專利名稱：一種簡化存儲器中字線介電質(zhì)膜刻蝕成型工藝的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制備工藝，確切的說，是涉及到一種簡化存儲器中字線介電質(zhì)膜刻蝕成型的工藝方法。
背景技術(shù)：
如圖I所示，在存儲器中，字線的功能非常重要，一個存儲單元的大致結(jié)構(gòu)如圖所示，字線I將晶體管3的柵極連接起來，通過對存儲單元進(jìn)行選擇性的開啟和關(guān)閉，來控制電容2的充電及放電。再如圖2所示，為存儲器的基本原理圖，通過字線I的高、低電平來控制晶體管2的開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了對晶體管開關(guān)的控制。
現(xiàn)有的字線介電質(zhì)膜刻蝕成型工藝如圖3A-3F所示，如圖3A所示，先在介電質(zhì)膜4和通孔刻蝕停止層(Contact etch stop layer,簡稱CESL,亦稱作接觸孔刻蝕阻擋層)中刻蝕出通孔5，并在通孔5的底部暴露出柵極上表面的一部分金屬硅化物，然后在包括通孔50的介電質(zhì)膜4上旋涂一層填充材料層(其具有與抗反射膜類似的成分，有良好的孔洞填充能力，可以視為一種抗反射膜)19，并使其固化。其中，用于形成填充材料層19的填充材料還填充在通孔5內(nèi)部，之后通過回蝕的方法去除介電質(zhì)膜4上方的填充材料層19，同時也會一并將通孔5上部的一部分填充材料回蝕掉而保留下部的填充材料，因此位于通孔5內(nèi)其下部的余下的填充材料的上表面低于介電質(zhì)膜4的上表面，換言之，通孔5內(nèi)剩余填充材料與介電質(zhì)膜4的上表面之間形成高度落差。其后，再在介電質(zhì)膜4上方旋涂一層底部抗反射膜20，此間用于形成底部抗反射膜20的一部分材料填充在通孔5的上部，然后再在抗反射膜20上旋涂光刻膠層21，并通過在曝光顯影工藝來定義光刻膠層21中的字線圖形。最后刻蝕介電質(zhì)膜4，而后對介電質(zhì)膜4表面剩余的光刻膠，剩余的底部抗反射層以及通孔5內(nèi)剩余的填充材料19等進(jìn)行灰化工藝加以去除，以形成溝槽9，溝槽9和接觸孔5相連通。顯而易見的是，現(xiàn)有的技術(shù)方案工序較為復(fù)雜，體現(xiàn)在需要先旋涂填充材料而后又要回蝕，然后在形成光刻膠層之前，還需要旋涂了兩次抗反射材料，較多的工序?qū)е鲁杀撅@著升高，而且產(chǎn)品的良率在復(fù)雜的工藝環(huán)境下更容易下降。因此如果能對整個流程進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，則可以節(jié)省生產(chǎn)成本，提高效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種簡化存儲器中字線介電質(zhì)膜刻蝕成型工藝的方法，包括以下步驟步驟一，在一半導(dǎo)體襯底上形成半導(dǎo)體元件，以及在所述半導(dǎo)體元件的上方形成一通孔刻蝕停止層，并進(jìn)一步在所述通孔刻蝕停止層上方形成一層介電質(zhì)膜；步驟二，依次在所述介電質(zhì)膜和通孔刻蝕停止層中實(shí)施刻蝕以形成對準(zhǔn)半導(dǎo)體元件的柵極的通孔；步驟三，涂覆一層底部抗反射涂層覆蓋在所述介電質(zhì)膜的上方，所述底部抗反射涂層同時覆蓋在通孔上并且用于形成底部抗反射涂層的抗反射材料還進(jìn)入到每個通孔的較上部以形成一個上部填充物而沒有填充在通孔的下部；步驟四，在底部抗反射涂層之上再涂覆一層光刻膠層，并通過光刻工藝至少形成光刻膠層中的字線開口圖形；步驟五，利用所述光刻膠層作為掩膜，刻蝕掉所述底部抗反射涂層暴露在字線開口圖形中的部分和所述的上部填充物，并對在包括形成了所述通孔的區(qū)域的區(qū)域中的所述介電質(zhì)膜實(shí)施刻蝕，以形成位于所述介電質(zhì)膜頂部的并連接到通孔的字線溝槽。