專利名稱：具有釕或氧化釕的半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，具體涉及一種可以以高選擇率進行灰化形成在釕膜或氧化釕膜上的抗蝕劑膜的半導(dǎo)體器件的制造方法。
利用氧氣(例如美國專利號No.5,254,217，Maniar et al.)以及氧氣和鹵素氣體(例如美國專利號No.5,624,583，Tokashiki et al.)，通過反應(yīng)離子蝕刻，可以將釕和氧化釕壓成高各向異性形式。當采用上述蝕刻方法能夠使電容器電極的尺寸減至最小時，需要利用氧等離子體，對形成在由釕或氧化釕制成的電極上的光敏感材料(即，光致抗蝕劑)進行灰化。


圖1a至1e是說明例舉的傳統(tǒng)的具有釕(Ru)膜的半導(dǎo)體器件制造方法的基本步驟的截面圖，其中在接觸孔蝕刻的步驟之后進行灰化步驟。
首先，如圖1a所示，在硅(Si)襯底11上形成Ru膜12和二氧化硅(SiO2)層14。如圖1b所示，然后在SiO2層14上施加光致抗蝕劑，接著進行利用光刻工藝的構(gòu)圖步驟，以形成抗蝕劑圖形13。接著，如圖1c所示，利用CF4等通過干蝕工藝形成穿過SiO2層14的用于將布線連接到Ru膜12的接觸孔16。此后，如圖1d所示，利用O2氣對抗蝕劑圖形13進行等離子灰化工藝。在灰化過程中，由于作為Ru與氧等離子體22反應(yīng)的結(jié)果，形成了易揮發(fā)的RuO3或RuO4，Ru膜12也逐漸受到腐蝕。結(jié)果，完全除去抗蝕劑圖形13包含基本上腐蝕了Ru膜12。在某些情況下，接觸孔16下面的Ru膜12會消失，如圖1e所示。
在所描述的傳統(tǒng)例子中，接觸孔蝕刻之后進行灰化，在實際的半導(dǎo)體器件的制造中，可能出現(xiàn)其中Ru膜12暴露于氧等離子的這種灰化步驟不止進行一次。這樣，即使整個Ru膜12通過一次灰化步驟沒有被除去，但重復(fù)幾次灰化步驟之后，Ru膜12可能會從結(jié)構(gòu)上消失。
為了解決這種問題，Yunogami et al.(美國專利No.6,326,218)公開了一種通過在Ru膜12上形成鉑(Pt)膜15來防止Ru膜12在抗蝕劑圖形13灰化時被腐蝕的方法。
圖2a至2e是說明在上面文件中公開的這種方法的步驟的截面圖。在此方法中，如圖2a所示，首先，在Si襯底11上淀積Ru膜12。然后，在Ru膜12上淀積鉑(Pt)膜15。使鉑膜15和Ru膜12構(gòu)圖之后，在Pt膜15上淀積SiO2層14。然后，如圖2b所示，在SiO2層14上形成抗蝕劑圖形13。此外，如圖2c所示，利用CF4等通過干蝕工藝形成穿過SiO2層14的接觸孔16。此后，如圖2d所示，利用氧等離子體22對抗蝕劑圖形13進行等離子灰化工藝。在這種情況下，由于用Pt膜15覆蓋Ru膜12，因此Ru膜12完全不會被腐蝕，同時利用灰化工藝完全焚化抗蝕劑圖形13，如圖2e所示。
如上所述，在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件的制造方法中，在灰化時會腐蝕Ru膜12。為了防止Ru膜12被腐蝕，需要在Ru膜上淀積Pt膜15，以防止其被腐蝕或消失。然而，在這種情況下，由于需要在Ru膜12上形成和構(gòu)圖Pt膜15的附加步驟，使制造變得更復(fù)雜。另外，由于Pt的費用，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的制造費用增加。結(jié)果，在包含Ru或Ru氧化物的半導(dǎo)體器件的傳統(tǒng)制造方法中，不能達到充分的生產(chǎn)率。此外，在某些情況下，由于需要直接在Ru膜12上形成介質(zhì)層，因此不能在Ru膜12上形成Pt膜15。
