專利名稱：一種通孔刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別涉及一種通孔刻蝕方法。
背景技術(shù)：
目前，半導(dǎo)體制造工業(yè)主要在硅襯底的晶片(wafer)器件面上生長器件，例如，互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CM0Q器件。CMOS器件在微處理器、閃存和特定用途集成電路(ASIC)的半導(dǎo)體技術(shù)上占有重要的地位?，F(xiàn)在普遍采用雙阱CMOS工藝在硅襯底上同時(shí)制作導(dǎo)電溝道為空穴的P型溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)和導(dǎo)電溝道為電子的η型溝道M0SFET，具體步驟為首先，摻雜硅襯底中的不同區(qū)域，使硅襯底中同時(shí)具有以電子為多數(shù)載流子的η型硅襯底，及以空穴為多數(shù)載流子的ρ型硅襯底；接著在η型硅襯底和ρ型硅襯底之間制作淺溝槽隔離(STI) 101，被STI分隔開的區(qū)域彼此絕緣，稱為有源區(qū)(AA)，然后在STIlOl兩側(cè)用離子注入的方法分別形成空穴型摻雜擴(kuò)散區(qū)(P阱)102和電子型摻雜擴(kuò)散區(qū)(N阱)103，最后在P阱102和N阱103上方分別制作由柵極電介質(zhì)層104和多晶硅105組成的層疊柵極，及在P阱102和N阱103中分別制作源極106和漏極107，所述源極106和漏極107分別位于層疊柵極的兩側(cè)(圖中以P阱102為例，N阱103中的源極和漏極未畫出)；P阱102中形成η型溝道M0SFET，N阱103中形成ρ型溝道M0SFET，得到如圖1所示的CMOS器件結(jié)構(gòu)。CMOS器件制作完成后，還要通過金屬互連工藝制作金屬連線，將CMOS器件的各部分相互連接形成半導(dǎo)體電路，實(shí)現(xiàn)CMOS器件之間的信號傳輸。金屬連線是由金屬線路和金屬線路之間的層間介質(zhì)共同組成。一般地，首先在CMOS器件所在的器件層表面沉積層間介質(zhì)層，然后在層間介質(zhì)層中刻蝕通孔(via)和溝槽，通孔的位置分別與有源區(qū)的源極、漏極和柵極對應(yīng)，溝槽與需要互連的通孔對應(yīng)，為了降低有源區(qū)的源極、漏極以及柵極與通孔中填充金屬的電阻，需要在刻蝕形成通孔之后，在通孔中露出的源極、漏極以及柵極表面形成金屬硅化物(silicide)，最后在通孔和溝槽中填充金屬，完成金屬互連工藝。傳統(tǒng)的氮氧化合物/多晶硅層疊柵極，是以氮氧化物作為柵極電介質(zhì)層，多晶硅作為柵極。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，氮氧化合物/多晶硅層疊柵極的CMOS器件由于漏電流和功耗過大等問題，已經(jīng)不能滿足小尺寸半導(dǎo)體工藝的需要，為解決這個(gè)問題，提出了以高介電系數(shù)(High K)材料作為柵極電介質(zhì)層，以金屬材料作為金屬柵極的High K柵極電介質(zhì)/金屬層疊柵極技術(shù)。CMOS的制作工藝流程中，既可以采用在源極和漏極的制作之前先制作High K柵極電介質(zhì)/金屬層疊柵極的工藝(gate first process)，也可以采用先制作源極和漏極，再制作High K柵極電介質(zhì)/金屬層疊柵極的工藝(gate lastprocess)，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，目前，業(yè)界普遍采用gate last process進(jìn)行大規(guī)模量產(chǎn)。提供具有ρ型(或η型)硅襯底300的晶片(wafer)，所述硅襯底300中已經(jīng)制作完成所述STI301、P阱、N阱及有源區(qū)中的源極302和漏極303，同時(shí)硅襯底300表面已經(jīng)具有由High K柵極電介質(zhì)和金屬柵304組成的High K柵極電介質(zhì)/金屬層疊柵極(圖中High K柵極電介質(zhì)未畫出)。