CN103094185A - 接触孔的形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种接触孔的形成方法，该方法包括：提供基底，所述基底上具有有源区和栅极；在所述基底上形成层间介质；对所述层间介质进行形成接触孔时的第一次刻蚀，第一次刻蚀后保留预设厚度的层间介质，且第一次刻蚀后形成了第一接触孔；在所述层间介质上形成保护层，所述保护层覆盖所述第一接触孔的底部和侧壁；对所述保护层进行刻蚀；对所述保留的预设厚度的层间介质进行形成接触孔时的第二次刻蚀，第二次刻蚀后形成了第二接触孔，所述第二接触孔与所述第一接触孔相连通。本发明所提供的接触孔的形成方法，可有效地避免在有源区和/或栅极侧部出现角部损失的现象，进而减小了器件的失效率。

Description

接触孔的形成方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地说，涉及一种接触孔的形成方法。

背景技术

半导体器件制造过程可分为前段工艺和后段工艺，前段工艺主要在衬底上形成晶体管、电容或电阻等相应器件，后段工艺主要将前段工艺中形成的器件通过金属相连，即主要形成金属互连。其中，在后段工艺中形成金属互连时，首先需要在已形成有晶体管、电容或电阻等相应器件的衬底上形成层间介质(ILD)，然后在ILD中形成接触孔，之后在所述ILD上形成金属层，所述金属层填充满ILD中的接触孔，从而使衬底上相应器件的有源区和栅极通过接触孔内的金属与ILD上的金属层相连。

近几年来，半导体器件的特征尺寸越来越小，这对制造过程中的精度要求越来越高。在0.13μm～0.18μm的制造工艺中，后段工艺中在ILD中形成接触孔时，常会由于工艺窗口限制、光刻过程中的对位不准或设计过程中的偏差等原因而导致出现角部损失(corner loss)。参考图1，图1中示出了层间介质1及层间介质1中所形成的、与有源区4相连的接触孔2，在该接触孔2底部的角部3出现了过刻蚀，被过刻蚀而形成的角部3位于浅沟槽介质层5内。由于所述浅沟槽介质层5用于隔离有源区4，因此，当所述浅沟槽介质层5中的一个角部3被刻蚀而形成接触孔时，严重情况下会使得有源区4内的源或漏与衬底短接，从而使得器件失效。

现有工艺在形成接触孔时解决角部损失的方法有：在衬底上形成ILD之前，首先形成一层氮氧化硅，之后在所述氮氧化硅上形成ILD，然后再进行接触孔的刻蚀。在刻蚀ILD时，所述氮氧化硅层可作为刻蚀停止层，因此，可解决因ILD不均匀而导致出现的角部损失问题。但是，刻蚀完ILD后，再对所述氮氧化硅层进行刻蚀以形成接触孔时，仍然会出现角部损失的问题。

因此，采用现有工艺中的方法只能减小形成接触孔时所产生的角部损失，但不能完全消除所述角部损失。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种接触孔的形成方法，该方法能够完全消除角部损失，进而提高器件的成品率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种接触孔的形成方法，该方法包括：

