電子器件的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本公開(kāi)涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法。為了提供具有高可靠性同時(shí)抑制制造成本的半導(dǎo)體器件，通過(guò)使用至少包含CF4氣體和C3H2F4氣體作為其成分的混合氣體來(lái)執(zhí)行用于絕緣膜的干法蝕刻。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
電子器件的制造方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 包括說(shuō)明書(shū)、附圖和摘要在內(nèi)的、于2015年3月20日提交的日本專(zhuān)利申請(qǐng)No. 2015-058031的公開(kāi)通過(guò)引用全文合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造方法，并且特別地涉及對(duì)絕緣膜進(jìn)行干法蝕刻的方 法。
【背景技術(shù)】
[0004] 在半導(dǎo)體器件(諸如高級(jí)微計(jì)算機(jī)產(chǎn)品、高級(jí)S0C(芯片上系統(tǒng))產(chǎn)品和精密液晶驅(qū) 動(dòng)器)的制造工藝中，使用其中在絕緣層上嵌入和形成布線層的鑲嵌工藝以及借由ArF準(zhǔn)分 子激光的ArF光刻法。
[0005] 當(dāng)在鑲嵌工藝中形成布線層時(shí)，通過(guò)使用ArF抗蝕劑作為掩模對(duì)絕緣膜(諸如氧化 硅膜或低介電常數(shù)膜(低_k膜)）進(jìn)行干法蝕刻來(lái)形成布線溝槽(溝槽）。
[0006] 在干法蝕刻中使用諸如CF4/CHF3、CF4/CH2F2/N2、CF4/C4F 6或CF4/C4F8的混合氣體作 為蝕刻氣體。
[0007] 例如，將通過(guò)雙高頻波而電容耦合的氧化物膜干法蝕刻裝置用作干法蝕刻裝置。 作為高頻波，通常對(duì)上電極施加60MHz頻率的波，而對(duì)下電極施加2MHz頻率的波。
[0008] 例如，引用專(zhuān)利文獻(xiàn)1(日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No.2001-274141)作為本技術(shù)領(lǐng) 域的【背景技術(shù)】。專(zhuān)利文獻(xiàn)1公開(kāi)了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其中通過(guò)CHF 3/C0/CF4混合氣 體對(duì)包括硅基材料的絕緣膜進(jìn)行蝕刻。
[0009] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2(日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No.2011-119310)公開(kāi)了一種通過(guò)使用包含 CHF2COF的蝕刻氣體而對(duì)包括半導(dǎo)體、電介質(zhì)或金屬的薄膜進(jìn)行蝕刻的方法。
[0010] 專(zhuān)利文獻(xiàn)3公開(kāi)了 一種包#CaFbHc的蝕刻劑。這里，規(guī)定:CaF bHc中的a、b和c中每一 者代表正整數(shù)(排除a = 3，b = 4，c = 2);并且滿(mǎn)足2 < a < 5、c<b 2 l、2a+2>b+c以及b < a+c 的關(guān)系。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) [0012]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0013] 【專(zhuān)利文獻(xiàn)1】日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No · 2001-274141
[0014] 【專(zhuān)利文獻(xiàn)2】日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No .2011-119310
[0015] 【專(zhuān)利文獻(xiàn)3】日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No · 2013-30531

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 當(dāng)如上所述通過(guò)使用ArF抗蝕劑對(duì)諸如氧化硅膜或低介電常數(shù)膜(低-k膜)的絕緣 膜進(jìn)行干法蝕刻時(shí)，蝕刻過(guò)程中抗蝕劑選擇比的極限，也即氧化硅膜的蝕刻速率與抗蝕劑 掩模的蝕刻速率的比的極限為近似1.5。
[0017] 這意味著，隨著抗蝕劑選擇比更大，蝕刻掩模的性能更高。
[0018] 例如，當(dāng)在90-nm工藝中使用ArF抗蝕劑作為蝕刻掩模時(shí)，鑒于ArF抗蝕劑的厚度， 能夠精確蝕刻的二氧化規(guī)模的厚度極限為近似200nm。
