專利名稱：接觸孔的形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術，尤其涉及一種接觸孔的形成方法。
背景技術：
在半導體制造過程中，在半導體基底上形成MOS晶體管之后，會在其上形成介質層以覆蓋MOS晶體管，并在MOS晶體管的柵極、源極和漏極上方的介質層中通過刻蝕等工藝形成開口，暴露出所述柵極、源極和漏極，所述開口稱為接觸孔(Contact)。在后續(xù)的工藝中，在所述接觸孔中填充金屬，如鎢，形成栓塞(Plug)，以實現(xiàn)MOS晶體管與上層互連結構之間的互連。圖1至圖3示出了現(xiàn)有技術的一種接觸孔的形成方法對應的中間結構的剖面圖。參考圖1，提供半導體基底10，所述半導體基底10中形成有MOS晶體管，所述MOS 晶體管包括柵極11，源極12和漏極13，所述半導體基底10上依次形成有阻擋層14和介質層15。所述阻擋層14和介質層15的材料不同，一般的，所述阻擋層14的材料為氮化硅，所述介質層15的材料為氧化硅。參考圖2，對所述介質層15進行刻蝕，在柵極11、源極12和漏極13上方的介質層 15中分別形成第一開口 16、第二開口 17和第三開口 18。所述刻蝕過程可以采用干法刻蝕， 主要的刻蝕氣體可以為六氟化碳(C4F6)，由于介質層15和阻擋層14的材料不同，刻蝕過程在所述阻擋層14的表面停止，使得第一開口 16、第二開口 17和第三開口 18的底部暴露出所述阻擋層14。參考圖3，去除所述第一開口 16、第二開口 17和第三開口 18底部的阻擋層14，暴露出所述柵極11、源極12和漏極13，從而完成接觸孔的形成過程。所述阻擋層14的去除方法可以是干法刻蝕，刻蝕氣體可以主要包括四氟化碳(CF4)。仍然參考圖2，由于MOS晶體管的柵極11高于源極12和漏極13，使得經(jīng)過平坦化后的介質層15在柵極11上方的厚度要小于源極12和漏極13上方的厚度。因此，在對介質層15的刻蝕過程中，為了刻穿源極12和漏極13上方的介質層15，會對柵極11上方的阻擋層14造成過刻，使得第一開口 16底部的阻擋層14的厚度小于第二開口 17和第三開口 18底部的阻擋層14的厚度。繼續(xù)參考圖3，由于第一開口 16底部的阻擋層14的厚度較小，因此，在刻蝕去除各開口底部的阻擋層14的工藝過程中，會對柵極11產(chǎn)生過刻，從而對柵極11造成損傷，影響其與后續(xù)形成的栓塞之間的接觸電阻。尤其的，現(xiàn)有技術中為了降低接觸電阻，在形成MOS 晶體管之后，還在柵極11、源極12和漏極13的頂部形成自對準的金屬硅化物(Silicide)， 如硅化鎳(NiSi)等，對柵極11的過刻會損傷其表面的金屬硅化物，增大柵極11與栓塞之間的接觸電阻，影響器件性能。關于接觸孔的更多詳細內(nèi)容，請參見專利號為7，541, 271的美國專利。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是接觸孔的形成過程中對柵極造成損傷的問題，以改善器件性能。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種接觸孔的形成方法，包括提供半導體基底，所述半導體基底上形成有MOS晶體管；依次形成第一阻擋層和介質層，覆蓋所述MOS晶體管和半導體基底，所述第一阻擋層與所述介質層的刻蝕選擇比大于等于10 ；對所述介質層進行刻蝕，在所述MOS晶體管的柵極、源極和漏極上方分別形成第一開口、第二開口和第三開口，所述第一開口、第二開口和第三開口的底部暴露出所述第一阻擋層；去除所述第一開口、第二開口和第三開口底部的第一阻擋層?？