在本發(fā)明第一技術(shù)方案中，包含釕和氧化釕中的至少一種的半導(dǎo)體器件的制造方法包括利用包含氧氣或臭氧氣體和氮氣的氣體混合物灰化釕或氧化釕上的光敏感材料的步驟，其中氮氣的百分含量為50％或更高。
這里，可以在200℃或更高的溫度下通過加熱其上已形成了釕或氧化釕的襯底進行灰化步驟。
可以在利用光敏感材料作為掩模蝕刻釕或氧化釕上的層間絕緣膜之后進行灰化步驟。還可以在利用光敏感材料作為掩模蝕刻釕或氧化釕之后進行灰化步驟。
在本發(fā)明的第二個技術(shù)方案中，包含釕和氧化釕中的至少一種的半導(dǎo)體器件的制造方法包括步驟在襯底上形成由釕或氧化釕制成的膜；在釕或氧化釕膜上形成層間絕緣膜；在層間絕緣膜上施加光敏感材料，構(gòu)圖所施加的光敏感材料；利用已構(gòu)圖的光敏感材料作為掩模，蝕刻層間絕緣膜；以及利用作為氣體混合物提供的灰化氣體使已構(gòu)圖的光敏感材料灰化，氣體混合物包含氧氣或臭氧氣體和包含氮氣的氣體，其中氮氣的百分含量為50％或更高。
這里，可以在蝕刻層間絕緣膜的步驟中形成用于暴露釕膜或氧化釕膜的接觸孔。
根據(jù)本發(fā)明的上述第一或第二技術(shù)方案，其優(yōu)點是可以在高選擇率和高灰化速率下有效地進行光敏感材料的灰化，同時防止釕膜或氧化釕膜的局部消失。
這個優(yōu)點的原因如下。在先有技術(shù)的方法中，因為釕被氧化而形成了揮發(fā)性化合物，即RuO3或RuO4，所以釕被氧等離子蝕刻。在這種情況下，在利用氧等離子等對光致抗蝕劑進行灰化時，會腐蝕釕或使釕消失。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明，通過使O2氣和大量的N2氣混合制備用于灰化氣體，以便降低氧與釕的碰撞可能性。此時，可以稍微降低光致抗蝕劑的灰化速率，但其程度小于釕的蝕刻速率的降低。因此，可以得到選擇性相對于釕有所改進的光致抗蝕劑的灰化。
圖1a至1e是用于說明作為第一個傳統(tǒng)的在蝕刻接觸孔之后進行光致抗蝕劑的灰化的例子包含釕膜的半導(dǎo)體器件的制造方法中的各個步驟的截面圖；圖2a至2e是用于說明作為第二個傳統(tǒng)的在蝕刻接觸孔之后進行光致抗蝕劑的灰化的例子包含Ru膜的半導(dǎo)體器件制造方法中的各個步驟的截面圖；圖3a至3e是用于說明作為本發(fā)明的一個在蝕刻接觸孔之后進行光致抗蝕劑的灰化的最佳實施例包含釕膜的半導(dǎo)體器件制造方法中的各個步驟的截面圖；
圖4是說明選擇率和灰化速率相對于通過混合O2氣和N2氣制備的氣體組分的特征曲線圖；和圖5是用于說明選擇率和灰化速率相對于灰化步驟中的襯底溫度的特征曲線圖。
現(xiàn)在參考圖3a至3e，將描述作為本發(fā)明的一個最佳實施例的半導(dǎo)體器件的制造方法。
如圖3a所示，首先，在硅(Si)襯底上形成厚100nm的Ru膜12，在Ru膜12上淀積厚500nm的二氧化硅(SiO2)層(即，層間絕緣膜)14。然后，如圖3b所示，在SiO2層14上施加光敏感材料(即，光致抗蝕劑)，接著進行利用光刻工藝的構(gòu)圖步驟，以得到厚1000nm的抗蝕劑圖形13。接著，如圖3c所示，利用抗蝕劑圖形13作為掩模，利用CF4等通過干蝕工藝蝕刻SiO2層14，以便形成延伸穿過SiO2層14的接觸孔16。如圖所示，在接觸孔16的底部露出Ru膜12的部分表面，以便可以利用Ru膜12作為電極等。SiO2相對于Ru的蝕刻選擇率為20或更高。這樣，例如，如果將過蝕量設(shè)定到100％，可以在厚度方向?qū)u膜12蝕刻大約25nm。因此，在這種情況下，遺留的Ru膜12的厚度大約為75nm。
