專利名稱：接觸孔的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件制造工藝，特別涉及一種接觸孔的制作方法。
背景技術：
半導體集成電路的制作是極其復雜的過程，目的在于將特定電路所需的各種電子組件和線路，縮小制作在小面積的晶片上。其中，各個組件必須通過適當的內連導線來進行電連接，才能發(fā)揮所期望的功能。在半導體工藝中，器件與電路之間通常存在歐姆接觸。在理想的歐姆接觸中，接觸電阻(Re)應當盡可能地低。在超高速MOS大規(guī)模集成電路中為降低源/漏極和柵極的薄膜電阻和寄生電阻， 通常采用自對準硅化物(Salicide)工藝。在自對準技術中，在由形成于半導體襯底上的雜質擴散層構成的源/漏區(qū)和由多晶硅構成的柵極上，使金屬與例如Si的半導體反應生成硅化物(即，金屬硅化物)。在MOS器件中，經常采用金屬硅化物來得到良好的低電阻接觸。 金屬硅化物層分別設置在源/漏區(qū)和柵極上，可以用來提供位于金屬線與襯底上的源/漏區(qū)、柵極之間的接觸面。金屬硅化物可以降低金屬接觸與下方結構之間的表面電阻，降低上層互連結構的接觸孔和晶體管各極的接觸電阻。然而，接觸電阻還與很多因素有關，其中影響較大的是接觸孔的尺寸和形狀。因為接觸電阻與接觸孔尺寸的平方成反比，因此，接觸孔的尺寸以及圓形輪廓的完整性會影響最終的接觸電阻。進一步，尺寸的均勻性和圓形輪廓的完整性會影響接觸電阻的均勻性。如果接觸電阻的均勻性較差，會使器件的電學性能不均勻，并使器件在不同環(huán)境下運行速度不一致，甚至會造成良品率下降等諸多問題。圖1A-1D是傳統(tǒng)方法形成接觸孔的工藝流程中各個步驟所獲得器件的剖視圖。如圖IA所示，在已經制造了半導體器件，例如MOS晶體管和金屬硅化物，的前端器件層100上形成刻蝕停止層101。在刻蝕停止層101上形成介電層102。該層起到絕緣的用途，用來隔離器件與之后形成的金屬互連層。在介電層102上形成有機材料層103。在有機材料層 103上形成底部抗反射涂層(BARC) 104。在底部抗反射涂層104上涂覆帶有圖案的光刻膠層105。然后，如圖IB所示，以光刻膠層105作為掩膜，對底部抗反射涂層104進行刻蝕， 接下來，如圖IC所示，以光刻膠層105和底部抗反射涂層104作為掩膜，對有機材料層103 進行刻蝕。然后，如圖ID所示，以有機材料層103為掩膜，對介電層102進行刻蝕，并停止在刻蝕停止層101的上表面。最后，去除光刻膠層105、底部抗反射涂層104和有機材料層 103，完成接觸孔的制作。實踐中發(fā)現，采用傳統(tǒng)工藝形成的接觸孔的均勻性較差，即位于晶片上不同區(qū)域的接觸孔的尺寸差異較大。另外，理想的接觸孔頂視輪廓應為規(guī)則的圓形，刻蝕后形成的接觸孔的頂視輪廓呈不規(guī)則形狀。這會對器件的電學性能產生不利影響，降低器件的穩(wěn)定性， 甚至會影響良品率。于是，目前急需一種改進的接觸孔的制作方法，以改善接觸孔的尺寸均勻性和頂視輪廓，從而提高器件的電學性能均勻性，提高良品率。

發(fā)明內容
在發(fā)明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式
部分中進一步詳細說明。本發(fā)明的發(fā)明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。本發(fā)明提出一種接觸孔的制作方法，包括在襯底上依次形成導電層、刻蝕停止層、介電層、收縮層、第一抗反射層、第二抗反射層和帶有圖案的光刻膠層；以所述光刻膠層作為掩膜，對所述第二抗反射層進行刻蝕；以所述光刻膠層和所述第二抗反射層為掩膜，對所述第一抗反射層進行刻蝕；以所述光刻膠層、所述第二抗反射層和所述第一抗反射層為掩膜，對所述收縮層進行刻蝕；以所述收縮層為掩膜，對所述介電層進行刻蝕；去除所述光刻膠層、所述第二抗反射層、所述第一抗反射層和所述收縮層，完成接觸孔的制作。根據本發(fā)明的另一方面，所述制作接觸孔的方法的特征在于，所述第一抗反射層的厚度為200-1000埃，所述第二抗反射層的厚度為200-800埃。