CN100388437C - 用于0.18微米接触孔的刻蚀方法 - Google Patents
用于0.18微米接触孔的刻蚀方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于0.18微米接触孔的刻蚀方法，旨在提供一种刻蚀效果好，能防止欠刻蚀和过刻蚀的刻蚀方法。其技术方案的要点是：第一步，对顶部氮氧化硅进行刻蚀；第二步，对上层氧化膜进行主刻蚀，保证孔停在氮氧化硅上；第三步，使用氮气和氧气混合气体来去除孔底反应生成物；第四步，对下层氮氧化硅进行主刻蚀，使孔停在底层金属硅化物上。由于采用高刻蚀速率选择比(氮氧化硅/氧化膜)，对于因光刻工艺对准偏差而偏移到STI上的部分能停在氧化膜上，不损伤有源区侧壁。
Description
技术领域
本发明涉及一种微电子制造工艺技术领域，尤其是涉及一种用于0.18微米接触孔的刻蚀方法。
背景技术
随着半导体制造技术的发展，线宽越来越小，氧化膜接触孔的直径也减小。接触孔是连接前道晶体管单元和后道金属配线的通道，既要连接晶体管的栅极，又要连接到源漏极(栅极和源漏极有一栅的高度差)，它的刻蚀结果的好坏直接影响到晶体管的特性以及产品的良率。
对于0.18微米工艺，接触孔的特征尺寸和刻蚀要求，以及刻蚀中常见的问题点为：
1、氧化膜层的构造从下至上是衬底(多晶硅栅)/氮氧化硅/硼磷硅玻璃/TEOS氧化硅/氮氧化硅/光阻(即Substrate(Gate Poly)/SiON/BPSG/TEOS oxide/SiON/PR)，孔的直径为0.22微米，而孔的高度通常为1微米左右，其高宽比约为4∶1，如图l所示。
2、要求接触孔最终能停在栅极和有源区上的钴硅化物膜层中，(钴硅化物的剩余量要大于100埃)。在开发接触孔的刻蚀条件时，考虑到成膜机成长氧化膜厚变化以及硅片面内均匀性，还有刻蚀机刻蚀速率的变化以及硅片面内均匀性，通常会加一定的过刻蚀时间来防止刻蚀不足而造成电路不通。但是，当刻蚀过量时，接触孔把硅化物刻穿，将会引起接触孔的电阻变大，甚至引起器件漏电。
由于在小尺寸的器件设计时，为了节约面积，提高集成度，设计了Board less Contact(孔边沿和浅沟道隔离区STI的边沿相接)，在实际生产中，经常会有曝光位置偏移，当孔过刻蚀时，孔会刻穿浅沟道隔离区有源区的边缘，刻到源漏的离子注入结，对结造成损伤，引起漏电，如图2所示。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提出一种刻蚀效果好，能防止欠刻蚀和过刻蚀的刻蚀方法。
本发明的上述目的是通过下述技术方案实现的：第一步，对顶部氮氧化硅进行刻蚀；第二步，对上层氧化膜进行主刻蚀，且刻蚀时上层氧化膜对氮氧化硅的刻蚀速率选择比大于15，保证孔停在氮氧化硅上；第三步，使用氩气和氧气混合气体来去除反应生成物；第四步，对下层氮氧化硅进行主刻蚀，刻蚀过程中氮氧化硅的刻蚀速率大于金属硅化物和氧化硅的刻蚀速率，且氮氧化硅对氧化硅的刻蚀速率选择比大于5，保证孔停在底层金属硅化物上。
在第一步对顶部氮氧化硅进行刻蚀时，选择平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间距18-22mm，腔体压力55-65毫托，上部功率900-1100瓦，下部功率900-1100瓦，氩气的气流量为180-220sccm，三氟甲烷的气流量为15-25sccm，氧气的气流量为12-20sccm，背部中部的氦气压力10-25托，背部边缘的氦气压力5-15托；在第一步对顶部氮氧化硅进行刻蚀时，选择平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间距20mm，腔体压力60毫托，上部功率1000瓦，下部功率1000瓦，氩气的气流量为200sccm，三氟甲烷的气流量为20sccm，氧气的气流量为15sccm，背部中部的氦气压力15托，背部边缘的氦气压力5托：在第二步对上层氧化膜进行主刻蚀时，使用八氟化五碳气体加上适当的氧气比例，以使刻蚀时上层氧化膜对氮氧化硅的刻蚀选择比大于15；在第二步对上层氧化膜进行主刻蚀时，选择平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间距18-22mm，腔体压力45-55毫托，上部功率1800