此外，如圖3d所示，利用氧/氮等離子等33通過灰化除去抗蝕劑圖形13。在此實施例中，通過施加1000W、13.56MHz的RF功率，在250℃的襯底溫度和360毫乇的壓力下，進行灰化步驟。用在此實施例中所使用的灰化氣體是混合氣體，由200sccm的O2和220sccm的N2構(gòu)成。換句話說，N2的含量比(即，N2/(N2+O2)的體積比)為50％。
在本發(fā)明中，研究了灰化步驟的條件，尤其是灰化氣體的組分和襯底溫度。圖4顯示了在電容耦合等離子灰化設(shè)備中，施加1000W、13.56MHz的RF功率，在440sccm的總氣體流動、250℃的襯底溫度和360毫乇的壓力下，評估選擇性特征(即，抗蝕劑的蝕刻速率/Ru的蝕刻速率)和抗蝕劑灰化速率與灰化氣體中N2的組分比之間關(guān)系的實驗結(jié)果，灰化氣體是通過混合O2氣和N2氣制備的。從圖4可以看出，當N2的組分比為50％時，選擇率變得最大，N2的組分比為50％時的選擇率至少是N2的組分比為10％時的選擇率的兩倍。從圖4可以看出，抗蝕劑的灰化速率隨著N2的組分比的增加而降低。N2的組分比為50％時的灰化速率大約是N2的組分比為10％時的0.7倍。然而，由于1600nm/分鐘或更大的抗蝕劑灰化速率，不能觀察到生產(chǎn)率的顯著損毀。
此外，在下列灰化條件下對具有這種膜結(jié)構(gòu)的樣品進行了評估選擇率的特征和灰化速率與襯底溫度之間關(guān)系的另外的實驗。即，利用提供的400sccm的O2氣和40sccm的N2氣的混合物作為灰化氣體，在360毫乇的壓力和150℃、200℃或250℃的襯底溫度下，施加1000W、13.56MHz的RF功率，進行灰化。得到的結(jié)果示于圖5。
從圖5可以看出，選擇率和灰化速率都隨著襯底溫度的降低迅速降低。當襯底溫度為200℃時，選擇率和抗蝕劑灰化速率幾乎變?yōu)?50℃溫度下的一半。如果襯底溫度進一步降低，那么灰化速率進一步降低，導(dǎo)致沒有實用性。
在此實施例中，通過上面的結(jié)果，如上所述可以總結(jié)出灰化條件，其中利用提供的220sccm的O2氣和220sccm的N2氣的灰化氣體(N2的組分比約50％)，在360毫乇的壓力和250℃的襯底溫度下，施加1000W、13.56MHz的RF功率進行灰化。在這種條件下，抗蝕劑/Ru的選擇率大約為500。因此，即使灰化時間是除去1000nm厚的抗蝕劑所需要的時間的10倍，Ru的腐蝕僅為20nm厚?；一暗腞u膜的厚度為75nm，因此，即使灰化步驟重復(fù)進行三次，也可以留下Ru電極12而不會消失。
通過實驗，如果N2的組分比為10％，可以僅通過重復(fù)兩次類似的步驟就很好地使Ru膜12消失。
如上所述，考慮圖4和5所示的結(jié)果等，可以通過將N2的組分比增加到50％或更高來增加選擇率。在這種情況下，我們可以發(fā)現(xiàn)，即使灰化步驟重復(fù)幾次，Ru膜12幾乎不會消失。此外，如圖4和5所示，在灰化步驟中，襯底溫度最好為200℃或更高，以便防止選擇率和灰化速率變得太低。
如上所述，本發(fā)明可以以高選擇率來灰化Ru膜上的光敏感材料，因此可以在低成本下制造半導(dǎo)體器件。另外，灰化光敏感材料時，可以防止Ru膜局部消失。
