專利名稱：用于制造具有細(xì)微圖案的半導(dǎo)體裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，尤其是一種在半導(dǎo)體裝置中形成細(xì)微圖案的方法。
背景技術(shù)：
一般而言，形成的半導(dǎo)體裝置具有許多單元裝置元件。當(dāng)半導(dǎo)體裝置的集成度增加，單元裝置元件，如晶體管和電容器，的尺寸會(huì)比例性地減小。尤其，在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存(DRAM)裝置中，設(shè)計(jì)規(guī)則的減少已導(dǎo)致形成在單胞中的半導(dǎo)體裝置的尺寸減少。例如，目前所形成的DRAM裝置的線寬尺寸小于0.1μm，而更極端的情況，線寬的要求縮減尺寸小于80nm。因此，推進(jìn)具有要求的線寬尺寸的DRAM裝置的發(fā)展有一些困難。
若將使用具有193nm波長的ArF光源的光刻法應(yīng)用在線寬小于80nm的半導(dǎo)體裝置中，則需要在提供精密成形圖案和垂直蝕刻縱剝面的目標(biāo)下，進(jìn)行蝕刻過程時(shí)額外抑制光刻膠變形。因此，目前半導(dǎo)體技術(shù)的焦點(diǎn)是要發(fā)展既可以滿足完成上述目標(biāo)的要求，也可以滿足抑制圖案變形的要求的蝕刻過程工藝方案。
另一方面，半導(dǎo)體裝置加速集成化的程度，顯示需要堆棧形成半導(dǎo)體裝置的各種不同的裝置。此堆棧結(jié)構(gòu)中的一范例是接觸栓。
對于形成此接觸栓，因?yàn)槠脚_栓接觸(LPC)具有在最小面積中制作寬接觸的底部，和比底部寬的頂部，以增加接觸邊限，所以常形成LPC。下面，將詳細(xì)說明形成該平臺栓接觸的方法。
第1A圖到第1D圖為用以在半導(dǎo)體裝置中形成平臺栓接觸的第一種傳統(tǒng)方法的橫截面圖。
參照第1A圖，在提供各種不同的裝置元件的基板10上，形成許多柵極結(jié)構(gòu)G1和G2。柵極結(jié)構(gòu)G1和G2的每一個(gè)都包含柵極硬式掩模13、柵極導(dǎo)電層12和柵極絕緣層11。
此處，柵極絕緣層11由典型的氧化物基材料，如二氧化硅制成的，而柵極導(dǎo)電層12由諸如多晶硅、鎢(W)、氮化鎢(WN)、硅化鎢(WSix)、或其組合的材料制成。柵極硬式掩模13在通過蝕刻層間絕緣層形成接觸孔洞時(shí)，扮演保護(hù)柵極導(dǎo)電層12的角色，因此，柵極硬式掩模由可以提供蝕刻選擇比非常不同于層間絕緣層的材料制成。例如，若層間絕緣層由氧化物系材料制成，則柵極硬式掩模13由氮化物系材料制成，如氮化硅(SiN)或氮氧化硅(SiON)。若層間絕緣層由聚合物系低介電材料制成，則柵極硬式掩模13由氧化物系材料制成。
在介于柵極結(jié)構(gòu)G1和G2之間的基板10中，形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)14，如源極/漏極接面。一般而言，若源極/漏極接面通過進(jìn)行離子注入法所形成的，則雜質(zhì)是通過對著基板10進(jìn)行離子注入法注入離子形成的。然后，在各柵極結(jié)構(gòu)G1和G2的側(cè)壁上形成間隔層，然后，再次進(jìn)行離子注入法，制作輕摻雜漏極(LDD)結(jié)構(gòu)。在此，省略形成LDD結(jié)構(gòu)和間隔層的步驟的詳細(xì)說明。
其次，在柵極結(jié)構(gòu)G1和G2上，形成蝕刻停止層15。在此，蝕刻停止層15起停止自行對準(zhǔn)接觸(SAC)蝕刻過程的作用，以保護(hù)基板10不會(huì)在SAC蝕刻過程時(shí)受到損傷。此時(shí)，蝕刻停止層15優(yōu)選沿著柵極結(jié)構(gòu)G1和G2的縱剖面形成，而且其由氮化物系材料制成。
參照第1B圖，在蝕刻停止層15上，形成由氧化物系材料制成的層間絕緣層16。用以形成層間絕緣層16的氧化物系材料的范例有硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)、硼硅酸鹽玻璃(BSG)、磷硅酸鹽玻璃(PSG)、四乙氧基硅烷(TEOS)、高密度等離子體(HDP)氧化物和旋布玻璃。也有可能使用無機(jī)的或有機(jī)的低介電材料形成層間絕緣層16。
然后，在層間絕緣層16上，形成用以形成平臺栓接觸(LPC)的光刻膠圖案17。雖然沒有圖標(biāo)，但是可能可以在層間絕緣層16和光刻膠圖案17之間形成抗反射涂層。
參照第1C圖，通過使用光刻膠圖案17作為蝕刻掩模，蝕刻層間絕緣層16和蝕刻停止層15，因此形成暴露在柵極結(jié)構(gòu)G1和G2之間的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)14的接觸孔洞18。
此時(shí)，通過使用介于層間絕緣層16和柵極硬式掩模13之間的不同蝕刻選擇比，進(jìn)行SAC蝕刻過程來蝕刻層間絕緣層16。此SAC蝕刻過程停止在蝕刻停止層15。然后移除蝕刻停止層15，暴露雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)14。之后，進(jìn)行清洗過程，以擴(kuò)張接觸孔洞18的開口及移除蝕刻殘留物。在SAC蝕刻過程中，使用通過混合CxFy氣體，其中x和y表示范圍從1到10的原子比例，和CaHbFc氣體，其中a，b和c表示范圍從1到10的原子比例，所得到的混合氣體當(dāng)作蝕刻氣體。CxFy氣體和CaHbFc氣體的范例分別為CF4和CH2F2。
其間，當(dāng)半導(dǎo)體裝置的集成化程度增加時(shí)，柵極結(jié)構(gòu)G1和G2的高度會(huì)比例性地增加，進(jìn)一步導(dǎo)致SAC蝕刻過程的蝕刻目標(biāo)的厚度增加。結(jié)果，需要過度使用蝕刻氣體和延長蝕刻周期。此過蝕刻會(huì)造成柵極硬式掩模13受到損傷，如第1C圖的附圖標(biāo)記19所示。
接著，透過灰化過程移除光刻膠圖案17。在抗反射涂層由有機(jī)系材料制成的情況下，抗反射涂層是通過此灰化過程移除。
參照第1D圖，將用以形成栓的導(dǎo)電材料填入接觸孔洞18中，接著平坦化，直到暴露出柵極硬式掩模13。通過此平坦化過程，形成栓20。此時(shí)，栓20經(jīng)由接觸孔洞18電連接雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)14，而且在與柵極硬式掩模13相同的水平面上平坦化。多晶硅系最常用以形成栓20的導(dǎo)電材料，而障壁金屬Ti和TiN可以和多晶硅一起當(dāng)作導(dǎo)電材料使用。鎢可以取代多晶硅，當(dāng)作導(dǎo)電材料使用。
因?yàn)樵赟AC蝕刻過程中會(huì)對柵極硬式掩模13造成損傷19，所以在栓20和柵極導(dǎo)電層12之間的絕緣性質(zhì)會(huì)變差。若柵極導(dǎo)電層12因柵極硬式掩模13受到損傷而暴露出來，則栓20和柵極導(dǎo)電層12會(huì)變成電短路。此電短路現(xiàn)象在第1D圖中以參考符號″X″表示。
如上所述，隨著集成化程度的發(fā)展，在形成平臺栓接觸期間，柵極硬式掩模13會(huì)受到損傷。此外，光刻膠圖案的厚度需要減少，以獲得具有高分辨率的期望結(jié)果，結(jié)果，具有減少厚度的光刻膠圖案在蝕刻過程中并不完全具有掩模的功能。
基于這些原因，需要在光刻膠圖案和蝕刻目標(biāo)層之間，或在抗反射涂層和蝕刻目標(biāo)層之間，額外形成硬式掩模。此方法被廣泛使用在KrF或ArF光刻裝置的光刻過程中。目前硬式掩模所采用的材料系鎢和多晶硅。對于ArF光刻膠，一般使用聚合物，如環(huán)烯馬來酐(COMA)、丙烯酸鹽及其組合。雖然ArF光刻過程可以具有達(dá)成微小化效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，但是，與KrF光刻過程相較，仍然存在許多困難。
第2圖為說明變形的ArF光刻膠圖案的掃描電子顯微鏡(SEM)的照片。
如圖所示，在使用ArF光刻過程的平臺栓接觸形成過程中，ArF光刻膠圖案在形成目標(biāo)圖案的蝕刻過程時(shí)會(huì)變成條紋。以參考符號″A″表示的此條紋是由于ArF光刻膠的特性所造成的。更具體地，ArF光刻膠對使用氟系氣體的蝕刻過程具有很微小的容許度。
第3圖為在采用ArF光刻過程的平臺栓接觸形成過程中，柵極硬式掩模(hardmask)受到損傷的SEM的照片。
如圖所示，在用以形成平臺栓接觸的SAC蝕刻過程之后，受到損傷的柵極硬式掩模標(biāo)示為參考符號″B″。受損部分的厚度大于800。
第4A圖和第4B圖分別為在采用ArF光刻過程的平臺栓接觸形成過程中，圖案坍塌現(xiàn)象和不良的光刻膠圖案。
如第4A圖所示，形成條形的ArF光刻膠圖案，在平臺栓接觸形成過程中會(huì)坍塌。以參考符號″C″標(biāo)示的此圖案坍塌現(xiàn)象會(huì)造成裝置中的缺陷。
如第4B圖所示，在ArF光刻膠圖案的薄弱處，ArF光刻膠圖案會(huì)變不良，而且這些不良的ArF光刻膠圖案以參考符號″D″表示。
對于平臺栓接觸形成過程，在蝕刻層間絕緣層的SAC蝕刻過程中，需要最小化對柵極硬式掩模的損傷，以確保有足夠的接觸面積。但是，平臺栓接觸形成過程的這些要求與ArF光刻過程的要求具有折衷關(guān)系，以防止圖案變形。因此，當(dāng)參數(shù)改變時(shí)，如電極溫度和功率，對于減少過程邊限有不利的影響，而且很難設(shè)定適當(dāng)?shù)倪^程方案。
例如，在采用KrF光刻法的情況下，在用以形成平臺栓接觸的SAC蝕刻過程中，電極溫度最好保持在60℃。但是，在SAC蝕刻過程中保持電極溫度，會(huì)導(dǎo)致光刻膠圖案變形，因此，電極溫度需保持在0℃。相反，若電極溫度保持在低溫，則可以抑制圖案變形效應(yīng)。但是，低電極溫度會(huì)造成由不同材料，如氧化物和氮化物，制成的蝕刻目標(biāo)層的蝕刻選擇比降低。
當(dāng)在相同條件下進(jìn)行SAC蝕刻過程時(shí)，與采用KrF光刻過程的情況相比，采用ArF光刻過程的情況，制作的柵極硬式掩模受到損傷的厚度大于200。若要增加硬式掩模的厚度以補(bǔ)償柵極硬式掩模的損失，則柵極結(jié)構(gòu)的高度也會(huì)增加，因此外觀比(aspect ratio)也會(huì)增加。此外觀比增加的結(jié)果，使得很難保持柵極填充特性和確保需要的接觸面積。