提供基底，所述基底上具有有源区和栅极；

在所述基底上形成层间介质；

对所述层间介质进行形成接触孔时的第一次刻蚀，第一次刻蚀后保留预设厚度的层间介质，且第一次刻蚀后形成了第一接触孔；

在所述层间介质上形成保护层，所述保护层覆盖所述第一接触孔的底部和侧壁；

对所述保护层进行刻蚀；

对所述保留的预设厚度的层间介质进行形成接触孔时的第二次刻蚀，第二次刻蚀后形成了第二接触孔，所述第二接触孔与所述第一接触孔相连通。

优选的，上述方法中，在所述基底上形成层间介质之前，还包括：在所述基底上形成氮氧化硅层；

在对所述保留的预设厚度的层间介质进行形成接触孔时的第二次刻蚀之后，还包括：对所述氮氧化硅层进行刻蚀，刻蚀后形成第三接触孔，所述第三接触孔与所述第二接触孔相连通。

优选的，上述方法中，对所述层间介质进行形成接触孔时的第一次刻蚀，具体包括：

设置预设时间；

在所述层间介质上形成具有接触孔图案的光刻胶层；

以所述具有接触孔图案的光刻胶层为掩膜对所述层间介质进行第一次刻蚀，且进行第一次刻蚀的时间为预设时间。

优选的，上述方法中，所述层间介质的厚度为

优选的，上述方法中，所述预设厚度为

优选的，上述方法中，所述保护层为氮化硅层。

优选的，上述方法中，所述层间介质包括：下层

的二氧化硅和上层

的抗反射层。

优选的，上述方法中，所述基底为硅衬底。

优选的，上述方法中，在所述基底上形成层间介质采用化学气相沉积工艺。

优选的，上述方法中，对所述保护层进行刻蚀采用干法刻蚀工艺。

从上述技术方案可以看出，本发明所提供的接触孔的形成方法，在对层间介质进行第一次刻蚀后保留了预设厚度的层间介质，与此同时形成了第一接触孔；之后在所述层间介质上形成保护层，所述保护层覆盖所述第一接触孔的底部和侧壁；后续对所述保护层进行刻蚀时，覆盖第一接触孔侧壁的保护层将不会被刻蚀掉，即：在所述第一接触孔的侧壁上保留了部分保护层；最后对保留的预设厚度的层间介质进行形成接触孔时的第二次刻蚀，并形成了第二接触孔，在进行第二次刻蚀时，由于第一接触孔的侧壁上保留了部分保护层，因此，所述保留的部分保护层将保护其正下方的层间介质不被刻蚀掉，从而使最终形成的第二接触孔的宽度小于所述第一接触孔的宽度，当第二接触孔与第一接触孔连通形成一个接触孔时，该接触孔角部不会出现过刻蚀的现象，从而避免了在有源区和/或栅极侧部出现角部损失的现象，进而减小了器件的失效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中常见的接触孔的形成过程中出现角部损失现象的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的一种接触孔的形成方法的流程示意图；

图3～图8为本发明实施例所提供的接触孔形成过程中器件的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参考图2，图2为本发明实施例所提供的一种接触孔的形成方法的流程示意图，该方法具体包括如下几个步骤：

步骤S1：提供基底，所述基底上具有有源区和栅极。

参考图3，图3中示出了基底100，本发明实施例中所述基底100为硅衬底，其他实施例中，所述基底100还可以为锗、磷化铟或砷化镓等半导体材料。所述基底100一般包括本体层和外延层，在半导体器件制造过程中，光刻、刻蚀或离子注入等工艺进行时的载体一般均为外延层，而本说明书将不再具体区分基底上的本体层和外延层，一律称在基底上或基底内进行各工艺步骤。

本步骤中所提供的基底100，其上具有栅极104及位于栅极104两侧的侧墙105；基底100内具有深阱区101，深阱区101内具有有源区，所述有源区包括源区102和漏区103，且源区102和漏区103分别位于栅极104两侧。所述基底100内还具有用来隔离有源器件的浅沟槽介质层106。

步骤S2：在所述基底上形成层间介质。

参考图4，采用化学气相沉积方法在基底100上形成层间介质107，本实施例中所述层间介质107包括下层的二氧化硅和上层很薄的抗反射层(约为

)，所述层间介质107的厚度为

具体实施过程中，首先在基底上形成二氧化硅，之后在所述二氧化硅上形成抗反射层，所述抗反射层可以为氮氧化硅层，所述抗反射层可在下述步骤S6中充当硬掩膜层。图4中没有具体示出二氧化硅和氮氧化硅层，因此，在下面的各步骤中将统称为层间介质107。

步骤S3：对所述层间介质进行形成接触孔时的第一次刻蚀，第一次刻蚀后保留预设厚度的层间介质，且第一次刻蚀后形成了第一接触孔。

本发明实施例中以形成连接漏区的接触孔为例进行说明。

该步骤可包括如下几个步骤：

步骤S31：设置预设时间。

本步骤中所述预设时间指的是：在对层间介质进行刻蚀时，刻蚀进行的时间，该时间可预先在刻蚀机上设定。本步骤中设置所述预设时间为50s，其他实施例中根据工艺要求的不同可设置不同的预设时间。但该预设时间小于层间介质被完全刻蚀掉所需时间。