以P阱為例，結(jié)合圖3a 3d說明現(xiàn)有技術(shù)中，金屬柵、源極和漏極上方的通孔刻蝕方法，該方法的具體步驟如下步驟201、圖3為現(xiàn)有技術(shù)中金屬柵、源極和漏極上方的通孔刻蝕方法的步驟201的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，wafer器件面沉積的層間介質(zhì)層305后，光刻形成定義通孔(via)的光刻圖案；本步驟中，光刻是指，在所述晶圓器件面涂覆光刻膠(PR) 306后，經(jīng)過曝光和顯影工藝在光刻膠306上同時(shí)形成分別用于定義金屬柵304、有源區(qū)的源極302和漏極303上方通孔(via)的光刻圖案；步驟202、圖4為現(xiàn)有技術(shù)中金屬柵、源極和漏極上方的通孔刻蝕方法的步驟202的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，刻蝕層間介質(zhì)層305，在金屬柵304、有源區(qū)的源極302和漏極303上方同時(shí)形成通孔，露出金屬柵304、源極302和漏極303表面；本步驟中的刻蝕是以光刻圖案為掩膜的干法刻蝕，可以是等離子刻蝕或者反應(yīng)離子刻蝕等，其中，有源區(qū)的源極302和漏極303上方的通孔為第一通孔307，金屬柵304上方的通孔為第二通孔308 ；具體刻蝕步驟為現(xiàn)有技術(shù)，此不贅述；刻蝕通孔之后，還要剝離殘留在層間介質(zhì)層305表面的光刻圖案。步驟203、圖5為現(xiàn)有技術(shù)中金屬柵、源極和漏極上方的通孔刻蝕方法的步驟203的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示，在露出的金屬柵304、源極302和漏極303表面沉積金屬硅化物(silicide) 309 ；本步驟中，沉積Silicide309普遍采用濺射的方法，具體地，在源極302和漏極303表面，使金屬鎳(Ni)與硅發(fā)成物理化學(xué)反應(yīng)，生成金屬硅化物；對于在金屬柵304表面沉積Silicide309，一方面Ni會與金屬柵304表面的Al/TiN發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，形成難以去除的合金；另一方面，在后續(xù)金屬互連過程中，金屬柵304表面并不需要利用沉積的silicide309來減小金屬柵304表面與填充金屬的電阻，該金屬柵上的淀積的Ni反而會增大接觸電阻。步驟204、圖6為現(xiàn)有技術(shù)中金屬柵、源極和漏極上方的通孔刻蝕方法的步驟204的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖6所示，濕法刻蝕去除金屬柵304表面沉積的部分Silicide309 ；本步驟中，濕法刻蝕溶液為硫酸(H2SO4)和水(H2O)的混合溶液，由于硫酸的強(qiáng)酸性，在去除silicide309的同時(shí)，濕法刻蝕溶液還會與金屬柵304表面的Al/TiN合金反應(yīng)生成鋁氧化鈦(TiAW)，從而造成金屬柵304損傷；在濕法刻蝕之前，還有采用底部抗反射涂層(BARC)填充有源區(qū)的源極302和漏極303上方的第一通孔307的步驟，防止去除源極302、漏極 303 上方的 silicide309。但是，在具有金屬柵304的CMOS器件的通孔刻蝕過程中，不需要在金屬柵304表面沉積silicide，因此在后續(xù)步驟中還需用濕法刻蝕步驟去除沉積在金屬柵304表面的Silicide309，然而濕法刻蝕會損傷金屬柵304表面。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種通孔刻蝕方法，該方法能夠在不損傷金屬柵極表面的前提下，在源極、漏極和金屬柵極表面形成通孔。為解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的一種通孔刻蝕方法，提供具有硅襯底的晶片，所述硅襯底表面具有金屬層?xùn)艠O，所述金屬柵極兩側(cè)的硅襯底中具有源極和漏極，在所述晶片的器件面沉積層間介質(zhì)層后，該方法還包括在所述層間介質(zhì)層上涂覆第一光刻膠，第一光刻后在源極和漏極上方形成定義第一通孔的第一光刻圖案；以所述第一光刻圖案為掩膜，第一刻蝕所述層間介質(zhì)層，直到露出所述源極和所述漏極，形成第一通孔；在所述露出的源極和漏極表面沉積金屬硅化物；用底部抗反射涂層或者光刻膠填充所述第一通孔后，所述晶片的器件面涂覆第二光刻膠，第二光刻后在金屬柵上方形成定義第二通孔的第二光刻圖案；以所述第二光刻圖案為掩膜，第二刻蝕所述層間介質(zhì)層，直到露出金屬柵，形成第二通孑L ；去除所述第一通孔中的抗反射涂層或者光刻膠和殘留的第二光刻圖案。所述第一刻蝕是干法刻蝕。所述第二刻蝕是干法刻蝕。所述去除殘留的第二光刻圖案是用氧氣的干法刻蝕。由上述的技術(shù)方案可見，本發(fā)明通過兩次刻蝕形成通孔，首先由第一刻蝕在有源區(qū)的源極和漏極上方制作第一通孔，接著在第一通孔露出的源極和漏極表面沉積金屬硅化物；然后由第二刻蝕在金屬柵極上方制作第二通孔，從而避免金屬柵極表面損傷。