為了解決柵極硬式掩模受到損傷的問題，用帽層(capping layer)覆蓋凸出結(jié)構(gòu)中的柵極硬式掩模。此時(shí)，帽層是通過使用具有很差步級覆蓋特性的未摻雜硅酸鹽玻璃(USG)所形成的。但是，在傳統(tǒng)KrF光刻過程中使用帽層，會(huì)因?yàn)楹茈y控制由沉積在接觸內(nèi)部的氧化物系材料所制成的層間絕緣層厚度，而形成未開口的接觸。因此，需要跳過形成帽層的步驟，以得到在商業(yè)上更有競爭的平臺栓接觸結(jié)構(gòu)。
即使在ArF光刻過程中，因?yàn)楣饪棠z圖案形成的很薄，而且對蝕刻過程具有很弱的容許度，所以光刻膠圖案會(huì)具有使光刻膠圖案造成缺陷的弱點(diǎn)。此外，還有另外一個(gè)問題，就是因?yàn)橥庥^比增加，所以光刻膠圖案會(huì)坍塌。
為了克服這些問題，可以在光刻膠圖案和蝕刻目標(biāo)層之間形成由鎢或多晶硅制成的硬式掩模。在使用鎢當(dāng)作硬式掩模的情況中，在包含柵極結(jié)構(gòu)的基板結(jié)構(gòu)上形成蝕刻停止層和層間絕緣層。在層間絕緣層上依序形成鎢層和光刻膠圖案，然后，使用光刻膠圖案當(dāng)作蝕刻掩模來蝕刻鎢層，以形成由鎢制成的硬式掩模。然后，移除光刻膠圖案，接著，使用上述的硬式掩模當(dāng)作蝕刻掩模、蝕刻層間絕緣層和蝕刻停止層。然后移除硬式掩模，之后進(jìn)行清洗過程。在上述結(jié)果的基板結(jié)構(gòu)上形成用以形成栓的材料，然后施以平坦化過程，因此可以得到栓。此處省略說明這些形成平臺栓接觸的步驟的詳細(xì)圖標(biāo)。
使用鎢或多晶硅當(dāng)作硬式掩模材料，使其可以減少光刻膠的厚度，因此可以改善在曝光過程中，對光刻裝置發(fā)射的光線的靈敏度。此外，也可以解決常在ArF光刻過程中觀察到的圖案變形，對柵極硬式掩模造成損傷，及接觸面積減少等問題。
但是，基本上要移除形成硬式掩模所采用的導(dǎo)電材料，即鎢或多晶硅。此外，在進(jìn)行SAC蝕刻過程中，上述用以形成硬式掩模的導(dǎo)電材料的移除，和層間絕緣層的蝕刻，在不同的腔體中進(jìn)行，因此會(huì)造成過程時(shí)間拉長及受到塵粒污染。這些問題可以在如用以形成負(fù)圖案的SAC蝕刻過程的過程中，及在用以形成正圖案，如柵極結(jié)構(gòu)、位線結(jié)構(gòu)、和金屬線的過程中觀察到。
此外，對于平臺栓接觸形成過程，現(xiàn)在采用的選擇性外延生長(SEG)過程，其中用以形成栓的導(dǎo)電材料通過使用在暴露的硅基板和絕緣層之間的選擇性進(jìn)行生長，其并不能應(yīng)用到由對硅基板不具有選擇性的鎢或多晶硅制成的硬式掩模。
因此，使用氮化物形成硬式掩模，以解決上述的問題。下面將更詳細(xì)說明使用氮化物形成硬式掩模。
第5A圖到第5F圖為通過使用ArF光刻裝置，在半導(dǎo)體裝置中形成圖案的第二種傳統(tǒng)方法的橫截面圖。
參照第5A圖，在提供各種不同的裝置元件的基板50上，形成許多柵極結(jié)構(gòu)G1和G2。每一個(gè)柵極結(jié)構(gòu)G1和G2都包含柵極硬式掩模53、柵極導(dǎo)電層52和柵極絕緣層51。
在此，柵極絕緣層51是由典型的氧化物系材料制成的，如氧化硅，而柵極導(dǎo)電層52是由如多晶硅、W、WN、WSix或其組合的材料制成。在通過蝕刻層間絕緣層形成接觸孔洞期間，柵極硬式掩模53起保護(hù)柵極導(dǎo)電層52的作用，因此，柵極硬式掩模53由提供蝕刻選擇比與層間絕緣層有很大差異的材料制成。例如，若層間絕緣層由氧化物系材料制成，則柵極硬式掩模53由氮化物系材料制成，如SiN或SiON。若層間絕緣層由聚合物系低絕緣材料制成，則柵極硬式掩模53由氧化物系材料制成。
在位于柵極結(jié)構(gòu)G1和G2之間的基板50中，形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)54，如源極/漏極接面。一般而言，若通過進(jìn)行離子注入法，在位于柵極結(jié)構(gòu)G1和G2之間的基板50中，形成源極/漏極接面，則雜質(zhì)是通過離子注入法，對著基板50進(jìn)行離子注入。然后，在各柵極結(jié)構(gòu)G1和G2的側(cè)壁上形成間隔層，然后，再次進(jìn)行離子注入法，制造輕摻雜漏極(LDD)結(jié)構(gòu)。在此，省略形成LDD結(jié)構(gòu)和間隔層的步驟的詳細(xì)說明。
其次，在柵極結(jié)構(gòu)G1和G2上，形成蝕刻停止層55。在此，蝕刻停止層55起停止SAC蝕刻過程的作用，以保護(hù)基板50，避免在SAC蝕刻過程時(shí)受到損傷。此時(shí)，蝕刻停止層55最好沿著柵極結(jié)構(gòu)G1和G2的縱剖面形成，而且由氮化物系材料制成，如氮化硅或氮氧化硅。
參照第5B圖，在蝕刻停止層55上，形成由氧化物系材料制成的層間絕緣層56。用以形成層間絕緣層56的氧化物系材料的范例有BPSG、BSG、PSG、TEOS、HDP氧化物和SOG。也有可能使用無機(jī)的或有機(jī)的低介電材料形成層間絕緣層56。
其次，在層間絕緣層56上，形成用以形成硬式掩模的氮化物層57。在此，氮化物層57具有絕緣特性，且蝕刻選擇比不同于層間絕緣層56。此外，氮化物層57最好是通過采用等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)法或低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)法，形成氮化物層57。此時(shí)，氮化物層57的厚度是考慮以下因素決定的在將層間絕緣層56應(yīng)用到SAC蝕刻過程時(shí)，氮化物層57的損傷部分的厚度，和在通過蝕刻蝕刻停止層打開雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)54的過程時(shí)，氮化物層57的另一次損傷部分的厚度。換言之，氮化物層57的厚度優(yōu)選等于或大于在移除蝕刻停止層55時(shí)，允許氮化物層57可以在原位自然移除的厚度。
之后，為了防止因氮化物層57的高反射率造成散射而形成不想要的圖案，及改善氮化物層57和將在后續(xù)形成的光刻膠層之間的粘著性，在氮化物層57上形成抗反射涂層58。在此，抗反射涂層58優(yōu)選由對后續(xù)的光刻膠層具有類似蝕刻特性的有機(jī)材料制成。形成抗反射涂層58的步驟也可省略說明。
其次，在抗反射涂層58上，形成光刻膠圖案59。在更詳細(xì)說明光刻膠圖案的形成方面，通過使用旋布法，在抗反射涂層58上形成上述用在ArF光刻過程中的光刻膠層。通過使用ArF光刻裝置和用以界定接觸孔洞的寬度的預(yù)定網(wǎng)線，選擇性曝光光刻膠層的預(yù)定部分。然后，通過顯影過程，保存曝光部分或未曝光部分，之后，通過清洗過程移除蝕刻殘留物。
在硬式掩模由鎢或多晶硅制成的情況下，因?yàn)闄z測由鎢或多晶硅硬式掩模的高反射率所造成的覆蓋會(huì)有問題，所以掩模對準(zhǔn)需要額外的對準(zhǔn)標(biāo)記開口過程。但是，因?yàn)橛靡孕纬捎彩窖谀５牡飳?7比上述材料，如鎢和多晶硅，具有較低的反射率，所以掩模對準(zhǔn)不會(huì)有困難。
此外，因?yàn)楣饪棠z層的厚度只要求可以允許蝕刻很薄的氮化物層57，所以可以排除使用由鎢或多晶硅制成的硬式掩模，或與由多晶硅或鎢制成的硬式掩模一起形成的光刻膠圖案的厚度相比，形成厚度較薄的光刻膠層。此厚度減少的光刻膠層使其可以形成細(xì)微的圖案，而不會(huì)有坍塌的圖案。
參照第5C圖，使用光刻膠圖案59當(dāng)作蝕刻掩模，蝕刻抗反射涂層58和氮化物層57，因此形成硬式掩模57A。透過灰化過程，移除光刻膠圖案59。若抗反射涂層58由有機(jī)系材料制成，則抗反射涂層58可以和光刻膠圖案59同時(shí)移除。在此，灰化過程是光刻膠剝離過程或氧氣等離子體處理。此外，還需要移除會(huì)造成不良圖案的殘留光刻膠圖案59。
參照第5D圖，使用硬式掩模57A當(dāng)作蝕刻掩模、蝕刻層間絕緣層56，因此形成位于柵極結(jié)構(gòu)G1和G2之間，暴露蝕刻停止層55的接觸孔洞60。此蝕刻過程是SAC蝕刻過程。此時(shí)，因?yàn)榭梢赃M(jìn)行SAC蝕刻過程而不考慮圖案變形，所以采用可以最小化層間絕緣層56對硬式掩模57A的蝕刻選擇比，及充分確保接觸孔洞60底部的臨界尺寸(CD)的過程方案。
相比于使用光刻膠圖案當(dāng)作蝕刻掩模的SAC蝕刻過程，即使加入蝕刻蝕刻停止層時(shí)得到的損傷柵極硬式掩模53的厚度，即300，損傷硬式掩模53的厚度也減少很多。此柵極硬式掩模53的損傷部分的減少，可以不需要在柵極結(jié)構(gòu)上形成由USG制成，以保護(hù)柵極硬式掩模53的帽層。此柵極硬式掩模53的損傷部分在第5D圖中以參考符號″L″標(biāo)示。
此帽層形成的排除能提供完成過程簡化的效果，和防止因形成的帽層并不均勻，而當(dāng)蝕刻蝕刻停止層55時(shí)，通常會(huì)發(fā)生未開口接觸的情形發(fā)生的效果。例如，在具有最小100nm線寬的裝置中，控制帽層形成過程經(jīng)常失敗。因此，其還需要小心控制帽層的厚度和濕式清洗過程。
在具有線寬小于80nm的裝置中，因?yàn)槊睂泳哂型钩鼋Y(jié)構(gòu)的問題，所以實(shí)際上不可能應(yīng)用帽層形成過程。因此，在具有線寬小于80nm的裝置中，基本上可以省略抗反射涂層形成過程。
參照第5E圖，通過進(jìn)行全回蝕刻過程，移除暴露的蝕刻停止層55，造成暴露出雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)54。此時(shí)，受到損傷的柵極硬式掩模53和蝕刻停止層55被移除掉的厚度一樣多。換言之，柵極硬式掩模53受到損傷的厚度為300，因此，柵極硬式掩模53的總損傷厚度的范圍為600到700。
此外，因?yàn)橛彩窖谀?7A由具有絕緣性質(zhì)的氮化物層制成，所以可能可以在相同的設(shè)備中原位進(jìn)行一連串的平臺栓接觸形成過程。例如，在采用具有去光刻膠液的雙腔體設(shè)備的情況下，可以進(jìn)行硬式掩模形成過程，然后在其中的一腔體中進(jìn)行后續(xù)的去光刻膠過程，然后在另一腔體中進(jìn)行SAC蝕刻過程和用以移除蝕刻停止層的蝕刻過程。此效果的結(jié)果，可能可以解決在別處進(jìn)行用以形成鎢或多晶硅硬式掩模的蝕刻過程的問題，因此可以縮短轉(zhuǎn)變時(shí)間(TAT)。
