专利名称：用于制作半导体装置的方法
技术领域：
本发明涉及用于制作半导体装置的方法，具体而言涉及用于制作 其中在绝缘层内形成开口的半导体装置的方法。
技术背景干法刻蚀工艺已知为形成用于接触的接触孔的工艺，该接触孔将例如DRAM的半导体装置中下层内的布线层与上层内的布线层连接。对 于在氧化硅膜内提供接触孔的干法刻蚀工艺的情形，Ar作为稀释气体 用于改善垂直可加工性以及半导体晶片平面内的均匀性。在最近DRAM中，接触的直径变得超精细，且接触被置于相互之间 极端相邻的紧密间隔条件下。此外，为了维持装置的性能，正在进行 的是通过加深孔来提高纵横比。图1示出了一种半导体装置的剖面视 图，其具有通过常规技术形成的具有大纵横比的接触孔。示出了层间 绝缘膜101、接触102、层间绝缘膜103、掩模104和接触孔108。在 上述情形中形成具有大纵横比的接触孔108时，干法刻蚀工艺中的刻 蚀时间必须变得更长，且存在掩模104的厚度无法充分增大的限制。 因此，如图所示，在刻蚀层间绝缘膜103 (氧化硅膜)之后掩模104 的剩余膜不能得到充分保证，而由此导致接触孔108开口畸变的现象。 此外，掩模104的剖面在刻蚀时不能维持为矩形以形成凸块且使掩模 104本身畸变的现象，促进了该开口的畸变。掩模的剩余膜的减小和畸变直接导致接触孔相互短路，引起成品 率降低。因此，不采用由使用有机膜的光敏抗蚀剂形成的常规掩模， 介绍一种由多晶硅制成的硬掩模，其可以实现针对掩模的更高选择 比，或者由非晶硅制成的硬掩模，其可以使释放工艺变得比多晶硅简 单。介绍了由多晶硅制成的硬掩模，其针对掩模具有更高的选择比， 还介绍了由非晶碳制成的硬掩模，其释放工艺可以比多晶硅更简单。 同时，引入Xe气体，该气体可以显著地抑制掩模在干法刻蚀时出现的 畸变，尽管该气体非常昂贵。也就是说，通过使用Xe气体或Ar/Xe混 合气体作为稀释气体，可以执行刻蚀而不引起掩模畸变。然而在90nm这一代之后的超精细和高纵横比结构中，仅通过其单
一使用难以高成品率地稳定地制作图案。这里的原因在于面临以前从未出现的称为扭曲(twisting)的现象。图2示出了通过另一种常规 技术制作的、具有更高纵横比的接触孔的半导体装置的剖面视图。图 中示有层间绝缘膜101、接触102、层间绝缘膜103、掩模104和接触 孔109。如图所示，出现了称为扭曲的现象，其中接触孔109本身无法 被垂直地图案化从而畸变。当这种扭曲发生时，下层内的接触102和 上层内的布线层之间的传导变差。该扭曲倾向于发生在接触孔109的 更深部分，且在使用Xe气体时较使用Ar气体时更容易发生。即，当仅Ar气体作为稀释气体时，造成由于开口畸变引起的接触 孔的相互短路。当仅包含Xe的稀释气体用于抑制该短路时，出现扭曲。 因此，对于最近具有高纵横比的精细紧密间隔的接触孔的图案化变得 困难。期望有一种用于形成超精细深孔接触的技术，该技术不会导致 开口畸变及扭曲。作为相关技术，日本专利申请公开No. 10-98021公开了一种用 于制作半导体装置的方法。用于制作半导体装置的该方法特征在于， 使用包含碳氟化合物、氧气和惰性气体的刻蚀气体来刻蚀硅化合物 层，其中该碳氟化合物由通式CmFn (其中m和n为表示原子数目的自 然数，满足条件111>2， n《2m)表示。