專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體器件的制作方法。
背景技術(shù)：
目前，在半導(dǎo)體器件的后段(back-end-of-line，BE0L)工藝中，可根據(jù)不同需要 在半導(dǎo)體襯底上生長多層金屬互連層，每層金屬互連層包括金屬互連線和絕緣層，這就需 要對上述絕緣層制造溝槽(trench)和連接孔，然后在上述溝槽和連接孔內(nèi)沉積金屬，沉積 的金屬即為金屬互連線，一般選用銅作為金屬互連線材料。絕緣層包括在半導(dǎo)體襯底上 依次形成的刻蝕終止層，例如摻氮的碳化硅層；由正硅酸乙酯(TE0S)形成的氧化硅層，即 TE0S層。一般采用先形成連接孔再形成溝槽(via first)的雙大馬士革(dualdamascene) 技術(shù)形成連接孔和溝槽，還可以有先形成溝槽再形成連接孔(trench first)的技術(shù)，以及 自對準(zhǔn)(Self-Aligned)的技術(shù)。本申請文件以via first技術(shù)為例進(jìn)行說明。概括地說，就是在半導(dǎo)體襯底(圖中未顯示)上，依次沉積第一刻蝕終止層101、第 一氧化硅層102、第二刻蝕終止層101，及第二氧化硅層102，和氮氧化硅層103，;接下來依 次刻蝕氮氧化硅層103’、第二氧化硅層102’、第二刻蝕終止層101’、第一氧化硅層102，在 第一刻蝕終止層101停止刻蝕，形成連接孔；定義溝槽位置，刻蝕氮氧化硅層103’、第二氧 化硅層102’，在第二刻蝕終止層101’停止刻蝕，形成溝槽。這就形成了雙大馬士革結(jié)構(gòu)的 連接孔和溝槽。圖1示出了半導(dǎo)體器件的雙大馬士革結(jié)構(gòu)示意圖。其中，氮氧化硅層103’ 覆蓋于要形成連接孔和溝槽的幾層絕緣層表面，用于在刻蝕連接孔和溝槽時(shí)，作為硬掩膜 (hard mask)，抵擋等離子體的刻蝕損傷，而且氮氧化硅層103’還具備反射層的作用，能夠 吸收光線，與不沉積氮氧化娃層103’相比，還可以增大光刻機(jī)曝光時(shí)的窗口，雖然效果不如 底部抗反射層(BARC)明顯，但是一般工藝都會加入該層的沉積。需要說明的是，為了更好的說明結(jié)構(gòu)，圖1只示出了制作同一層上的溝槽和連接 孔的示意圖，具體可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的不同，形成幾層溝槽和連接孔的堆疊。具體地，結(jié)合圖2a至圖2e，說明現(xiàn)有技術(shù)中形成具有雙大馬士革結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器 件的方法，包括以下步驟步驟11、依次刻蝕氮氧化硅層103，、第二氧化硅層102，、第二刻蝕終止層101，及 第一氧化硅層102，在第一刻蝕終止層101停止刻蝕，形成連接孔。請參閱圖2a。步驟12、在連接孔內(nèi)及氮氧化硅層103，表面涂布BARC103，其中BARC是填充滿整 個(gè)連接孔的。請參閱圖2b。步驟13、在所述BARC103的表面涂布第二光阻膠層(PR) 104，并使之圖案化，即定 義溝槽的位置。請參閱圖2c。步驟14、以圖案化的第二光阻膠層104為腌膜，進(jìn)行溝槽刻蝕。請參閱圖2d。具 體地，首先刻蝕BARC103，露出形成于BARC103下面的氮氧化硅層103，，然后依次刻蝕氮氧 化硅層103’和第二氧化硅層102’，同時(shí)對連接孔內(nèi)的BARC進(jìn)行刻蝕，在第二刻蝕終止層 101’停止刻蝕，形成溝槽。但是由于在溝槽刻蝕過程中，對BARC的刻蝕速率小于對氧化硅層的刻蝕速率，所以當(dāng)?shù)竭_(dá)刻蝕溝槽的終點(diǎn)時(shí)，即氧化硅層先到達(dá)刻蝕的終點(diǎn)，BARC仍然沒 有被刻蝕完，其溝槽與連接孔交疊處BARC的側(cè)壁上就會附有殘留的部分氧化硅層，導(dǎo)致尖 刺缺陷(fence defect) 0殘留部分的氧化硅層，示意圖如圖2d虛線框中所示。之所以稱為 fence defect，指當(dāng)后續(xù)將連接孔內(nèi)的BARC清除之后，則呈尖刺狀的氧化硅層仍然殘留在 溝槽與連接孔交疊處，對后續(xù)工序的進(jìn)行產(chǎn)生影響。