上述的方法，在步驟四的光刻步驟中，用于形成所述光刻膠層中的字線開口圖形的顯影液只與光刻膠層發(fā)生反應(yīng)而不與底部抗反射涂層發(fā)生反應(yīng)。上述的方法，在形成底部抗反射涂層的步驟中，在旋涂抗反射涂層時，控制半導(dǎo)體襯底的旋轉(zhuǎn)速度和抗反射材料所處環(huán)境的溫度值，使得用于形成底部抗反射涂層的抗反射材料僅進(jìn)入到通孔的較上部以形成所述的上部填充物而不進(jìn)入到通孔的下部，從而在通孔的下部形成一個空腔。上述的方法，步驟五之后，在所述通孔中填充金屬形成栓塞，及在所述字線溝槽中填充金屬形成金屬字線互連結(jié)構(gòu)，以使所述字線互連結(jié)構(gòu)通過所述栓塞電性連接到所述的柵極上。 上述的方法，在步驟五之后，以及在通孔、字線溝槽中填充金屬的步驟之前，還包括移除余下的底部抗反射涂層、光刻膠層的步驟。上述的方法，步驟二的刻蝕過程中所形成的聚合物附著在通孔的頂部的內(nèi)壁上，可以使得通孔頂部稍微縮口，因此在步驟三的旋涂底部抗反射涂層時，抗反射材料僅填充了通孔的上部，而在通孔下部形成空腔。上述的方法，在步驟五之后，還包括將刻蝕反應(yīng)過程中形成的聚合物與余下的底部抗反射涂層、光刻膠層一起移除掉的步驟。在一個實(shí)施方式中，利用干法刻蝕形成通孔的步驟包括先行利用輕聚合物特性的混合刻蝕氣體在介電質(zhì)膜中刻蝕出通孔的上部，然后利用重聚合物特性的混合刻蝕氣體在介電質(zhì)膜中刻蝕出通孔的下部，并形成附著在通孔的頂部的側(cè)壁上的聚合物，所述聚合物用于減緩對通孔的上部周圍的介電質(zhì)膜的刻蝕，從而使得通孔的頂部略微縮口。與舊工藝流程對比，本發(fā)明的工藝流程省去一次抗反射層材料填充工藝與抗反射層材料回刻工藝。這兩道工藝流程的節(jié)省可以很好的降低成本。不僅對于工藝機(jī)臺的產(chǎn)能分配，機(jī)臺耗件部分的節(jié)省，半導(dǎo)體生產(chǎn)原材料的節(jié)省，半導(dǎo)體生產(chǎn)效率來說都有很大的改
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通過閱讀參照如下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，發(fā)明的其它特征，目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯。圖I為單個存儲單元的示意 圖2為儲存器基本原理不意 圖3A-3F為當(dāng)前的字線介電質(zhì)膜刻蝕成型工藝流程示意 圖4A-4E為本發(fā)明一種簡化存儲器中字線介電質(zhì)膜刻蝕成型工藝的方法的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)造特征、達(dá)成目的和功效易于明白了解，下結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。