參照第5F圖，將用于栓中的導(dǎo)電材料填入接觸孔洞60中，然后平坦化，直到暴露出柵極硬式掩模53。根據(jù)此平坦化過程，形成栓61。此時(shí)，栓61透過接觸孔洞60，電連接雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)，而且在于柵極硬式掩模53相同的水平面進(jìn)行平坦化。
對于平坦化過程，對上述導(dǎo)電材料進(jìn)行回蝕刻過程，以在進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)過程之前，減少單元區(qū)和周邊區(qū)之間的高度差。另一方面，通過在除了周邊區(qū)之外的區(qū)域形成很厚的氮化物層57，或通過使用只在單元區(qū)開口的掩模移除蝕刻停止層55，取代進(jìn)行全回蝕刻過程，硬式掩模57A可以保留在周邊區(qū)。
制作保留在周邊區(qū)的硬式掩模57A的理由，是可以防止在周邊區(qū)的柵極結(jié)構(gòu)G1和G2在后續(xù)的CMP過程中受到損傷。此柵極結(jié)構(gòu)G1和G2的損傷，會(huì)造成在單元區(qū)和在周邊區(qū)的柵極結(jié)構(gòu)G1和G2的密度不同的結(jié)果。通過用硬式掩模57A保護(hù)柵極結(jié)構(gòu)G1和G2，可以增加CMP過程的過程容許極限。
此外，根據(jù)掩模形式，在暴露柵極硬式掩模53的目標(biāo)下，可以不用進(jìn)行CMP過程當(dāng)作平坦化過程，CMP過程也可以進(jìn)行至殘留一部分層間絕緣層56。此外，多晶硅最常被使用當(dāng)作導(dǎo)電材料，而除了使用多晶硅以外，障壁金屬Ti和TiN也可以當(dāng)作導(dǎo)電材料使用。此外，也可以使用鎢取代使用多晶硅。
因?yàn)橛彩窖谀?7A由具有絕緣性質(zhì)的氮化物制成，所以可以通過沉積法或選擇性外延生長(SEG)法，形成由多晶硅制成的栓61。在此將更詳細(xì)地說明SEG法，在硬式掩模57A由鎢或多晶硅制成的情況下，硬式掩模57A對雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)54失去選擇性。因此，當(dāng)采用SEG法時(shí)，硅剛好會(huì)生長在硬式掩模57A上。因?yàn)檫@種退化的選擇性，所以硬式掩模57A必須在應(yīng)用SEG法之前移除。但是，若硬式掩模57A由氮化物制成，則在進(jìn)行SEG法之前，不需要移除硬式掩模57A。
在先說明用以通過沉積法形成栓20的傳統(tǒng)方法中，由于對層間絕緣層16的縱剖面的依賴性，所以在栓20中會(huì)產(chǎn)生接縫。換言之，因?yàn)槊睂雍蜐袷角逑催^程，所以在栓形成過程中，層間絕緣層16的縱剖面會(huì)產(chǎn)生接縫。但是，在第二種傳統(tǒng)方法中，殘留的硬式掩模57A提供另一個(gè)可以改善層間絕緣層56的縱剖面的效果，因此可以防止在栓61中有接縫產(chǎn)生。在此，層間絕緣層56的縱剖面具有輕微傾斜的蝕刻縱剖面。
即使優(yōu)選考慮SAC蝕刻過程中，硬式掩模57A的受損傷部分，及蝕刻蝕刻停止層55期間，硬式掩模57A的另一受損傷部分，而確定硬式掩模57A的厚度，但是在實(shí)際的實(shí)例中，也很難得到恰好想要的硬式掩模57厚度。因此，硬式掩模57A會(huì)形成較厚的厚度，而在蝕刻蝕刻停止層55之后，將硬式掩模57A的殘留部分，通過用以形成栓61的平坦化過程移除。但是，在為了確保接觸孔洞60的CD而進(jìn)行濕式清洗過程時(shí)，硬式掩模57A的殘留部分會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問題。
第6圖為在濕式過程之后，剝離的硬式掩模的SEM照片。
如圖所示，許多柵極結(jié)構(gòu)G1到G4被排列在一個(gè)方向，而用以形成平臺栓接觸的線型掩模圖案P1到P4，則被排列在與柵極結(jié)構(gòu)G1到G4交叉的方向上。在此，每一個(gè)掩模圖案P1到P4都具有層間絕緣層和硬式掩模的堆棧結(jié)構(gòu)。此外，通過使用掩模圖案P1到P4進(jìn)行SAC蝕刻過程，然后蝕刻蝕刻停止層，在柵極結(jié)構(gòu)G1到G4的每一個(gè)兩兩之間，形成許多接觸孔洞。在接觸孔洞當(dāng)中，用以形成儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸(SNC)的接觸孔洞具有較小的尺寸，而用以形成位線接觸(BLC)的接觸孔洞具有較大的尺寸。
但是，在沉積或生長用以形成栓的材料之前，進(jìn)行清洗過程時(shí)，硬式掩模和層間絕緣層會(huì)在硬式掩模和層間絕緣層之間的界面處變成分開的。此時(shí)，清洗過程使用像氧化物緩沖蝕刻液(BOE)這樣的清洗液。因?yàn)檫@種分開，所以硬式掩模會(huì)被剝離。參考符號″HM1″和″HM2″表示被剝離的硬式掩模。此硬式掩模的剝離現(xiàn)象常常發(fā)生在內(nèi)存裝置的周邊區(qū)。因?yàn)閯冸x現(xiàn)象的發(fā)生跟圖案的尺寸關(guān)系密切，所以當(dāng)接觸面積變得更小時(shí)，剝離現(xiàn)象會(huì)更常發(fā)生。因此，在實(shí)行具有線寬小于80nm的裝置時(shí)，剝離現(xiàn)象會(huì)變成一個(gè)很重大的問題。
第7圖為在晶片中央和邊緣的高度差圖。
如圖所示，因?yàn)閷娱g絕緣層在單元區(qū)和在周邊區(qū)的高度差，取決于圖案密度和CMP過程中晶片過度研磨的邊緣，因此圖案可能變得有嚴(yán)重缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用ArF光刻過程的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其能夠防止硬式掩模因濕式清洗過程而剝離，及防止圖案因單元區(qū)和周邊區(qū)之間的高度差而有缺陷。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其包含下列步驟在提供單元區(qū)和周邊區(qū)的基板上，形成許多導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上，形成蝕刻停止層；在蝕刻停止層上，形成層間絕緣層；通過移除層間絕緣層和蝕刻停止層，平坦化層間絕緣層和蝕刻停止層，直到暴露出導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；在平坦化的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和層間絕緣層上，形成用以形成硬式掩模的氮化物層；在氮化物層上，形成抗反射涂層；透過通過使用ArF光源的光刻過程，在抗反射涂層上，形成光刻膠圖案；使用光刻膠圖案當(dāng)作蝕刻掩模，選擇性蝕刻抗反射涂層和氮化物層，因此形成硬式掩模；移除光刻膠圖案和抗反射涂層；使用硬式掩模當(dāng)作蝕刻掩模，蝕刻位于導(dǎo)電結(jié)構(gòu)之間的層間絕緣層，因此形成至少一個(gè)暴露蝕刻停止層的接觸孔洞；移除暴露的蝕刻停止層，因此暴露出基板；及清洗接觸孔洞內(nèi)部。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其包含下列步驟在提供單元區(qū)和周邊區(qū)的基板上，形成許多導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上，形成蝕刻停止層；在蝕刻停止層上，形成層間絕緣層；通過移除層間絕緣層和蝕刻停止層，平坦化層間絕緣層和蝕刻停止層，直到暴露出導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；在平坦化的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和層間絕緣層上，形成用以形成硬式掩模的氮化物層；在氮化物層上，形成抗反射涂層；通過使用ArF光源的光刻過程，在抗反射涂層上，形成光刻膠圖案；使用光刻膠圖案當(dāng)作掩模，選擇性蝕刻抗反射涂層和氮化物層，因此形成硬式掩模；移除光刻膠圖案和抗反射涂層；使用硬式掩模當(dāng)作蝕刻掩模，蝕刻位在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)之間的層間絕緣層，因此形成暴露蝕刻停止層的接觸孔洞；移除暴露的蝕刻停止層，因此暴露出基板；清洗接觸孔洞內(nèi)部；形成電連接暴露基板的導(dǎo)電栓層；在導(dǎo)電栓層的蝕刻快于硬式掩模的條件下，進(jìn)行第一次回蝕刻過程，以暴露硬式掩模；及在硬式掩模的蝕刻快于導(dǎo)電栓層的條件下，進(jìn)行第二次回蝕刻過程，以暴露層間絕緣層，因此可以得到至少一個(gè)隔離栓。


根據(jù)下面參照相關(guān)附圖的優(yōu)選實(shí)施例的說明，本發(fā)明上述的和其它的目的與特征將會(huì)變得很清楚，其中圖1A到圖1D為用以在半導(dǎo)體裝置中形成平臺栓接觸的第一種傳統(tǒng)方法的橫截面圖；圖2為說明變形的ArF光刻膠圖案的掃描電子顯微鏡(SEM)的顯微照片；圖3為在采用ArF光刻方法的平臺栓接觸形成過程中，柵極硬式掩模受到損傷的SEM顯微照片；圖4A為在采用ArF光刻方法的傳統(tǒng)平臺栓接觸形成過程中，圖案坍塌現(xiàn)象的SEM顯微照片；