更具体而言，该方法的特征在于， 在刻蚀期间使例如Ar的惰性气体的数量小于先前步骤。目的是减小 damage on ground。然而，在例如Ar的惰性气体的数量小于先前步 骤的方法中，掩模的畸变无法得到抑制。因此，开口的畸变无法得到 抑制。另外，深孔部分内的扭曲无法避免。作为相关技术，日本专利申请公开No. 2002-305171公开了一种 硅基衬底表面处理的方法。该硅基衬底的表面处理方法是指这样的方 法，即，其中硅基衬底的目标表面的刻蚀处理是通过等离子体处理来执行的。该方法的特征在于，包括在上述处理目标表面上形成精细不 规则性的第一等离子体刻蚀步骤，以及在该第一等离子体刻蚀步骤之 后，通过使用包含氟基气体的等离子体发生气体的等离子体处理进一 步刻蚀该处理目标表面以形成均匀而混浊刻蚀表面的第二等离子体刻 蚀步骤。更具体而言，该方法的特征在于，仅使用例如Ar的惰性气体 的第一步骤以及仅使用例如CF" SF6的含氟气体的第二步骤。在仅使 用惰性气体的刻蚀中，针对掩模的选择比无法维持在高的状态且掩模
的刻蚀速率增大。仅使用CF4或SF6的刻蚀无法制作垂直图案，不适用 于高纵横比的图案化。作为相关技术，日本专利申请公开No. 2002-110647公开了一种 用于制作半导体集成电路装置的方法。在用于制作半导体集成电路装 置的方法中，对沉积在半导体衬底上的氧化硅基绝缘膜执行使用包含 碳氟化合物基气体及氧气的刻蚀气体的等离子体刻蚀处理，从而选择 性地刻蚀上述氧化硅基绝缘膜。在该操作中，第一和第二步骤依次执 行。在上述第一步骤中，刻蚀处理是在下述条件下执行的其中聚合 物层的沉积性能弱于上述第二步骤。在随后第二步骤中，刻蚀处理是 在改变条件后执行的其中聚合物层的沉积性能强于上迷第一步骤。 更具体而言，该方法的特征在于包括低沉积性能的第一步骤以及沉积 性能比第一步骤更低的随后的第二步骤。在该方法中，在刻蚀氧化硅 期间无法避免形成掩模畸变，因此开口的畸变无法抑制。发明内容本发明的目的是提供一种用于制作半导体装置的方法，该方法能 够超精细地形成深孔接触而不产生开口畸变以及接触孔内的扭曲。本发明的另一个目的是提供一种用于制作半导体装置的方法，该 方法能够抑制在形成接触孔时的成品率降低且制作具有高可靠性的半 导体装置。下文中，将使用在"具体实施方式
"使用的数字和标记来解释解 决该问题的手段。这些数字和标记加有括号，从而使得权利要求中的 描迷和用于实施本发明的优选实施例之间的对应关系变得清楚。这些 数字和标记不应用于解释权利要求所述的本发明的技术范围。为了解决上述问题，本发明的用于制作半导体装置的方法包括步 骤(a)通过使用包含Xe气体的第一刻蚀气体的干法刻蚀，在包含氧 化硅的绝缘层(3)的上部内形成接触孔(6),以及(b)通过使用不 包含Xe气体的笫二刻蚀气体的干法刻蚀，加深绝缘层(3)内的接触 孔(7 )。在本发明中，当在包含氧化硅的层内形成深孔接触时，使用包含 Xe气体的第一刻蚀气体在步骤(a )执行干法刻蚀。通过添加Xe气体， 可以在掩模表面平滑的条件下执行刻蚀，而不在用于形成接触孔的掩 模表面上产生不规则性。由此，接触孔开口的畸变可以得到抑制。接 着在步骤(b)，使用不包含Xe气体的第二刻蚀气体。通过不添加Xe 气体，称为扭曲的接触孔弯折可以得到避免，即使形成更深接触孔。 