如圖4A所示，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，為了簡介起見，圖中只示意出了部分半導(dǎo)體襯底10，在半導(dǎo)體襯底10的頂部形成有P型或N型的阱區(qū)11，以及在阱區(qū)11中形成有與阱區(qū)11的摻雜類型相反的并位于襯底10的頂面附近的源區(qū)12a和漏區(qū)12b，以及在源區(qū)12a頂面形成的與源區(qū)12a形成良好電性接觸的可用于降低電阻的金屬硅化物12a_l，和在漏區(qū)12b頂面形成的與漏區(qū)12b形成良好電性接觸的金屬硅化物12b-l。在源區(qū)12a和漏區(qū)12b之間的形成導(dǎo)電通道的阱區(qū)11的上表面之上形成有柵氧化物層16，在柵氧化物層16上方形成有多晶硅柵極13，柵極13的兩側(cè)形成有覆蓋在柵極13側(cè)壁上的側(cè)墻14，其中柵極13的頂面也形成有與柵極13形成良好電性接觸的金屬硅化物13a，并且相鄰的不同摻雜類型的阱區(qū)之間通過填充有氧化物的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)20來隔離彼此，從而在襯底10上形成N溝道NMOS或P溝道PMOS的半導(dǎo)體元件。并在襯底10的頂面上方還形成一層通孔刻蝕停止層(CESL，亦稱作接觸孔刻蝕阻擋層)15，其同時還覆蓋在每個柵極13及其側(cè)墻 14上。從而使得其中的通孔刻蝕停止層15至少覆蓋在NMOS或PMOS的上方，而介電質(zhì)膜4 (ILD，亦可稱作為層間介質(zhì)層)則覆蓋在通孔刻蝕停止層15之上。由于上述內(nèi)容所揭示的器件結(jié)構(gòu)已經(jīng)為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知，因此，本申請?jiān)诖藘H僅稍作解釋而不再贅述。如圖4A所示，先沉積一介電質(zhì)膜4覆蓋在通孔刻蝕停止層15的上方，通常，起始階段的介電質(zhì)膜4的上表面會凸凹不平，所以在其上表面緊接著還伴隨著化學(xué)機(jī)械研磨CMP的工序，以將介電質(zhì)膜4的上表面研磨至一個平整面(即平坦化的步驟)。然后，利用圖中未示意出的帶有通孔開口圖形的掩膜(例如光刻膠)依次在介電質(zhì)膜4、刻蝕停止層15中刻蝕形成貫穿整個介電質(zhì)膜4和通孔刻蝕停止層15各自厚度的并對準(zhǔn)柵極13的通孔(亦可稱作接觸孔)5，通孔5向下延伸至貫穿通孔刻蝕停止層15，并接觸到到柵極13上表面的金屬硅化物，即在通孔5的底部暴露出柵極13上表面的一部分金屬硅化物。通孔刻蝕停止層15由例如CVD淀積的氮化硅膜等制成，介電質(zhì)膜4由例如CVD淀積的氧化硅膜制成，而且介電質(zhì)膜4可以由Si02等低介電絕緣膜制成。然后如圖4B所示，在所述介電質(zhì)膜4上涂覆一層用于減弱光反射強(qiáng)度的材料，稱為底部抗反射涂層(Bottom Anti Reflective Coating,簡稱BARC) 6,需注意的是,此步驟中，一部分用于形成底部抗反射涂層6的材料還會填充在通孔5的較上部，形成由抗反射材料構(gòu)成的上部填充物6a，其中上部填充物6a與底部抗反射涂層6構(gòu)成一個整體。在為了形成通孔5而采用的干法刻蝕過程中，可采取一些特定的方法，使通孔5的頂部會稍有收口而較之其下部會顯得比較窄，換言之，其頂部的內(nèi)徑會略小于通孔5下部的內(nèi)徑。一種可選實(shí)施方式是，在通孔刻蝕過程中的一部分采用可以產(chǎn)生較多聚合物的反應(yīng)氣體以達(dá)到目的。所述的刻蝕過程中的一部分是需要針對不同的情況進(jìn)行具體的定義，通常是針對刻蝕時間的定義。