這里由于BARC是有機(jī)材質(zhì)，所以很容 易用濕法清洗掉，然而呈尖刺狀的氧化硅是無法隨BARC —起去除的。連接孔內(nèi)的BARC清 除之后，帶有fence defect的示意圖如圖2e所示。需要說明的是，在溝槽刻蝕過程中，對BARC的刻蝕速率必須小于對氧化硅層的刻 蝕速率。這是因?yàn)椋捎贐ARC和光阻膠都是有機(jī)材質(zhì)，所以對BARC和光阻膠的刻蝕速率相 同，如果對BARC的刻蝕速率大于對氧化硅層的刻蝕速率，則溝槽還沒刻蝕形成，BARC就被 消耗完，無法繼續(xù)作為掩膜刻蝕溝槽。為了克服上述缺陷，現(xiàn)有技術(shù)中另一具有雙大馬士革結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的形成方 法，包括以下步驟。其制作過程的結(jié)構(gòu)剖面示意圖如圖3a至3e所示。步驟21、依次刻蝕氮氧化硅層103，、第二氧化硅層102，、第二刻蝕終止層101，及 第一氧化硅層102，在第一刻蝕終止層101停止刻蝕，形成連接孔。請參閱圖3a。步驟22、在連接孔內(nèi)及氮氧化硅層103，表面涂布BARC103，其中BARC是填充滿整 個(gè)連接孔的。請參閱圖3b。步驟23、對上述涂布的BARC進(jìn)行回刻(etch back)，大約刻蝕去除連接孔內(nèi)一半 的BARC。同時(shí)，涂布在氮氧化硅層103，表面的BARC也會被去除。請參閱圖3c。步驟24、在所述氮氧化硅層103’的表面涂布第二光阻膠層104，并使之圖案化，即 定義溝槽的位置。請參閱圖3d。步驟25、以圖案化的第二光阻膠層104為腌膜，進(jìn)行溝槽刻蝕。請參閱圖3e。此 時(shí)，由于上述回刻步驟中已經(jīng)將部分BARC消耗掉，使得第二氧化硅層102’的高度相比于連 接孔內(nèi)的BARC要高，雖然對BARC的刻蝕速率小于對氧化硅層的刻蝕速率，但是兩者會保持 一致地刻蝕完，所以就不會出現(xiàn)fence effect。但是隨著半導(dǎo)體集成電路器件技術(shù)代的不斷提高，對光刻機(jī)的要求也逐漸提高， 步驟24中，利用光刻機(jī)對第二光阻膠層104進(jìn)行曝光時(shí)，由于第二光阻膠層104下面沒有 了 BARC的襯墊，氮氧化硅層103’又無法完全起到反射層的作用，所以無法保證曝光精度， 即控制窗口變小，這樣光刻機(jī)在執(zhí)行曝光的過程中，很容易出現(xiàn)偏差。這是因?yàn)楣饪虣C(jī)的曝 光光線通過掩膜版后在第二光阻膠層104上形成圖案，如果第二光阻膠層104下面的底層 膜是反光的，例如金屬、多晶硅層，或者本實(shí)施例中氮氧化硅層103’下面的第二氧化硅層 102’，那么曝光光線將從這個(gè)底層膜反射并有可能損害臨近的光刻膠圖案，這個(gè)損害能夠 對線寬控制產(chǎn)生不利的影響，所以BARC對提高光阻膠層的曝光精度是非常關(guān)鍵的，用于減 少底層膜光的反射。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是光刻機(jī)曝光時(shí)控制窗口小，而且刻蝕形成溝 槽時(shí)，出現(xiàn) fence defect。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體器件的制作方法，用于對半導(dǎo)體器件的絕緣層進(jìn)行 刻蝕，形成連接孔和溝槽，所述絕緣層包括依次在半導(dǎo)體襯底上沉積的第一刻蝕終止層 (101)、第一氧化硅層(102)、第二刻蝕終止層(101，)、第二氧化硅層(102，)及氮氧化硅層 (103’)，關(guān)鍵在于，該方法包括依次刻蝕氮氧化硅層(103，)、第二氧化硅層(102，)、第二刻蝕終止層(101，)及 第一氧化硅層(102)，在第一刻蝕終止層(101)停止刻蝕，形成連接孔；在所述連接孔內(nèi)及氮氧化硅層(103’)表面涂布底部抗反射層BARC，所述BARC填 充滿連接孔；在所述BARC的表面涂布第一光阻膠層(105)，并圖案化所述光阻膠層(105)，圖案 化光阻膠層(105)的開口與連接孔對應(yīng)；回刻連接孔內(nèi)的BARC;去除第一光阻膠層(105)；在露出的BARC表面涂布第二光阻膠層(104)，并圖案化所述第二光阻膠層(104)， 圖案化第二光阻膠層(104)的開口為溝槽的寬度；以圖案化的第二光阻膠層(104)為腌膜，進(jìn)行溝槽刻蝕，形成溝槽。