因此，通过改变刻蚀早期和后期的刻蚀气体类型，可以抑制开口畸变 以及接触孔内的扭曲，并形成具有大纵横比的接触孔。在用于制作半导体装置的上述方法中，优选地该第一刻蚀气体包 含通过使用Xe气体或者Xe气体和Ar气体的混合气体来稀释刻蚀气体 而得到的气体。在本发明中，通过使用该气体，刻蚀可以在研磨表面平滑的条件 下执行，而不在用于形成接触孔的掩模的表面上产生不规则性。在用于制作半导体装置的上述方法中，优选地该第二刻蚀气体包 含通过使用Ar气体来稀释刻蚀气体而得到的气体。在本发明中，通过使用该气体，即使在形成更深的接触孔时，仍 可以避免称为扭曲的接触孔的弯折。在用于制作半导体装置的上述方法中，优选地该刻蚀气体包含碳 氟化合物气体和02气体的混合气体。在本发明中，碳氟化合物气体的示例包括。Fs、 C5F8或。F6的每一 种、以及组合两种以上这些气体的混合气体。在用于制作半导体装置的上述方法中，优选地步骤(a )和步骤(b ) 在同一干法刻蚀腔体中实施。在本发明中，通过在同一腔体中分两个步骤执行干法刻蚀可以抑 制刻蚀工艺时间的延长。在用于制作半导体装置的上述方法中，优选地在该步骤(a)和步 骤(b )之间，该第一刻蚀气体的成分连续变化到笫二刻蚀气体的成分。在本发明中，通过连续地执行该两个步骤之间气体成分的变化可 以平稳地实施该刻蚀步骤之间的转换。根据本发明，可以超精细地形成深接触孔而不产生开口畸变以及 接触孔内的扭曲。因此，可以抑制在形成接触孔时出现的成品率降低 并可以制作具有高可靠性的半导体装置。
图1为通过一种常规技术形成的具有大纵横比的接触孔的半导体 装置的剖面视图。图2为通过另一种常规技术形成的具有大纵横比的接触孔的半导
体装置的剖面视图。图3的剖面视图示出了本发明用于制作半导体装置的方法实施例 中一个步骤内的半导体装置。图4的剖面视图示出了本发明用于制作半导体装置的方法实施例 中一个步骤内的半导体装置。图5的剖面视图示出了本发明用于制作半导体装置的方法实施例 中一个步骤内的半导体装置。图6的剖面视图示出了本发明用于制作半导体装置的方法实施例 中一个步骤内的半导体装置。
具体实施方式
下文中将参照附图解释本发明的用于制作半导体装置的方法的实 施例。图3至6的剖面视图示出了本发明用于制作半导体装置的方法 实施例中各个步骤内的半导体装置。图3所示工艺内的半导体装置具有层间绝缘膜1、接触2和层间 绝缘膜3。在层间绝缘膜3上形成了掩模4和用于掩模图案化的绝缘膜 5。更具体而言，在用于制作这种半导体装置的方法中，图3示出了实 施下述步骤之后的状态形成层间绝缘膜l、在层间绝缘膜l内形成接 触2、形成层间绝缘膜3、以及形成掩模4和用于掩模图案化的绝缘膜 5，从而在层间绝缘膜3内形成接触孔。这些步骤可以通过常规已知方 法来实施。接触2掩埋在层间绝缘膜1内。接触2将衬底上层间绝缘膜1下 的半导体电路(未示出)连接到将形成于层间绝缘膜3内的接触(未 示出)。层间绝缘膜3提供成覆盖层间绝缘膜1和接触2的表面。掩模 4和用于掩模图案化的绝缘膜5提供于层间绝缘膜3上。在掩模4和用 于掩模图案化的绝缘膜5内，形成了用于在层间绝缘膜3内形成接触 孔(6和7:如下所述)的图案。将形成于接触孔内的接触(未示出) 将接触2连接到层间绝缘膜3上的布线层。典型地，层间绝缘膜1的厚度为700nm，接触2的直径为100nm， 层间绝缘膜3的厚度为3jLim，掩模4的厚度为800nm,掩模4的材料 为无定形碳，用于掩模图案化的绝缘膜5的厚度为80nm，用于掩模图 案化的绝缘膜5的材料为氧化硅和氮氧化硅的叠层，用于在图案化掩 模4和用于掩模图案化的绝缘膜5之后的接触孔的孔直径为150nm。也