-2200瓦，下部功率1000-1400瓦，八氟化五碳的气流量为9-12sccm，氩气的气流量为600-800sccm，氧气的气流量为10-15sccm，背部中部的氦气压力5-15托，背部边缘的氦气压力10-25托；在第二步对上层氧化膜进行主刻蚀时，选择平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间距20mm，腔体压力50毫托，上部功率2000瓦，下部功率1200瓦，八氟化五碳(C5F8)的气流量为12sccm，氩气的气流量为750sccm，氧气的气流量为15sccm，背部中部的氦气压力5托，背部边缘的氦气压力15托：在第三步去除反应生成物时，选择平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间距18-22mm，腔体压力20-30毫托，上部功率400-600瓦，下部功率150-250瓦，氩气的气流量为180-220sccm，氧气的气流量为8-15sccm，背部中部的氦气压力5-15托，背部边缘的氦气压力10-25托；在第三步去除反应生成物时，选择平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间距20mm，腔体压力25毫托，上部功率500瓦，下部功率200瓦，氩气的气流量为200sccm，氧气的气流量为10sccm，背部中部的氦气压力5托，背部边缘的氦气压力15托：在第四步对下层氮氧化硅进行主刻蚀时，选择平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间距18-22mm，腔体压力35-45毫托，上部功率900-1100瓦，下部功率150-250瓦，氩气的气流量为180-220sccm，三氟甲烷的气流量为12-20sccm，氧气的气流量为12-20sccm，背部中部的氦气压力10-25托，背部边缘的氦气压力5-15托；在第四步对下层氮氧化硅进行主刻蚀时，选择平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间20mm，腔体压力40毫托，上部功率1000瓦，下部功率200瓦，氩气的气流量为200sccm，三氟甲烷的气流量为15sccm，氧气的气流量为15sccm，背部中部的氦气压力15托，背部边缘的氦气压力5托。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、在第二步氧化膜主刻蚀时，由于氧化膜对氮氧化硅高刻蚀速率选择比(大于15)，即使加50％过刻蚀，也能保证孔停在氮氧化硅上；
2、在第四步氮氧化硅主刻蚀时，由于对氧化膜高刻蚀速率选择比(大于5)，对于因光刻工艺对准偏差而偏移到STI上的部分能停在氧化膜上，不损伤有源区侧壁。
附图说明
图1是接触孔刻蚀时刻蚀层的结构示意图：
图2是现有技术所刻蚀的接触孔的结构示意图：
图3是本发明第二步氧化膜主刻蚀时，由于对氮氧化硅的高速率选择比，使孔停在该膜层上的结构示意图；
图4是本发明第三步刻蚀时，若氧气浓度过高则在接触孔顶部开口处因光刻胶的损失而刻成喇叭口的不良形状：
图5是本发明第四步刻蚀时，由于对氧化硅的高速率选择比，使孔停在该膜层上，不至于损伤有源区侧壁的结构示意图。
其中，1为接触孔；2为器件有源区；3为STI氧化物层；4为氮氧化硅。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
由于接触孔的刻蚀从上到下要依次刻SiON/TEOS oxide/BPSG/SiON(如图1所示)，所以针对不同材料的膜，用相应的刻蚀条件。
第一步：顶层氮氧化硅的刻蚀。如果不把这层膜刻干净(有氮氧化硅残留)，将会影响到氧化膜的刻蚀，发生开孔中途停止。
主要参数：平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间距18-22mm，优选20mm；腔体压力55-65毫托，优选60毫托；上部功率900-1100瓦，优选1000瓦；下部功率900-1100瓦，优选1000瓦；氩气的气流量为180-220sccm，优选200sccm；三氟甲烷的气流量为15-25sccm，优选20sccm；氧气的气流量为12-20sccm，优选15sccm：背部中部的氦气压力10-25托，优选15托；背部边缘的氦气压力5-15托，优选5托。