圖4B為在采用ArF光刻方法的傳統(tǒng)平臺栓接觸形成過程中，不良光刻膠圖案的SEM顯微照片；圖5A到圖5F為通過使用ArF光刻裝置，在半導(dǎo)體裝置中形成圖案的第二種傳統(tǒng)方法的橫截面圖；圖6為在濕式清洗過程之后，傳統(tǒng)硬式掩模剝離的SEM顯微照片；圖7為說明晶片中央和邊緣的高度差的圖；圖8A到圖8G為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案，使用ArF光刻方法，在半導(dǎo)體裝置中形成細(xì)微圖案的方法的橫截面圖；圖9為當(dāng)硬式掩模的厚度決定為約670時(shí)，基板結(jié)構(gòu)的各層厚度變化圖；圖10為當(dāng)硬式掩模的厚度決定為約900時(shí)，基板結(jié)構(gòu)的各層厚度變化圖；圖11為當(dāng)硬式掩模的厚度決定為約1000時(shí)，基板結(jié)構(gòu)的各層厚度變化圖；圖12為當(dāng)硬式掩模的厚度決定為約1150時(shí)，基板結(jié)構(gòu)的各層厚度變化圖；圖13A到圖13H為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案，使用ArF光刻方法，在半導(dǎo)體裝置中形成細(xì)微圖案的方法的橫截面圖；圖14為根據(jù)本發(fā)明所得到的晶片中央和邊緣的掃描電子顯微鏡(SEM)顯微照片；圖15A為通過使用RIE裝置所得到的圖案的SEM顯微照片；以及圖15B為通過使用用來形成栓的回蝕刻過程的等向蝕刻裝置所得到的圖案的SEM顯微照片。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖，詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的一種用以制造具有細(xì)微圖案的半導(dǎo)體裝置的方法。
圖8A到圖8G為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施實(shí)施方案，使用ArF光刻方法，在半導(dǎo)體裝置中形成細(xì)微圖案的方法的橫截面圖。
參照圖8A，在提供各種不同的裝置元件的基板70上，形成許多柵極結(jié)構(gòu)G1和G2。每一個(gè)柵極結(jié)構(gòu)G1和G2都包含有柵極硬式掩模73、柵極導(dǎo)電層72和柵極絕緣層71。
在此，柵極絕緣層71由典型的氧化物系材料如氧化硅制成，而柵極導(dǎo)電層72則是由諸如多晶硅、鎢(W)、氮化鎢(WN)、硅化鎢(WSix)或其組合的材料制成。在用以形成后續(xù)接觸的蝕刻過程中，在通過蝕刻層間絕緣層形成接觸孔洞時(shí)，柵極硬式掩模73起到保護(hù)柵極導(dǎo)電層72的作用，因此，柵極硬式掩模73是由能提供蝕刻選擇比與層間絕緣層有很大差異的材料制成。例如，若層間絕緣層由氧化物系材料制成，則柵極硬式掩模73由氮化物系材料如氮化硅(SiN)或氮氧化硅(SiON)制成。若層間絕緣層由聚合物系低傳導(dǎo)性材料制成，則柵極硬式掩模73由氧化物系材料制成。
在位于柵極結(jié)構(gòu)G1和G2之間的基板70中，形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)74，如源極/漏極接面。一般而言，若源極/漏極接面通過進(jìn)行離子注入法在柵極結(jié)構(gòu)G1和G2之間的基板70中形成，則雜質(zhì)是通過離子注入法，對著基板70進(jìn)行離子注入。然后，在各柵極結(jié)構(gòu)G1和G2的側(cè)壁上形成間隔層，然后，再次進(jìn)行離子注入法，制造輕摻雜漏極(LDD)結(jié)構(gòu)。在此，省略形成LDD結(jié)構(gòu)和間隔層的步驟的詳細(xì)說明。
其次，在柵極結(jié)構(gòu)G1和G2上，形成蝕刻停止層75。在此，蝕刻停止層75起到停止自行對準(zhǔn)接觸(SAC)蝕刻過程的作用，以保護(hù)基板70在SAC蝕刻過程時(shí)不受損傷。此時(shí)，蝕刻停止層75最好沿著柵極結(jié)構(gòu)G1和G2的縱剖面形成，而且由氮化物系材料如氮化硅或氮氧化硅制成。
隨后，在蝕刻停止層75上，形成由氧化物系材料制成的層間絕緣層76。在此，層間絕緣層76系由選自硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)、硼硅酸鹽玻璃(BSG)、磷硅酸鹽玻璃(PSG)、四乙氧基硅烷(TEOS)、高密度等離子體(HDP)氧化物和旋布玻璃的材料制成。還有可能使用無機(jī)或有機(jī)低絕緣材料形成層間絕緣層76。
參照圖8B，移除層間絕緣層76和蝕刻停止層75，直到暴露出柵極硬式掩模73，使得將層間絕緣層76平坦化到和柵極硬式掩模73相同的準(zhǔn)位。此時(shí)，通過采用CMP方法，進(jìn)行層間絕緣層76的移除。但是，CMP過程應(yīng)該在柵極硬式掩模73的損傷部分小于約100的目標(biāo)下進(jìn)行。此外，選擇適當(dāng)?shù)挠糜贑MP過程的研磨液類型是很重要的，其可以使得在CMP過程之后，有很均勻的柵極硬式掩模73和層間絕緣層76。
參照圖8C，在上述的層間絕緣層76上，形成用以形成硬式掩模的氮化物層77。在此，氮化物層77具有絕緣性質(zhì)，且對于層間絕緣層76具有蝕刻選擇性。此外，氮化物層77最好使用等離子體增強(qiáng)型氮化物和低壓氮化物其中的一種形成。此外，氮化物層77厚度的決定需考慮在將層間絕緣層76施以自行對準(zhǔn)接觸(SAC)蝕刻過程時(shí)，氮化物層77的損傷部分，和在通過蝕刻蝕刻停止層75暴露雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)74時(shí)，氮化物層77的另一個(gè)損傷部分。換言之，氮化物層77的厚度最好等于或大于在蝕刻蝕刻停止層75時(shí)，允許氮化物層77可以在原位自然移除的厚度。
例如，在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案制造的線寬小于約100nm的裝置中，SAC蝕刻過程中氮化物層77的損傷厚度約為300，蝕刻蝕刻停止層75過程中，氮化物層77的損傷厚度也約為300。在考慮氮化物層77的這些損傷厚度的情況下，決定氮化物層77的厚度范圍優(yōu)選約500到約800。但是，此決定厚度可以根據(jù)應(yīng)用的網(wǎng)線或裝置而改變。
在形成氮化物層77之后，在氮化物層77上形成抗反射涂層78。在此，抗反射涂層78的作用是防止在形成圖案的曝光過程中，由于氮化物層77具有高的反射率而造成散射，從而形成不想要的圖案，并改善氮化物層77和后續(xù)的光刻膠圖案之間的粘著性。此時(shí)，抗反射涂層78優(yōu)選以蝕刻特性類似光刻膠圖案的有機(jī)系材料形成。此外，也有可能省略抗反射涂層78的形成。
之后，通過一連串的過程，形成用以形成平臺栓接觸的上述光刻膠圖案79。參考符號“C/T”表示將要形成用于平臺栓接觸的接觸孔洞區(qū)。雖然沒有說明，但是先通過進(jìn)行旋布法，通過在抗反射涂層78上形成用在ArF光刻過程裝置的光刻膠層，制備光刻膠圖案79。通過使用ArF光刻過程裝置和用以界定接觸孔洞寬度的預(yù)定網(wǎng)線，選擇性曝光光刻膠層。然后采用顯影過程，使曝光部分或非曝光部分保留下來，接著采用清洗過程，以移除蝕刻殘留物。
與使用鎢或多晶硅形成的硬式掩模的情況相比，使用氮化物作為硬式掩模的材料使得有可能對準(zhǔn)掩模，即光刻膠圖案79，而不用額外的對準(zhǔn)標(biāo)記開口過程，這是因?yàn)榕c多晶硅和鎢相比，氮化物具有低的反射率。
因?yàn)楣饪棠z層需要形成用于蝕刻薄氮化物層77所要求的厚度，所以光刻膠層的厚度小于傳統(tǒng)硬式掩模材料，如多晶硅或鎢的厚度。使用薄形成的氮化物層77，結(jié)果可以形成細(xì)微的圖案，而不會(huì)出現(xiàn)圖案坍塌的現(xiàn)象。
因此，此薄光刻膠層可以應(yīng)用在具有線寬小于約80nm的裝置中。例如，在80nm半導(dǎo)體裝置中，光刻膠層的期望厚度約1500，因此，用以蝕刻具有約700厚度的氮化物層77所要求的光刻膠層最小厚度期望為約1000。
參照圖8D，使用光刻膠圖案79作為蝕刻掩模，蝕刻抗反射涂層78和氮化物層77，從而形成硬式掩模77A。
在采用ArF光刻方法的情況下，很難建立蝕刻形成線型的氮化物層77的過程方案。因此，確?？捎行?yīng)用具有小于約1000厚度的氮化物層77的過程方案是很重要的。為了達(dá)成此氮化物層77的期望厚度，需要應(yīng)用一個(gè)過程方案，其優(yōu)點(diǎn)在于可抑制期望圖案結(jié)構(gòu)的細(xì)溝和變形的發(fā)生。換言之，電極溫度更低，而且等離子體源和偏壓應(yīng)可獨(dú)立控制。此外，偏壓功率應(yīng)非常低。
當(dāng)使用一種超電容耦合等離子體模塊(SCCM)蝕刻裝置時(shí)，可以得到一個(gè)示例性的優(yōu)選過程方案，其中腔體壓力約為50mTorr、電源功率約為1000W、偏壓功率約為200W、與各自流量為約20sccm和約100sccm的O2氣體和CF4氣體一起提供，而電極溫度保持在約0℃。
此過程方案使同時(shí)蝕刻由有機(jī)材料制成的抗反射涂層78和氮化物層77。同時(shí)蝕刻抗反射涂層78和氮化物層77對于實(shí)現(xiàn)硬式掩模77A的期望結(jié)構(gòu)非常重要。此外，通過控制蝕刻氣體的使用和蝕刻時(shí)間，可控制形成條型的硬式掩模77A的臨界尺寸(CD)。結(jié)果，也有可能增加用以確保將通過進(jìn)行SAC蝕刻過程形成的接觸孔洞底部有足夠的CD的邊限。
然后，通過采用灰化方法移除光刻膠圖案79。若抗反射涂層78由有機(jī)材料制成，則抗反射涂層78可通過上述的灰化方法同時(shí)移除。灰化方法可以是去光刻膠過程和氧氣等離子體處理的其中一種。光刻膠圖案79的殘留部分會(huì)變成后續(xù)SAC蝕刻過程時(shí)形成缺陷圖案的因素。
參照圖8E，通過使用硬式掩模77A作為蝕刻掩模來蝕刻層間絕緣層76，直到位在柵極結(jié)構(gòu)G1和G2之間的蝕刻停止層75暴露出來。所述蝕刻過程是附圖標(biāo)記80表示的SAC蝕刻過程。根據(jù)此SAC蝕刻過程80，形成接觸孔洞81。
此時(shí)，因?yàn)镾AC蝕刻過程80的進(jìn)行可以不用考慮圖8D中所示的光刻膠圖案79的變形，所以采用可最大化層間絕緣層76對硬式掩模77A的蝕刻選擇性、并確保接觸孔洞81底部有足夠CD的典型SAC過程方案。因?yàn)楣饪棠z層會(huì)限制碳來源氣體的供應(yīng)，所以基本上使用能提供較SAC蝕刻過程中典型采用的氣體有較高的選擇性的氣體。因此，使用會(huì)產(chǎn)生許多CF2基的氣體，如C4F6和C5F8，其優(yōu)于傳統(tǒng)使用的C4F8氣體。