根據本發(fā)明的另一方面，所述制作接觸孔的方法的特征在于，所述第一抗反射層的厚度為300-500埃，所述第二抗反射層的厚度為300-500埃。根據本發(fā)明的另一方面，所述制作接觸孔的方法的特征在于，所述第二抗反射層與所述第一抗反射層的厚度比例為1 2-1 1.5。根據本發(fā)明的另一方面，所述制作接觸孔的方法的特征在于，所述第二抗反射層與所述第一抗反射層的厚度比例為1 1。根據本發(fā)明的另一方面，所述制作接觸孔的方法的特征在于，所述第一抗反射層的材料為SiON、氧化硅或正硅酸乙酯中的一種或多種。根據本發(fā)明的另一方面，所述制作接觸孔的方法的特征在于，所述第一抗反射層為 SiON。根據本發(fā)明的另一方面，所述制作接觸孔的方法的特征在于，所述第二抗反射層為含硅的底部抗反射層。根據本發(fā)明的另一方面，所述制作接觸孔的方法的特征在于，所述收縮層為無定形碳。根據本發(fā)明的另一方面，所述制作接觸孔的方法的特征在于，對所述第一抗反射層進行刻蝕的過程中通入CF4、CHF3> CH2F2和C4F6中的一種或多種。根據本發(fā)明的另一方面，所述制作接觸孔的方法的特征在于，對所述第一抗反射層進行刻蝕的過程中通入CF4。根據本發(fā)明的另一方面，所述制作接觸孔的方法的特征在于，對所述收縮層進行刻蝕的過程中通入隊和吐。根據本發(fā)明的另一方面，所述制作接觸孔的方法的特征在于，所述隊的流速為 100-400sccm，所述吐的流速為 200_800sccm。根據本發(fā)明的另一方面，所述制作接觸孔的方法的特征在于，所述隊的流速為 200-400sccm，所述吐的流速為 500_700sccm。根據本發(fā)明的另一方面，所述制作接觸孔的方法的特征在于，對所述收縮層進行刻蝕的過程中通入SO2、O2和He。
根據本發(fā)明的方法，能夠有效地改善接觸孔的尺寸均勻性和頂視輪廓，從而提高器件的電學性能均勻性，提高良品率。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，圖IA至圖ID是傳統(tǒng)方法形成接觸孔的工藝流程中各個步驟所獲得器件的剖視圖；圖2A至圖2F是根據本發(fā)明一個實施方式制作接觸孔的工藝流程中各個步驟所獲得器件的剖視圖；圖3為根據傳統(tǒng)方法形成的接觸孔的頂視圖；圖4為根據本發(fā)明一個實施方式所述的方法形成的接觸孔的頂視圖；圖5是根據本發(fā)明一個實施方式制作接觸孔的制造工藝流程圖。
具體實施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。為了徹底了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的步驟，以便說明本發(fā)明的接觸孔的制作工藝。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導體領域的技術人員所熟習的特殊細節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。參照圖2A至圖2F，示出根據本發(fā)明一個實施例制作接觸孔的工藝流程中各個步驟所獲得器件的剖視圖。首先，如圖2A所示，先提供襯底200，襯底200上已經形成了半導體器件，例如MOS 晶體管。襯底200可以是單晶硅、多晶硅或非晶硅；襯底200也可以是硅、鍺、砷化鎵或者硅鍺化合物；襯底200還可以具有外延層或外延層上硅結構；襯底200還可以是其它半導體材料，這里不再一一列舉。在襯底200上形成導電層201，所述導電層201可以是源極區(qū)或源極區(qū)和其上的金屬硅化物層的疊層結構；也可以是漏極區(qū)或漏極區(qū)和其上的金屬硅化物層的疊層結構；也可以是柵極或柵極和其上的金屬硅化物的疊層結構。所述金屬硅化物可以是鎳化硅 (NiSi)、鈷化硅(CoSi)中的一種或其組合。所述金屬硅化物還可以是摻雜有導電金屬的鎳化硅(NiSi)、鈷化硅(CoSi)中的一種或其組合，其中摻雜的金屬可以是鉬(Pt)等。金屬硅化物層能夠得到良好的低電阻接觸，降低互連結構的接觸孔與晶體管各極的接觸電阻。在所述導電層201上形成刻蝕停止層202，其厚度可以約為200 600埃，刻蝕停止層202 —般采用氮化硅材料，其與隨后要形成的介電層相比，具有低得多的刻蝕速率，以防止過刻蝕的發(fā)生，保護硅片表面不受損壞。在刻蝕停止層202上形成介電層203。其形成方法可以是化學氣相沉積法(CVD)或旋轉涂布法(SOC)，其厚度可以約為3000-4000埃。介電層203的材料可以是摻雜硅玻璃、二氧化硅或低介電常數材料等等。該層起到絕緣的用途，用來隔離器件與之后形成的金
