一种连接孔的形成方法.pdf

本发明提供了一种连接孔的形成方法，包括：在半导体器件衬底上沉积介质层；在介质层上沉积覆盖层；经光刻和刻蚀工艺，在覆盖层和介质层中刻蚀出连接孔；采用湿法清洗工艺去除刻蚀残留物，同时，覆盖层中连接孔的侧壁被刻蚀，从而使覆盖层中连接孔的开口增大；对覆盖层的刻蚀速率大于对介质层的刻蚀速率；向覆盖层和介质层中的连接孔中沉积刻蚀阻挡层，然后填充金属；进行平坦化工艺，将覆盖层、及覆盖层中的填充金属去除。因此，不仅确保了介质层中连接孔的尺寸不发生改变，还扩大了后续金属填充工艺窗口，提高了金属填充能力，克服了现有的金属填充困难的弊端。

权利要求书1.  一种连接孔的形成方法，其特征在于，包括： 步骤01：在半导体器件衬底上沉积介质层； 步骤02：在所述介质层上沉积覆盖层； 步骤03：经光刻和刻蚀工艺，在所述覆盖层和所述介质层中刻蚀出连接孔； 步骤04：采用湿法清洗工艺去除刻蚀残留物，同时，所述覆盖层中连接孔 的侧壁被刻蚀，从而使所述覆盖层中连接孔的开口增大；其中，对所述覆盖层 的刻蚀速率大于对所述介质层的刻蚀速率； 步骤05：向所述覆盖层和所述介质层中的连接孔中沉积刻蚀阻挡层，然后 填充金属； 步骤06：进行平坦化工艺，将所述覆盖层、及所述覆盖层中的填充金属去 除。 2.  根据权利要求1所述的连接孔的形成方法，其特征在于，所述覆盖层为 多层材料，所述多层材料中的每层材料各不相同；所述多层材料的每层材料的 刻蚀速率从顶层向下递减。 3.  根据权利要求2所述的连接孔的形成方法，其特征在于，所述覆盖层的 形成包括：依次在所述介质层上沉积多层材料层。 4.  根据权利要求2所述的连接孔的形成方法，其特征在于，所述覆盖层中 连接孔的侧壁被刻蚀包括：刻蚀所述多层材料中的连接孔，所述多层材料中的 连接孔的开口从顶层向下递减，从而在所述多层材料中的连接孔中形成倾斜侧 壁。 5.  根据权利要求2所述的连接孔的形成方法，其特征在于，所述多层材料 中每一层的厚度大于5nm。 6.  根据权利要求1所述的连接孔的形成方法，其特征在于，所述覆盖层为 单层的相同元素组成的渐变材料，对所述渐变材料的刻蚀速率从顶部向下递减。 7.  根据权利要求6所述的连接孔的形成方法，其特征在于，所述覆盖层的 形成包括：在沉积过程中，逐渐改变反应物的比例以获得不同元素配比的渐变 材料。 8.  根据权利要求6所述的连接孔的形成方法，其特征在于，所述覆盖层中 连接孔的侧壁被刻蚀包括：刻蚀所述渐变材料中的连接孔，所述渐变材料中的 连接孔的开口从上向下递减，从而在所述渐变材料中形成倾斜侧壁。 9.  根据权利要求6所述的连接孔的形成方法，其特征在于，所述单层的相 同元素组成的渐变材料的厚度大于5nm。 10.  根据权利要求1所述的连接孔的形成方法，其特征在于，所述湿法清 洗工艺采用的药液为DHF。

说明书一种连接孔的形成方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种连接孔的形成方法。
背景技术
在半导体工艺制程中，连接孔(contact)的形貌对后续的金属填充影响很大。 对于金属填充工艺来说，理想的形貌应该是侧壁尽量倾斜的，顶部关键尺寸(CD) 大，底部CD小的孔，这样可以提高金属的填充能力，避免金属填充产生空穴、 悬突等缺陷。
然而，在集成电路关键尺寸不断缩小的情况下，连接孔的关键尺寸也随之 缩小，并且要求连接孔的电阻值不能过大；如果连接孔的侧壁更为倾斜，则会 显著增大电阻值；因此，连接孔的侧壁无法更加倾斜；在连接孔的关键尺寸缩 小的条件下，将导致连接孔的金属填充变得越来越难。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提供一种连接孔的形成方法，改善金属填 充的工艺。
为了实现上述目的，本发明提供了一种连接孔的形成方法，其包括：
步骤01：在半导体器件衬底上沉积介质层；
步骤02：在所述介质层上沉积覆盖层；所述覆盖层的材料与所述介质层的 材料不同；
步骤03：经光刻和刻蚀工艺，在所述覆盖层和所述介质层中刻蚀出连接孔；
步骤04：采用湿法清洗工艺去除刻蚀残留物，同时，所述覆盖层中连接孔 的侧壁被刻蚀，从而使所述覆盖层中连接孔的开口增大；其中，对所述覆盖层 的刻蚀速率大于对所述介质层的刻蚀速率；
步骤05：向所述覆盖层和所述介质层中的连接孔中沉积刻蚀阻挡层，然后 填充金属；
步骤06：进行平坦化工艺，将所述覆盖层、及所述覆盖层中的填充金属去 除。