[0019] 因此，為了改進(jìn)抗蝕劑選擇比，對(duì)干法蝕刻裝置的硬性規(guī)格做出改變，其中例如， 較低高頻電源(RF電源）的RF頻率從2MHz改變?yōu)?7MHz。從而變得可通過(guò)增加RF頻率來(lái)減小 離子的濺射效應(yīng)，從而改進(jìn)抗蝕劑選擇比。通過(guò)對(duì)硬性規(guī)格做出改變，抗蝕劑選擇比從近似 1.5改進(jìn)為近似2.0，并且能夠蝕刻的氧化硅膜厚度變?yōu)榻?60nm。
[0020] 可替換地，可采用另一改進(jìn)抗蝕劑選擇比的方法，其中使得抗蝕劑具有包括ArF抗 蝕劑的多層抗蝕劑結(jié)構(gòu)。
[0021] 然而，對(duì)干法蝕刻裝置的硬性規(guī)格的改變和引入多層抗蝕劑中每一者均導(dǎo)致半導(dǎo) 體器件制造成本的顯著增加。
[0022] 也即，本發(fā)明實(shí)施例的挑戰(zhàn)性在于抑制制造成本。另一挑戰(zhàn)性在于制造具有高可 靠性的半導(dǎo)體器件。通過(guò)本發(fā)明的說(shuō)明和附圖，其他挑戰(zhàn)性和新的特征將變得清楚。
[0023] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其中通過(guò)使用至少包含CF4氣 體和C3H 2F4氣體作為其成分的混合氣體而對(duì)絕緣膜進(jìn)行干法蝕刻。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
[0025] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可制造具有高可靠性的半導(dǎo)體器件，而同時(shí)抑制器制造成本。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1A為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0027] 圖1B為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0028] 圖2A為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0029]圖2B為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0030] 圖3A為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0031] 圖3B為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0032]圖3C為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0033]圖3D為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0034]圖3E為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0035]圖3F為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0036] 圖4A為概念性示出了干法蝕刻過(guò)程中抗蝕劑表面之上的反應(yīng)的視圖；
[0037] 圖4B為概念性示出了干法蝕刻過(guò)程中抗蝕劑表面之上的反應(yīng)的視圖；
[0038] 圖5為示出了干法蝕刻裝置概況的視圖；
[0039] 圖6為示出了半導(dǎo)體器件的制造工藝概況的流程圖；以及
[0040] 圖7為示出了半導(dǎo)體器件的制造工藝中先前步驟的概況的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下文中，將參照視圖描述實(shí)例，在每個(gè)實(shí)例中，絕緣膜均經(jīng)受蝕刻工藝。在每個(gè)視 圖中，彼此具有相同構(gòu)造的構(gòu)件以相同參考標(biāo)號(hào)表示，并且將省略重復(fù)部分的詳細(xì)描述。 [0042]第一實(shí)例
[0043] 參照?qǐng)D1A和圖1B，在單鑲嵌工藝中加工溝槽(布線溝槽)的方法將描述為其中絕緣 膜經(jīng)受蝕刻工藝的實(shí)例。圖1A示出了形成在半導(dǎo)體晶片表面之上的氧化硅膜經(jīng)受蝕刻工藝 之前的狀態(tài)，而圖1B示出了氧化硅膜經(jīng)受蝕刻工藝之后的狀態(tài)。
[0044] 如圖1A所示，氧化硅膜4在經(jīng)受蝕刻工藝之前形成在半導(dǎo)體晶片的表面（主表面） 之上，并且將在曝光過(guò)程中用作抗反射膜的BARC(底部抗反射涂層)膜5被形成以覆蓋氧化 硅膜4。
[0045]在BARC膜5之上形成抗蝕劑膜6,在該抗蝕劑膜中通過(guò)光刻法形成預(yù)定圖案?？刮g 劑膜6為待通過(guò)ArF激光而受到ArF曝光的ArF抗蝕劑。使用ArF曝光裝置通過(guò)光刻法將半導(dǎo) 體器件的布線圖案或電路圖案轉(zhuǎn)移至抗蝕劑膜6。
[0046] 在氧化硅膜4之下形成氮化硅膜(SiN膜)3,該氮化硅膜將在加工溝槽(布線溝槽） 時(shí)用作蝕刻止擋膜。進(jìn)一步在SiN膜3之下形成氧化硅膜1，并且由氧化硅膜1部分地形成鎢 (W)插塞件2和未示出的下層布線。