步骤S32：在所述层间介质上形成具有漏区接触孔图案的光刻胶层。

首先在所述层间介质上旋涂光刻胶层，然后采用具有漏区接触孔图案的掩膜版对所述光刻胶层进行曝光，曝光之后显影，在所述层间介质上形成了具有漏区接触孔图案的光刻胶层。

步骤S33：以所述具有漏区接触孔图案的光刻胶层为掩膜对所述层间介质进行第一次刻蚀，且进行第一次刻蚀的时间为预设时间。

参考图5，以所述具有漏区接触孔图案的光刻胶层(图中未示出)为掩膜对所述层间介质107进行第一次刻蚀，且进行第一次刻蚀的时间为步骤S31中所设置的预设时间。由于所述预设时间小于层间介质107被完全刻蚀掉所需时间，因此，第一次刻蚀后保留了一定厚度的层间介质107(第一刻蚀完成后，已经刻蚀掉了层间介质107上的抗反射层及部分二氧化硅层，所保留的一定厚度的层间介质107为二氧化硅)，图中示出了所保留下来的层间介质107的厚度d。对层间介质107进行第一次刻蚀后所形成的接触孔在本发明实施例中称为第一接触孔108，本实施例中所述第一接触孔108的宽度a为光刻胶层上漏区接触孔图案的宽度。

需要说明的是，根据层间介质107的总厚度、所述预设时间及第一次刻蚀过程中的刻蚀速率，即可计算出第一次刻蚀后所保留的层间介质107的厚度d，因此，该厚度d也可称为预设厚度。

本实施例中对层间介质107进行第一次刻蚀采用的是各向异性的干法刻蚀工艺，下面所描述的第二次刻蚀也是干法刻蚀。

步骤S4：在所述层间介质上形成保护层，所述保护层覆盖所述第一接触孔的底部和侧壁。

参考图6，采用化学气相沉积方法在所述层间介质107上形成保护层109，所述保护层109覆盖所述第一接触孔108的底部和侧壁。本实施例中所述保护层109为氮化硅层，其他实施例中所述保护层109还可以为别的材料，例如：多晶硅。本实施例中所述保护层109的厚度为

步骤S5：对所述保护层进行刻蚀。

参考图7，采用干法刻蚀工艺对层间介质107上的保护层进行刻蚀，由于干法刻蚀过程属于各向异性刻蚀，故覆盖第一接触孔108侧壁的保护层110不能被刻蚀掉(依据spacer原理)，因此，对所述保护层进行刻蚀的结果为：保留了第一接触孔108侧壁上的保护层110，其余部位的保护层均被刻蚀掉了。

步骤S6：对所述保留的预设厚度的层间介质进行形成接触孔时的第二次刻蚀，第二次刻蚀后形成了第二接触孔，所述第二接触孔与所述第一接触孔相连通。

该步骤中仍以形成连接漏区的接触孔为例进行说明。

参考图8，以层间介质107中的抗反射层为硬掩膜，对所述保留的预设厚度为d的层间介质107进行第二次刻蚀。对所述保留的预设厚度为d的层间介质107进行第二次刻蚀后，形成了第二接触孔111，且所述第二接触孔111与第一接触孔108相连通。

在对所述保留的预设厚度为d的层间介质107进行第二次刻蚀时，由于第一接触孔108侧壁上具有保护层110，所述保护层110的存在可保护其正下方的层间介质112免受刻蚀，因此，第二次刻蚀后所形成的第二接触孔111的宽度b小于所述第一接触孔108的宽度a，且两者之差为第一接触孔108侧壁上保护层110厚度的2倍(假设第一接触孔108两侧侧壁上的保护层110厚度相同)。

通过控制步骤S4中所形成的保护层的厚度，可控制第一接触孔108侧壁上保护层110的厚度，进而可控制第二接触孔111的宽度b。

所述第二接触孔111与第一接触孔108相连通共同构成了与漏区103相连的接触孔，由于与漏区103直接相连的为第二接触孔111，因此，所述第二接触孔111的宽度b为与漏区103相连的接触孔的尺寸(CD)，故采用本发明所提供的方法，在形成与漏区103相连的接触孔时，能够有效地减小所述接触孔的尺寸。

