[發(fā)明專利]半導體器件制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410452054.1
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN105390433A
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發(fā)明（設計）人: 孟令款
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/033
• 代理公司: 北京藍智輝煌知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11345
• 代理人: 陳紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導體集成電路制造領(lǐng)域，更具體地，涉及一種納米級介質(zhì)孔的制備和刻蝕技術(shù)。

背景技術(shù)

隨著集成電路器件根據(jù)摩爾定律的要求持續(xù)微縮，及消費市場對更先進器件的需求，當前先進的邏輯CMOS器件技術(shù)已經(jīng)達到22nm節(jié)點，并有望準時進入14/16nm節(jié)點。這對許多工藝技術(shù)提出了挑戰(zhàn)，特別是刻蝕技術(shù)，由于它形成了器件的圖形，使得集成電路的制造成為可能。其中，介質(zhì)孔刻蝕是CMOS超大規(guī)模集成電路的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括前段的接觸孔刻蝕及后段銅互連線的通孔刻蝕。另外，隨著3DFinfet技術(shù)的引入，傳統(tǒng)的接觸孔結(jié)構(gòu)由向接觸溝槽結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的趨勢。另外，對于先進的存儲器而言，深寬比已經(jīng)達到了40:1以上的比例，這更加增添了挑戰(zhàn)。

對于接觸孔而言，根據(jù)技術(shù)節(jié)點的不同，采用的介質(zhì)主要是無摻雜或者摻雜B、P等的二氧化硅材料，對它們的刻蝕主要采用碳氟基氣體來實現(xiàn)。為了獲得較高的刻蝕深度及可控的刻蝕形貌，往往采用較高的功率及在刻蝕過程中能夠產(chǎn)生較多高分子聚合物的刻蝕氣體，如C₄F₆、C₄F₈。另外，對于低K材料而言，由于刻蝕中會產(chǎn)生損傷使得K值增加，導致互連線延時滯后。因此，在刻蝕過程中，不能采用較高的功率及含有氧氣較多的刻蝕氣體。

除了上述挑戰(zhàn)外，當前，先進技術(shù)節(jié)點的接觸孔及通孔大小有望進入亞50nm。為了獲得如此小的尺寸，光刻膠的厚度必須降低以實現(xiàn)更高的分辨率。同時，由于光刻膠對介質(zhì)材料的抗蝕性變得更低，使得單純采用光刻膠作為掩模來形成合適的孔已不可能。另外，傳統(tǒng)的硬掩模如氧化硅和氮化硅難以對介質(zhì)孔材料有高的刻蝕選擇比，因此，必須選擇合適的硬掩模并且要有較高的刻蝕選擇比。這些都對孔的刻蝕提出了挑戰(zhàn)。

在選擇合適的硬掩模外，還需要考慮到如此小尺寸的深孔所具有的較高深寬比。在刻蝕過程中，孔內(nèi)會產(chǎn)生較多的聚合物，而難以及時的抽出，易于導致刻蝕抑制從而使得刻蝕停止。因此，需要開發(fā)合適的刻蝕工藝以去除孔內(nèi)及側(cè)壁上的聚合物。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種創(chuàng)新性的納米級介質(zhì)孔的刻蝕方法，提高側(cè)壁陡直度以及深寬比，同時還能提高絕緣介質(zhì)填充率，最終提高了器件的可靠性。

實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，是通過提供一種半導體器件制造方法，包括：步驟1，在包括下層結(jié)構(gòu)的襯底上形成絕緣介質(zhì)層；步驟2，在絕緣介質(zhì)層上形成硬掩模層和軟掩模圖形；步驟3，以軟掩模圖形為掩模，對硬掩模層執(zhí)行第一刻蝕以形成硬掩模圖形；步驟4，以硬掩模圖形為掩模，對絕緣介質(zhì)層執(zhí)行第二刻蝕以形成接觸孔或溝槽；步驟5，通入氧化性氣體，去除接觸孔或溝槽側(cè)壁上的聚合物；步驟6，多次執(zhí)行步驟4和/或步驟5，直至露出下層結(jié)構(gòu)。

其中，絕緣介質(zhì)層包括氧化硅、氮化硅、低k材料中的一種或其組合。

其中，硬掩模層材料主要由非晶硅組成。

其中，硬掩模層除了非晶硅的第一層之外，還包括選自多晶硅、非晶碳、氧化硅、氮化硅的任意一種或其組合的多個第二層。

其中，第一刻蝕的反應氣體包括選自Cl₂、HBr、SF₆、碳氟基氣體中的任意一種或其組合的刻蝕氣體，以及選自O₂、CO中的任意一種或其組合的氧化性氣體。

其中，第一刻蝕中的碳氟基氣體包括選自CF₄、CHF₃、CH₂F₂中的任意一種或其組合的氣體。

其中，第二刻蝕的反應氣體包括選自CF₄、CHF₃、CH₂F₂、CH₃F、C₄F₆、C₄F₈的任意一種或其組合的碳氟基刻蝕氣體。

其中，第二刻蝕的反應氣體也包括氧化性氣體，并且步驟5中停止通入碳氟基刻蝕氣體。

其中，提高碳氟基刻蝕氣體中的碳氟比或者減小氧化性氣體的比例以形成傾斜的開口側(cè)壁；還可通過減小碳氟基刻蝕氣體中的碳氟比或者增大氧化性氣體的比例以形成垂直的開口側(cè)壁。

其中，步驟5或步驟4中的氧化性氣體選自O₂、CO中的任意一種或其組合。