圖1為CMOS器件結(jié)構(gòu)剖面圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中金屬柵、源極和漏極上方的通孔刻蝕方法流程圖；圖3 6為現(xiàn)有技術(shù)中金屬柵、源極和漏極上方的通孔刻蝕方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明中金屬柵、源極和漏極上方的通孔刻蝕方法流程圖；圖8 13為本發(fā)明中金屬柵、源極和漏極上方的通孔刻蝕方法的剖面結(jié)構(gòu)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。如圖8所示，提供具有P型(或η型)硅襯底300的晶片(wafer)，硅襯底300中已經(jīng)制作完成所述STI301、P阱、N阱，有源區(qū)中的源極302和漏極303，及High K柵極電介質(zhì)/金屬層疊柵極(圖中High K柵極電介質(zhì)未畫出)。以P阱為例，結(jié)合圖8 13說明本發(fā)明中，金屬柵、源極和漏極上方的通孔刻蝕方法，該方法的具體步驟如下步驟401、圖8為本發(fā)明中金屬柵、源極和漏極上方的通孔刻蝕方法的步驟401的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖8所示，wafer器件面沉積層間介質(zhì)層305后，第一光刻形成定義源極302、漏極303上方第一通孔的第一光刻圖案；本步驟中，第一光刻是指，在層間介質(zhì)層305表面涂覆的第一光刻膠506 (PR)，經(jīng)過曝光和顯影工藝在第一 PR506上形成第一光刻圖案。步驟402、圖9為本發(fā)明中金屬柵、源極和漏極上方的通孔刻蝕方法的步驟402的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖9所示，第一刻蝕層間介質(zhì)層305，在有源區(qū)的源極302和漏極303上方形成第一通孔507，直到露出有源區(qū)的源極302和漏極303表面；本步驟中，第一刻蝕是干法刻蝕，以第一光刻圖案為掩膜第一刻蝕層間介質(zhì)層305，可以采用終點(diǎn)檢測法控制第一刻蝕的結(jié)束。第一刻蝕可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員習(xí)知的方法，此不再贅述。需要說明的是在第一通孔507形成后，還要剝離第一光刻圖案。具體來說，主要采用兩種方法去除第一冊506，第一，采用氧氣(O2)進(jìn)行干法刻蝕，氧氣與ra發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可將第一 PR506去除；第二，還可采用濕法去膠法，例如，采用硫酸和雙氧水的混合溶液可將第一 PR506去除。步驟403、圖10為本發(fā)明中金屬柵、源極和漏極上方的通孔刻蝕方法的步驟403的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖10所示，在第一通孔507中露出的源極302和漏極303表面沉積金屬硅化物(silicide) 508 ；本步驟中，沉積Silicide508采用濺射的方法，在源極302和漏極303表面使金屬鎳(Ni)與硅發(fā)成物理化學(xué)反應(yīng)，生成金屬硅化物，此為現(xiàn)有技術(shù)，不再贅述。步驟404、圖11為本發(fā)明中金屬柵、源極和漏極上方的通孔刻蝕方法的步驟404的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖11所示，在wafer器件面涂覆底部抗反射涂層(BARC) 509后，在BARC509上第二光刻形成定義金屬柵304上方第二通孔的第二光刻圖案；本步驟中，BARC509 一部分填充第一通孔507，BARC509其他部分覆蓋介質(zhì)層形成平坦的表面；本步驟中，第二光刻是指，在BARC509表面涂覆第二冊510，經(jīng)過曝光和顯影工藝在第二 TO510上形成第二光刻圖案；第二光刻圖案定義金屬柵304上方的第二通孔511 ；在實(shí)際應(yīng)用中，還可以直接用第二 PR510涂覆wafer器件面，其中，第二冊510 —部分填充第一通孔507，第二 PR510其他部分覆蓋介質(zhì)層表面形成平坦的表面，從而后續(xù)步驟404可以直接對第二冊510曝光和顯影工藝在第二 PR510上形成第二光刻圖案。