形成機(jī)理是在干法刻蝕過程中采用可以產(chǎn)生較多聚合物的氣體，從而來形成較多的聚合物，因?yàn)橥资且环N具有高深寬比結(jié)構(gòu)(High aspect ratio microstructures)。在通孔5的刻蝕過程中，在通孔5內(nèi)所產(chǎn)生的聚合物在向孔外揮發(fā)的過程中，一部分聚合物會在通孔5的頂部的側(cè)壁上進(jìn)行聚集，相當(dāng)于形成了一層較薄的刻蝕阻擋層/鈍化層(未標(biāo)注)附著在通孔5頂部的側(cè)壁上，這在一定程度上相對弱化了對環(huán)繞在通孔5頂部周圍的介電質(zhì)膜4的刻蝕，結(jié)果就是導(dǎo)致通孔5頂部會略微縮口(或稱收口)，其內(nèi)徑會略小，而通孔5的較下部的內(nèi)徑則稍大。值得關(guān)注的是，這種結(jié)構(gòu)非常有益于底部抗反射涂層6的涂布工藝在通孔5的下部形成空腔，因?yàn)榭s口的通孔5的頂部(即較小的內(nèi)徑)使得形成底部抗反射涂層6的抗反射材料在通孔5內(nèi)不會填充得很深，也即阻塞了抗反射材料繼續(xù)向通孔5的下部填充的進(jìn)程，從而抗反射材料只會填充在通孔5的較上部而形成一個上部填充物6a，通孔5內(nèi)位于上部填充物6a下方的區(qū)域?qū)?gòu)成一個被封閉的空腔。鑒于通孔5的側(cè)壁形貌和其內(nèi)徑的差異并非任何時候都滿足我們的期望，因此，我們亦可以通過設(shè)定通孔5的刻蝕條件來順勢優(yōu)化或額外調(diào)節(jié)通孔5頂部和其下部的形貌，包括頂部內(nèi)徑和其下部的內(nèi)徑差異性，來強(qiáng)化該差異性對抗反射材料在通孔內(nèi)的填充特性所造成的影響。例如用于刻蝕的混合反應(yīng)氣體的構(gòu)成成分和每種氣體的流量比例以及RF頻率、刻蝕功率和刻蝕腔內(nèi)的氣體壓強(qiáng)等參數(shù)均是可以考慮進(jìn)行調(diào)整的范疇，比如先行利用輕聚合物特性的氣體CF4、C4F8和Ar2 (氬氣)等的混合氣體在適當(dāng)?shù)念l率和壓強(qiáng)下對介電質(zhì)膜4實(shí)施刻蝕，形成通孔5的上部，該步驟中形成的較少的含碳的聚合物能迅速揮發(fā)離開接觸孔而不會附著在通孔5頂部的側(cè)壁上。其后利用重聚合物特性的氣體CF4、C5F8和 Ar2(氬氣)等的混合氣體在適當(dāng)?shù)念l率和壓強(qiáng)下來進(jìn)一步對介電質(zhì)膜4實(shí)施刻蝕，以獲得通孔5的下部，直至獲得的通孔5的刻蝕深度達(dá)到期望的目標(biāo)值，該步驟中形成的較多的含碳的聚合物在從接觸孔內(nèi)揮發(fā)的同時，部分會附著在接通孔5頂部的側(cè)壁上，相當(dāng)于形成了一層較薄的刻蝕阻擋層/鈍化層(未標(biāo)注)，使得氟自由基無法大幅度的穿過聚合物所以減弱了對通孔5頂部周圍的介電質(zhì)膜4的刻蝕效應(yīng)。盡管如此，需要特別強(qiáng)調(diào)的是，該刻蝕過程還是務(wù)必對聚合物的產(chǎn)生以及由此導(dǎo)致的通孔頂部縮口的程度加以控制，過與不及都是不期望發(fā)生的，所以并不能認(rèn)為通孔5頂部有越多的聚合物存在就越好，因?yàn)檫^多的聚合物在通孔頂部聚集會導(dǎo)致通孔5的頂部縮口趨于嚴(yán)重，這樣通孔頂部和底部⑶(CriticalDimension)都會偏離規(guī)范值,在極端情況下，通孔還會被完全封口，會使刻蝕完全停止，無法和柵極相連，最終導(dǎo)致電性上的斷路。聚合物在形成通孔5成形之后，需通過光刻膠灰化處理等工藝予以移除。