半导体器件的制作方法和半导体器件与流程

1.本技术涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种半导体器件的制作方法和半导体器件。


背景技术：

2.现有的半导体器件的制作方法一般都是先在光阻层上形成线条图案，再形成切口图案。图1(a)-(g)示出了现有技术半导体器件的制作方法的示意图，具体制作步骤包括：如附图1(a)所示，s1、在目标层100上方依次形成硬掩模层110、底层光阻层121、第二中间光阻层122a、第一中间光阻层122b和第一顶层光阻层123a。可以理解的是，目标层100可以包括：依次设置的衬底层101、第一介质层102、蚀刻停止层103和第二介质层104。所述衬底层中可以设置有源区域(图中未示出)。在衬底层101上方且第一介质层102中设置有栅极区 105。衬底层101与蚀刻停止层103物理性接触，可以在衬底层101和蚀刻停止层103之间设置任何数量的中间层(intervening layers)。如附图1(b)和(c)所示， s2、在第一顶层光阻层123a中形成第一切口图案a，并通过蚀刻将第一切口图案a转移至第一中间光阻层122b。如附图1(d)所示，s3、在所述第一中间光阻层122b上方形成图案化的第二顶层光阻层123b，以覆盖第一中间光阻层122b 的部分区域。如附图1(e)所示，s4、依据图案化的第二顶层光阻层和图案化的第一中间光阻层，在第二中间光阻层形成第二切口图案b。如附图1(f)所示， s5、依据图案化的第二中间光阻层，将第二切口图案b转移至底层光阻层121 中，并在底层光阻层121中形成底层切口。如附图1(g)所示，s6、依据图案化的底层光阻层121对硬掩模层110和目标层100进行蚀刻，以在该目标层100中形成多个接触开口130。
3.现有技术涉及光阻层步骤较多，整个过程中需要至少两层中间光阻层。而且，由于正常芯片基本上都是根据区域用途设计接触开口，接触开口分布疏密不均匀，因此，导致形成接触开口过程所需的光阻层开口分布也不均匀 (即，第一中间光阻层和第二中间光阻层图案化后的切口分布疏密不均匀)。另外，由于一般中间光阻层材质较软，所以容易出现依据图案化的第二中间光阻层形成底层切口时，稀疏区域的底层切口侧壁变形扭曲，导致目标层的蚀刻量增多且接触开口呈锥形轮廓(如附图1(f)和(g)所示)，出现尺寸偏差且大大缩短接触开口与栅极之间的距离，影响半导体器件的使用性能。
4.因此，需要一种能够解决上述问题的方法。