蛇x的，在形成所述第一阻擋層之前，還包括形成第二阻擋層，覆蓋所述MOS晶體管和半導體基底；在去除所述第一開口、第二開口和第三開口底部的第一阻擋層之后，還包括去除所述第一開口、第二開口和第三開口底部的第二阻擋層，分別暴露出所述柵極、 源極和漏極?？蛇x的，所述第二阻擋層的材料為氮化硅。可選的，所述第一阻擋層的材料為可灰化(ashable)材料?？蛇x的，所述第一阻擋層的材料為無定形碳，所述介質層的材料為氧化硅?？蛇x的，使用灰化法去除所述第一開口、第二開口和第三開口底部的第一阻擋層?？蛇x的，所述灰化法使用的反應氣體為氧氣或氧氣的等離子體?？蛇x的，使用干法刻蝕對所述介質層進行刻蝕，刻蝕氣體包括C4F6?？蛇x的，所述第一阻擋層的厚度為100 A至200 A。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本技術方案在半導體基底上依次形成第一阻擋層和介質層，覆蓋MOS晶體管和半導體基底，且第一阻擋層與介質層的刻蝕選擇比大于等于10，之后再分別對MOS晶體管的柵極、源極和漏極上方的介質層和第一阻擋層進行刻蝕，形成接觸孔。由于第一阻擋層與介質層的刻蝕選擇比較大，因而在刻蝕介質層的過程中，有效減小了對柵極上方的第一阻擋層的過刻，從而有效減小了刻蝕第一阻擋層時對柵極的過刻和損傷，有利于減小柵極與栓塞之間的接觸電阻，改善器件的性能。進一步的，本技術方案選用的第一阻擋層的材料為可灰化材料，可以通過灰化法將其去除，進一步減少了對柵極的過刻和損傷。


圖1至圖3是現(xiàn)有技術接觸孔的形成方法的中間結構的剖面圖；圖4是本發(fā)明實施例的接觸孔的形成方法的流程示意圖；圖5至圖8是本發(fā)明第一實施例的接觸孔的形成方法的中間結構的剖面圖；圖9至圖13是本發(fā)明第二實施例的接觸孔的形成方法的中間結構的剖面圖。
具體實施例方式現(xiàn)有技術在形成接觸孔的過程中，由于柵極上方的介質層的厚度較小，小于源極和漏極上方的介質層的厚度，使得柵極上方的阻擋層被過刻，由于現(xiàn)有技術中的阻擋層的材料一般是氮化硅、介質層的材料一般是氧化硅，其刻蝕選擇比約為5，使得柵極上方的阻擋層被過刻，厚度明顯偏小，進而在刻蝕去除阻擋層的過程中，造成柵極的過刻和損傷，增大了柵極和栓塞之間的接觸電阻，影響了器件性能。本技術方案在半導體基底上依次形成第一阻擋層和介質層，覆蓋MOS晶體管和半導體基底，且第一阻擋層與介質層的刻蝕選擇比大于等于10，之后再分別對MOS晶體管的柵極、源極和漏極上方的介質層和第一阻擋層進行刻蝕，形成接觸孔。由于第一阻擋層與介質層的刻蝕選擇比較大，因而在刻蝕介質層的過程中，有效減小了對柵極上方的第一阻擋層的過刻，從而有效減小了刻蝕第一阻擋層時對柵極的過刻和損傷，有利于減小柵極與栓塞之間的接觸電阻，改善器件的性能。進一步的，本技術方案選用的第一阻擋層的材料為可灰化材料，可以通過灰化法將其去除，進一步減少了對柵極的過刻和損傷。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在以下描述中闡述了具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施方式