[0047] 通過(guò)使圖1A所示層壓膜結(jié)構(gòu)經(jīng)受如圖5所示使用干法蝕刻裝置進(jìn)行的蝕刻工藝， 在氧化硅膜4中形成溝槽(布線溝槽）15,如圖1B所示。在之后（圖7的步驟j和步驟k)執(zhí)行Cu 鍍覆步驟和CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)步驟之后，在溝槽(布線溝槽）15中形成嵌入的銅(Cu)。圖5 所示干法蝕刻裝置為雙頻波電容耦合并行板類(lèi)型的干法蝕刻裝置。下電極18充當(dāng)晶片臺(tái)， 使得半導(dǎo)體晶片22安裝于其上。上電極19布置成以預(yù)定距離與下電極18間隔開(kāi)并且與之平 行。
[0048] 高頻電源A20電耦合至下電極18，從而對(duì)下電極18供應(yīng)2-MHz高頻功率。
[0049] 同樣，高頻電源B21電耦合至上電極19，從而對(duì)上電極19供應(yīng)60-MHz高頻功率。
[0050] 下電極18、半導(dǎo)體晶片22和上電極19安裝在干法蝕刻裝置中的加工室中。通過(guò)將 加工室真空排空，然后通過(guò)在下電極18與上電極19之間引入蝕刻氣體，并且然后通過(guò)對(duì)下 電極18和上電極19中每一者施加高頻功率，在下電極與上電極之間產(chǎn)生等離子體23(等離 子放電），從而允許執(zhí)行干法蝕刻工藝。
[0051] 當(dāng)執(zhí)行圖1A和圖1B所示溝槽(布線溝槽)加工時(shí)，通過(guò)使用圖5所示干法蝕刻裝置 使半導(dǎo)體晶片經(jīng)受干法蝕刻工藝。表1和表2示出了執(zhí)行干法蝕刻工藝的干法蝕刻條件。表2 示出了用以精確執(zhí)行溝槽(布線溝槽)加工的更合適的干法蝕刻工藝。
[0052] 表 1
[0053]
[0055]表 2
[0056]
[0057] 在本實(shí)例的干法蝕刻中，使用至少包含特氟龍(CF4)和C3H2F4作為其成分的混合氣 體，如表1和表2所示。
[0058] 使用具有例如由化學(xué)分子式1至8中任一者表示的鏈結(jié)構(gòu)或環(huán)結(jié)構(gòu)的氣體作為 C3H2F4〇
[0059] 化學(xué)分子式1
[0060]
[0061]化學(xué)分子式1表示(E)-l，3,3,3_四氟-1-丙烯 [0062] 化學(xué)分子式2
[0063；
[0064] 化學(xué)分子式2表示(z) -1，3，3，3-四氟丙烯
[0065] 化學(xué)分子式3
[0066]
[0067]化學(xué)分子式3表示1，1，2，2-四氟環(huán)丙烯
[0068] 化學(xué)分子式4
[0069]
[0070] 化學(xué)分子式4表示1，1，2，3-四氟環(huán)丙烷
[0071] 化學(xué)分子式5
[0072]
[0073]化學(xué)分子式5表不1，1,3,3-四氟-1-丙稀 [0074] 化學(xué)分子式6
[0075]
[0076]化學(xué)分子式6表不1,2,3,3-四氟丙稀
[0077] 化學(xué)分子式7
[0078]
[0079] 化學(xué)分子式7表示1，3,3,3_四氟-1-丙烯
[0080] 化學(xué)分子式8
[0081]
[0082]化學(xué)分子式8表示2,3,3,3_四氟丙烯
[0083] 這里，C3H2F4可包含三個(gè)碳原子(C)、兩個(gè)氫原子(H)和四個(gè)氟原子(F)，并且也可使 用這樣的C3H2F4,其中：氫原子和氟原子通過(guò)α鍵或β鍵而與碳原子結(jié)合;或者作為基團(tuán)添加 氫原子和氟原子。
[0084] 當(dāng)使用具有任一種上述結(jié)構(gòu)的C3H2F4作為蝕刻氣體時(shí)，其原子在等離子體中的解 離度與分別具有其他結(jié)構(gòu)的那些C 3H2F4不同，依據(jù)存在或缺少鏈結(jié)構(gòu)、環(huán)結(jié)構(gòu)、或碳原子之 間的雙鍵;并且因此優(yōu)選的是，選擇和使用可獲得期望蝕刻形狀的C 3H2F4。
[0085] 在單鑲嵌工藝中，當(dāng)通過(guò)干法蝕刻在層間絕緣膜(諸如氧化硅膜4)中形成溝槽(布 線溝槽）15(如圖1A和圖1B所示)時(shí)，可通過(guò)使用CF4和C 3H2F4作為蝕刻氣體來(lái)改進(jìn)抗蝕劑選 擇比。從而，在抗蝕劑6由于蝕刻而完全消失之前，可對(duì)氧化硅膜4進(jìn)行干法蝕刻，直到溝槽 (布線溝槽)15到達(dá)用作蝕刻止擋膜的SiN膜3為止。
[0086]這里，也在如表1或表2所示的干法蝕刻條件下對(duì)形成在氧化硅膜4之上的BARC膜5 進(jìn)行蝕刻;然而，可在其他干法蝕刻條件下對(duì)BARC膜5進(jìn)行蝕刻。還可能的是:通過(guò)現(xiàn)有技術(shù) 混合氣體(諸如例如CF4/CHF3、CF4/CH2F2/N2、CF4/C4F 6或CF4/C4F8)對(duì)BARC膜5進(jìn)行蝕亥丨j;并且 隨后通過(guò)CF4和C3H2F4的混合氣體對(duì)下層氧化硅膜4進(jìn)行蝕刻。