步驟405、圖12為本發(fā)明中金屬柵、源極和漏極上方的通孔刻蝕方法的步驟405的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖12所示，第二刻蝕層間介質(zhì)層305，在金屬柵304上方形成第二通孔511，直到露出金屬柵304 ；本步驟中，第二刻蝕是干法刻蝕，以第二光刻圖案為掩膜第二刻蝕層間介質(zhì)層305，可以采用終點(diǎn)檢測法控制第二刻蝕的結(jié)束，第二刻蝕可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員習(xí)知的方法，此不再贅述。由于步驟403中已經(jīng)在源極和漏極表面沉積金屬硅化物，因此本步驟形成的與金屬柵304對應(yīng)第二通孔511露出的金屬柵304表面不會再次沉積金屬硅化物，生成難以去除的合金，后續(xù)步驟中也無需去除金屬柵304表面金屬硅化物的步驟，避免由于濕法刻蝕損傷金屬柵304表面。步驟406、圖13為本發(fā)明中金屬柵、源極和漏極上方的通孔刻蝕方法的步驟406的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖13所示，剝離去除殘留BARC509和第二光刻圖案；本步驟中，剝離去除殘留的BARC509和第二光刻圖案，具體來說，可以采用干法去除BARC509和第二冊510，采用氧氣(O2)進(jìn)行干法刻蝕，氧氣與BARC和I3R發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可將BARC509和第二 PR510去除。至此，金屬柵304和源極302、漏極303上方的通孔刻蝕步驟完成。后續(xù)步驟還要在通孔上方制作溝槽，然后在通孔和溝槽中填充金屬銅，完成金屬線路的制作，具體步驟為在通孔和溝槽表面依次沉積擴(kuò)散阻擋層和銅籽晶層，采用電化學(xué)鍍工藝(ECP)在通孔和溝槽中生長金屬銅之后，CMP所述金屬銅，形成金屬連線。本發(fā)明提出一種通孔刻蝕方法，該方法通過兩次刻蝕形成通孔，首先由第一刻蝕在有源區(qū)的源極和漏極上方制作第一通孔，接著在第一通孔露出的源極和漏極表面沉積金屬硅化物；然后由第二刻蝕在金屬柵極上方制作第二通孔，從而避免金屬柵極表面沉積金屬硅化物，形成難以去除的合金，以及濕法刻蝕金屬硅化物造成的金屬柵極表面損傷。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
1.一種通孔刻蝕方法，提供具有硅襯底的晶片，所述硅襯底表面具有金屬層?xùn)艠O，所述金屬柵極兩側(cè)的硅襯底中具有源極和漏極，在所述晶片的器件面沉積層間介質(zhì)層后，其特征在于，該方法還包括在所述層間介質(zhì)層上涂覆第一光刻膠，第一光刻后在源極和漏極上方形成定義第一通孔的第一光刻圖案；以所述第一光刻圖案為掩膜，第一刻蝕所述層間介質(zhì)層，露出所述源極和所述漏極，形成第一通孔；在所述露出的源極和漏極表面沉積金屬硅化物；用底部抗反射涂層或者光刻膠填充所述第一通孔后，所述晶片器件面涂覆第二光刻膠，第二光刻后在金屬柵上方形成定義第二通孔的第二光刻圖案；以所述第二光刻圖案為掩膜，第二刻蝕所述層間介質(zhì)層，露出金屬柵，形成第二通孔；去除所述第一通孔中的抗反射涂層或者光刻膠和殘留的第二光刻圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一刻蝕是干法刻蝕。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二刻蝕是干法刻蝕。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除殘留的第二光刻圖案是用氧氣的干法刻蝕。
全文摘要
本發(fā)明提出一種通孔刻蝕方法，該方法通過兩次刻蝕形成通孔，首先由第一刻蝕在有源區(qū)的源極和漏極上方制作第一通孔，接著在第一通孔露出的源極和漏極表面沉積金屬硅化物；然后由第二刻蝕在金屬柵極上方制作第二通孔，從而避免金屬柵極表面沉積金屬硅化物，形成難以去除的合金，以及濕法刻蝕金屬硅化物造成的金屬柵極表面損傷。
文檔編號H01L21/68GK102569144SQ201010601640
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者呂偉, 林益世, 郝靜安, 黃曉輝 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司