的限制。圖4示出了本發(fā)明實施例的接觸孔的形成方法的流程示意圖，包括步驟S21，提供半導體基底，所述半導體基底上形成有MOS晶體管；步驟S22，依次形成第一阻擋層和介質層，覆蓋所述MOS晶體管和半導體基底，所述第一阻擋層與所述介質層的刻蝕選擇比大于等于10 ；步驟S23，對所述介質層進行刻蝕，在所述MOS晶體管的柵極、源極和漏極上方分別形成第一開口、第二開口和第三開口，所述第一開口、第二開口和第三開口的底部暴露出所述第一阻擋層；步驟S24，去除所述第一開口、第二開口和第三開口底部的第一阻擋層。圖5至圖8示出了本發(fā)明第一實施例的接觸孔的形成方法的中間結構的剖面圖， 下面結合圖4和圖5至圖8對本發(fā)明第一實施例進行詳細說明。結合圖4和圖8，執(zhí)行步驟S21，提供半導體基底，所述半導體基底上形成有MOS 晶體管。具體的，提供半導體基底20，所述半導體基底20上形成有MOS晶體管。所述半導體基底20可以是單晶硅，也可以是硅鍺化合物，還可以是絕緣體上硅(SOI，Silicon On Insulator)結構或硅上外延層結構。所述MOS晶體管可以是PMOS晶體管或NMOS晶體管， 包括柵極21以及形成在柵極21兩側的半導體基底20內(nèi)的源極22和漏極23，所述柵極21 包括柵介質層和位于其上的柵電極(圖中未示出)。本實施例中，所述柵電極的材料為多晶硅，所述柵電極的表面上形成有金屬硅化物，具體為硅化鎳，類似的，所述源極22和漏極23 的表面上也形成有金屬硅化物。結合圖4和圖6，執(zhí)行步驟S22，依次形成第一阻擋層和介質層，覆蓋所述MOS晶體管和半導體基底，所述第一阻擋層與所述介質層的刻蝕選擇比大于等于10。具體的，依次形成第一阻擋層對和介質層25，所述第一阻擋層對和介質層25之間的刻蝕選擇比大于等于 10。所述介質層25的材料可以是氧化硅、硼硅玻璃、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃等，其形成方法可以是化學氣相沉積(CVD)，在形成之后對其進行平坦化，使其表面平整。所述第一阻擋層 24的材料可以根據(jù)所述介質層25的材料來確定，保證二者之間的刻蝕選擇比大于等于10 即可。本實施例中，所述介質層25的材料為氧化硅，所述第一阻擋層M的材料優(yōu)選為可灰化的無定形碳，所述第一阻擋層的厚度為100 A至200 A,其形成方法為化學氣相沉積。結合圖4和圖7，執(zhí)行步驟S23，對所述介質層進行刻蝕，在所述MOS晶體管的柵極、源極和漏極上方分別形成第一開口、第二開口和第三開口，所述第一開口、第二開口和第三開口的底部暴露出所述第一阻擋層。具體的，對所述介質層25進行刻蝕，在所述MOS晶體管的柵極21、源極22和漏極23上方分別形成第一開口 26、第二開口 27和第三開口觀， 所述第一開口 26、第二開口 27和第三開口觀的底部暴露出所述第一阻擋層M。所述介質層25的刻蝕方法包括在所述介質層25的表面上形成光刻膠層并圖形化，定義出所述第一開口 26、第二開口 27和第三開口觀的圖形；以所述圖形化后的光刻膠層為掩膜進行干法刻蝕，形成所述第一開口 26、第二開口 27和第三開口觀。所述干法刻蝕中的刻蝕氣體主要
疋 ^F6 ο在對介質層25的刻蝕過程中，雖然柵極21上方的介質層25的厚度較小，小于源極22和漏極23上方的介質層25的厚度，但是由于第一阻擋層M和介質層25的刻蝕選擇比大于等于10，因此使得刻蝕過程停止在所述第一阻擋層M上，有效的減小了對柵極21上方的第一阻擋層M造成的過刻。結合圖4和圖8，執(zhí)行步驟S24，去除所述第一開口、第二開口和第三開口底部的第一阻擋層。具體的，去除所述第一開口 26、第二開口 27和第三開口觀底部的第一阻擋層 24，分別暴露出所述柵極21、源極22和漏極23。