此外，需要適當(dāng)?shù)貨Q定過程方案，以確保接觸孔洞81底部的CD易受提供高選擇性的氣體使用的影響。尤其，還使用約40℃的電極溫度以改善選擇性，而且還加入氧氣，以確保接觸孔洞81底部的CD。
當(dāng)使用一種超電容耦合等離子體模塊(SCCM)蝕刻裝置時(shí)，可以得到一個(gè)示例性的優(yōu)選過程方案，其中腔體壓力約為40mTorr、電源功率約為500W、偏壓功率約為1200W、與各自流量約7sccm、約800sccm和約5sccm的C5F8氣體、Ar氣體和O2氣體一起提供，而電極溫度保持在約40℃。
如圖8D所示，通過移除層間絕緣層76，使硬式掩模77A接觸柵極硬式掩模73，因此，SAC蝕刻過程的蝕刻目標(biāo)減少到和層間絕緣層76被移除的部分一樣多。此還提供增加過程邊限的效果。例如，在傳統(tǒng)的SAC蝕刻過程中，柵極硬式掩模受損傷部分的厚度范圍為約300到約400。但是，根據(jù)第一實(shí)施方案，因?yàn)槲g刻目標(biāo)的厚度減少，所以柵極硬式掩模73受損傷部分的厚度范圍約減少至約100到約200，而且蝕刻周期也會(huì)變短。此外，層間絕緣層76的厚度也從約5000減少至約3500。此層間絕緣層76厚度的減少，即減少約1500，使其可以擴(kuò)張接觸孔洞81底部的CD約10％。
與使用光刻膠圖案當(dāng)作蝕刻掩模的傳統(tǒng)SAC蝕刻過程相比，因?yàn)榇藮艠O硬式掩模73的厚度宣稱有減少，所以即使在移除蝕刻停止層75時(shí)，柵極硬式掩模73增加約300的損傷部分、柵極硬式掩模73的總損傷部分也有減少。結(jié)果，不需要通過在柵極結(jié)構(gòu)G1和G2上，使用未摻雜硅酸鹽玻璃(USG)形成帽層，以保護(hù)柵極硬式掩模73。
形成帽層的省略，可以提供達(dá)成簡化過程的效果，及防止蝕刻蝕刻停止層75時(shí)，由于在接觸孔洞81中有不均勻沉積的帽層而發(fā)生未開口接觸的另一個(gè)效果。
參照圖8F，移除蝕刻停止層75的暴露部分，因此暴露出雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)74。蝕刻停止層75的移除采用以附圖標(biāo)記82表示的回蝕刻過程進(jìn)行。此時(shí)，柵極硬式掩模73受到損傷的厚度和蝕刻停止層75被移除的厚度相同，即約300。因此，柵極硬式掩模73受損傷的總厚度范圍為約400到約500。
如上所述，優(yōu)選在移除蝕刻停止層75的暴露部分時(shí)，原位移除硬式掩模77A的殘留部分。但是，此硬式掩模77A的移除實(shí)際上很難控制，因此，即使在移除蝕刻停止層75之后，仍然會(huì)有硬式掩模77A殘留在柵極硬式掩模73上。
因?yàn)橛彩窖谀?7A由氮化物系材料制成，所以有可能在相同設(shè)備中原位進(jìn)行一連串平臺栓接觸形成過程。例如，在使用具有光刻膠剝離器的雙腔體設(shè)備的情況下，可以在其中一個(gè)腔體進(jìn)行硬式掩模形成過程和去光刻膠過程，而在另一個(gè)腔體進(jìn)行SAC蝕刻過程和蝕刻停止層的移除。在該情況下，優(yōu)選將提供有光刻膠圖案79的基板70加載到上述的雙腔體設(shè)備中。使用氮化物系材料形成硬式掩模77A，可以解決在它處進(jìn)行用以形成由多晶硅或鎢制成的硬式掩模的蝕刻過程所產(chǎn)生的問題，因此可以縮短返回時(shí)間(TAT)。
參照圖8G，將用以形成栓的導(dǎo)電材料填入接觸孔洞81中，然后進(jìn)行平坦化過程，直到暴露出柵極硬式掩模73，從而形成經(jīng)由接觸孔洞81電連接雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)74，且平坦化與柵極硬式掩模73相同準(zhǔn)位的栓83。
對于平坦化過程來說，在進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)過程之前，對上述的導(dǎo)電材料進(jìn)行回蝕刻過程，以減少單元區(qū)和周邊區(qū)之間的高度差。另一方面，通過在除周邊區(qū)以外的區(qū)域形成較厚的氮化物層77，或通過使用單元區(qū)的掩模開口來取代進(jìn)行全回蝕刻過程，移除蝕刻停止層75，而可以在周邊區(qū)保留硬式掩模77A。
使在周邊區(qū)保留硬式掩模77A的理由，是要防止周邊區(qū)的柵極結(jié)構(gòu)G1和G2在后續(xù)的CMP過程中受到損傷。柵極結(jié)構(gòu)G1和G2發(fā)生的這種損傷，是單元區(qū)和周邊區(qū)的柵極結(jié)構(gòu)G1和G2的密度不同的結(jié)果。通過用硬式掩模77A保護(hù)柵極結(jié)構(gòu)G1和G2，有可能增加CMP過程的過程邊限。
此外，根據(jù)掩模類型，也可以一直進(jìn)行CMP過程，直到剩下部分的層間絕緣層76。而不用在暴露柵極硬式掩模73的目標(biāo)下進(jìn)行CMP過程。此外，多晶硅最常被用作導(dǎo)電材料，而除了使用多晶硅以外，障壁金屬Ti和TiN也可以作為導(dǎo)電材料使用。鎢也可以取代多晶硅使用。
因?yàn)橛彩窖谀?7A由具有絕緣性質(zhì)的氮化物制成，所以可以通過沉積法或選擇性外延生長(SEG)法，形成由多晶硅制成的栓83。在此將更詳細(xì)的說明SEG法，在硬式掩模77A由鎢或多晶硅制成的情況下，就像第一種傳統(tǒng)方法一樣，硬式掩模77A會(huì)相對于雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)74喪失選擇性。因此，當(dāng)采用SEG法時(shí)，硅即使在硬式掩模77A上也會(huì)成長。因?yàn)榇送嘶倪x擇性，因此必須在進(jìn)行SEG法之前移除硬式掩模77A。但是，因?yàn)橛彩窖谀?7A由氮化物制成，所以在進(jìn)行SEG法之前，不需要先移除硬式掩模77A。因此，即使在次80nm的半導(dǎo)體裝置中，也可以不用考慮栓形成過程，而形成硬式掩模77A。
在沒有硬式掩模而透過沉積法形成栓的傳統(tǒng)方法中，由于依賴于層間絕緣層的縱剖面，所以在栓中會(huì)產(chǎn)生接縫。換言之，因?yàn)槊睂雍蜐袷角逑催^程，所以在栓形成過程中，層間絕緣層的縱剖面會(huì)產(chǎn)生接縫。相較之下，根據(jù)第一實(shí)施方案，硬式掩模77A的剩余部分提供可以改善層間絕緣層76的縱剖面的另一效果，因此可以防止在栓83中產(chǎn)生接縫。在此，層間絕緣層76的縱剖面具有稍微傾斜的蝕刻縱剖面。
下面，提供第一實(shí)施方案的各種不同應(yīng)用的詳細(xì)說明，其可以解決在一連串的平臺栓接觸形成過程中，關(guān)于有或沒有硬式掩模的問題。
圖9為當(dāng)硬式掩模的厚度決定為約670時(shí)，基板結(jié)構(gòu)的各層厚度變化圖。
參照圖9，在此將詳細(xì)說明硬式掩模的厚度變化。表1提供當(dāng)進(jìn)行一連串的平臺栓接觸過程時(shí)，在單元區(qū)和周邊區(qū)中硬式掩模的厚度變化。
表1

參照圖9和表1，在步驟(A)中，開始形成的硬式掩模具有約670的厚度，在步驟(B)中，形成在單元區(qū)的硬式掩模的損傷部分的厚度約為370，而形成在周邊區(qū)的硬式掩模的損傷部分的厚度約為170，因此，單元區(qū)和周邊區(qū)的剩余硬式掩模的厚度分別為約300和約500。
在通過進(jìn)行全回蝕刻過程移除蝕刻停止層的步驟(C)中，單元區(qū)和周邊區(qū)的硬式掩模受損傷的厚度約為300，因此在周邊區(qū)的硬式掩模剩下約200。在移除蝕刻停止層之后，單元區(qū)不會(huì)有硬式掩模剩余。此時(shí)，因?yàn)橥ㄟ^全回蝕刻過程移除蝕刻停止層時(shí)硬式掩模剩余在原處，所以硬式掩模不會(huì)殘留在層間絕緣層上。因此，可防止硬式掩模在后續(xù)的濕式清洗過程中剝離。
在通過進(jìn)行回蝕刻過程和/或CMP過程以形成栓的步驟(D)中，單元區(qū)和周邊區(qū)不會(huì)有硬式掩模剩余。
圖10為當(dāng)硬式掩模的厚度決定為約900時(shí)，基板結(jié)構(gòu)的各層厚度變化圖。
參照圖10，在此將詳細(xì)說明硬式掩模的厚度變化。表2提供當(dāng)進(jìn)行一連串的平臺栓接觸過程時(shí)，單元區(qū)和周邊區(qū)中硬式掩模的厚度變化。
表2

參照10圖和表2，在步驟(A)中，開始形成的硬式掩模具有約900的厚度，在步驟(B)中，形成在單元區(qū)的硬式掩模的損傷部分的厚度約為400，而形成在周邊區(qū)的硬式掩模的損傷部分的厚度約為160，因此，單元區(qū)和周邊區(qū)的剩余硬式掩模的厚度分別為約500和約740。
在通過進(jìn)行全回蝕刻過程移除蝕刻停止層的步驟(C)中，在單元區(qū)和在周邊區(qū)的硬式掩模受損傷的厚度約為360，因此在單元區(qū)的硬式掩模剩下約140，而在周邊區(qū)的硬式掩模剩下約380。
在通過進(jìn)行回蝕刻過程和/或CMP過程以形成栓的步驟(D)中，單元區(qū)和周邊區(qū)不會(huì)有硬式掩模剩余。
尤其，在步驟(C)之后，單元區(qū)的硬式掩模仍有約140的厚度剩余在層間絕緣層上，造成在后續(xù)的濕式清洗過程中硬式掩模被剝離的機(jī)率較高。
如上所述，在本發(fā)明的第一實(shí)施方案中，此問題可以通過下列方式解決研磨層間絕緣層，直到層間絕緣層被平坦化到柵極硬式掩模相同的準(zhǔn)位，然后在所得結(jié)構(gòu)上形成硬式掩模。
圖11為當(dāng)硬式掩模的厚度決定為約1000時(shí)，基板結(jié)構(gòu)的各層厚度變化圖。
參照圖11，在此將詳細(xì)說明硬式掩模的厚度變化。表3提供當(dāng)進(jìn)行一連串的平臺栓接觸過程時(shí)，單元區(qū)和周邊區(qū)中硬式掩模的厚度變化。
表3

參照圖11和表3，在步驟(A)中，開始形成的硬式掩模具有約1000的厚度，在步驟(B)中，形成在單元區(qū)的硬式掩模的損傷部分的厚度約為400，而形成在周邊區(qū)的硬式掩模的損傷部分的厚度約為170，因此，單元區(qū)和周邊區(qū)的剩余硬式掩模的厚度分別為約600和約830。
在通過進(jìn)行全回蝕刻過程、移除蝕刻停止層的開口接觸區(qū)的步驟(C)中，單元區(qū)的硬式掩模受損傷的厚度約為350，而周邊區(qū)的硬式掩模受損傷的厚度約為330，因此單元區(qū)的硬式掩模剩下約250，而周邊區(qū)的硬式掩模剩下約500。