[0087] 這里，將參照?qǐng)D4A和圖4B描述為何可通過(guò)使用CF4和C3H2F4的混合氣體用于干法蝕 刻來(lái)獲得高的抗蝕劑選擇比，從而在通過(guò)單鑲嵌工藝形成溝槽(布線溝槽)時(shí)實(shí)現(xiàn)高的縱橫 比。
[0088]圖4A和圖4B為每一者均概念性示出干法蝕刻過(guò)程中抗蝕劑表面上的反應(yīng)的視圖。 圖4A示出了使用現(xiàn)有技術(shù)CF4/CHF3/02混合氣體進(jìn)行干法蝕刻過(guò)程中的狀態(tài)，而圖4B示出了 使用CF 4/C3H2F4/02混合氣體進(jìn)行干法蝕刻過(guò)程中的狀態(tài)。圖中的表示基團(tuán)，即，具有未配 對(duì)電子的原子或分子的狀態(tài)。
[0089] 形成蝕刻氣體的每種氣體分子在等離子體中解離以產(chǎn)生離子和基團(tuán)。等離子體中 基團(tuán)的一部分彼此組合，以產(chǎn)生一氧化碳(C0)、氟化氫(HF)等，它們通過(guò)真空排空。
[0090] 另外，基團(tuán)中的一部分粘附至抗蝕劑膜的表面，從而形成聚合物(沉積膜）。聚合物 (沉積膜)充當(dāng)保護(hù)膜，該保護(hù)膜保護(hù)抗蝕劑膜免受由于等離子體中產(chǎn)生的離子造成的抗蝕 劑膜的濺射并且免受基團(tuán)與抗蝕劑表面之間的化學(xué)反應(yīng)。
[0091] 如圖4B所示，當(dāng)使用CF4/C3H2F4混合氣體用作干法蝕刻時(shí)，在抗蝕劑膜表面上形成 聚合物(沉積膜），從而比在圖4A所示現(xiàn)有技術(shù)條件下執(zhí)行干法蝕刻的情況具有更大的厚 度。這是因?yàn)楣?yīng)給等離子體的碳(C)原子和氫(H)原子的數(shù)量由于使用C 3H2F4用于干法蝕 刻而增加。結(jié)果，增強(qiáng)了抗蝕劑膜的蝕刻抗性，從而允許改進(jìn)抗蝕劑選擇比。也即，可相對(duì)抗 蝕劑膜的蝕刻速度而改進(jìn)待處理的膜(諸如氧化硅膜)的蝕刻速度(蝕刻速率）。
[0092]由于用于干法蝕刻的CF4/C3H2F4混合氣體是主要的蝕刻氣體(其中CF4氣體主要有 助于氧化硅膜的蝕刻），因而CF4/C3H2F4混合氣體的流率應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足關(guān)系式CF4>C 3H2F4。由于 C3H2F4氣體有助于形成上述聚合物(沉積膜），因而如果C 3H2F4的流率大于CF4的流率，則擔(dān)心 可能由于過(guò)多聚合物(沉積膜)的形成而使氧化硅膜的蝕刻受阻。擔(dān)心氧化硅膜的蝕刻可能 在例如蝕刻溝槽(布線溝槽)的中途而停止(蝕刻停止）。
[0093] 此外，如果需要的話，可添加氬(Ar)氣作為稀釋氣體(運(yùn)載氣體），如表1和表2所 示。通過(guò)添加Ar氣，可通過(guò)C3H 2F4氣體改進(jìn)抗蝕劑選擇比，并且可通過(guò)在等離子體中產(chǎn)生Ar 離子而在溝槽(布線溝槽)底部獲得離子輔助蝕刻效應(yīng)。
[0094] 另外，如果需要的話，可添加氧氣(02)或氮?dú)?N2)。可通過(guò)添加02氣體或N 2氣體調(diào) 節(jié)由蝕刻形成的溝槽(布線溝槽）。當(dāng)添加〇2時(shí)，更優(yōu)選的是使得CF4/C 3H2F4/0^合氣體的流 率滿(mǎn)足關(guān)系式CF4>02>C 3H2F4。當(dāng)添加犯時(shí)，更優(yōu)選的是使得CF4/C3H2F4/N 2混合氣體的流率滿(mǎn) 足關(guān)系式CF4>N2>C3H 2F4。這是因?yàn)?，在添?2或犯的情況下，如果C3H2F4的流率過(guò)大，則通過(guò) 添加〇2或N 2來(lái)控制溝槽(布線溝槽)的形狀會(huì)變得困難。也即，優(yōu)選的是使得C3H2F4的流率:處 于表1和表2所示范圍內(nèi)并且小于CF 4氣體和Ar氣體的流率;并且?guī)缀醯韧诨蛐∮?2氣體和 N2氣體的流率。
[0095] 當(dāng)如圖1A和圖1B所示對(duì)諸如氧化硅膜4的絕緣膜進(jìn)行蝕刻時(shí)，特別優(yōu)選的是添加 〇2氣體。另外，當(dāng)使用有機(jī)絕緣膜(諸如具有的介電常數(shù)小于氧化硅膜4的介電常數(shù)的增碳 性的氧化硅膜(Si0C膜））時(shí)，優(yōu)選使用CF4/C 3H2F4/N2M合氣體用于蝕刻氣體，這可防止形成 有機(jī)絕緣膜的側(cè)蝕刻形狀。
[0096] 根據(jù)本實(shí)例中半導(dǎo)體器件的制造方法，如上所述，當(dāng)通過(guò)使用單鑲嵌工藝而在層 間絕緣膜中形成溝槽(布線溝槽)時(shí)，可改進(jìn)抗蝕劑選擇比，從而允許更精準(zhǔn)地加工溝槽(布 線溝槽）。這里，不限于通過(guò)單鑲嵌工藝形成溝槽(布線溝槽），本實(shí)施例可適于開(kāi)出將半導(dǎo) 體基板與布線耦合或?qū)⑾鄳?yīng)布線耦合等的接觸孔，并且單單在使絕緣膜經(jīng)受蝕刻工藝方面 也是有效的。
[0097] 在發(fā)明人進(jìn)行的評(píng)估中，可改進(jìn)抗蝕劑選擇比，例如由現(xiàn)有技術(shù)的1.5改進(jìn)為 3.15。結(jié)果，當(dāng)使用彼此具有相同厚度的ArF抗蝕劑時(shí)，能夠精準(zhǔn)加工的氧化硅膜的厚度顯 著增加到近似420nm，而現(xiàn)有技術(shù)的該厚度為近似200nm。