屬互連層。在介電層203上形成收縮層204，其厚度可以約為1500-2500埃。收縮層204的材料可以是在刻蝕過程中容易形成聚合物的物質，例如是選用無定形碳、氮化硅等中的一種或多種，優(yōu)選的收縮層材料為無定形碳，以便縮小該層的尺寸，從而縮小接觸孔的CD。在收縮層204上形成第一抗反射層205，該層的材料可以是SiON、氧化硅或正硅酸乙酯(TEOS)中的一種或多種，優(yōu)選地為SiON。第一抗反射層205的厚度大約為200-1000 埃，優(yōu)選地約為300-500埃，更優(yōu)選地為約400埃。為了提高SiON的抗反射效果，在第一抗反射層205上還形成有第二抗反射層206，以便使曝光顯影后的接觸孔獲得很好的圓整度與均勻性。第二抗反射層206的材料可以選擇含硅的底部抗反射(Si-BARC)材料，其厚度可以約為200-800埃，優(yōu)選地約為300-500埃，更優(yōu)選地為約400埃。第二抗反射層206與第一抗反射層205之間的厚度比例為1 2-1 1.5，優(yōu)選地約為1 1。接著，在第二抗反射層206上涂覆帶有圖案的光刻膠層207。接著，如圖2B所示，以光刻膠層207作為掩膜，對第二抗反射層206進行刻蝕，以形成第一開口 210，第一開口 210具有顯影后關鍵尺寸(第一尺寸)。由于受到每一代技術節(jié)點的光刻機曝光極限的限制，所述第一尺寸要大于預計要形成的接觸孔的關鍵尺寸。然后，如圖2C所示，以光刻膠層207和第二抗反射層206為掩膜，經由第一開口 210對第一抗反射層205進行刻蝕。所述刻蝕可以選用干法刻蝕，刻蝕氣體包含CF4、CHF3、 CH2F2和C4F6中的一種或多種，優(yōu)選的刻蝕氣體為CF4。根據本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式，CF4 的流速大約為50-300sCCm，其中，sccm是標準狀態(tài)下，也就是1個大氣壓、25攝氏度下每分鐘1立方厘米(Icm3Aiin)的流量。然后，如圖2D所示，以光刻膠層207、第二抗反射層206和第一抗反射層205為掩膜，對收縮層204進行刻蝕。所述刻蝕可以選用干法刻蝕，刻蝕氣體可以包含隊和吐?？涛g氣體還可以包含S02、O2和He?？涛g氣體的種類和其中各種氣體的具體流速與收縮層的材料和收縮層的厚度等因素有關。根據本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式，收縮層204的厚度大約為1500-2500埃，收縮層204的材料為無定形碳，選用的刻蝕氣體包含N2和H2，其中N2 的流速約為100-400sccm，優(yōu)選地約為200-400sccm，更優(yōu)選地為約300sccm ;H2的流速約為 200-800sccm，優(yōu)選地約為500-700sccm，更優(yōu)選地為約600sccm。由于刻蝕過程中收縮層的材料與刻蝕氣體反應生成聚合物堆積在開口區(qū)的側壁上，這些聚合物能夠阻止刻蝕氣體對收縮層的橫向刻蝕，因此在收縮層204中形成具有漸縮傾斜側壁的第二開口 220，第二開口 220的底部具有刻蝕后關鍵尺寸(第二尺寸)。接著，如圖2E所示，以收縮層204為掩膜，經由第二開口 220對介電層203進行刻蝕，并停止在刻蝕停止層202的上表面。最后，如圖2F所示，去除剩余的光刻膠層207、第二抗反射層206、第一抗反射層 205和收縮層204，完成接觸孔的制作。利用關鍵尺寸掃描電鏡(⑶-SEM)，通過對多條線寬和器件結構的側面進行分析， 可以獲取晶片上關鍵尺寸(CD)的信息、刻蝕偏差以及3-sigma值。