刻蝕含-碳層的方法和制造半導體器件的方法技術

提供一種使用含－Ｓｉ氣體在半導體襯底上刻蝕含－碳層的方法，以及一種制造半導體器件的相關方法，其中通過使用根據本發明專利技術形成的以及具有幾十ｎｍ寬度的含－碳層圖形作為刻蝕掩模，刻蝕層間絕緣層，形成具有優異側壁外形的多個接觸孔。為了刻蝕待用作第二刻蝕掩模的含－碳層，在該含－碳層上形成第一掩模圖形，以部分地露出含－碳層的頂表面。然后使用第一掩模圖形作為第一刻蝕掩模，利用由Ｏ↓［２］和含－Ｓｉ氣體形成的碳－刻蝕混合氣體的等離子各向異性地刻蝕含－碳層，以形成含－碳層圖形。根據本發明專利技術制造的高密度單元陣列區中的相鄰接觸孔明顯地互相分開，即使當相鄰接觸孔之間的間隔小到幾十ｎｍ以下；因此可以防止使用這種接觸孔的相鄰基本單元之間的短路。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種與半導體器件制造結合使用的刻蝕方法，以及涉及使用該刻蝕方法制造半導體器件的方法，更具體涉及一種使用新的刻蝕氣體刻蝕含-碳層的方法以及涉及一種使用該刻蝕方法制造半導體器件的方法。
技術介紹
隨著半導體器件變得更集成以及其特征尺寸相應地減小，在這種半導體器件的厚度增加的同時，半導體器件的水平面積也減小。結果，單元元件的高度和用于電連接單元元件的接觸增加，因此相應接觸孔的高寬比也增加。在用于形成具有這種增加的高寬比的圖形的刻蝕工序中，將被刻蝕的層的厚度更大，以及由于需要使用的光刻膠圖形的高度，基本上沒有刻蝕工序余量。因此，光刻膠層的厚度被減小，以及相對薄的光刻膠層導致大量問題。為了解決與光刻膠圖形被減薄相關的問題，研制了使用非晶碳層(ACL)作為刻蝕掩模的技術(參見美國專利特開公告號2004/0079726A1)，在此將其公開內容引入作為參考。包括用于形成高集成半導體器件的精細圖形(微米或更小的規模)的ACL的刻蝕掩模可以是包括多層結構的刻蝕掩模，其中在襯底上的待刻蝕薄膜上順序地層疊ACL、帽蓋層以及光刻膠層。在此情況下，通過曝光和顯影工序形成光刻膠圖形，以及該圖形被轉移到抗反射層和帽蓋層，因此產生帽蓋層圖形。使用帽蓋層圖形作為第一刻蝕掩模刻蝕ACL，以及由此該帽蓋層圖形被轉移到ACL，因此產生ACL圖形。然后使用由此形成的ACL圖形作為第二刻蝕掩模，用于刻蝕襯底上的待刻蝕薄膜。在待刻蝕的薄膜被刻蝕之后，通過灰化和剝離工序除去ACL圖形的殘留物和刻蝕副產物。具有如上所述的多層結構的刻蝕掩模的ACL包括作為主要成分的碳。由此，通常包括O2、N2或其組合物的刻蝕氣體可以用來刻蝕該ACL。在ACL和光刻膠層之間插入的帽蓋層優選由例如SiON或SiO2的材料形成，該材料對于被用作ACL刻蝕氣體的成分(如O2和N2)具有強烈的抗刻蝕性，也允許低溫淀積。但是，因為半導體器件變得更高度地集成，以及單元元件的寬度相應地減小，光刻膠層的厚度變小，由此，帽蓋層的厚度也變小。當使用較薄的帽蓋層作為第一刻蝕掩模刻蝕ACL時，在刻蝕步驟的繼續過程中，在獲得待用作第二刻蝕掩模的ACL圖形的優異側壁外形中，帽蓋層和ACL層之間的刻蝕選擇率變為關鍵因素。特別，當使用等離子刻蝕ACL時，通過離子濺射帽蓋層，由此附加地降低帽蓋層的抗刻蝕性。在現有技術中，為了增加用作刻蝕ACL的刻蝕掩模的較薄帽蓋層的抗刻蝕性，可以注入碳氟系氣體，以便保護在帽蓋層上層疊的碳系聚合物。但是，由于ACL包括作為主要成分的碳，必須使用包括N2或O2的刻蝕氣體刻蝕碳。由此，當使用也包括碳氟系氣體的刻蝕氣體刻蝕ACL時，在帽蓋層上淀積保護碳系聚合物是困難的，由此獲得ACL相對于帽蓋層的希望刻蝕選擇率是困難的。