所述圖案化第一光阻膠層(105)的開口大于連接孔的寬度。所述回刻連接孔內(nèi)的BARC時(shí)，去除BARC的高度占連接孔高度的1/3 2/3。進(jìn)行溝槽刻蝕時(shí)，依次刻蝕氮氧化硅層(103’)表面的BARC、氮氧化硅層(103’)、 第二氧化硅層(102’)，在第二刻蝕終止層(101’ )停止刻蝕，同時(shí)對連接孔內(nèi)的BARC進(jìn)行 刻蝕，形成溝槽。第一光阻膠層(105)的去除采用濕法去除。由上述的技術(shù)方案可見，本發(fā)明定義溝槽位置時(shí)，光阻膠涂布在BARC之上，使得 底層膜對曝光光線的反射大大減少，從而大大提高了光刻窗口的精度。同時(shí)，在回刻步驟中 已經(jīng)將部分BARC消耗掉，使得第二氧化硅層的高度相比于連接孔內(nèi)的BARC要高，雖然對 BARC的刻蝕速率小于對氧化硅層的刻蝕速率，但是兩者會保持一致地刻蝕完，所以就不會 出現(xiàn) fenceeffect。


圖1為半導(dǎo)體器件的雙大馬士革結(jié)構(gòu)示意圖。圖2a至2e為現(xiàn)有技術(shù)中形成具有雙大馬士革結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制作過程剖面 示意圖。圖3a至3e為現(xiàn)有技術(shù)中另一具有雙大馬士革結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制作過程剖面 示意圖。圖4為本發(fā)明形成具有雙大馬士革結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法流程示意圖。圖5a至5g本發(fā)明形成具有雙大馬士革結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制作過程剖面示意 圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案、及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明采用了雙孔光刻工藝(Double Via Photo Process, DVPP)，兩次對連接孔 處的光阻膠進(jìn)行光刻處理，即在刻蝕形成連接孔之前，需要利用圖案化的光阻膠定義連接 孔的位置；在回刻連接孔內(nèi)的BARC時(shí)，需要利用圖案化的光阻膠保護(hù)處于其下面的BARC， 而且圖案化光阻膠的開口對準(zhǔn)連接孔的位置。關(guān)鍵的是，定義溝槽位置時(shí)，光阻膠涂布在 BARC之上，使得底層膜對曝光光線的反射大大減少，從而大大提高了光刻窗口的精度。本發(fā)明形成具有雙大馬士革結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法流程示意圖如圖4所示，具 體結(jié)合圖5a至5g進(jìn)行詳細(xì)說明。步驟31、依次刻蝕氮氧化硅層103，、第二氧化硅層102，、第二刻蝕終止層101，及 第一氧化硅層102，在第一刻蝕終止層101停止刻蝕，形成連接孔。請參閱圖5a。步驟32、在連接孔內(nèi)及氮氧化硅層103，表面涂布BARC103，其中BARC是填充滿整 個(gè)連接孔的。請參閱圖5b。步驟33、在所述BARC103的表面涂布第一光阻膠層105，并使之圖案化，使得圖案 化第一光阻膠層105的開口對準(zhǔn)連接孔的位置。請參閱圖5c。此時(shí)圖案化第一光阻膠層 105的開口稍微大于連接孔的寬度。該步驟中的光阻膠主要用于后續(xù)對連接孔內(nèi)的BARC進(jìn) 行回刻時(shí)，保護(hù)氮氧化硅層103’表面的BARC不受損害。步驟34、對未被光阻膠遮蔽的連接孔內(nèi)的BARC進(jìn)行回刻，刻蝕去除連接孔內(nèi)的部 分BARC。去除部分占連接孔高度的1/3至2/3之間。請參閱圖5d。步驟35、去除第一光阻膠層105。該步驟在顯影槽中采用現(xiàn)有技術(shù)的濕法進(jìn)行。請 參閱圖5e。步驟36、在露出的BARC103的表面涂布第二光阻膠層104，并使之圖案化，即定義 溝槽的位置。請參閱圖5f。步驟37、以圖案化的第二光阻膠層104為腌膜，進(jìn)行溝槽刻蝕。