[0098] 從而，無(wú)需改變干法蝕刻裝置的硬性規(guī)格(諸如無(wú)需對(duì)下高頻(RF)電源進(jìn)行改變 (從2MHz改變?yōu)?7MHz))，并且無(wú)需引入多層抗蝕劑，這使得制造成本顯著降低。
[0099] 【第二實(shí)例】
[0100]將參照?qǐng)D2A和圖2B描述雙鑲嵌工藝中加工溝槽(布線溝槽）的方法作為其中絕緣 膜經(jīng)受蝕刻工藝的實(shí)例。圖2A示出了形成在半導(dǎo)體晶片表面之上的增碳性的氧化硅膜 (SiOC膜)在經(jīng)受蝕刻工藝之前的狀態(tài);而圖2B示出了其在經(jīng)受蝕刻工藝之后的狀態(tài)。
[0101] 如圖2A所示，在經(jīng)受蝕刻工藝之前，在半導(dǎo)體晶片表面（主表面)之上形成增碳性 氧化硅膜(Si0C膜），并且形成罩膜(TE0S膜）11以覆蓋增碳性氧化硅膜(Si0C膜）10。增碳性 氧化硅膜(SiOC膜)10為低介電常數(shù)膜，稱(chēng)為低-k膜。在罩膜(TE0S膜)11之上形成BARC(底部 抗放射涂層)膜12，其在曝光過(guò)程中充當(dāng)抗反射膜。
[0102] 在BARC膜12之上形成抗蝕劑膜13,在該抗蝕劑膜中通過(guò)光刻法形成預(yù)定圖案。抗 蝕劑膜13為待通過(guò)借助于ArF激光的ArF曝光而曝光的ArF抗蝕劑。通過(guò)使用ArF曝光裝置的 光刻法將半導(dǎo)體器件的布線圖案或電路圖案轉(zhuǎn)移至抗蝕劑膜13。
[0103] 在增碳性氧化硅膜(SiOC膜）10之下形成阻擋膜9。使用層壓膜(諸如例如SiCO膜/ SiCN膜）用于阻擋膜9。阻擋膜9用作用于形成在增碳性氧化硅膜(SiOC膜)7(進(jìn)一步形成在 下方）中的Cu布線8的擴(kuò)散阻擋膜(阻擋膜），并且當(dāng)在增碳性氧化硅膜(SiOC膜)10中形成導(dǎo) 通孔(接觸孔)時(shí)用作蝕刻止擋膜。
[0104] 通過(guò)使用圖5所示干法蝕刻裝置而使圖2A所示層壓膜結(jié)構(gòu)經(jīng)受蝕刻工藝(類(lèi)似于 第一實(shí)例），在增碳性氧化硅膜(SiOC膜）10中形成溝槽(布線溝槽）16,如圖2B所示。圖2B示 出了干法蝕刻之后的狀態(tài)，之后通過(guò)灰化工藝或類(lèi)似而去除罩膜(TE0S膜）11、BARC膜12以 及抗蝕劑膜13。在之后執(zhí)行Cu鍍覆步驟和CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)步驟（圖7的步驟j和步驟k) 后，在溝槽(布線溝槽）16中形成嵌入的Cu布線。隨后，將參照?qǐng)D3A至圖3F更詳細(xì)描述本實(shí)例 的雙鑲嵌工藝。圖3A至圖3F所示雙鑲嵌工藝為所謂的導(dǎo)通第一工藝，在該工藝中，首先在層 間絕緣膜中形成導(dǎo)通孔(接觸孔），并且然后形成溝槽(布線溝槽）。
[0105] 圖3A示出了其中已經(jīng)形成導(dǎo)通孔的狀態(tài)。通過(guò)使用CF4/C3H2F 4混合氣體對(duì)增碳性 氧化硅膜(SiOC膜）10進(jìn)行干法蝕刻而形成該導(dǎo)通孔。成形過(guò)程中添加CF4/C 3H2F4混合氣體 的條件與形成溝槽(布線溝槽）16的條件相同。盡管導(dǎo)通孔比溝槽(布線溝槽）16更窄且更 深，然而也可通過(guò)執(zhí)行根據(jù)本實(shí)施例的蝕刻而很好地對(duì)這種具有高縱橫比的溝槽進(jìn)行蝕 刻。
[0106] 圖3A示出了在增碳性氧化硅膜(SiOC膜)10中形成溝槽(布線供求）16之前的狀態(tài)。 在下部增碳性氧化硅膜(SiOC膜)7和Cu布線8之上形成SiCO膜/SiCN膜的層壓膜。阻擋膜9防 止Cu擴(kuò)散到上層中。上部增碳性氧化硅膜(SiOC膜)10形成在阻擋膜9之上。事先在增碳性氧 化硅膜(SiOC膜)10中形成導(dǎo)通填充劑14。通過(guò)使用干法蝕刻在增碳性氧化硅膜(SiOC膜)10 中形成導(dǎo)通孔并且然后通過(guò)使用導(dǎo)通填充材料填充導(dǎo)通孔而形成導(dǎo)通填充劑14。當(dāng)導(dǎo)通孔 在增碳性氧化硅膜(SiOC膜)10中形成時(shí)，阻擋膜9還充當(dāng)蝕刻止擋膜。
[0107]罩膜(TE0S膜）11形成在增碳性氧化硅膜(SiOC膜）10之上，而在曝光過(guò)程中用作抗 反射膜的BARC膜12形成在罩膜(TE0S膜)11之上。其中通過(guò)光刻法形成預(yù)定圖案的抗蝕劑膜 13形成在BARC膜12之上。
[0108]隨后通過(guò)使用圖5所示干法蝕刻裝置而使圖3A所示層壓膜結(jié)構(gòu)經(jīng)受圖3B至圖3F所 示步驟，形成圖3F所示溝槽(布線溝槽)16和導(dǎo)通孔17。
[0109] 在表3所示條件下執(zhí)行圖3A至圖3F的加工。表3中步驟1的條件是對(duì)BARC膜12進(jìn)行 蝕刻的條件。其中步驟2的條件是對(duì)罩膜11或增碳性氧化硅膜10進(jìn)行蝕刻的條件。其中步驟 3的條件是執(zhí)行灰化工藝的條件。其中步驟4的條件是對(duì)阻擋膜9進(jìn)行蝕刻的條件。