為了形成精細圖形，例如，超出光刻工藝的普通分辨極限的接觸孔圖形，需要形成接觸孔或其他精細圖形的孔的形狀(如由刻蝕掩模的限定)通常在其底部或下部中要求比頂部或上部更小的臨界尺寸(CD)，頂部或上部是接觸孔的入口。由此，應該優選用傾斜的或錐形的側壁外形形成通過刻蝕ACL獲得的ACL圖形，以相對于孔上部的入口減小孔底部的CD。為了獲得這種傾斜的側壁外形，在通過ACL刻蝕形成的孔側壁上可以淀積用作刻蝕掩模的聚合物。但是，用這種聚合物淀積之后的傾斜側壁外形刻蝕該圖形是困難的。通過本專利技術，完全克服或至少部分地克服現有技術的這些及其他問題或限制。
技術實現思路
本專利技術提供解決與現有技術方法相關的上述問題的辦法。本專利技術提供一種刻蝕含-碳層的方法，特別是ACL，以形成具有傾斜側壁外形的接觸孔，以便孔底部的CD小于孔頂部的CD，該孔的頂部用作孔的入口。通過用含-碳層如ACL的充分刻蝕選擇性，相對于用作刻蝕工序中的刻蝕掩模的帽蓋層，刻蝕含-碳層，獲得這種結構，以獲得希望的精細圖形形成。本專利技術也提供一種制造半導體器件的方法，其中使用用于刻蝕含-碳層的刻蝕掩模形成接觸孔，以實現希望的結果，該含-碳層具有足夠的抗刻蝕性。在該方法中，當根據需要形成具有高的高寬比的接觸孔，以形成用于高度地集成的半導體器件的接觸時，即使當相鄰接觸孔之間的間隔窄至幾十nm以下時，相鄰接觸孔保持小的距離，但是在刻蝕時互相保持明顯的距離，由此防止相鄰接觸之間的短路。根據本專利技術的一個方面，提供一種刻蝕含-碳層的方法，這種方法包括以下步驟在含-碳層上形成掩模圖形，以部分地露出含-碳層的頂表面；以及使用掩模圖形作為第一刻蝕掩模，用包括由O2和含-Si氣體形成的碳-刻蝕混合氣體的等離子各向異性地刻蝕，以形成待用作第二刻蝕掩模的含-碳層圖形。根據本專利技術的另一方面，提供一種用于制造半導體器件的方法，這種方法包括以下步驟在半導體襯底上形成層間絕緣層；在層間絕緣層上形成含-碳層；在含-碳層上形成帽蓋層；使用光刻工序構圖帽蓋層，以形成部分地露出含-碳層的頂表面的帽蓋層圖形；使用帽蓋層圖形作為第一刻蝕掩模，用包括由O2和含-Si氣體形成的碳-刻蝕混合氣體的等離子各向異性地刻蝕含-碳層，以形成含-碳層圖形；以及使用該含-碳層圖形作為第二刻蝕掩模，各向異性地刻蝕層間絕緣層，以通過該層間絕緣層形成接觸孔。含-Si氣體可以選自由SiF4、SiCl4、SiH4、SiClxFy(其中x+y＝4)或其組合物構成的組。當碳-刻蝕混合氣體僅僅主要由O2和含-Si氣體構成時，該碳-刻蝕混合氣體可以由在給定的溫度/壓力下基于碳-刻蝕混合氣體的總體積的約50至95％體積的O2以及相應地約50至5％體積的含-Si氣體形成。但是，在選擇性的專利技術實施例中，碳-刻蝕混合氣體還可以包括選自N2和惰性氣體的至少一種材料。例如，碳-刻蝕混合氣體可以由基于碳-刻蝕混合氣體總體積的20至95％體積的O2、基于碳-刻蝕混合氣體總體積的約50至5％體積的含-Si氣體、相對于碳-刻蝕混合氣體中的O2的體積約0至100體積％的N2以及相對于碳-刻蝕混合氣體中的O2的體積約0至50％體積的惰性氣體形成。在本專利技術實施例中，碳-刻蝕混合氣體中的N2的含量和惰性氣體的含量不同時為零(即，在碳-刻蝕混合氣體中將包括至少一些N2或一些惰性氣體)。根據本專利技術的特定實施例，包括O2和含-Si氣體的碳-刻蝕混合氣體的等離子用來各向異性地刻蝕含-碳層，該含-碳層隨后用作第二刻蝕掩模，以便在帽蓋層圖形上形成Si系聚合物殘渣層(其為刻蝕殘留物)，在刻蝕含-碳層的步驟過程中帽蓋層圖形被用作第一刻蝕掩模。