就是说，接触孔(6和7 )的直径约为150nm。在图3所示状态下，用于将接触2连接到作为层间绝缘膜3的上 层的布线层的接触(下文中称为"第一接触，，(未示出))是必需的。 更具体而言，第一接触穿过层间绝缘膜3。根据掩模4的形状，第一接 触需要仅连接到直接下方的接触2，而不连接到另一个接触2 (例如， 相邻的接触2)。此外，要求第一接触不彼此接触。对在图3所示状态下的半导体装置实施第一干法刻蚀步骤。干法 刻蚀设备采用可以将RF功率施加到半导体晶片上的上接地电极和下电 极的双频RIE设备。这里，使用。F" 。F8、 0" Ar和Xe作为刻蚀气 体。气体流速例如为C4F6 = 5sccm， C4F8 = 20sccm， 02 = 16sccm， Ar = 110sccm， Xe = 110sccm。典型地，刻蚀压力为30mTorr，施加到下电 极的双频RF功率分别为2000W和300W,刻蚀时间为2分钟。在第一 干法刻蚀步骤完成之后，掩模4的形状需要是平滑而无凸块。第一干 法刻蚀步骤形成的接触孔6的深度浅于产生扭曲的深度。产生扭曲的 深度为例如1.4jum以上。这里，由第一干法刻蚀步骤形成的接触孔6 的深度约为1.2nm，该深度浅于产生扭曲的深度。图4示出了在第一 干法刻蚀步骤之后半导体装置的状态。在图4中，由第一干法刻蚀步骤形成的接触孔6形成于距离厚度 为3jnm的层间绝缘膜3的上表面约1.2pm的深度。在该深度不会产 生扭曲。尽管用于掩模图案化的绝缘膜5被第一干法刻蚀步骤刻蚀， 但是由于使用了含Xe的气体，掩模4的表面上未形成任何凸块，由此 可以在掩模4的平滑表面的状态下执行刻蚀。因此，可以抑制接触孔6 的开口畸变。对图4所示状态下的半导体装置实施第二干法刻蚀步骤。第二干 法刻蚀步骤优选地在同 一干法刻蚀设备的同 一腔体内实施。通过在同 一腔体内执行这些干法刻蚀，可以抑制刻蚀工艺的时间延长。这里， 使用。F" 。F8、 02和Ar作为刻蚀气体。不使用Xe气体。气体流速例 如为C化=10sccm, C4F8 = 15sccm， 02 = 17sccm， Ar = 160sccm。典型 地，刻蚀压力为30mTorr，施加到下电极的双频RF功率分别为2000W 和300W，刻蚀时间为4分钟30秒。由此，在接触孔6内进一步执行干 法刻蚀以形成接触孔7，该接触孔7深于接触孔6。接触孔7穿透层间 绝缘膜3，到达接触2的上表面。图5示出了这种状态。