所述第一阻擋層M的去除方法可以是干法刻蝕，由于柵極21、源極22和漏極23上方的第一阻擋層M的厚度基本一致，因此可以通過控制刻蝕速率和刻蝕時間將所述柵極21、源極22和漏極23上方的第一阻擋層M去除， 而有效減少對柵極21的過刻，避免對其表面上的金屬硅化物造成損傷，利于減小柵極21與栓塞之間的接觸電阻，改善器件性能。本實施例中，所述第一阻擋層M的材料優(yōu)選為可灰化的材料，具體為無定形碳， 因此，可以通過灰化法將其灰化去除，灰化過程中的反應氣體優(yōu)選為氧氣或氧氣的等離子體。進一步優(yōu)選的，在步驟S23過程后，即刻蝕介質層25形成所述第一開口 26、第二開口 27、第三開口觀后，在使用灰化法灰化去除光刻膠層的同時，將所述第一開口 26、第二開口 27和第三開口觀底部的可灰化材料的第一阻擋層M同時灰化去除，進一步簡化工藝步驟。 而且灰化工藝不涉及刻蝕工藝中的離子轟擊過程，也能夠避免對柵極21、源極22和漏極23 的損傷，利于改善器件性能。圖9至圖13示出了本發(fā)明第二實施例的接觸孔的形成方法的中間結構的剖面圖， 下面結合圖9至圖13對本發(fā)明的第二實施例進行詳細說明。參考圖9，提供半導體基底30，所述半導體基底30上形成有MOS晶體管。所述半導體基底30的材料請參考第一實施例，所述MOS晶體管包括柵極31，以及形成在所述柵極 31兩側的半導體基底30中的源極32和漏極33。所述柵極31、源極32和漏極33的表面上都形成有金屬硅化物。參考圖10，依次形成第二阻擋層34、第一阻擋層35和介質層36，覆蓋所述MOS晶體管和半導體基底30的表面，所述第一阻擋層35和介質層36的刻蝕選擇比大于等于10。本實施例中，所述第二阻擋層34的材料為氮化硅，其形成方法為化學氣相沉積；所述第一阻擋層35的材料為無定形碳，形成方法為化學氣相沉積，厚度為100 A至200 A;所述介質層36的材料為氧化硅，形成方法為化學氣相沉積。參考圖11，對所述介質層36進行刻蝕，在所述柵極31、源極32和漏極33的上方分別形成第一開口 37、第二開口 38和第三開口 39，底部暴露出所述第一阻擋層35。本實施例中所述介質層36的刻蝕方法可以為干法刻蝕，刻蝕氣體主要包括C4F6?？涛g過程主要包括在所述介質層36的表面上形成光刻膠層并圖形化，定義出所述第一開口 37、第二開口 38和第三開口 39的圖形；以所述圖形化后的光刻膠層為掩膜進行干法刻蝕，形成所述第一開口 37、第二開口 38和第三開口 39。由于第一阻擋層35和介質層36的刻蝕選擇比大于等于10，因此使得刻蝕過程停止在所述第一阻擋層35上，有效的減小了對柵極31上方的第一阻擋層35造成的過刻。參考圖12，去除所述第一開口 37、第二開口 38和第三開口 39底部的第一阻擋層 35，暴露出第二阻擋層34。本實施例中，所述第一阻擋層35為可灰化材料，具體為無定形碳，其去除過程可以采用灰化法，反應氣體為氧氣或氧氣的等離子體。優(yōu)選的，在刻蝕介質層36形成所述第一開口 37、第二開口 38和第三開口 39之后，在灰化去除所述光刻膠層的同時，將第一開口 37、第二開口 38和第三開口 39底部的第一阻擋層35 —并灰化去除，簡化工藝步驟。在灰化過程中，并不會對下方的第二阻擋層34造成損傷，使得柵極31、源極32 和漏極33上方的第二阻擋層34的厚度保持均勻一致。參考圖13，去除所述第一開口 37、第二開口 38和第三開口 39底部的第二阻擋層 34，分別暴露出所述柵極31、源極32和漏極33。去除方法可以是干法刻蝕，刻蝕氣體主要包括CF4。