优选地，所述覆盖层为多层材料，所述多层材料中的每层材料各不相同； 所述多层材料的每层材料的刻蚀速率从顶层向下递减。
优选地，所述覆盖层的形成包括：依次在所述介质层上沉积多层材料层。
优选地，所述覆盖层中连接孔的侧壁被刻蚀包括：刻蚀所述多层材料中的 连接孔，所述多层材料中的连接孔的开口从顶层向下递减，从而在所述多层材 料中的连接孔中形成倾斜侧壁。
优选地，所述多层材料中每一层的厚度大于5nm。
优选地，所述覆盖层为单层的相同元素组成的渐变材料，对所述渐变材料 的刻蚀速率从顶部向下递减。
优选地，所述覆盖层的形成包括：在沉积过程中，逐渐改变反应物的比例 以获得不同元素配比的渐变材料。
优选地，所述覆盖层中连接孔的侧壁被刻蚀包括：刻蚀所述渐变材料中的 连接孔，所述渐变材料中的连接孔的开口从上向下递减，从而在所述渐变材料 中形成倾斜侧壁。
优选地，所述单层的相同元素组成的渐变材料的厚度大于5nm。
优选地，所述湿法清洗工艺采用的药液为DHF。
本发明的连接孔的形成方法，通过在介质层上形成覆盖层，覆盖层的刻蚀 速率大于介质层的刻蚀速率；在介质层和覆盖层中同时形成连接孔，并经湿法 清洗，将覆盖层中连接孔的开口增大，而介质层中的连接孔的形貌不改变；并 且采用平坦化工艺将覆盖层中增大的连接孔去除；因此，不仅确保了介质层中 连接孔的尺寸不发生改变，还扩大了后续金属填充工艺窗口，提高了金属填充 能力，克服了现有的金属填充困难的弊端。
附图说明
图1为本发明的一个较佳实施例的连接孔形成方法的流程示意图
图2～7为本发明的一个较佳实施例的连接孔形成方法的步骤示意图
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容 作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所 熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
以下结合附图1～7和具体实施例对本发明的连接孔的形成方法作进一步详 细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅 用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
请参阅图1，本实施例的连接孔的形成方法，包括以下步骤：
步骤01：请参阅图2，在半导体器件衬底上沉积介质层；
具体的，这里的连接孔可以为后道工艺中的连接孔，则半导体器件衬底可 以但不限于包括：栅氧层、栅极、侧墙、源/漏区、浅沟槽隔离结构、金属硅化 物等；介质层为层间隔离介质层(ILD)，可以但不限于采用化学气相沉积方法来 形成该介质层，介质层的材料可以但不限于为氧化物，其主要成分可以为氧化 硅，还可以包含少量的碳等元素。需要说明的是，在本发明中，连接孔还可以 为前道工艺中的连接孔。
在介质层沉积之后，还可以包括：采用化学机械研磨将介质层表面磨平。
步骤02：请参阅图3，在介质层上沉积覆盖层；
具体的，可以但不限于采用化学气相沉积方法来形成该覆盖层，为了在后 续的湿法清洗工艺中确保介质层中的连接孔形貌不变，而覆盖层中的连接孔开 口增大，湿法清洗工艺中覆盖层刻蚀速率需远大于介质层的刻蚀速率，覆盖层 的材料与介质层的材料不相同；覆盖层的材料可以但不限于为氧化硅。
覆盖层可以为多层材料；为了使多层材料在后续湿法清洗工艺中形成倾斜 侧壁，多层材料中的每层材料各不相同，并且湿法清洗工艺中多层材料的每层 材料的刻蚀速率从顶层向下递减；覆盖层的形成可以包括：依次在介质层上沉 积多层材料层；多层材料中每一层的厚度大于5nm。本实施例中，覆盖层为两 层，覆盖层和介质层通过采用不同的材料，使得在相同的湿法刻蚀工艺条件下， 覆盖层的刻蚀速率大于介质层的刻蚀速率，本实施例中，上覆盖层的材料、下 覆盖层的材料以及介质层的材料的主要成分均可以为氧化硅，还可以包含不同 含量的碳、氮等，例如，覆盖层或介质层可以为氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、 碳氧化硅等，使得上覆盖层的刻蚀速率大于下覆盖层的刻蚀速率，下覆盖层的 刻蚀速率大于介质层的刻蚀速率。
在本发明的其它实施例中，为了在后续湿法清洗工艺中，覆盖层中的连接孔 中形成倾斜侧壁，覆盖层为单层的渐变材料，在相同的湿法刻蚀工艺条件下对 渐变材料的刻蚀速率从顶部向下递减；覆盖层的形成包括：在沉积过程中，逐 渐改变反应物的比例以获得不同元素配比的渐变材料，单层的渐变材料的厚度 大于5nm，较佳的，大于10nm。需要说明的是，渐变材料为：元素成分相同， 但是元素配比逐渐降低或升高的材料，例如，渐变材料为SiOx，x从高到低变 化。