在通過進(jìn)行回蝕刻過程和/或CMP過程、形成栓的步驟(D)中，單元區(qū)不會(huì)有硬式掩模剩余，但是周邊區(qū)剩下厚約100的硬式掩模。
尤其，在通過移除蝕刻停止層開口接觸區(qū)之后，在單元區(qū)的硬式掩模剩余的厚度約為250。因此，如上所述，在使用氧化物緩沖蝕刻液(BOE)作為清洗溶液進(jìn)行后續(xù)的濕式清洗過程時(shí)，此剩余的硬式掩模會(huì)被剝離。因此，如第一實(shí)施方案所述，此剝離現(xiàn)象的問題可以通過下列方式解決在已先被研磨的層間絕緣層上形成硬式掩模，其中先研磨層間絕緣層，直到被平坦化到和柵極硬式掩模相同的準(zhǔn)位。
圖12為當(dāng)硬式掩模的厚度決定為約1150時(shí)，基板結(jié)構(gòu)的各層厚度變化圖。
參照圖12，在此將詳細(xì)說明硬式掩模的厚度變化。表4提供當(dāng)進(jìn)行一連串的平臺栓接觸過程時(shí)，單元區(qū)和周邊區(qū)中硬式掩模的厚度變化。
表4

參照圖12和表4，在步驟(A)中，開始形成的硬式掩模具有約1150的厚度，在步驟(B)中，形成在單元區(qū)的硬式掩模的損傷部分的厚度約為400，而形成在周邊區(qū)的硬式掩模的損傷部分的厚度約為170，因此，單元區(qū)和周邊區(qū)的剩余硬式掩模的厚度分別為約750和約980。
在通過進(jìn)行全回蝕刻過程、移除蝕刻停止層的開口接觸區(qū)的步驟(C)中，在單元區(qū)和周邊區(qū)的硬式掩模受損傷的厚度約為350，因此在單元區(qū)的硬式掩模剩下約400，而在周邊區(qū)的硬式掩模剩下約630。
在通過進(jìn)行回蝕刻過程和/或CMP過程、形成栓的步驟(D)中，在單元區(qū)剩余的硬式掩模的厚度范圍為約0到月50，而在周邊區(qū)剩下厚約230的硬式掩模。
尤其，在通過移除蝕刻停止層開口接觸區(qū)之后，在單元區(qū)的硬式掩模剩余的厚度約為400。因此，如上所述，在使用BOE作為清洗溶液進(jìn)行后續(xù)的濕式清洗過程時(shí)，此剩余的硬式掩模會(huì)被剝離。因此，如第一實(shí)施方案的說明，此剝離現(xiàn)象的問題可以通過下列方式解決在已先被研磨的層間絕緣層上形成硬式掩模，其中先研磨層間絕緣層，直到被平坦化到和柵極硬式掩模相同的準(zhǔn)位。
另一方面，如圖11和圖12所示，在形成厚度很厚的硬式掩模的情況下，會(huì)有硬式掩模對于光刻膠圖案的選擇性的問題。因此，優(yōu)選根據(jù)半導(dǎo)體裝置的設(shè)計(jì)規(guī)則和應(yīng)用過程的類型，改變硬式掩模的厚度。
圖13A到圖13G為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案，使用ArF光刻方法，在半導(dǎo)體裝置中形成細(xì)微圖案的方法的橫截面圖。
參照圖13A，在提供各種不同的裝置元件的基板80上，形成許多柵極結(jié)構(gòu)G1和G2。每一個(gè)柵極結(jié)構(gòu)G1和G2都包含有柵極硬式掩模83、柵極導(dǎo)電層82和柵極絕緣層81。
在此，柵極絕緣層81由典型的氧化物系材料如氧化硅制成，而柵極導(dǎo)電層82則是由諸如多晶硅、W、WN、WSix或其組合的材料制成。在用以形成后續(xù)接觸的蝕刻過程中，柵極硬式掩模83起到通過蝕刻層間絕緣層形成接觸孔洞時(shí)保護(hù)柵極導(dǎo)電層82作用。因此，柵極硬式掩模83由能提供蝕刻選擇比與層間絕緣層有很大差異的材料制成。例如，若層間絕緣層由氧化物系材料制成，則柵極硬式掩模83由氮化物系材料如SiN或SiON制成。若層間絕緣層由聚合物系低絕緣材料制成，則柵極硬式掩模83由氧化物系材料制成。
在位于柵極結(jié)構(gòu)G1和G2之間的基板80中，形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)84，如源極/漏極接面。一般而言，若源極/漏極接面是通過進(jìn)行離子注入法、在位于柵極結(jié)構(gòu)G1和G2之間的基板80中形成，則雜質(zhì)是通過離子注入法，對著基板80進(jìn)行離子注入。然后，在每個(gè)柵極結(jié)構(gòu)G1和G2的側(cè)壁上形成間隔層，然后，再次進(jìn)行離子注入法，制造輕摻雜漏極(LDD)結(jié)構(gòu)。在此，省略形成LDD結(jié)構(gòu)和間隔層的步驟的詳細(xì)說明。
隨后，在柵極結(jié)構(gòu)G1和G2上，形成蝕刻停止層85。在此，蝕刻停止層85起到停止SAC蝕刻過程的作用，以保護(hù)基板80在SAC蝕刻過程中免受損傷。此時(shí)，蝕刻停止層85優(yōu)選沿著柵極結(jié)構(gòu)G1和G2的縱剖面形成，而且由氮化物系材料如氮化硅或氮氧化硅制成。
隨后，在蝕刻停止層85上，形成由氧化物系材料制成的層間絕緣層86。在此，層間絕緣層86由選自BPSG、BSG、PSG、TEOS、HDP氧化物和旋布玻璃的材料制成。還有可能使用無機(jī)或有機(jī)低絕緣材料形成層間絕緣層86。
參照圖13B，移除層間絕緣層86和蝕刻停止層85，直到暴露出柵極硬式掩模83，使得將層間絕緣層86平坦化到和柵極硬式掩模83相同的準(zhǔn)位。此時(shí)，通過采用CMP過程進(jìn)行層間絕緣層86的移除。但是，CMP過程應(yīng)該在柵極硬式掩模83的損傷部分小于約100的目標(biāo)下進(jìn)行。此外，選擇適當(dāng)?shù)腃MP過程的研磨液類型是很重要的，其可以在CMP過程之后，產(chǎn)生均勻的柵極硬式掩模83和層間絕緣層86。
參照圖13C，在上述的層間絕緣層86上，形成硬式掩模層87。在此，硬式掩模層87具有絕緣性質(zhì)，且對于層間絕緣層86具有蝕刻選擇性。此外，硬式掩模層87優(yōu)選使用選自氮化物系材料、多晶硅、氧化鋁(Al2O3)和鎢(W)的材料形成。氮化物系材料的范例為氮化和氮氧化硅。
在采用氮化物系材料其中的一種作為硬式掩模層87的情況下，優(yōu)選使用等離子體增強(qiáng)型氮化物或低壓氮化物。此外，硬式掩模層87的厚度決定許考慮在將層間絕緣層86施以SAC蝕刻過程時(shí)，硬式掩模層87的損傷部分，和在通過蝕刻蝕刻停止層85暴露雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)84時(shí)，硬式掩模層87的另一個(gè)損傷部分。換言之，硬式掩模層87的厚度最好等于或大于在蝕刻蝕刻停止層85時(shí)，允許硬式掩模層87可以在原位自然移除的厚度，或大于此說明的厚度。
例如，在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案制造的線寬小于約100nm的裝置中，在SAC蝕刻過程中，硬式掩模層87的損傷厚度約為300，而在蝕刻蝕刻停止層85期間，硬式掩模層87的損傷厚度也約為300。在考慮硬式掩模層87的總損傷部分的情況下，決定硬式掩模層87的厚度范圍最好為約400到約800。但是，此決定厚度可以根據(jù)應(yīng)用的網(wǎng)線或裝置而改變。
在形成硬式掩模層87之后，在硬式掩模層87上形成抗反射涂層88。在此，抗反射涂層88所發(fā)揮的作用是防止在形成圖案的曝光過程中，因?yàn)橛彩窖谀?7具有高的反射率日造成散射，從而形成不想要的圖案，并改善硬式掩模層87和后續(xù)的光刻膠圖案之間的粘著性。此時(shí)，抗反射涂層88優(yōu)選以蝕刻特性類似光刻膠圖案的有機(jī)系材料形成。此外，也可以省略抗反射涂層88的形成。
之后，通過一連串的過程，形成用以形成平臺栓接觸的上述光刻膠圖案89。參考符號“C/T”表示將要形成用于平臺栓接觸的接觸孔洞區(qū)。雖然沒有圖標(biāo)，但是通過進(jìn)行旋布法，通過在抗反射涂層88上，形成用在ArF光刻過程裝置的光刻膠層，先制備光刻膠圖案89。通過使用ArF光刻過程裝置和用以界定接觸孔洞寬度的預(yù)定網(wǎng)線，選擇性曝光光刻膠層。然后采用顯影過程，使曝光部分或非曝光部分保留下來，接著采用清洗過程以移除蝕刻殘留物。
參照圖13D，使用光刻膠圖案89作為蝕刻掩模，蝕刻抗反射涂層88和硬式掩模層87，因此形成硬式掩模87A。
在采用ArF光刻方法的情況下，很難在此第二實(shí)施方案中建立形成線型圖案即硬式掩模87A的過程方案。為了得到線型圖案，需要應(yīng)用一種過程方案，其優(yōu)點(diǎn)在于可抑制期望圖案結(jié)構(gòu)發(fā)生細(xì)溝和變形。換言之，電極溫度較低，而且等離子體源和偏壓應(yīng)可獨(dú)立控制。此外，偏壓功率應(yīng)非常低。
此過程方案使同時(shí)蝕刻由有機(jī)材料制成的抗反射涂層88和硬式掩模層87。同時(shí)蝕刻抗反射涂層88和硬式掩模層87對于實(shí)現(xiàn)硬式掩模87A的期望結(jié)構(gòu)非常重要。此外，通過控制蝕刻氣體的使用和蝕刻時(shí)間，可控制硬式掩模87A形成的CD。結(jié)果，也有可能增加用以確保將通過進(jìn)行SAC蝕刻過程形成的接觸孔洞底部有足夠的CD的邊限。
然后，通過采用灰化方法移除光刻膠圖案89。若抗反射涂層88由有機(jī)材料制成，則抗反射涂層88可通過上述的灰化方法同時(shí)移除。灰化方法可以是去光刻膠過程和氧氣等離子體處理的其中的一種。如上所述，光刻膠圖案89的殘留部分會(huì)變成后續(xù)SAC蝕刻過程時(shí)形成缺陷圖案的因素。
參照圖13E，通過使用硬式掩模87A作為蝕刻掩模蝕刻層間絕緣層86，直到位在柵極結(jié)構(gòu)G1和G2之間的蝕刻停止層85暴露出來。此蝕刻過程是以附圖標(biāo)記90表示的SAC蝕刻過程。根據(jù)此SAC蝕刻過程90形成接觸孔洞91。
此時(shí)，因?yàn)镾AC蝕刻過程90的進(jìn)行可以不用考慮圖13D所示的光刻膠圖案89的變形，所以采用可最大化層間絕緣層86對硬式掩模87A的蝕刻選擇性、并確保接觸孔洞91底部有足夠DC的典型SAC過程方案。因?yàn)楣饪棠z層會(huì)限制碳來源氣體的供應(yīng)，所以基本上使用能提供較SAC蝕刻過程中典型采用的氣體有較高選擇性的氣體。因此，使用會(huì)產(chǎn)生許多CF2基的氣體，如C4F6和C5F8，其優(yōu)于傳統(tǒng)所使用的C4F8氣體。