另外，底部抗反射涂層6的涂布工藝中，要求在涂布抗反射涂層6時，精確控制承載晶圓或半導(dǎo)體襯底的基座的旋轉(zhuǎn)速度，相當(dāng)于控制襯底的旋轉(zhuǎn)速度，以及控制好底部抗反射涂層6所處的環(huán)境的溫度值等參數(shù)，避免抗反射材料無法進(jìn)入通孔5內(nèi)或進(jìn)入了過量的抗反射材料而無法形成通孔5下部的空腔。如圖4C所示，在底部抗反射涂層6上再涂覆一層光刻膠層(或稱光致抗蝕劑膜)7，底部抗反射涂層6可以極其有效的減弱底部的反射光線進(jìn)入在光刻膠層7，從而避免其分辨率劣化，并對光刻膠層7進(jìn)行光刻流程，對其實(shí)施曝光顯影后，至少在光刻膠層7中形成定義了位置的字線開口圖形8。此步驟中，因?yàn)閷饪棠z層7顯影的過程中無法完全避免顯影液會接觸到底部抗反射涂層6，所以必須要求底部抗反射涂層6與光刻膠層7的針對顯影液的化學(xué)性質(zhì)有所差異，這可以通過底部抗反射涂層6、光刻膠層7各自的材質(zhì)選取來實(shí)現(xiàn)，以保障針對光刻膠層7的顯影液僅僅與光刻膠層7發(fā)生反應(yīng)(對其敏感)而不與底部抗反射涂層6發(fā)生反應(yīng)(對其不敏感)。簡言之，即要求底部抗反射涂層6的這種材料不會因?yàn)樾纬勺志€開口圖形8而受到字線曝光顯影工藝的影響。如圖4D所示，利用光刻膠層7作為刻蝕掩膜，利用干法刻蝕將底部抗反射涂層6暴露在開口圖形8內(nèi)的部分和上部填充物6a刻蝕掉，以及進(jìn)一步對在包括形成了通孔5的區(qū)域的區(qū)域中的介電質(zhì)膜4進(jìn)行刻蝕，進(jìn)而形成位于介電質(zhì)膜4頂部的連接到通孔5的字線溝槽(也稱作互連溝槽)9，構(gòu)成典型的雙大馬士革開口結(jié)構(gòu)17 (參見圖4E)，以便后續(xù)可以在通孔5和字線溝槽9內(nèi)填充金屬，最終形成通過通孔5內(nèi)的金屬(栓塞)而電性連接到柵極13的并位于溝槽9內(nèi)的金屬字線互連結(jié)構(gòu)。其中，形成所述的雙大馬士革開口結(jié)構(gòu)17之后，并在該結(jié)構(gòu)中填充金屬材料之前，還需要將余下的底部抗反射涂層6、光刻膠層7予以灰化處理將其予以移除。因?yàn)榈撞靠狗瓷渫繉?、光刻膠層7這兩者有著類似的構(gòu)成成分，則一次處理即可將它們同時去除掉。綜上所述，發(fā)明一種簡化存儲器中字線介電質(zhì)膜刻蝕成型工藝的方法，與舊工藝流程對比(例如可參考背景技術(shù)部分)，有效地使本發(fā)明的工藝流程省去光刻膠填充工藝與光刻膠回刻工藝。這兩道工藝流程的節(jié)省，對生產(chǎn)周期，生產(chǎn)復(fù)雜性，生產(chǎn)成本都有改善作用，可以使得每一片晶片生產(chǎn)減少一次光刻膠填充環(huán)節(jié)和一次干法刻蝕工藝環(huán)節(jié)，這樣可以很好的降低成本，這樣的好處是不僅對于工藝機(jī)臺的產(chǎn)能分配，機(jī)臺耗件部分的節(jié)省，半導(dǎo)體生產(chǎn)原材料的節(jié)省，半導(dǎo)體生產(chǎn)效率來說都有很大的改善。以上對發(fā)明的具體實(shí)施例了描述。