[0110] 表3 [01111
[0112]
[0113] 如圖3A和圖3B所示，通過(guò)使用抗蝕劑膜13作為掩模對(duì)BARC膜12進(jìn)行蝕刻(表3步驟 1)。使用CF4/C 4F8混合氣體用于干法蝕刻。此時(shí)，抗蝕劑膜13與BARC膜12-起被蝕刻，并且因 此抗蝕劑膜13的厚度減小。
[0114] 隨后，通過(guò)使用抗蝕劑膜13和圖案化BARC膜12中每一者作為掩模而對(duì)罩膜(TE0S 膜）11進(jìn)行干法蝕刻，如圖3B和圖3C所示。例如，使用表3步驟2所示CF 4/C3H2F4混合氣體或 Ar/C4F8混合氣體用于干法蝕刻。此時(shí)，抗蝕劑膜13與罩膜(TE0S膜）11一起被蝕刻，并且因此 抗蝕劑膜13的厚度進(jìn)一步減小。
[0115] 隨后，通過(guò)使用抗蝕劑膜13、圖案化BARC膜12和圖案化罩膜(TE0S膜）11中每一者 作為掩模對(duì)增碳性氧化硅膜(SiOC膜）10進(jìn)行干法蝕刻，如圖3C和圖3D(表3步驟2)所示。使 用CF 4/C3H2F4混合氣體用于干法蝕刻。此時(shí)，抗蝕劑膜13與增碳性氧化硅膜(Si 0C膜）10-起 被蝕刻，并且因此抗蝕劑膜13的厚度再進(jìn)一步減小。
[0116]形成在增碳性氧化硅膜(SiOC膜)10中的溝槽(布線溝槽)16為具有高縱橫比（即窄 且深的溝槽)的溝槽(如圖3D所示），并且因此當(dāng)執(zhí)行干法蝕刻工藝時(shí)，執(zhí)行的是具有高抗蝕 劑選擇比和小側(cè)部蝕刻量的干法蝕刻。
[0117]通過(guò)使用CF4/C3H2F4混合氣體用于圖3C與圖3D之間的干法蝕刻，可在增碳性氧化 硅膜(SiOC膜)10中形成窄且深的溝槽(布線溝槽）同時(shí)抑制抗蝕劑膜13的蝕刻，這是由于第 一實(shí)例中參照?qǐng)D4描述的機(jī)制。
[0118] 此外，可對(duì)增碳性氧化硅膜（SiOC膜）10進(jìn)行蝕刻同時(shí)通過(guò)使用CF4/C3H2F4混合氣 體在干法蝕刻過(guò)程中在溝槽側(cè)壁中形成用作側(cè)壁保護(hù)膜的聚合物(沉積膜），并且因此可執(zhí) 行具有小側(cè)部蝕刻量的蝕刻。
[0119] 這里，如果需要的話，可向蝕刻氣體添加02氣體或N2氣體，如表3步驟2所示。然而， 當(dāng)在蝕刻有機(jī)絕緣膜(增碳性氧化硅膜(SiOC膜））中添加〇 2氣體時(shí)，存在這樣的擔(dān)憂，即可 能在溝槽底部形成側(cè)部蝕刻。因此，優(yōu)選使用N2氣體作為添加氣體。
[0120] 可替換地，可添加惰性氣體(諸如氬氣(Ar))作為運(yùn)載氣體。通過(guò)添加氬氣獲得的 優(yōu)點(diǎn)類(lèi)似于第一實(shí)例?；旌蠚怏w中相應(yīng)氣體的流率之間的關(guān)系也類(lèi)似于第一實(shí)例。也即，優(yōu) 選使得C 3H2F4氣體的流率:處于表3所示范圍內(nèi)，并且小于CF4氣體和Ar氣體的流率;并且?guī)?乎等于或小于N 2氣體的流率。
[0121] 可例如通過(guò)調(diào)整02氣體、N2氣體和Ar氣體的添加量執(zhí)行具有更期望形狀的溝槽(布 線溝槽)16，同時(shí)通過(guò)SEM觀察等檢查圖3D所示溝槽(布線溝槽)16的形狀。
[0122] 之后，通過(guò)灰化工藝去除遺留未被蝕刻的抗蝕劑13、BARC膜12以及導(dǎo)通填充劑14， 如圖3D和圖3E(表3步驟3)所示。可通過(guò)改變干法蝕刻裝置(通過(guò)該裝置執(zhí)行表3中步驟1至 步驟3)中蝕刻加工室中的氣體來(lái)執(zhí)行灰化工藝，或者可在耦接至圖5所示干法蝕刻裝置的 另一加工室(未示出）中執(zhí)行灰化工藝。
[0123] 最后，通過(guò)使用干法蝕刻去除導(dǎo)通孔17底部的阻擋膜9,形成了用于在雙鑲嵌工藝 中與溝槽(布線溝槽）16和下Cu布線8形成接觸(導(dǎo)通）的導(dǎo)通孔17,如圖3E和圖3F所示。根據(jù) 本實(shí)例中的半導(dǎo)體器件的制造方法，當(dāng)如上所述在雙鑲嵌工藝中通過(guò)干法蝕刻在層間絕緣 膜中形成溝槽(布線溝槽)時(shí)，可改進(jìn)抗蝕劑選擇比，從而允許更精準(zhǔn)地加工溝槽(布線溝 槽)。
[0124] 從而，無(wú)需改變干法蝕刻裝置的硬性規(guī)格(諸如改變下高頻(RF)電源(從2MHz改變 為27MHz))，并且無(wú)需引入多層抗蝕劑，這使得制造成本顯著降低。
[0125] 圖3A至圖3F示出了實(shí)例，其中實(shí)現(xiàn)在作為層間絕緣層的增碳性氧化硅膜(SiOC膜） 中形成導(dǎo)通孔，并且使用導(dǎo)通填充材料填充導(dǎo)通孔;并且在用于形成導(dǎo)通孔的干法蝕刻中， 使用諸如CF4/CHF 3、CF4/CH2F2/N2、CF4/C4F6、CF4/C4F 8 或C4F8/Ar/N2 的混合氣體?？商鎿Q地，可 使用CF4/C3H2F4混合氣體來(lái)取代這些混合氣體。
[0126] 通過(guò)使用CF4/C3H2F 4混合氣體，可精準(zhǔn)地形成窄且深的導(dǎo)通孔(接觸孔），類(lèi)似于形 成溝槽(布線溝槽)時(shí)。