此外，需要適當(dāng)?shù)貨Q定過程方案，以確保接觸孔洞91底部的CD易受提供高選擇性的氣體使用的影響。尤其，還使用約40℃的電極溫度，以改善選擇性，而且還加入氧氣，以確保接觸孔洞91底部的CD。
如圖13D所示，通過移除層間絕緣層86，使硬式掩模87A接觸柵極硬式掩模83。因此，SAC蝕刻過程的蝕刻目標(biāo)減少到和層間絕緣層86被移除的部分一樣多。此還提供增加過程邊限的效果。例如，在傳統(tǒng)的SAC蝕刻過程中，柵極硬式掩模受損傷部分的厚度范圍為約300到約400。但是，根據(jù)第二實(shí)施方案，因?yàn)槲g刻目標(biāo)的厚度減少，所以柵極硬式掩模83受損傷部分的厚度范圍減少至約100到約200，而且蝕刻周期也會(huì)變短。此外，因?yàn)閷娱g絕緣層86的厚度也從約5000減少至約3500。所以此層間絕緣層86厚度的減少，即減少約1500，使其可以擴(kuò)張接觸孔洞91底部的CD約10％。
與使用光刻膠圖案當(dāng)作蝕刻掩模的傳統(tǒng)SAC蝕刻過程相比，因?yàn)榇藮艠O硬式掩模83的厚度宣稱有減少，所以即使增加約300的柵極硬式掩模83，柵極硬式掩模83的損傷部分的厚度也會(huì)減少。結(jié)果，不需要通過在柵極結(jié)構(gòu)G1和G2上使用未摻雜硅酸鹽玻璃(USG)形成帽層，以保護(hù)柵極硬式掩模83。
此省略帽層的形成，可以提供達(dá)成簡化過程的效果，并防止蝕刻蝕刻停止層85時(shí)，由于在接觸孔洞91中有不均勻沉積的帽層而發(fā)生未開口接觸的另一個(gè)效果。
參照圖13F，移除蝕刻停止層85的暴露部分，因此暴露出雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)84。蝕刻停止層85的移除采用以附圖標(biāo)記92表示的全回蝕刻過程進(jìn)行。此時(shí)，柵極硬式掩模83受到損傷的厚度和蝕刻停止層85被移除的厚度相同，即約300。因此，柵極硬式掩模83受損傷的總厚度范圍為約400到約500。
如上所述，當(dāng)移除蝕刻停止層85的暴露部分時(shí)，優(yōu)選在原位移除硬式掩模87A的殘留部分。但是，此硬式掩模87A的移除實(shí)際上很難控制，因此，即使在移除蝕刻停止層85之后，仍然會(huì)有硬式掩模87A殘留在柵極硬式掩模83上。
因?yàn)橛彩窖谀?7A由絕緣材料制成，所以可以在相同設(shè)備中原位進(jìn)行一連串平臺栓接觸形成過程。例如，在使用具有去光刻膠液的雙腔體設(shè)備的情況下，可以在其中一個(gè)腔體進(jìn)行硬式掩模形成過程和去光刻膠過程，而在另一個(gè)腔體進(jìn)行SAC蝕刻過程和蝕刻停止層的移除。在此情況下，優(yōu)選將提供有光刻膠圖案89的基板80加載到上述的雙腔體設(shè)備中。此用以形成硬式掩模87A的氮化物系材料的使用，可以解決在它處進(jìn)行用以形成由多晶硅或鎢制成的硬式掩模的蝕刻過程所產(chǎn)生的問題，因此可以縮短返回時(shí)間(TAT)。
參照圖13G和圖13H，下面將詳細(xì)說明栓形成過程。
參照圖13G，在全回蝕刻過程之后所得到的上述結(jié)果基板結(jié)構(gòu)上，形成用以形成栓的導(dǎo)電材料93，使其填入在接觸孔洞91中。然后，進(jìn)行平坦化過程，直到暴露出柵極硬式掩模83。
在此，導(dǎo)電材料93典型為多晶硅，而除了使用多晶硅之外，障壁金屬Ti和TiN也可以作為導(dǎo)電材料93使用。鎢也可以取代多晶硅使用。
因?yàn)閳D13F所示的硬式掩模87A由具有絕緣性質(zhì)的氮化物制成，所以可以通過沉積法或選擇性外延生長(SEG)法形成由多晶硅制成的栓。在此將更詳細(xì)的說明SEG法，在硬式掩模87A系由鎢或多晶硅制成的情況下，硬式掩模87A會(huì)相對于雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)84喪失選擇性。因此，當(dāng)采用SEG法時(shí)，硅恰好會(huì)成長在硬式掩模87A上。因?yàn)榇送嘶倪x擇性，所以在進(jìn)行SEG法之前，必須先移除硬式掩模87A。但是，若硬式掩模87A由氮化物制成，就不需要在進(jìn)行SEG法之前，先移除硬式掩模87A。因此，即使在次80nm的半導(dǎo)體裝置中，也可以應(yīng)用硬式掩模87A，而不考慮栓形成過程。
在沒有硬式掩模而透過沉積法形成栓的傳統(tǒng)方法中，由于依賴層間絕緣層的縱剖面，所以在栓中會(huì)產(chǎn)生接縫。換言之，因?yàn)槊睂雍蜐袷角逑催^程，所以在栓形成過程中，層間絕緣層的縱剖面會(huì)產(chǎn)生接縫。相較之下，根據(jù)第二實(shí)施方案，硬式掩模87A的剩余部分提供可以改善層間絕緣層86的縱剖面的另一效果，因此可以防止圖13H所示的栓93C中產(chǎn)生接縫。在此，層間絕緣層86的縱剖面具有稍微傾斜的蝕刻縱剖面。
在平坦化導(dǎo)電材料93的更詳細(xì)說明方面，CMP方法或回蝕刻方法都可以被用作平坦化方法。在采用CMP方法的情況下，因?yàn)樵诰醒牒途吘壍奈g刻速率不同，所以圖案很可能會(huì)變得有缺陷。因此，在第二實(shí)施例中，采用回蝕刻過程平坦化導(dǎo)電材料93。此時(shí)，在等向性蝕刻裝置進(jìn)行回蝕刻過程，且分成2個(gè)步驟進(jìn)行。
在用于平坦化過程的裝置的更詳細(xì)說明方面，在使用形成離子蝕刻(RIE)裝置的情況下，位在層間絕緣層86側(cè)壁上的導(dǎo)電材料93的部分不能被有效移除，因此會(huì)有栓93C之間的漏電流增加的風(fēng)險(xiǎn)。但是，在采用等向性蝕刻裝置的情況下，在實(shí)際應(yīng)用平坦化過程時(shí)，可以更有效地得到期望縱剖面的栓93C。在此，位于硬式掩模87A殘留部分上方的導(dǎo)電材料93的部分，和位在層間絕緣層86側(cè)壁上的導(dǎo)電材料93的另一個(gè)部分，分別被稱為第一導(dǎo)電材料93A和第二導(dǎo)電材料93B。
對于在第13G圖中以附圖標(biāo)記94表示的回蝕刻過程的第一步驟，在氧化物系或氮化物系層即硬式掩模87A的蝕刻快于第一導(dǎo)電材料93A的條件下，蝕刻第一導(dǎo)電材料93A。在第一步驟94之后，硬式掩模87A變成暴露出來。
參照圖13H，對于以附圖標(biāo)記95表示的回蝕刻過程的第二步驟，在第一導(dǎo)電材料93A的蝕刻快于氧化物系或氮化物系層的條件下，蝕刻第二導(dǎo)電材料93B的部分。因此，當(dāng)蝕刻第二導(dǎo)電材料93B時(shí)，硬式掩模87A的殘留部分和層間絕緣層86也會(huì)同時(shí)被蝕刻，因此可以得到栓93C。
進(jìn)行回蝕刻過程的理由是可以消除栓93C和周邊結(jié)構(gòu)之間的高度差，其中高度差對后續(xù)的接觸形成過程如位線接觸會(huì)有不利的影響，此外，其還可以防止在栓93C之間經(jīng)由此高度差所造成的層間絕緣層86側(cè)壁而產(chǎn)生漏電流。
圖14為根據(jù)本發(fā)明所得到的晶片中央和邊緣的掃描電子顯微鏡(SEM)顯微照片。
如圖所示，幾乎看不出位在晶片中央和邊緣區(qū)域的圖案間的差異性。此外，接觸底部的CD增加約20％。
圖15A和圖15B為形成栓的回蝕刻過程中，分別使用RIE裝置和等向蝕刻裝置所得到的圖案的SEM顯微照片。
參照圖15A，用以在層間絕緣層的側(cè)壁上形成栓的導(dǎo)電材料沒有被移除，因此在栓之間造成短路。此短路現(xiàn)象以參考符號A標(biāo)示。如圖15B所示，和使用RIE裝置不同，在栓之間并沒有產(chǎn)生短路。
根據(jù)本發(fā)明的第一和第二優(yōu)選實(shí)施方案，可以防止當(dāng)在用以開口接觸區(qū)的濕式清洗過程之后、硬式掩模仍然有剩余時(shí)，因硬式掩模常常發(fā)生剝離而造成不良圖案的產(chǎn)生。
雖然本發(fā)明的第一和第二優(yōu)選實(shí)施方案例舉的是在柵極結(jié)構(gòu)之間形成接觸孔洞的情況，但是仍然有可能打開位線結(jié)構(gòu)之間的接觸孔洞，即儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸孔洞形成過程，或用于形成通路孔洞形成過程。此外，雖然第一和第二優(yōu)選實(shí)施方案例舉的是使用線型圖案進(jìn)行SAC蝕刻過程的情況，但是SAC蝕刻過程也有可能使用孔洞型圖案。
本申請書包含分別在2003年10月23日和2003年12月22日向韓國專利局提交的、韓國專利申請?zhí)枮镵R 2003-74718號和KR 2003-94506的相關(guān)內(nèi)容，在此將其內(nèi)容全部納入作為參考。
本發(fā)明已參照某些優(yōu)選實(shí)施方案詳細(xì)說明，不脫離本發(fā)明在后面的權(quán)利要求書中所界定的實(shí)質(zhì)和范圍進(jìn)行各種變化和改進(jìn)對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的。
主要裝置符號說明10基板11柵極絕緣層12柵極導(dǎo)電層13柵極硬式掩模14雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)15蝕刻停止層16層間絕緣層17光刻膠圖案18接觸孔洞19受損傷的柵極硬式掩模20栓50基板51柵極絕緣層52柵極導(dǎo)電層53柵極硬式掩模54雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)55蝕刻停止層56層間絕緣層57氮化物層57A 硬式掩模58抗反射涂層59光刻膠圖案60接觸孔洞61栓70基板71柵極絕緣層
72 柵極導(dǎo)電層73 柵極硬式掩模74 雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)75 蝕刻停止層76 層間絕緣層77 氮化物層77A硬式掩模78 抗反射涂層79 光刻膠圖案80 基板81 柵極絕緣層82 柵極導(dǎo)電層83 柵極硬式掩模84 雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)85 蝕刻停止層86 層間絕緣層87 硬式掩模層87A硬式掩模88 抗反射涂層89 光刻膠圖案90 SAC蝕刻過程91 接觸孔洞92 全回蝕刻過程93 導(dǎo)電材料93A第一導(dǎo)電材料93B第二導(dǎo)電材料93C栓94 回蝕刻過程95 回蝕刻過程