而且，由于在对所述保留的预设厚度为d的层间介质107进行第二次刻蚀时，刻蚀工艺中所用的等离子体不会刻蚀对应第一接触孔108侧壁上保护层110正下方的层间介质112，因此，最终形成与漏区103相连的接触孔时，也就不会出现角部损失现象。即使刻蚀时间再稍长些，过刻蚀的区域也位于漏区103内，而不会位于浅沟槽介质层106内，从而避免了漏区103与基底100的短接，避免了器件失效现象的发生。

上面详细描述了与漏区相连的接触孔的形成过程，对于与源区相连的接触孔和与栅极相连的接触孔的形成过程与此类似，不再进行描述。

由上可知，本发明所提供的接触孔的形成方法，对层间介质进行形成接触孔的刻蚀分两次进行(分别简称第一次刻蚀和第二次刻蚀)，且在两次刻蚀过程中在层间介质上形成了保护层，并对所述保护层进行了刻蚀，对所述保护层进行刻蚀的结果是：在第一次刻蚀后形成的第一接触孔的侧壁上保留了部分保护层(spacer原理)，进而在后续进行第二次刻蚀时，所述保护层可保护其正下方的层间介质免受刻蚀，因此，第二次刻蚀后所形成的第二接触孔的宽度小于第一接触孔的宽度，这一方面减小了接触孔的尺寸，另一方面可避免在有源区或栅极的两侧形成角部损失。对于形成与有源区相连的接触孔来说，可避免在浅沟槽介质层内形成角部损失，进而可避免源/漏与基底的短接，减小了器件失效的风险。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上又增加了两个步骤，分别如下：

在实施例一中步骤S2之前，可增加：在所述基底上形成氮氧化硅层；在实施例一中步骤S6之后，可增加：对所述氮氧化硅层进行刻蚀，刻蚀后形成第三接触孔，所述第三接触孔与所述第二接触孔相连通。

本实施例中在基底上形成层间介质之前，首先在基底上形成了氮氧化硅层，然后在对所述保留的预设厚度的层间介质进行形成接触孔时的第二次刻蚀后，对所述氮氧化硅层进行刻蚀，刻蚀结果是形成了第三接触孔，所述第三接触孔与所述第二接触孔相连通，从而由所述第一接触孔、所述第二接触孔和第三接触孔共同构成了连接有源区或栅极的接触孔。

本实施例中在形成层间介质前首先形成了氮氧化硅层，该氮氧化硅层可在对层间介质进行第二次刻蚀的过程中作为停止层，从而可避免因层间介质不均匀而产生的角部损失现象，因此，能够更好地避免接触孔形成过程中角部损失现象的发生，减小器件的失效率。

本发明实施例采用递进的方式对接触孔的形成方法进行描述，每个实施例均有其侧重点，相关、相似之处可相互参考。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种接触孔的形成方法，其特征在于，包括：

提供基底，所述基底上具有有源区和栅极；

在所述基底上形成层间介质；

对所述层间介质进行形成接触孔时的第一次刻蚀，第一次刻蚀后保留预设厚度的层间介质，且第一次刻蚀后形成了第一接触孔；

在所述层间介质上形成保护层，所述保护层覆盖所述第一接触孔的底部和侧壁；

对所述保护层进行刻蚀；

对所述保留的预设厚度的层间介质进行形成接触孔时的第二次刻蚀，第二次刻蚀后形成了第二接触孔，所述第二接触孔与所述第一接触孔相连通。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基底上形成层间介质之前，还包括：在所述基底上形成氮氧化硅层；

在对所述保留的预设厚度的层间介质进行形成接触孔时的第二次刻蚀之后，还包括：对所述氮氧化硅层进行刻蚀，刻蚀后形成第三接触孔，所述第三接触孔与所述第二接触孔相连通。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述层间介质进行形成接触孔时的第一次刻蚀，具体包括：

设置预设时间；

在所述层间介质上形成具有接触孔图案的光刻胶层；

以所述具有接触孔图案的光刻胶层为掩膜对所述层间介质进行第一次刻蚀，且进行第一次刻蚀的时间为预设时间。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述层间介质的厚度为

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设厚度为

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护层为氮化硅层。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述层间介质包括：下层

的二氧化硅和上层

的抗反射层。

8.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，所述基底为硅衬底。

9.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，在所述基底上形成层间介质采用化学气相沉积工艺。

10.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，对所述保护层进行刻蚀采用干法刻蚀工艺。

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