一种接触孔形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种接触孔形成方法。
【背景技术】
[0002]由于集成电路的制造向超大规模集成电路发展，其内部的电路密度越来越大，随着芯片中所含元件数量的不断增加，实际上就减少了表面连线的可用空间。这一问题的解决方法是采用多层金属导线设计，利用多层绝缘层和导电层相互叠加的多层连接，这其中就需要制作大量的接触孔。比如，现有的MOS晶体管工艺中，需要在有源区(源极和漏极)以及栅极(包括多晶硅栅极、金属栅极等)上形成接触孔。
[0003]在90nm之前的技术节点，在CMOS产品的接触孔刻蚀(Contact Etch)之后，都会转入去胶机台(Asher)进行去胶(Ash)，然后进入湿法清洗机台进行去胶后清洗(WetClean)。接触孔刻蚀的步骤也相对简单，将表面上有Si N阻挡层和层间介质层的衬底送入刻蚀机后，一般只包含光刻胶旋涂(主要是底部抗反射涂层/电介质抗反射涂层涂覆，BARC/DARC step)、主刻蚀(Main Etch step)和过刻蚀(Over Etch step)这几个步骤。
[0004]而随着关键尺寸(CD)的不断缩小，为了保证接触孔刻蚀之后的各种参数(比如形状，侧壁，顶部/底部CD等)，接触孔刻蚀中的结构也不断变得复杂；进入65nm技术节点以后，单纯光刻胶已经不能作为刻蚀掩膜层，需要在光刻胶下增加一层硬掩膜(一般为APF或者其他含碳硬掩膜材质)；接触孔和衬底接触的金属硅化物也从金属钴变成金属镍(Ni)，而镍硅化合物(N1-Silicide)容易被氧化。为了满足产品性能不断提高的需求，以及为了避免N1-SiIicide在后续去胶工艺中被氧化，在CIS产品中把去胶(Ash Step)整合到接触孔刻蚀制程中(一般地，去胶工艺步骤在氮化硅刻蚀(SiN Remove)之前完成，这种在主刻蚀腔体中完成去胶工艺的技术称为原位去胶(In-situ Ash)的接触孔技术，具体如下:
[0005]在刻蚀设备的刻蚀腔中进行接触孔刻蚀，包括Darc/Barc step、APF Hard MaskEtch Step、Main Etch Step、Over Etch step ；
[0006]在刻蚀设备的刻蚀腔中进行原位去胶(In-situ Ash Step)；
[0007]在刻蚀设备的刻蚀腔中去除接触孔底部的氮化硅(SiN Remove)；
[0008]湿法(Wet)清洗，并在Wet机台中去除产品表面的微粒和其他残留物质；
[0009]缺陷检查(DefectScan)。
[0010]由上可见，In-situ Ash的接触孔刻蚀工艺中，接触孔刻蚀结束后会直接进入湿法清洗步骤。然而，在湿法清洗之后的缺陷检查(Defect Scan)时，经常能检测出有随机分布的聚合物残留(residue)(如图1A和图1B所示)。聚合物残留的数量一般在几十到几百颗，严重的会超过1000甚至2000颗。对residue进行成分分析发现，residue成分主要是C、F、0，推测应该是接触孔刻蚀过程中残留在接触孔通孔中的高分子聚合物(polymer)，这些polymer在后续的湿法清洗工艺中不能很好除去而黏附在晶圆(wafer)表面，形成所述随机分布聚合物残留(residue)。经逐站defect扫描跟踪发现，接触孔刻蚀后的residue在接触孔金属沉积(CTG-DEP)之后仍然能看到痕迹(请参考图1C)，金属填充后的化学机械平坦化表面出现金属插塞填充异常(请参考图1D)，最终导致器件失效。