需要理解的是，發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施；本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種簡化存儲器中字線介電質(zhì)膜刻蝕成型工藝的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一，在一半導(dǎo)體襯底上形成半導(dǎo)體元件，以及在所述半導(dǎo)體元件的上方形成一通孔刻蝕停止層，并進(jìn)一步在所述通孔刻蝕停止層上方形成一層介電質(zhì)膜； 步驟二，依次在所述介電質(zhì)膜和通孔刻蝕停止層中實(shí)施刻蝕以形成對準(zhǔn)半導(dǎo)體元件的柵極的通孔； 步驟三，涂覆一層底部抗反射涂層覆蓋在所述介電質(zhì)膜的上方，所述底部抗反射涂層同時覆蓋在通孔上并且用于形成底部抗反射涂層的抗反射材料還進(jìn)入到每個通孔的較上部以形成一個上部填充物而沒有填充在通孔的下部； 步驟四，在底部抗反射涂層之上再涂覆一層光刻膠層，并通過光刻工藝至少形成光刻膠層中的字線開口圖形； 步驟五，利用所述光刻膠層作為掩膜，刻蝕掉所述底部抗反射涂層暴露在字線開口圖形中的部分和所述的上部填充物，并對在包括形成了所述通孔的區(qū)域的區(qū)域中的所述介電質(zhì)膜實(shí)施刻蝕，以形成位于所述介電質(zhì)膜頂部的并連接到通孔的字線溝槽。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在步驟四的光刻步驟中，用于形成所述光刻膠層中的字線開口圖形的顯影液只與光刻膠層發(fā)生反應(yīng)而不與底部抗反射涂層發(fā)生反應(yīng)。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在形成底部抗反射涂層的步驟中，在旋涂抗反射涂層時，控制半導(dǎo)體襯底的旋轉(zhuǎn)速度和抗反射材料所處環(huán)境的溫度值，使得用于形成底部抗反射涂層的抗反射材料僅進(jìn)入到通孔的較上部以形成所述的上部填充物而不進(jìn)入到通孔的下部，從而在通孔的下部形成一個空腔。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟五之后，在所述通孔中填充金屬形成栓塞，及在所述字線溝槽中填充金屬形成金屬字線互連結(jié)構(gòu)，以使所述字線互連結(jié)構(gòu)通過所述栓塞電性連接到所述的柵極上。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟二的刻蝕過程中所形成的聚合物附著在通孔的頂部的內(nèi)壁上，可以使得通孔頂部稍微縮口，因此在步驟三的旋涂底部抗反射涂層時，抗反射材料僅填充了通孔的上部，而在通孔下部形成空腔。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在步驟五之后，還包括將刻蝕反應(yīng)過程中形成的所述聚合物與余下的底部抗反射涂層、光刻膠層一起移除掉的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種簡化存儲器中字線介電質(zhì)膜刻蝕成型工藝的方法。通過使用本發(fā)明一種簡化存儲器中字線介電質(zhì)膜刻蝕成型工藝的方法，有效地使得每一片晶片生產(chǎn)減少一次光刻膠填充環(huán)節(jié)和一次干法刻蝕工藝環(huán)節(jié)，這樣可以很好的降低成本，使生產(chǎn)半導(dǎo)體的效率得到很大的改善。
文檔編號H01L21/768GK102915959SQ20121037572
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月8日
發(fā)明者黃海, 張瑜, 黃君 申請人:上海華力微電子有限公司