在图5中，凸块形成于掩模4内，这是因为稀释气体仅使用Ar气 体。然而在本发明中，掩模4可以安全地维持直至完成笫二干法刻蚀 步骤，这是因为仅使用Ar气体作为稀释气体的时间(第二干法刻蚀步 骤的时间)短于常规情形。因此，即使凸块形成于掩模4上，接触孔7 开口的过多加宽可以得到防止。此外，扭曲的产生可得以防止，而与 接触孔7的更大深度无关，这是因为仅Ar气体作为稀释气体。此处优选地该第一干法刻蚀步骤和第二干法刻蚀步骤连续地实施，在这些步 骤之间不插入不相关的其他步骤。由此，上述效果可以更加确定地获得，且接触孔的形状可以制成平滑的形状。在图5所示状态下的半导体装置中，掩模4被除去。图6示出了 这种状态。在图6所示状态下，第一接触(未示出)通过常规已知方 法形成于接触孔7内。通过这种工艺，在用于制作半导体装置的工艺中可以在层间绝缘 膜3内形成具有超精细直径的深孔接触，即使是在相互极端相邻紧密 间隔布置的状态下。也就是说，在第一刻蚀步骤中可以防止例如形成 凸块的掩模4变形，在第二刻蚀步骤中可以抑制扭曲。由此，可以抑 制第一接触之间的相互短路(接触孔7的相互接触)并获得形成于接 触孔7内的第一接触与接触2的安全接触。此处，超精细直径约为200nm以下。深孔是指深度约为2pm以上 的孔。相互极端相邻紧密间隔的状态是指相互邻接距离约为直径(约 200mn以下)的情形。当形成处于这种状态下的接触时，本发明特别地 可以实现该效果。第一和第二干法刻蚀步骤中使用的碳氟化合物气体不仅可以是上 述实施例所述，还可以是。Fs、 CsFs和C4F6的单独一种，以及组合两种 以上这些气体的混合气体。此外还可以使用另外的碳氟化合物气体。第一干法刻蚀步骤中使用的Xe气体还可以是Xe气体和Ar气体的 混合气体。由此可以降低成本。此外，可以使用针对该干法刻蚀通过 将上述气体与惰性气体进一步混合而得到的气体。再者，当在第一和第二干法刻蚀步骤之间刻蚀气体从(％F6、 CJ8、 02、 Ar和Xe改变到。F6、 (％F8、 (h和Ar时，可以按照下述方式实施。 也就是说，在改变阶段通过连续地改变各种气体的流速可以连续地改 变刻蚀气体的成分。通过连续地执行两个步骤之间气体成分的改变，
则可以平稳地实施这些刻蚀步骤之间的过渡。即使仅Ar气体或仅Xe气体用于上述干法刻蚀步骤且仅执行气体 流速的改变，但是仍不可能同时实现抑制开口的不正常变形和抑制扭 曲。在本发明中，连续地执行可以抑制掩模4变形的使用含Xe气体的 第一刻蚀步骤以及可以抑制扭曲的第二刻蚀步骤。因此，可以抑制接 触孔7开口的不正常变形以及由于该变形引起的第一接触的相互接 触，并获得第一接触与接触2的安全接触。
权利要求
1.一种用于制作半导体装置的方法，包括步骤(a)通过使用包含Xe气体的第一刻蚀气体的干法刻蚀，在包含氧化硅的绝缘层的上部内形成接触孔，以及(b)通过使用不包含Xe气体的第二刻蚀气体的干法刻蚀，加深所述绝缘层内的所述接触孔。
2. 如权利要求l所述的用于制作半导体装置的方法，其中所述笫一 刻蚀气体包括通过使用Xe气体或者Xe气体及Ar气体的混合气体来稀释 刻蚀气体而得到的气体。
3. 如权利要求l所述的用于制作半导体装置的方法，其中所述第二 刻蚀气体包括通过使用Ar气体来稀释刻蚀气体而得到的气体。
4. 如权利要求2所述的用于制作半导体装置的方法，其中所述第二 刻蚀气体包括通过使用Ar气体来稀释刻蚀气体而得到的气体。
5. 如权利要求2所述的用于制作半导体装置的方法，其中所述刻蚀 气体包括碳氟化合物气体和02气体的混合气体。
6. 如权利要求3所述的用于制作半导体装置的方法，其中所述刻蚀 气体包括碳氟化合物气体和02气体的混合气体。
