[發明專利]一種形成接觸孔的方法

有效

• 申請號: 201310340567.9
• 申請日: 2013-08-06
• 公開（公告）號: CN104347486B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 張海洋;張城龍
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所11336
• 代理人: 董巍,高偉

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體而言涉及一種形成接觸孔的方法。

背景技術

在半導體技術領域中，半導體集成電路的制造是極其復雜的過程，目的在于將特定電路所需的電子組件和線路，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，才能發揮所期望的功能。

由于集成電路的制造向超大規模集成電路發展，其內部的電路密度越來越大，隨著芯片中所含元件數量的不斷增加，實際上就減少了表面連線的可用空間。這一問題的解決方法是采用多層金屬導線設計，利用多層絕緣層和導電層相互疊加的多層連接，這其中就需要制作大量的接觸孔。比如，現有的MOS晶體管工藝中，需要在有源區（源極和漏極）以及柵極（包括多晶硅柵極、金屬柵極等）上形成接觸孔。為改善導通性能，現有技術中一般在有源區以及柵極的表面形成金屬硅化物，刻蝕接觸孔時，應避免對金屬硅化物以及半導體襯底（材料主要是硅）等造成影響。

共享接觸孔（share contact）是接觸孔的一種，因該接觸孔同時作為兩個以上部件（例如柵極和源極或柵極和漏極）共用的接觸孔而得名。在現有技術中，在形成共享接觸孔時，如果造成柵極側壁下方的半導體襯底被不當刻蝕（即，造成硅損失），將導致器件產生嚴重的漏電流問題。

在應用高k金屬柵極技術的半導體器件制程中，金屬柵極很容易在空氣中氧化而在其上表面形成一層氧化物層（一般為氧化鋁）。由于該氧化層導電性很差，因此在形成接觸孔時，必須去除金屬柵頂端由于自氧化而形成的氧化物層，以防止該氧化物層導致接觸孔斷開。在現有技術中，通常采用氬濺射法去除金屬柵頂端由于自氧化而形成的氧化物層，在這一過程中往往導致半導體襯底位于形成的共享接觸孔底部的部分會被不當刻蝕，并且很容易導致半導體襯底位于柵極側壁下方的部分被不當刻蝕（即造成位于柵極側壁下方的硅損失），這就造成了半導體器件會產生嚴重的漏電流問題。

在應用高k金屬柵極技術的半導體器件制程中，現有技術中常用的形成接觸孔的方法，如圖1A所示，一般包括如下步驟：

步驟E1、提供前端器件，所述前端器件包括半導體襯底、位于所述半導體襯底上的金屬柵極和有源區、以及覆蓋所述金屬柵極和所述有源區的接觸孔刻蝕阻擋層（CESL）和位于所述接觸孔刻蝕阻擋層之上的層間介電層（ILD）。

其中，有源區包括源極和漏極。接觸孔刻蝕阻擋層一般為氮化物（即氮化硅），層間介電層一般為氧化物（即氧化硅）。

本領域的技術人員可以理解，除了上述各部件外，前端器件通常還可以包括柵絕緣層、柵極側壁、淺溝槽隔離（STI）、金屬硅化物（如NiSi）、鍺硅層等。

步驟E2、對層間介電層進行刻蝕，在所述層間介電層中擬形成接觸孔的位置形成開口，其中，所述開口貫穿所述層間介電層。

其中，擬形成接觸孔的位置，可以為柵極上方、可以為源極或漏極上方（擬形成的為普通接觸孔），也可為柵極和源極（或漏極）共同的上方（擬形成的為共享接觸孔）。下面，均以擬形成的接觸孔為共享接觸孔為例進行說明。

示例性的，步驟E2包括如下步驟：

步驟E21：對所述層間介電層進行刻蝕（一般采用高速率刻蝕），形成層間介電層的開口的第一部分。其中，開口的第一部分具體而言指開口的上部分，此時開口并未貫穿層間介電層。

其中，在步驟E21中，可以不需要考慮層間介電層（一般為氧化物）與其下方的接觸孔刻蝕阻擋層（一般為氮化物）的刻蝕選擇比，而使用可以對ILD（氧化物）進行高速率刻蝕的刻蝕條件。

步驟E22：繼續對所述層間介電層進行刻蝕處理，形成層間介電層的開口的第二部分。其中，層間介電層的開口的第一部分和第二部分共同構成層間介電層的開口，所述開口貫穿所述層間介電層。

其中，在繼續刻蝕處理時，需要采用對層間介電層（一般為氧化物）與接觸孔刻蝕阻擋層（一般為氮化物）具有較高的刻蝕選擇比的刻蝕條件（例如，選擇對ILD與CESL具有高的刻蝕選擇比的刻蝕液等）。

步驟E3、對接觸孔刻蝕阻擋層進行刻蝕，在所述層間介電層的開口的下方形成貫穿所述接觸孔刻蝕阻擋層的開口（即，形成了接觸孔刻蝕阻擋層的開口）。其中，所述接觸孔刻蝕阻擋層的開口和所述層間介電層的開口共同構成了接觸孔。

示例性的，步驟E3包括如下步驟：

步驟E31：對所述接觸孔刻蝕阻擋層進行刻蝕（一般采用高速率刻蝕），形成觸孔刻蝕阻擋層的開口的第一部分。其中，開口的第一部分具體而言指開口的上部分，此時開口并未貫穿觸孔刻蝕阻擋層。