[0127] 【第三實(shí)例】
[0128] 現(xiàn)在將參照?qǐng)D6和圖7描述通過(guò)第一實(shí)例或第二實(shí)例的工藝流程來(lái)制造諸如高級(jí) 微機(jī)產(chǎn)品、高級(jí)S0C產(chǎn)品或精細(xì)液晶驅(qū)動(dòng)器的半導(dǎo)體器件的方法。圖6為示出了半導(dǎo)體器件 制造工藝概況的流程圖。圖7為示出了半導(dǎo)體器件制造工藝的先前步驟概況的流程圖。
[0129] 半導(dǎo)體器件的制造工藝大致分為三個(gè)步驟，如圖6所示。
[0130] 首先設(shè)計(jì)半導(dǎo)體電路，并且然后基于電路設(shè)計(jì)制造掩模。
[0131]隨后，通過(guò)在晶片加工步驟(稱(chēng)為先前步驟）中多次重復(fù)各種表面加工而在半導(dǎo)體 基板(晶片）（諸如硅)上形成集成電路。如圖6所示，該先前步驟分為:形成元件間隔離層的 步驟;形成諸如M0S晶體管的元件的步驟;在相應(yīng)元件與晶體管之間形成布線的布線成形步 驟;檢查完成的晶片的步驟;和類(lèi)似。
[0132] 此外，其表面上形成集成電路的晶片被單獨(dú)分離，以組裝成半導(dǎo)體器件，然后在隨 后步驟中對(duì)該半導(dǎo)體器件進(jìn)行檢查。
[0133] 在作為晶片加工步驟的先前步驟中，多次重復(fù)圖7所示的多個(gè)表面加工步驟a至1。
[0134] 首先對(duì)作為半導(dǎo)體基板的晶片的表面進(jìn)行清潔以去除粘附至表面的外來(lái)物質(zhì)以 及雜質(zhì)（步驟a)。隨后，通過(guò)使用CVD裝置或類(lèi)似在晶片表面之上形成薄膜。該薄膜為：用于 形成諸如氧化硅膜的層間絕緣膜以及諸如鋁膜的布線兩者的膜;或類(lèi)似(步驟b)。在晶片表 面上形成薄膜之后，通過(guò)清潔再次去除粘附至表面的外來(lái)物質(zhì)和雜質(zhì)（步驟c)。在晶片（晶 片表面上形成用于形成層間絕緣膜和布線兩者的膜)上涂覆包含光阻材料等的抗蝕劑材料 (步驟d)。通過(guò)使用其中形成期望電路圖案的掩模，通過(guò)使用曝光裝置將電路圖案轉(zhuǎn)移至抗 蝕劑(步驟e)。通過(guò)顯影工藝去除遺留在多余部分中的抗蝕劑，從而在晶片上在抗蝕劑中形 成期望的電路圖案(步驟f)。通過(guò)借助于抗蝕劑(在該抗蝕劑中期望的電路圖案形成為蝕刻 掩模)使用干法蝕刻裝置進(jìn)行蝕刻來(lái)去除形成在晶片上的薄膜的多余部分，從而允許在薄 膜中形成期望的電路圖案（步驟g)。之后，如果需要的話，通過(guò)離子注入裝置將雜質(zhì)注入晶 片表面(步驟h)。通過(guò)灰化工藝或清潔而玻璃(去除）形成在晶片上的抗蝕劑(步驟i)。當(dāng)通 過(guò)單鑲嵌工藝或雙鑲嵌工藝形成嵌入的Cu布線時(shí)，隨后通過(guò)鍍覆工藝將Cu嵌入在通過(guò)蝕刻 (步驟g)形成于薄膜中的溝槽(布線溝槽)和導(dǎo)通孔中（步驟j)。通過(guò)Cu-CMP拋光去除形成在 晶片表面上的過(guò)量Cu。最后，通過(guò)外來(lái)物質(zhì)檢查裝置以及可是檢查裝置，檢查在晶片上不存 在外來(lái)物質(zhì)，并且期望的電路圖案精準(zhǔn)地形成在薄膜中（步驟1)。如果需要的話，在上述步 驟a至1中任一步驟中執(zhí)行諸如晶片的清潔或干燥的加工。
[0135] 在本實(shí)例的半導(dǎo)體器件的制造方法中，將實(shí)例1或?qū)嵗?描述的單鑲嵌工藝或雙鑲 嵌工藝應(yīng)用于上述步驟g，從而形成嵌入Cu布線。也即，通過(guò)在步驟g的干法蝕刻中將包含 CF 4/C3H2F4的混合氣體用作蝕刻氣體來(lái)形成溝槽(布線溝槽)或?qū)?，并且通過(guò)執(zhí)行步驟j 的Cu鍍覆工藝以及步驟k的Cu-CMP拋光而在溝槽(布線溝槽)和導(dǎo)通孔中形成嵌入Cu布線。
[0136] 通過(guò)如上所述將實(shí)例1或?qū)嵗?描述的工藝流程應(yīng)用于半導(dǎo)體器件(諸如高級(jí)微機(jī) 產(chǎn)品或高級(jí)S0C產(chǎn)品）的制造工藝，可精準(zhǔn)形成溝槽(布線溝槽)或?qū)祝⑶乙虼丝筛倪M(jìn) 半導(dǎo)體器件(諸如高級(jí)微機(jī)產(chǎn)品或高級(jí)S0C產(chǎn)品）的制造產(chǎn)出和加工產(chǎn)出。
[0137] 已基于優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)描述發(fā)明人的本發(fā)明，然而本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)局限于優(yōu)選實(shí)施 例，并且毫無(wú)疑問(wèn)，可在不背離本發(fā)明要點(diǎn)的范圍內(nèi)，可對(duì)本發(fā)明做出各種修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟： (a) 在半導(dǎo)體晶片的主表面之上形成待加工的膜，所述待加工的膜至少包含硅和氧作 為其成分； (b) 在所述待加工的膜之上形成光阻劑膜，從而覆蓋所述待加工的膜； (c) 通過(guò)光刻法將預(yù)定圖案轉(zhuǎn)移至所述光阻劑膜，從而形成抗蝕劑掩模圖案；以及 (d) 在步驟(c)之后，使所述待加工的膜經(jīng)受通過(guò)使用混合氣體進(jìn)行的干法蝕刻工藝， 所述混合氣體至少包含CF4氣體和C3H 2F4氣體作為其成分。