刻蝕偏差為關鍵尺寸的最大值與最小值之差。3-sigma值是晶片上各點CD方差的三倍，用來表征晶片上器件的關鍵尺寸均勻度(CDU)。檢測結果表明，采用本發(fā)明的上述實施方式所述的方法制作的接觸孔的刻蝕偏差約為6. 3nm, 3-sigma值約為4. 7nm。采用傳統(tǒng)方法形成的接觸孔的刻蝕偏差約為10. lnm，而3-sigma值約為6. Onm,因此與傳統(tǒng)方法相比，根據本發(fā)明的上述實施方式所述的方法形成的接觸孔的關鍵尺寸均勻度有較明顯地改善。利用掃描電子顯微鏡對根據傳統(tǒng)方法和本發(fā)明的上述實施方式所述的方法形成的接觸孔的頂視輪廓進行檢測。圖3為根據傳統(tǒng)方法形成的接觸孔的頂視圖。圖4為根據本發(fā)明的上述實施方式所述的方法形成的接觸孔的頂視圖。兩者對比可以看出，根據本發(fā)明方法形成的接觸孔基本都呈現標準的圓形，圓整度較高。本發(fā)明的上述實施方式所述的方法克服了光刻技術的限制，改善了器件的電學性能均勻性，提高了良品率。本發(fā)明的上述實施方式能同時改善接觸孔的關鍵尺寸均勻度和圓整度，其原因可能在于接觸孔圓整度和關鍵尺寸均勻性較差有可能是由傳統(tǒng)的Si-BARC層在蝕刻過程中容易變形而引起的。在本發(fā)明中，減少了 Si-BARC層的厚度，并將SiON設置在Si-BARC層下方，這樣，SiON可起到對Si-BARC層的防護作用，同時又可以在不過分增厚抗反射層的情況下維持原有的抗反射效果。因此，可提高接觸孔的圓整度和關鍵尺寸均勻性，彌補Si-BARC 的缺陷，且不會導致其他不利后果。圖5的流程圖示出了根據本發(fā)明一個實施方式制作接觸孔的制造工藝流程圖。在步驟501中，先提供形成有半導體器件的襯底；在襯底上形成導電層；在導電層上形成刻蝕停止層；在刻蝕停止層上形成介電層；在介電層上形成收縮層；在收縮層上形成第一抗反射層；在第一抗反射層上形成第二抗反射層；在第二抗反射層上涂覆帶有圖案的光刻膠層。在步驟502中，以光刻膠層作為掩膜，對第二抗反射層進行刻蝕，以形成第一開口。在步驟503中，以光刻膠層和第二抗反射層為掩膜，經由第一開口對第一抗反射層進行刻蝕。 在步驟504中，以光刻膠層、第二抗反射層和第一抗反射層為掩膜，對收縮層進行刻蝕，形成具有漸縮傾斜側壁的第二開口。在步驟505中，以收縮層為掩膜，經由第二開口對介電層進行刻蝕，并停止在刻蝕停止層的上表面。在步驟506中，去除剩余的光刻膠層、第二抗反射層、第一抗反射層和收縮層，完成接觸孔的制作。具有根據如上所述的實施例制造的接觸孔的半導體器件可應用于多種集成電路 (IC)中。根據本發(fā)明的IC例如是存儲器電路，如隨機存取存儲器(RAM)、動態(tài)RAM(DRAM)、 同步DRAM (SDRAM)、靜態(tài)RAM (SRAM)、或只讀存儲器(ROM)等等。根據本發(fā)明的IC還可以是邏輯器件，如可編程邏輯陣列(PLA)、專用集成電路(ASIC)、合并式DRAM邏輯集成電路(掩埋式DRAM)、射頻電路或任意其他電路器件。根據本發(fā)明的IC芯片可用于例如用戶電子產品，如個人計算機、便攜式計算機、游戲機、蜂窩式電話、個人數字助理、攝像機、數碼相機、 手機等各種電子產品中，尤其是射頻產品中。本發(fā)明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據本發(fā)明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。
權利要求