具體地，首先刻蝕 BARC 103，露出形成于BARC103下面的氮氧化硅層103，，然后依次刻蝕氮氧化硅層103，和 第二氧化硅層102’，在第二刻蝕終止層101’停止刻蝕，而且在刻蝕氮氧化硅層103’表面的 BARC時(shí)，同時(shí)對連接孔內(nèi)的BARC進(jìn)行刻蝕，形成溝槽。請參閱圖5g。從上述步驟可以看出，本發(fā)明中步驟36中光阻膠是涂布在BARC之上的，第二光阻 膠層104的下面有了 BARC的襯墊，使得第二氧化硅層102’對曝光光線的反射大大減少，光 刻窗口的精度就會大大提高。同時(shí)，由于步驟34的回刻步驟中已經(jīng)將部分BARC消耗掉，使 得第二氧化硅層102’的高度相比于連接孔內(nèi)的BARC要高，雖然對BARC的刻蝕速率小于對 氧化硅層的刻蝕速率，但是兩者會保持一致地刻蝕完，所以就不會出現(xiàn)fenceefiect。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體器件的制作方法，用于對半導(dǎo)體器件的絕緣層進(jìn)行刻蝕，形成連接孔和溝槽，所述絕緣層包括依次在半導(dǎo)體襯底上沉積的第一刻蝕終止層(101)、第一氧化硅層(102)、第二刻蝕終止層(101’)、第二氧化硅層(102’)及氮氧化硅層(103’)，其特征在于，該方法包括依次刻蝕氮氧化硅層(103’)、第二氧化硅層(102’)、第二刻蝕終止層(101’)及第一氧化硅層(102)，在第一刻蝕終止層(101)停止刻蝕，形成連接孔；在所述連接孔內(nèi)及氮氧化硅層(103’)表面涂布底部抗反射層BARC，所述BARC填充滿連接孔；在所述BARC的表面涂布第一光阻膠層(105)，并圖案化所述光阻膠層(105)，圖案化光阻膠層(105)的開口與連接孔對應(yīng)；回刻連接孔內(nèi)的BARC；去除第一光阻膠層(105)；在露出的BARC表面涂布第二光阻膠層(104)，并圖案化所述第二光阻膠層(104)，圖案化第二光阻膠層(104)的開口為溝槽的寬度；以圖案化的第二光阻膠層(104)為腌膜，進(jìn)行溝槽刻蝕，形成溝槽。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述圖案化第一光阻膠層(105)的開口大于 連接孔的寬度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述回刻連接孔內(nèi)的BARC時(shí)，去除BARC的 高度占連接孔高度的1/3 2/3。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)行溝槽刻蝕時(shí)，依次刻蝕氮氧化硅層 (103，)表面的BARC、氮氧化硅層(103，)、第二氧化硅層(102，)，在第二刻蝕終止層(101，) 停止刻蝕，同時(shí)對連接孔內(nèi)的BARC進(jìn)行刻蝕，形成溝槽。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第一光阻膠層(105)的去除采用濕法去除。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件的制作方法依次刻蝕氮氧化硅層、第二氧化硅層、第二刻蝕終止層及第一氧化硅層，在第一刻蝕終止層停止刻蝕，形成連接孔；在所述連接孔內(nèi)及氮氧化硅層表面涂布底部抗反射層BARC，所述BARC填充滿連接孔；在所述BARC的表面涂布第一光阻膠層，并圖案化所述第一光阻膠層，圖案化第一光阻膠層的開口與連接孔對應(yīng)；回刻連接孔內(nèi)的BARC；去除第一光阻膠層；在露出的BARC表面涂布第二光阻膠層，并圖案化所述第二光阻膠層，圖案化第二光阻膠層的開口為溝槽的寬度；以圖案化的第二光阻膠層為腌膜，進(jìn)行溝槽刻蝕，形成溝槽。該方法在利用圖案化的光阻膠定義溝槽位置時(shí)，能夠增大曝光機(jī)的控制窗口，并且能夠解決溝槽內(nèi)的尖刺缺陷。
文檔編號H01L21/768GK101996934SQ200910056769
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日
發(fā)明者于紹欣, 蔡信裕, 陳建利 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司