2. -種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟： (a) 在半導(dǎo)體晶片的主表面之上形成待加工的膜，所述待加工的膜至少包含硅和氧作 為其成分； (b) 在所述待加工的膜之上形成光阻劑膜，從而覆蓋所述待加工的膜； (c) 通過(guò)光刻法將預(yù)定圖案轉(zhuǎn)移至所述光阻劑膜，從而形成抗蝕劑掩模圖案；以及 (d) 在步驟(C)之后，使所述待加工的膜經(jīng)受通過(guò)使用混合氣體進(jìn)行的干法蝕刻工藝， 所述混合氣體至少包含CF4氣體、C3H 2F4氣體以及〇2氣體作為其成分。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，待用于所述步驟(d)的所述干法蝕刻工藝的所述混合氣體的流率滿(mǎn)足關(guān)系式CF4 >C3H2F4〇4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，待用于所述步驟(d)的所述干法蝕刻工藝的所述混合氣體的流率滿(mǎn)足關(guān)系式CF4 >〇2>C3H2F4〇5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，待用于所述步驟(d)的所述干法蝕刻工藝的所述混合氣體進(jìn)一步包含Ar氣體。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，所述待加工的膜為氧化硅膜，以及 其中，在所述步驟(d)中，用于形成銅布線的布線溝槽被形成在所述氧化硅膜中。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，在所述步驟(c)中，所述光刻法為通過(guò)ArF激光進(jìn)行的ArF曝光，并且 其中所述光阻劑膜為ArF抗蝕劑膜。8. -種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟： (a) 在半導(dǎo)體晶片的主表面中形成增碳性氧化硅膜； (b) 在所述增碳性氧化硅膜之上形成第一光阻劑膜，從而覆蓋所述增碳性氧化硅膜； (c) 通過(guò)光刻法將預(yù)定圖案轉(zhuǎn)移至所述第一光阻劑膜，從而形成第一抗蝕劑掩模圖案； 以及 (d) 在所述步驟(c)之后，使所述增碳性氧化硅膜經(jīng)受通過(guò)使用混合氣體進(jìn)行的干法蝕 刻工藝，該混合氣體至少包含CF4氣體、C 3H2F4氣體以及N2氣體作為其成分。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，待用于所述步驟(d)的所述干法蝕刻工藝的所述混合氣體的流率滿(mǎn)足關(guān)系式CF4 >C3H2F4〇10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，待用于所述步驟(d)的所述干法蝕刻工藝的所述混合氣體的流率滿(mǎn)足關(guān)系式cf4 >N2>C3H2F4〇11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，待用于所述步驟(d)的所述干法蝕刻工藝的所述混合氣體進(jìn)一步包含Ar氣體。12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，在所述步驟（d)中，用于形成銅布線的布線溝槽被形成在所述增碳性氧化硅膜 中。13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，在所述步驟(a)與所述步驟(b)之間 進(jìn)一步包括以下步驟： (e) 在所述增碳性氧化硅膜之上形成第二光阻劑膜，從而覆蓋所述增碳性氧化硅膜； (f) 通過(guò)光刻法將預(yù)定圖案轉(zhuǎn)移至所述第二光阻劑膜，從而形成第二抗蝕劑掩模圖案； 以及 (g) 在所述步驟(f)之后，使所述增碳性氧化硅膜經(jīng)受通過(guò)使用混合氣體進(jìn)行的干法蝕 刻工藝，該混合氣體至少包含Ar氣體、C4F 8氣體以及N2氣體作為其成分。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，在所述步驟(g)中，在所述增碳性氧化硅膜中形成用于與下部布線形成接觸的接 觸孔。15. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，在所述步驟(c)中，所述光刻法為通過(guò)ArF激光進(jìn)行的ArF曝光，以及 其中所述第一光阻劑膜為ArF抗蝕劑膜。
【文檔編號(hào)】H01L21/311GK105990132SQ201610113533
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年2月29日
【發(fā)明人】堀越孝太郎, 塙利和, 赤石真敏, 菊池裕司
【申請(qǐng)人】瑞薩電子株式會(huì)社