7. 如权利要求4所述的用于制作半导体装置的方法，其中所述刻蚀 气体包括碳氟化合物气体和02气体的混合气体。
8. 如权利要求l所述的用于制作半导体装置的方法，其中所述步骤 (a)和步骤(b)是在同一干法刻蚀腔体内实施的。
9. 如权利要求2所述的用于制作半导体装置的方法，其中所述步骤 (a)和步骤(b)是在同一干法刻蚀腔体内实施的。
10. 如权利要求3所述的用于制作半导体装置的方法，其中所述步 骤(a)和步骤(b)是在同一干法刻蚀腔体内实施的。
11. 如权利要求4所述的用于制作半导体装置的方法，其中所述步 骤(a)和步骤(b)是在同一干法刻蚀腔体内实施的。
12. 如权利要求5所述的用于制作半导体装置的方法，其中所述步 骤(a)和步骤(b)是在同一干法刻蚀腔体内实施的。
13. 如权利要求6所述的用于制作半导体装置的方法，其中所述步 骤(a)和步骤(b)是在同一干法刻蚀腔体内实施的。
14. 如权利要求7所述的用于制作半导体装置的方法，其中所述步 骤(a)和步骤(b)是在同一干法刻蚀腔体内实施的。
15. 如权利要求8所述的用于制作半导体装置的方法，其中在所述 步骤(a)和步骤(b)之间，所述第一刻蚀气体的成分连续地改变到所 述第二刻蚀气体的成分。
16. 如权利要求9所述的用于制作半导体装置的方法，其中在所述 步骤(a)和步骤(b)之间，所述第一刻蚀气体的成分连续地改变到所 述第二刻蚀气体的成分。
17. 如权利要求10所述的用于制作半导体装置的方法，其中在所述 步骤U)和步骤(b)之间，所述第一刻蚀气体的成分连续地改变到所 述第二刻蚀气体的成分。
18. 如权利要求ll所述的用于制作半导体装置的方法，其中在所述 步骤(a)和步骤(b)之间，所述第一刻蚀气体的成分连续地改变到所 述第二刻蚀气体的成分。
19. 如权利要求12所述的用于制作半导体装置的方法，其中在所述 步骤(a)和步骤(b)之间，所述第一刻蚀气体的成分连续地改变到所 述第二刻蚀气体的成分。
20. 如权利要求13所述的用于制作半导体装置的方法，其中在所述 步骤(a)和步骤(b)之间，所述第一刻蚀气体的成分连续地改变到所 述第二刻蚀气体的成分。
21. 如权利要求14所述的用于制作半导体装置的方法，其中在所述 步骤U)和步骤(b)之间，所述第一刻蚀气体的成分连续地改变到所 述第二刻蚀气体的成分。
全文摘要
本发明公开了一种用于制作半导体装置的方法，该方法超精细地形成深孔接触而不产生开口畸变以及接触孔内的扭曲。用于制作半导体装置的该方法包括步骤(a)通过使用包含Xe气体的第一刻蚀气体的干法刻蚀，在包含氧化硅的绝缘层3的上部内形成接触孔6，以及(b)通过使用不包含Xe气体的第二刻蚀气体的干法刻蚀，加深绝缘层3内的接触孔7。优选地该第一刻蚀气体包含通过使用Xe气体或者Xe气体及Ar气体的混合气体来稀释刻蚀气体而得到的气体。优选地该第二刻蚀气体包括通过使用Ar气体来稀释刻蚀气体而得到的气体。优选地该刻蚀气体包括碳氟化合物气体和O<sub>2</sub>气体的混合气体。
文档编号H01L21/02GK101131918SQ200710141728
公开日2008年2月27日 申请日期2007年8月21日 优先权日2006年8月21日
发明者池田武信 申请人:尔必达存储器股份有限公司