在本发明的其它实施例中，介质层和覆盖层的材料也可以相同。后续通过改 变湿法刻蚀工艺条件来实现不同刻蚀速率。
这里需要说明的是，为了在相同的湿法刻蚀工艺条件下对覆盖层和介质层 实现不同的刻蚀速率，在所述步骤01和步骤02中所得到的介质层和覆盖层的 材料不同；覆盖层的氧化硅材料和介质层的氧化硅材料虽然主要成分为氧化硅， 但是，可以通过控制反应物及反应条件如有无等离子体参加反应、反应温度等， 使得覆盖层和介质层的刻蚀速率不同；例如，在没有等离子体的条件下采用 TEOS和臭氧进行反应，反应温度可以为500℃，得到第一种氧化硅材料，稀释 氢氟酸中水与氢氟酸的比例为100:1，此时，对第一种氧化硅材料的湿法刻蚀速 率为170A/min；而如果反应温度为430℃，则得到第二种氧化硅材料，稀释氢 氟酸中水与氢氟酸的比例为100:1，此时，对第二种氧化硅材料的湿法刻蚀速率 为273A/min；再例如，在有等离子体的条件下采用TEOS和臭氧进行反应，反 应温度为400℃，得到第三种氧化硅材料，稀释氢氟酸中水与氢氟酸的比例为 100:1，此时，对第三种氧化硅材料的湿法刻蚀速率为45A/min等。
步骤03：请参阅图4，经光刻和刻蚀工艺，在覆盖层和介质层中刻蚀出连 接孔；
具体的，可以但不限于包括：首先，经光刻工艺，在光刻胶中形成连接孔 图案；然后，经干法刻蚀工艺，以光刻胶为掩膜，在光刻胶中的连接孔图案刻 蚀到覆盖层和介质层中。
步骤04：请参阅图5，采用湿法清洗工艺去除刻蚀残留物，同时，覆盖层 中连接孔的侧壁被刻蚀，从而使覆盖层中连接孔的开口增大；其中，对覆盖层 的刻蚀速率大于对介质层的刻蚀速率；
具体的，刻蚀残留物包括有：光刻胶残留、干法刻蚀的聚合物副产物等； 湿法清洗工艺采用的药液可以但不限于为稀释氢氟酸(DHF，HF、H2O2、H2O 的混合溶液)；本实施例中，由于在相同的湿法刻蚀条件下，上述所形成的上覆 盖层的刻蚀速率大于下覆盖层的刻蚀速率，则两层覆盖层中连接孔的侧壁被刻 蚀包括：依次刻蚀两层覆盖层中的连接孔，第一层覆盖层的开口大于第二层覆 盖层的开口，从而在两层覆盖层的连接孔中形成倾斜侧壁；
在本发明的另一实施例中，覆盖层为多层材料，覆盖层中连接孔的侧壁被 刻蚀可以包括：刻蚀多层材料中的连接孔，多层材料中的连接孔的开口从顶层 向下递减，从而在多层材料中的连接孔中形成倾斜侧壁；这里，多层覆盖层的 材料可以不同；在其它实施例中，也可以相同，此时，可以通过改变湿法刻蚀 工艺条件来实现不同的刻蚀速率，例如，调整每层刻蚀的温度、刻蚀液浓度等。
在本发明的其它实施例中，覆盖层为单层的渐变材料；覆盖层中连接孔的 侧壁被刻蚀包括：刻蚀渐变材料中的连接孔，渐变材料中的连接孔的开口从上 向下递减，从而在渐变材料中形成倾斜侧壁。针对渐变材料，在相同的湿法刻 蚀工艺条件下，对渐变材料的刻蚀速率从顶部向下递减。针对渐变材料，也可 以采用不同的湿法刻蚀工艺条件来得到不同的刻蚀速率。
步骤05：请参阅图6，向覆盖层和介质层中的连接孔中沉积刻蚀阻挡层， 然后填充金属；
具体的，刻蚀阻挡层可以为Ti/TiN双层结构，刻蚀阻挡层的沉积可以但不 限于采用气相沉积法，也可以采用现有的其它工艺，这里不再赘述。金属可以 但不限于为钨，填充的方法可以为蒸镀法等。
步骤06：请参阅图7，进行平坦化工艺，将覆盖层、及覆盖层中的填充金 属去除。
具体的，可以但不限于采用化学机械抛光法来进行平坦化工艺；这里，还 包括：将介质层顶部的部分及该部分所包含的填充金属去除。
综上所述，本发明的连接孔的形成方法，通过在介质层上形成覆盖层，覆 盖层的刻蚀速率大于介质层的刻蚀速率；在介质层和覆盖层中同时形成连接孔， 并经湿法清洗，将覆盖层中连接孔的开口增大，而介质层中的连接孔的形貌不 改变；并且采用平坦化工艺将覆盖层中增大的连接孔去除；因此，不仅确保了 介质层中连接孔的尺寸不发生改变，还扩大了后续金属填充工艺窗口，提高了 金属填充能力，克服了现有的金属填充困难的弊端。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举 例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围 的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所 述为准。