第二步：上层氧化膜的主刻蚀(包括TEOS OXIDE和BPSG)。考虑到氧化膜淀积的膜厚变化和面内不均匀性，以及干法刻蚀速率变化和面内不均匀性，追加50％的过刻蚀，可以确保硅片面内每个接触孔都打开。要求通过该步刻蚀，使孔停在底部缓冲层氮氧化硅上，如果刻蚀不足，会导致开孔不良，如果不能停在氮氧化硅上，会导致在下一步刻蚀时，把底下的硅化物刻穿，产生漏电。所以要求该步氧化膜对氮氧化硅的刻蚀速率选择比要高(大于15)，这里的主要参数是八氟化五碳(C5F8)，配合相应氧气，反应产生碳氢(C-H)化合物，附着于孔的侧壁，保持孔的垂直刻蚀，刻蚀时上层氧化膜对氮氧化硅的刻蚀选择比大于15。由于对氮氧化硅有较低的刻蚀速率，即使增加刻蚀时间，也可以保证氮氧化硅层不会被刻穿。氩气由于原子质量大，在下部电极的牵引下，垂直轰击硅片被刻蚀膜层，可以防止开孔不良。如图3所示。
主要参数：平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间距18-22mm，优选20ram；腔体压力45-55毫托，优选50毫托；上部功率1800-2200瓦，优选2000瓦；下部功率1000-1400瓦，优选1200瓦：八氟化五碳的气流量为9-12sccm，优选12sccm；氩气的气流量为600-800sccm，优选750sccm；氧气的气流量为10-15sccm，优选15sccm；背部中部的氦气压力5-15托，优选5托；背部边缘的氦气压力10-25托，优选15托。
第三步，孔底反应生成物去除。由于在上一步刻蚀时(因为高选择比条件)产生大量反应生成物，需要用氧气灰化反应去除这些生成物。加入氩气稀释氧气比例，防止氧气浓度过高，会反应刻蚀掉一部分光刻胶(使孔的顶部开口处光刻胶的形状变形)，导致在下一步刻蚀时孔被刻成喇叭口样，如图4所示。
主要参数：平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间距18-22mm，优选20mm；腔体压力20-30毫托，优选25毫托；上部功率400-600瓦，优选500瓦；下部功率150-250瓦，优选200瓦；氩气的气流量为180-220sccm，优选200sccm；氧气的气流量为8-15seem，优选10sccm；背部中部的氦气压力5-15托，优选5托；背部边缘的氦气压力10-25托，优选15托。
第四步：底部氮氧化硅的刻蚀。调整三氟甲烷和氧气的比例，加上氩气稀释，使刻蚀时氮氧化硅的刻蚀速率大于氧化膜和金属硅化物的刻蚀速率，且氮氧化硅对氧化硅的刻蚀速率选择比大于5，去除氮氧化硅，使孔停在底层金属硅化物上。因为不同刻蚀速率选择比，即使当孔曝光发生偏移时，由于对氧化膜低的刻蚀速率，使孔能停在STI的氧化层中，不会伤及STI的侧壁，导致漏电。该步的下部功率只设定为200W，相比氧化膜的主刻蚀是步很轻柔的刻蚀，对下层膜(金属硅化物)的损伤小，可以极大地改善基板漏电。如图5所示。
主要参数：平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间距18-22mm，优选20mm；腔体压力35-45毫托，优选40毫托；上部功率900-1100瓦，优选1000瓦；下部功率150-250瓦，优选200瓦：氩气的气流量为180-220sccm，优选200sccm；三氟甲烷的气流量为12-20sccm，优选15sccm；氧气的气流量为12-20sccm，优选15sccm：背部中部的氦气压力10-25托，优选15托：背部边缘的氦气压力5-15托，优选5托。
Claims (10)
1.一种用于0.18微米接触孔的刻蚀方法，其特征在于：
第一步，对顶部氮氧化硅进行刻蚀；
第二步，对上层氧化膜进行主刻蚀，且刻蚀时上层氧化膜对氮氧化硅的刻蚀速率选择比大于15，保证孔停在氮氧化硅上；
第三步，使用氩气和氧气混合气体来去除孔底反应生成物；
第四步，对下层氮氧化硅进行主刻蚀，刻蚀过程中氮氧化硅的刻蚀速率大于金属硅化物和氧化硅的刻蚀速率，且氮氧化硅对氧化硅的刻蚀速率选择比大于5，保证孔停在底层金属硅化物上。