1.一種接觸孔的制作方法，包括在襯底上依次形成導電層、刻蝕停止層、介電層、收縮層、第一抗反射層、第二抗反射層和帶有圖案的光刻膠層；以所述光刻膠層作為掩膜，對所述第二抗反射層進行刻蝕；以所述光刻膠層和所述第二抗反射層為掩膜，對所述第一抗反射層進行刻蝕；以所述光刻膠層、所述第二抗反射層和所述第一抗反射層為掩膜，對所述收縮層進行刻蝕；以所述收縮層為掩膜，對所述介電層進行刻蝕；以及去除所述光刻膠層、所述第二抗反射層、所述第一抗反射層和所述收縮層，完成接觸孔的制作。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一抗反射層的厚度為200-1000埃，所述第二抗反射層的厚度為200-800埃。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一抗反射層的厚度為300-500埃，所述第二抗反射層的厚度為300-500埃。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二抗反射層與所述第一抗反射層的厚度比例為1 2-1 1.5。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二抗反射層與所述第一抗反射層的厚度比例為1 1。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一抗反射層的材料為SiON、氧化硅或正硅酸乙酯中的一種或多種。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一抗反射層為SiON。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二抗反射層為含硅的底部抗反射層。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述收縮層為無定形碳。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，對所述第一抗反射層進行刻蝕的過程中通入CF4、CHF3> CH2F2和C4F6中的一種或多種。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于，對所述第一抗反射層進行刻蝕的過程中通入 cf4。
12.如權利要求1所述的方法，其特征在于，對所述收縮層進行刻蝕的過程中通入S02、 O2 禾口 He。
13.如權利要求1所述的方法，其特征在于，對所述收縮層進行刻蝕的過程中通入N2和H2。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述隊的流速為100-400sCCm，所述吐的流速為 200-800sccm。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述隊的流速為200-400sCCm，所述H2的流速為 500-700sccm。
16.一種包含通過如權利要求1所述的方法制造的接觸孔的集成電路，其中所述集成電路選自隨機存取存儲器、動態(tài)隨機存取存儲器、同步隨機存取存儲器、靜態(tài)隨機存取存儲器、只讀存儲器、可編程邏輯陣列、專用集成電路、掩埋式DRAM和射頻電路。
17.一種包含通過如權利要求1所述的方法制造的接觸孔的電子設備，其中所述電子設備選自個人計算機、便攜式計算機、游戲機、蜂窩式電話、個人數字助理、攝像機和數碼相機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種接觸孔的制作方法，包括在襯底上依次形成導電層、刻蝕停止層、介電層、收縮層、第一抗反射層、第二抗反射層和帶有圖案的光刻膠層；以所述光刻膠層作為掩膜，對所述第二抗反射層進行刻蝕；以所述光刻膠層和所述第二抗反射層為掩膜，對所述第一抗反射層進行刻蝕；以所述光刻膠層、所述第二抗反射層和所述第一抗反射層為掩膜，對所述收縮層進行刻蝕；以所述收縮層為掩膜，對所述介電層進行刻蝕；去除所述光刻膠層、所述第二抗反射層、所述第一抗反射層和所述收縮層，完成接觸孔的制作。根據本發(fā)明的方法，能夠有效地改善接觸孔的尺寸均勻性和頂視輪廓，從而提高器件的電學性能均勻性，提高良品率。
文檔編號H01L23/522GK102299100SQ20101021807
公開日2011年12月28日 申請日期2010年6月23日 優(yōu)先權日2010年6月23日
發(fā)明者王新鵬 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司