由于所述柵極31、源極32和漏極33上方的第二阻擋層34的厚度一致，因此可以通過控制刻蝕速率和刻蝕時間將所述第一開口 37、第二開口 38和第三開口 39底部的第二阻擋層34 —并去除，而不會對柵極31造成損傷。需要說明的是，上述第二實施例中，由于MOS晶體管上方形成有第二阻擋層34，因此，在灰化去除柵極31、源極32和漏極33上方的第一阻擋層35時，灰化過程并不會對柵極 31、源極32和漏極33直接造成影響，避免了灰化過程對柵極31、源極32和漏極33及其表面上的金屬硅化物的氧化，有利于降低接觸電阻，改善器件性能。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術內(nèi)容對本發(fā)明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.一種接觸孔的形成方法，其特征在于，包括提供半導體基底，所述半導體基底上形成有MOS晶體管；依次形成第一阻擋層和介質層，覆蓋所述MOS晶體管和半導體基底，所述第一阻擋層與所述介質層的刻蝕選擇比大于等于10 ；對所述介質層進行刻蝕，在所述MOS晶體管的柵極、源極和漏極上方分別形成第一開口、第二開口和第三開口，所述第一開口、第二開口和第三開口的底部暴露出所述第一阻擋層；去除所述第一開口、第二開口和第三開口底部的第一阻擋層。
2.根據(jù)權利要求1所述的接觸孔的形成方法，其特征在于，在形成所述第一阻擋層之前，還包括形成第二阻擋層，覆蓋所述MOS晶體管和半導體基底；在去除所述第一開口、第二開口和第三開口底部的第一阻擋層之后，還包括去除所述第一開口、第二開口和第三開口底部的第二阻擋層，分別暴露出所述柵極、源極和漏極。
3.根據(jù)權利要求2所述的接觸孔的形成方法，其特征在于，所述第二阻擋層的材料為氮化硅。
4.根據(jù)權利要求1所述的接觸孔的形成方法，其特征在于，所述第一阻擋層的材料為可灰化材料。
5.根據(jù)權利要求4所述的接觸孔的形成方法，其特征在于，所述第一阻擋層的材料為無定形碳，所述介質層的材料為氧化硅。
6.根據(jù)權利要求5所述的接觸孔的形成方法，其特征在于，使用灰化法去除所述第一開口、第二開口和第三開口底部的第一阻擋層。
7.根據(jù)權利要求6所述的接觸孔的形成方法，其特征在于，所述灰化法使用的反應氣體為氧氣或氧氣的等離子體。
8.根據(jù)權利要求5所述的接觸孔的形成方法，其特征在于，使用干法刻蝕對所述介質層進行刻蝕，刻蝕氣體包括C4F6。
9.根據(jù)權利要求1所述的接觸孔的形成方法，其特征在于，所述第一阻擋層的厚度為 100 A 至 200 A。
全文摘要
一種接觸孔的形成方法，包括提供半導體基底，所述半導體基底上形成有MOS晶體管；依次形成第一阻擋層和介質層，覆蓋所述MOS晶體管和半導體基底，所述第一阻擋層與所述介質層的刻蝕選擇比大于等于10；對所述介質層進行刻蝕，在所述MOS晶體管的柵極、源極和漏極上方分別形成第一開口、第二開口和第三開口，所述第一開口、第二開口和第三開口的底部暴露出所述第一阻擋層；去除所述第一開口、第二開口和第三開口底部的第一阻擋層。本發(fā)明可以避免接觸孔的形成過程中對柵極造成損傷，利于改善器件性能。
文檔編號H01L21/768GK102468217SQ20101053124
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權日2010年11月3日
發(fā)明者韓秋華, 黃敬勇 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司