2.根据权利要求1所述的用于0.18微米接触孔的刻蚀方法，其特征在于：在第一步对顶部氮氧化硅进行刻蚀时，选择平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间距18-22mm，腔体压力55-65毫托，上部功率900-1100瓦，下部功率900-1100瓦，氩气的气流量为180-220sccm，三氟甲烷的气流量为15-25sccm，氧气的气流量为12-20sccm，背部中部的氦气压力10-25托，背部边缘的氦气压力5-15托。
3.根据权利要求2所述的用于0.18微米接触孔的刻蚀方法，其特征在于：在第一步对顶部氮氧化硅进行刻蚀时，选择平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间距20mm，腔体压力60毫托，上部功率1000瓦，下部功率1000瓦，氩气的气流量为200sccm，三氟甲烷的气流量为20sccm，氧气的气流量为15sccm，背部中部氦气压力15托，背部边缘的氦气压力5托。
4.根据权利要求1所述的用于0.18微米接触孔的刻蚀方法，其特征在于：在第二步对上层氧化膜进行主刻蚀时，使用八氟化五碳气体加上适当的氧气比例，以使刻蚀时上层氧化膜对氮氧化硅的刻蚀选择比大于15。
5.根据权利要求4所述的用于0.18微米接触孔的刻蚀方法，其特征在于：在第二步对上层氧化膜进行主刻蚀时，选择平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间距18-22mm，腔体压力45-55毫托，上部功率1800-2200瓦，下部功率1000-1400瓦，八氟化五碳的气流量为9-12sccm，氩气的气流量为600-800sccm，氧气的气流量为10-15sccm，背部中部的氦气压力5-15托，背部边缘的氦气压力10-25托。
6.根据权利要求5所述的用于0.18微米接触孔的刻蚀方法，其特征在于：在第二步对上层氧化膜进行主刻蚀时，选择平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间距20mm，腔体压力50毫托，上部功率2000瓦，下部功率1200瓦，八氟化五碳(C5F8)的气流量为12sccm，氩气的气流量为750sccm，氧气的气流量为15sccm，背部中部的氦气压力5托，背部边缘的氦气压力15托。
7.根据权利要求1所述的用于0.18微米接触孔的刻蚀方法，其特征在于：在第三步去除反应生成物时，选择平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间距18-22mm，腔体压力20-30毫托，上部功率400-600瓦，下部功率150-250瓦，氩气的气流量为180-220sccm，氧气的气流量为8-15sccm，背部中部的氦气压力5-15托，背部边缘的氦气压力10-25托。
8.根据权利要求7所述的用于0.18微米接触孔的刻蚀方法，其特征在于：在第三步去除孔底反应生成物时，选择平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间距20mm，腔体压力25毫托，上部功率500瓦，下部功率200瓦，氩气的气流量为200sccm，氧气的气流量为10sccm，背部中部的氦气压力5托，背部边缘的氦气压力15托。
9.根据权利要求1所述的用于0.18微米接触孔的刻蚀方法，其特征在于：在第四步对下层氮氧化硅进行主刻蚀时，选择平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间距18-22mm，腔体压力35-45毫托，上部功率900-1100瓦，下部功率150-250瓦，氩气的气流量为180-220sccm，三氟甲烷的气流量为12-20sccm，氧气的气流量为12-20sccm，背部中部的氦气压力10-25托，背部边缘的氦气压力5-15托。
10.根据权利要求9所述的用于0.18微米接触孔的刻蚀方法，其特征在于：在第四步对下层氮氧化硅进行主刻蚀时，选择平行平板等离子体刻蚀腔体中的上下部电极间距20mm，腔体压力40毫托，上部功率1000瓦，下部功率200瓦，氩气的气流量为200sccm，三氟甲烷的气流量为15sccm，氧气的气流量为15sccm，背部中部的氦气压力15托，背部边缘的氦气压力5托。
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