技术实现要素：

5.本技术的主要目的是提出一种半导体器件的制作方法，旨在简化形成接触开口的工艺步骤。
6.为实现上述目的，本技术提出一种半导体器件的制作方法，所述制作方法包括：
7.在目标层的上方依次设置掩模层和光阻层；
8.在所述光阻层中形成多个第一切口，以在所述掩模层中形成多个第一暴露区；
9.通过反应在所述掩模层的多个第一暴露区中形成多个掩模层阻挡区；
10.在所述光阻层中形成多个第二切口，以在所述掩模层中形成多个第二暴露区；
11.根据多个所述掩模层阻挡区和多个所述第二暴露区对所述目标层进行蚀刻，以在所述目标层的栅极区周围形成多个接触开口。
12.在本实施例中，通过先在掩模层中形成多个掩模层阻挡区，然后再在光阻层中形成多个第二切口，以在所述掩模层中形成第二暴露区；接着根据多个所述掩模层阻挡区和多个所述第二暴露区对所述目标层进行蚀刻，以在所述目标层的栅极区周围形成多个接触开口。这样可以大大简化形成接触开口的工艺步骤，提高工艺效率。
13.在一实施例中，所述光阻层包括：依次设置在所述掩模层上的第一顶层光阻层、中间光阻层和底层光阻层，则在所述光阻层中形成多个第一切口包括：
14.在所述第一顶层光阻层设置多个第一切口图案；
15.沿多个所述第一切口图案对所述顶层光阻层、所述中间光阻层和所述底层光阻层进行蚀刻，以在所述中间光阻层和所述底层光阻层中形成多个所述第一切口以及移除所述第一顶层光阻层。
16.在本实施例中，由于光阻层只涉及第一顶层光阻层、中间光阻层和底层光阻层，相比于现有技术的中间光阻层的层数更少。这样可以大大简化形成接触开口的工艺步骤，提高工艺效率。另外，由于没有第二中间光阻层，避免出现在根据图案化的第二中间光阻层形成底层切口时，稀疏区域的底层切口侧壁变形扭曲的问题。
17.在一实施例中，在所述光阻层中形成多个第二切口之前还包括：
18.在多个所述第一切口中填充光阻材料，以在所述中间光阻层上形成第二顶层光阻层。
19.在一实施例中，在所述光阻层中形成多个第二切口包括：
20.在所述第二顶层光阻层上均匀地设置多个第二切口图案；
21.沿多个所述第二切口图案对所述第二顶层光阻层、所述中间光阻层和所述底层光阻层进行蚀刻，以在所述中间光阻层和所述底层光阻层中均匀地形成多个所述第二切口。
22.在本实施例中，通过这样的方式形成均匀地多个第二切口，以在所述掩模层中形成多个第二暴露区，使得在后续根据多个掩模层阻挡区和多个第二暴露区对目标层进行蚀刻，以在目标层的栅极区周围均匀地形成多个接触开口。由于是均匀地形成多个第二切口，因此后续在栅极区周围也能够均匀地形成多个接触开口，从而使得形成的接触开口的侧壁垂直，解决现有技术的接触开口的侧壁呈锥形轮廓导致接触开口与栅极之间的空隙缩短而影响了半导体器件的使用性能的问题。
23.在一实施例中，所述第一切口和第二切口部分交叉重叠。
24.在一实施例中，所述第二切口部分呈长条状。
25.在一实施例中，所述第一切口部分呈岛状。
26.在一实施例中，所述方法还包括：在所述接触开口中填充导电材料。
27.在一实施例中，所述反应包括：化学或物理反应，其中所述化学或物理反应包括碳化反应、氧化反应、氮化反应或掺杂。
28.在一实施例中，所述的反应采用以下至少一种方式：
29.1)所述掩模层采用钨，通过所述碳化反应形成对应碳钨化合物；
30.2)所述掩模层采用钨，通过所述掺杂碳形成钨碳材料；
31.3)所述掩模层采用钛，通过所述氧化反应形成氧化钛；
32.4)所述掩模层采用钛，通过所述氮化反应形成氮化钛；
33.5)所述掩模层采用氮化钛，通过所述氧化反应形成钛氧化合物。
34.在一实施例中，所述目标层包含依次设置的衬底层和介质层，所述接触开口贯穿介质层并延伸至所述衬底层，所述栅极区设置在衬底层上且在所述介质层内。
35.在一实施例中，所述掩模层的材料包括以下的一种或多种：钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、碳化钨、氮化硅、氮化硼、碳化硅。
36.本技术还提供一种半导体器件，所述半导体器件采用上述的制作方法制成。
附图说明
37.为了更清楚地说明本技术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技术的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
38.图1(a)-(g)示出了现有技术半导体器件的制作方法的示意图；
39.图2(a)-(j)示出了本技术实施例半导体器件的制作方法的示意图。
40.附图标号说明：
[0041][0042][0043]
本技术目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0044]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0045]
需要说明，若本技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，
则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示) 下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0046]
另外，若本技术实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
[0047]
在本文中形成接触开口需要进行一些图案化制程，以在半导体器件的目标层100(target layer)中图案化出用来形成导电部件的接触开口。例如，可经由图案化制程形成可连接至半导体器件中金属层的接触开口，例如形成源极/漏极接触件(source/drain contacts)或是栅极接触件(gate contact)的接触开口。根据一些实施例，使用光学刻蚀和一图案化的四层光阻设计可将一图案转移至硬质掩模层。随后，可在目标层的接触开口中填充导电材料以定义出导电部件。一些导电部件可具有精细节距(fine pitch)，或者一些切口可具有精细节距。
[0048]
下面是本技术中具体采用的半导体器件的制作方法。
[0049]
图2(a)-(i)示出了本技术实施例半导体器件的制作方法的示意图。
[0050]