盡管已經(jīng)參考附圖聯(lián)系最佳實施例描述了本發(fā)明，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，各種變化和修改是顯而易見的。
在實施例中，Ru膜12形成在Si襯底11上。然而，并不限于這種襯底。通過在Si襯底11上形成氧化釕膜例如RuO2膜，可以得到類似的效果。顯然，利用釕膜和氧化釕膜的疊層結(jié)構(gòu)，也可以相同的效果。
此外，為了得到類似的效果，代替通過混合含O2的氣體和含N2的氣體而制備的氣體，可以采用通過混合，含O3的氣體和含N2的氣體而制備的氣體。這樣，混合氣體可以是通過混合O2和O3的至少一種和N2而制備的氣體。
在實施例中，描述了Ru膜上層間絕緣膜(SiO2膜)的接觸孔蝕刻之后的灰化。還可以將其應(yīng)用于其中在灰化時暴露Ru膜的整個步驟，例如，利用抗蝕劑圖形作為掩模，構(gòu)圖Ru膜之后的灰化步驟。
應(yīng)注意對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，各種其它的變化和修改都是顯而易見的。這種變化和修改應(yīng)理解為包含在由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)，除非離開的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，此半導(dǎo)體器件包含釕和氧化釕中的至少一種，包括利用包含氧氣或臭氧氣體和氮氣的氣體混合物灰化釕或氧化釕上的光敏感材料，其中氮氣的百分含量為50％或更高。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在200℃或更高的溫度下通過加熱其上形成了釕或氧化釕的襯底進行灰化。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在利用光敏感材料作為掩模蝕刻釕或氧化釕上的層間絕緣膜之后進行灰化。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在利用光敏感材料作為掩模構(gòu)圖釕或氧化釕之后進行灰化。
5.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，此半導(dǎo)體器件包含釕和氧化釕中的至少一種，包括在襯底上形成由釕或氧化釕制成的膜；在釕或氧化釕膜上形成層間絕緣膜；在層間絕緣膜上施加光敏感材料，構(gòu)圖所施加的光敏感材料；利用已構(gòu)圖的光敏感材料作為掩模，蝕刻層間絕緣膜；以及利用作為氣體混合物提供的灰化氣體使已構(gòu)圖的光敏感材料灰化，氣體混合物包含氧氣或臭氧氣體和包含氮氣的氣體，其中氮氣的百分含量為50％或更高。
6.如權(quán)利要求5述的方法，其中在200℃或更高的溫度下通過加熱襯底進行灰化。
7.如權(quán)利要求5述的方法，其中在蝕刻層間絕緣膜的步驟中形成用于暴露釕膜或氧化釕膜的接觸孔。
8.如權(quán)利要求5述的方法，其中層間絕緣膜由二氧化硅制成。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件的制造方法包含下列步驟。首先,依次在Si襯底上形成Ru或RuO
文檔編號H01L21/768GK1375862SQ02107438
公開日2002年10月23日 申請日期2002年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月16日
發(fā)明者小野泰弘, 篠原壯太 申請人:日本電氣株式會社