[0011]显然，聚合物残留的存在会导致最终产品的良率(Yield)下降。分析大量产品发现，在大约2000颗聚合物残留存在的情况下，良率会下降大约10%。因此目前规定一旦检测发现产品的residue存在数量超过700颗，就判定产品有异常，需要工艺工程师做调查，一般要把刻蚀机台(chamber)暂停下来，检查residue有问题产品的前后批，如果情况严重，贝1J需要马上进行机台/腔体的清理维护工作(maintains)，确认residue没问题之后才能继续生产。
[0012]因此，需要一种接触孔形成方法，可以减少去胶工艺后的聚合物残留的存在数量，以提尚广品的良率。
【发明内容】
[0013]本发明的目的在于提供一种接触孔形成方法，可以减少去胶工艺后的聚合物残留的存在数量，以提尚广品的良率。
[0014]为解决上述问题，本发明提出一种接触孔形成方法，包括:
[0015]将一待接触孔刻蚀的半导体衬底送入刻蚀设备的刻蚀腔，所述半导体衬底的表面上依次形成有刻蚀阻挡层、层间介质层、含碳硬掩膜层以及图案化的光刻胶；
[0016]在所述刻蚀设备的刻蚀腔中，以图案化的光刻胶为掩膜，对所述含碳硬掩膜层和层间介质层依次进行接触孔刻蚀，以在所述层间介质层中形成初始接触孔；
[0017]在所述刻蚀设备的刻蚀腔中，对形成初始接触孔后的器件表面进行第一次去胶，以去除所述图案化的光刻胶和含碳硬掩膜层；
[0018]在所述刻蚀设备的刻蚀腔中，以剩余的层间介质层为掩膜，去除所述接触孔底部的刻蚀阻挡层，形成接触孔；
[0019]在所述刻蚀设备的刻蚀腔中，对接触孔的内表面进行第二次去胶；
[0020]在湿法清洗机台中对第二次去胶后的器件表面进行湿法清洗。
[0021]进一步的，所述半导体衬底为前端器件，包括基底、位于所述基底上的栅极和侧墙结构以及形成于所述栅极两侧的基底中的源/漏区；所述刻蚀阻挡层覆盖所述栅极与所述源/漏区。
[0022]进一步的，所述栅极和/或所述源/漏区上形成有自对准金属硅化物，所述接触孔形成于所述自对准金属硅化物上且底部暴露所述自对准金属硅化物表面。
[0023]进一步的，所述含碳硬掩膜层的材料不同于所述光刻胶，包括含碳有机介质层、无定形碳层、APF、含碳氮化物和碳化硅中的至少一种；和/或，所述刻蚀阻挡层的材料为NDC或者氮化硅或氮氧化硅。
[0024]进一步的，所述层间介质层为氧化硅或低K介质。
[0025]进一步的，所述含碳硬掩膜层和所述图案化的光刻胶之间还依次形成有覆盖层、电介质抗反射涂层和底部抗反射涂层；
[0026]进一步的，所述图案化的光刻胶层在所述半导体衬底送入刻蚀设备的刻蚀腔之前形成，或者在所述半导体衬底送入刻蚀设备的刻蚀腔之后形成。
[0027]进一步的，在湿法清洗机台中对第二次去胶后的器件表面进行湿法清洗。
[0028]进一步的，所述第一次去胶为等离子去胶或氧化去胶，去胶工艺参数包括:工艺试剂为02或者C0 2或者C0，流量为50sccm?500sccm ;工艺温度为0°C?50°C，工艺时间为30s ?300s，功率为 200w ?2000w，压强为 30mT ?200mT。
[0029]进一步的，所述第二次去胶为等离子去胶艺或氧化去胶，去胶工艺参数包括:工艺试剂为02或者N2或者H2，流量为50sccm?2000sccm ;工艺温度为0°C?50°C，工艺时间为5s?30s，功率为200w?1500w，压强为30mT?200mT。
[0030]进一步的，所述湿法清洗的工艺参数包括:工艺试剂为硫酸和双氧水；工艺温度为0°C?200°C ;工艺时间为30s?600s。
[0031 ] 与现有技术相比，本发明提供的接触孔形成方法，在以层间介质层中的初始接触孔为窗口，去除窗口底部的刻蚀阻挡层以形成接触孔之后，且在湿法清洗接触孔前，额外增加了第二次去胶处理工艺来改变接触孔内表面的亲水性，在后续湿法清洗时