如图2(a)所示，在目标层100的上方依次设置掩模层110和光阻层120。
[0051]
在目标层100上方形成掩模层110(例如：硬质掩模层)。硬质掩模层110 可由包含一金属及/或一类金属的材料所制得。其中，所述金属可以是氮化钛、钛、氮化钽、钽、掺杂金属的碳化物(例如碳化钨)、或其类似物，所述类金属可以是氮化硅、氮化硼、碳化硅、或其类似物。
[0052]
需要理解的是，目标层100可以包括：依次设置的衬底层101、第一介质层102、蚀刻停止层103和第二介质层104。所述衬底层中可以设置有源区域(图中未示出)。在衬底层上方且第一介质层102中设置有栅极区105。衬底层101 与蚀刻停止层103物理性接触，可以在衬底层101和蚀刻停止层103之间设置任何数量的中间层(intervening layers)。这些中间层可包含其他介质层，且这些中间层中可具有接触插塞(contact plugs)、导线、及/或导孔，或者可包含一或多个调节层(例如蚀刻停止层、黏着层等等)、前述的组合、和其类似物。第一介质层102可由一氧化物例如氧化硅、磷硅玻璃(phospho-silicate glass；psg)、硼硅酸玻璃(boro-silicateglass；bsg)、硼磷硅玻璃(boron-dopedphospho-silicate glass；bpsg)、非掺杂的硅玻璃(undoped silicate glass；usg)、四乙氧基硅烷(tetra ethyl ortho silicate；teos)氧化物、或其类似物质而形成。而形成方法例如包含化学气相沉积法(cvd)、流动式化学气相沉积法(fcvd)、旋转涂布、或类似方法。
[0053]
光阻层120可以包括：底层光阻层121、中间光阻层122和第一顶层光阻层123a。
[0054]
如图2(b)所示，在第一顶层光阻层123a上形成多个第一切口图案a，沿该多个第一切口图案对第一顶层光阻层123a进行刻蚀，以将多个第一切口图案a转移到中间光阻层122上，并移除第一顶层光阻层123a。需要说明的是，形成第一切口图案的过程与现有技术的第一切口图案过程类似，但因为第一切口图案主要是为了形成零散的片状/岛状的掩模层阻挡区，其尺寸精密要求不高，因此对后续第二切口的形成没有产生影响。
[0055]
如图2(c)所示，沿该中间光阻层122上的多个第一切口图案对该中间光阻层122和底层光阻层121进行蚀刻，以在该中间光阻层122和底层光阻层121 中形成多个第一切口120a，以在掩模层110中形成多个第一暴露区。
[0056]
如图2(d)所示，通过反应在掩模层110的多个第一暴露区中形成多个掩模层阻挡区111。可以理解的是，该反应可以是化学或物理反应，而所述化学或物理反应包括碳化反应、氧化反应、氮化反应或掺杂。
[0057]
通过反应转化后的掩模层材料须与原掩模层材料具有较高选择比。具体地，碳化反应中掩模层可以采用钨，通过碳化反应形成对应碳钨化合物；氧化反应中掩模层可以采用氮化钛和/或钛，通过氧化转化为氧化钛；氮化反应中掩模层可以采用钛，通过氮化转化为氮化钛；掺杂反应中掩模层可以采用钨中掺杂碳，采用掺杂的方式具有容易可调的优势，比如可以控制80％钨和 20％碳、或90％钨和10％碳等等。优先地，所述掩模层的阻挡区和非阻挡区的材料分别为氧化钛和氮化钛。
[0058]
如图2(e)所示，在多个该第一切口120a内填充光阻材料，以在多个第一切口120a和中间光阻层122上形成第二顶层光阻层123b。
[0059]
如图2(f)所示，在第二顶层光阻层123b中均匀地设置多个第二切口图案 b，沿多个该第二切口图案b对该第二顶层光阻层123b进行蚀刻，以将多个第二切口图案转移到中间光阻层122上。
[0060]
如图2(g)所示，沿中间光阻层122上的多个第二切口图案b对中间光阻层122和底层光阻层121进行蚀刻，在中间光阻层122和底层光阻层121上均匀地形成多个第二切口120b，以在所述掩模层中形成多个第二暴露区，同时移除第二顶层光阻层123b以及多个第一切口120a内填充的光阻材料，此时暴露所述掩模层阻挡区。
[0061]
如图2(h)所示，根据所述多个第二暴露区和掩模层阻挡区对掩模层和第一介质层进行蚀刻。
[0062]
在本技术中，通过在中间光阻层122和底层光阻层121上均匀地形成多个第二切口，以在所述掩模层中形成多个第二暴露区，使得在后续根据多个掩模层阻挡区和多个第二暴露区对掩模层和目标层进行蚀刻，以在目标层中形成多个接触开口。
[0063]
由于掩模层中预先设置掩模层阻挡区，使得掩模层阻挡区中材料与非阻挡区中材料蚀刻速率不一致，导致根据多个第二切口蚀刻掩模层时，掩模层阻挡区不会形成对应的开口，非阻挡区依据多个第二切口形成相应的图案化，以此完成后续导电部件的预设图案。而且，由于在光阻层中形成的切口是均匀分布的，例如：对比图1(e)和图2(f)，因此依据光阻层图案形成掩模层的切口侧壁能够垂直，即形成的接触开口的侧壁垂直，解决现有技术的接触开口的侧壁呈锥形轮廓导致接触开口与栅极之间的空隙缩短而影响了半导体器件的使用性能的问题。
[0064]
如图2(i)所示，沿图案化后的掩模层和第一介电层对所述目标层继续进行蚀刻，以在所述目标层中形成多个接触开口130。
[0065]
如图2(j)所示，在目标层的多个接触开口130内和形成接触开口的器件上方淀积导电材料，并通过平坦化去除掩模层以暴露第一介质层和形成导电部件131。
[0066]
需要理解的是，如附图1(f)和(g)所示，现有技术中光阻层的开口和目标层形成的接触开口130，二者的开口形成的侧壁变形扭曲(例如：锥形)。
[0067]
如附图2(g)-(i)所示，光阻层的开口和目标层形成的接触开口130，二者开口形成的侧壁为垂直直面。
[0068]
本技术提供的技术方案通过先形成多个切口图案(第一切口图案)，再形成线条图案(第二切口图案)，这样使得沿线条图案对掩模层和目标层进行蚀刻时能够使形成的接触开口的侧壁平面垂直，从而避免侧壁变形扭曲。
[0069]
以上所述仅为本技术的可选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是在本技术的申请构思下，利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本技术的专利保护范围内。