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包含下列步驟在提供單元區(qū)和周邊區(qū)的基板上形成多個(gè)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上形成蝕刻停止層；在蝕刻停止層上形成層間絕緣層；通過移除層間絕緣層和蝕刻停止層，平坦化層間絕緣層和蝕刻停止層，直到暴露出導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；在平坦化的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和層間絕緣層上，形成用以形成硬式掩模的氮化物層；在氮化物層上形成抗反射涂層；通過使用ArF光源的光刻過程，在抗反射涂層上形成光刻膠圖案；使用光刻膠圖案作為蝕刻掩模，選擇性蝕刻抗反射涂層和氮化物層，從而形成硬式掩模；移除光刻膠圖案和抗反射涂層；使用硬式掩模作為蝕刻掩模，蝕刻位于導(dǎo)電結(jié)構(gòu)之間的層間絕緣層，從而至少形成一個(gè)暴露蝕刻停止層的接觸孔洞；移除暴露的蝕刻停止層，從而暴露出基板；以及清洗接觸孔洞內(nèi)部。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中平坦化層間絕緣層和蝕刻停止層的步驟通過進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)過程進(jìn)行，直到導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的受損傷厚度等于或小于約100。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中層間絕緣層由氧化物系材料制成，而形成接觸孔洞的步驟系采用自行對準(zhǔn)接觸(SAC)蝕刻方法進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中導(dǎo)電結(jié)構(gòu)包含硬式掩模絕緣層和導(dǎo)電層，而硬式掩模絕緣層所形成的厚度，要大于硬式掩模絕緣層在SAC蝕刻過程中受損傷的厚度和硬式掩模絕緣層在移除蝕刻停止層過程中受損傷的厚度。
5.如權(quán)利要求3的方法，其中SAC蝕刻方法通過使用C4F6氣體和C5F8氣體的其中一種進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中移除蝕刻停止層的步驟是采用全回蝕刻過程進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中氮化物層所形成的厚度，要大于或等于接觸孔洞受損傷的厚度和蝕刻停止層受損傷的厚度。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中在移除蝕刻停止層的步驟中，通過使用單元區(qū)的掩模開口移除單元區(qū)的蝕刻停止層。
9.如權(quán)利要求1的方法，在進(jìn)行清洗過程的步驟后，還包含形成與暴露的基板電連接的栓的步驟。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中形成栓的步驟包含下列步驟形成與暴露的基板電連接的導(dǎo)電材料；回蝕刻導(dǎo)電材料，以減少單元區(qū)和周邊區(qū)之間的高度差；以及研磨導(dǎo)電材料，直到暴露出導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，從而形成栓。
11.如權(quán)利要求10的方法，其中形成導(dǎo)電材料的步驟是采用在清洗過程之后獲得的所得結(jié)構(gòu)上沉積導(dǎo)電材料的沉積法進(jìn)行。
12.如權(quán)利要求10的方法，其中形成導(dǎo)電材料的步驟是采用使導(dǎo)電材料自暴露的基板成長的選擇性外延生長(SEG)法進(jìn)行。
13.如權(quán)利要求1的方法，其中光刻膠圖案是形成線型。
14.如權(quán)利要求1的方法，其中光刻膠圖案是形成孔洞型。
15.如權(quán)利要求1的方法，其中導(dǎo)電結(jié)構(gòu)是柵極結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求1的方法，其中導(dǎo)電結(jié)構(gòu)是位線結(jié)構(gòu)。
17.如權(quán)利要求1的方法，其中導(dǎo)電結(jié)構(gòu)是金屬線。
18.如權(quán)利要求1的方法，在形成光刻膠圖案的步驟之后，還包含將有提供光刻膠圖案的基板結(jié)構(gòu)加載到具有第一腔體和第二腔體的蝕刻裝置的步驟，其中，在第一腔體，進(jìn)行形成硬式掩模的步驟和移除光刻膠圖案與抗反射涂層的步驟，而在第二腔體，進(jìn)行形成接觸孔洞的步驟和移除蝕刻停止層的步驟。
19.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包含下列步驟在提供單元區(qū)和周邊區(qū)的基板上，形成多數(shù)個(gè)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上形成蝕刻停止層；在蝕刻停止層上形成層間絕緣層；通過移除層間絕緣層和蝕刻停止層、平坦化層間絕緣層和蝕刻停止層，直到暴露出導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；在平坦化的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和層間絕緣層上，形成用以形成硬式掩模的氮化物層；在氮化物層上形成抗反射涂層；通過使用ArF光源的光刻方法，在抗反射涂層上形成光刻膠圖案；使用光刻膠圖案作為掩模，選擇性蝕刻抗反射涂層和氮化物層，從而形成硬式掩模；移除光刻膠圖案和抗反射涂層；使用硬式掩模作為蝕刻掩模，蝕刻位在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)之間的層間絕緣層，從而形成暴露蝕刻停止層的接觸孔洞；移除暴露的蝕刻停止層，因此暴露出基板；清洗接觸孔洞內(nèi)部；形成與暴露的基板電連接的導(dǎo)電栓層；在導(dǎo)電栓層的蝕刻快于硬式掩模的條件下，進(jìn)行第一次回蝕刻過程，以暴露硬式掩模；以及在硬式掩模的蝕刻快于導(dǎo)電栓層的條件下，進(jìn)行第二次回蝕刻過程，以暴露層間絕緣層，從而得到至少一個(gè)隔離栓。
20.如權(quán)利要求19的方法，其中第一次回蝕刻過程和第二次回蝕刻過程在等向性蝕刻裝置中進(jìn)行。
21.如權(quán)利要求19的方法，其中平坦化層間絕緣層和蝕刻停止層的步驟通過進(jìn)行CMP過程進(jìn)行，直到導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的受損傷厚度等于或小于約100。
22.如權(quán)利要求19的方法，其中層間絕緣層系氧化物系材料制成，而形成接觸孔洞的步驟采用SAC蝕刻過程進(jìn)行。
23.如權(quán)利要求22的方法，其中導(dǎo)電結(jié)構(gòu)包含硬式掩模絕緣層和導(dǎo)電層，而硬式掩模絕緣層所形成的厚度，要大于硬式掩模絕緣層在SAC蝕刻過程中受損傷的厚度和硬式掩模絕緣層在移除蝕刻停止層過程中受損傷的厚度。
24.如權(quán)利要求21的方法，其中SAC蝕刻過程是通過使用C4F6氣體和C5F8氣體的其中一種進(jìn)行。
25.如權(quán)利要求19的方法，其中移除蝕刻停止層的步驟采用全回蝕刻過程進(jìn)行。
26.如權(quán)利要求25的方法，其中氮化物層所形成的厚度，要大于或等于接觸孔洞受損傷的厚度和蝕刻停止層受損傷的厚度。
27.如權(quán)利要求19的方法，其中在移除蝕刻停止層的步驟中，通過使用單元區(qū)開口的掩模移除單元區(qū)的蝕刻停止層。
28.如權(quán)利要求19的方法，其中形成導(dǎo)電栓層的步驟是采用在清洗過程之后獲得的所得結(jié)構(gòu)上，沉積導(dǎo)電栓層的沉積法進(jìn)行。
29.如權(quán)利要求19的方法，其中形成導(dǎo)電栓層的步驟是采用使導(dǎo)電栓層自暴露的基板成長的選擇性外延生長(SEG)法進(jìn)行。
30.如權(quán)利要求19的方法，其中光刻膠圖案是形成線型。
31.如權(quán)利要求19的方法，其中光刻膠圖案是形成孔洞型。
32.如權(quán)利要求19的方法，其中導(dǎo)電結(jié)構(gòu)是柵極結(jié)構(gòu)。
33.如權(quán)利要求19的方法，其中導(dǎo)電結(jié)構(gòu)是位線結(jié)構(gòu)。
34.如權(quán)利要求19的方法，其中導(dǎo)電結(jié)構(gòu)是金屬線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置的制造方法。具體地說，先平坦化形成在提供導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的基板結(jié)構(gòu)上的層間絕緣層和蝕刻停止層。然后，使用光刻膠圖案和抗反射涂層作為掩模，形成氮化物系材料制成的硬式掩模。在硬式掩模形成之后，移除光刻膠圖案和抗反射涂層。接著，使用硬式掩模作為蝕刻掩模，進(jìn)行SAC蝕刻過程以蝕刻層間絕緣層，從而得到暴露位在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)之間的蝕刻停止層的接觸孔洞。通過使用全回蝕刻方法移除暴露的蝕刻停止層，之后應(yīng)用清洗過程。
文檔編號H01L21/60GK1619793SQ20041008652
公開日2005年5月25日 申請日期2004年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月23日
發(fā)明者李敏碩, 鄭臺愚, 李圣權(quán) 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司