由此，通過Si聚合物殘渣保護帽蓋層圖形，以便相對于含-碳層獲得帽蓋層圖形的充分刻蝕選擇性。此外，可以執行刻蝕，以便通過刻蝕含-碳層獲得的孔在其底部具有比在其頂部更小到CD，該頂部是孔的入口。由此，當根據需要應用于形成具有高的高寬比的接觸孔時，本專利技術是特別有利的，以形成用于高度地集成的半導體器件的接觸。附圖說明通過參考附圖對其優選示例性實施例的詳細描述將使本專利技術的上述及其他特點和優點變得更明顯，其中圖1示意地說明示例性半導體器件的主要部分的布局，其中可有利地應用根據本專利技術實施例的制造半導體器件的方法；圖2A至2D是說明根據本專利技術實施例的制造半導體器件的方法的示意性剖面圖；圖3A和3B分別是說明在根據本專利技術的一個實施例制造半導體器件的方法中使用帽蓋層圖形作為第一刻蝕掩模，刻蝕含-碳層的結果的剖面本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種刻蝕半導體襯底上的含－碳層，以形成含－碳層圖形的方法，該方法包括以下步驟：在含－碳層上形成掩模圖形，以部分地露出含－碳層的頂表面；以及利用包括由Ｏ↓［２］和含－Ｓｉ氣體形成的碳－刻蝕混合氣體的等離子，使用掩模圖形作為刻蝕 掩模，各向異性地刻蝕該含－碳層，以形成含－碳層圖形。

【技術特征摘要】
KR 2005-10-12 10-2005-00961641.一種刻蝕半導體襯底上的含-碳層，以形成含-碳層圖形的方法，該方法包括以下步驟在含-碳層上形成掩模圖形，以部分地露出含-碳層的頂表面；以及利用包括由O2和含-Si氣體形成的碳-刻蝕混合氣體的等離子，使用掩模圖形作為刻蝕掩模，各向異性地刻蝕該含-碳層，以形成含-碳層圖形。2.根據權利要求1的方法，其中含-Si氣體選自由SiF4、SiCl4、SiH4、SiClxFy(其中x+y＝4)以及其組合物構成的組。3.根據權利要求1的方法，其中碳-刻蝕混合氣體主要由基于碳-刻蝕混合氣體的總體積約50至95％體積的O2以及約50至5％體積的含-Si氣體構成。4.根據權利要求1的方法，其中該碳-刻蝕混合氣體還包括選自N2和惰性氣體的至少一種材料。5.根據權利要求4的方法，其中該碳-刻蝕混合氣體主要由基于碳-刻蝕混合氣體的總體積約20至95％體積的O2、基于碳-刻蝕混合氣體的總體積約50至5％體積的含-Si氣體、相對于碳-刻蝕混合氣體中的O2的體積約0至100％體積的N2以及相對于碳-刻蝕混合氣體中的O2體積約0至50％體積的惰性氣體構成，以及其中該碳-刻蝕混合氣體中的N2的含量以及惰性氣體的含量不同時為零。6.根據權利要求4的方法，其中該惰性氣體選自由Ar、He、Xe和Kr構成的組。7.根據權利要求1的方法，其中該碳-刻蝕混合氣體還包括CxFy系氣體。8.根據權利要求7的方法，其中該碳-刻蝕混合氣體包含基于碳-刻蝕混合氣體的總體積小于10％體積的CxFy系氣體。9.根據權利要求1的方法，其中該含-碳層由選自由ACL(非晶碳層)、SiLK、NCP以及AHM構成的組的材料形成。10.根據權利要求1的方法，還包括在形成含-碳層圖形的步驟完成之后，通過使用包括CF4、Cl2或其組合物的氣體的等離子刻蝕工序，除去含-碳層圖形和掩模圖形上的聚合物殘渣的步驟。11.根據權利要求1的方法，其中該掩模圖形由氧化硅、氮氧化硅、Si、SiGe或其組合物形成。12.一種制造半導體器件的方法，該方法包括以下步驟在半導體襯底上形成層間絕緣層；在該層間絕緣層上形成含-碳層；在該含-碳層上形...

【專利技術屬性】
技術研發人員：裵根熙，
申請(專利權)人：三星電子株式會社，
類型：發明
國別省市：KR[韓國]