專利名稱：用于半導(dǎo)體器件的arc層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及一種半導(dǎo)體器件，更具體地涉及用于半導(dǎo)體器件的抗反射涂層(ARC)。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件的制造中，采用抗反射涂層(ARC)。例如，可以在光刻工藝中采用ARC層，用于降低從下層結(jié)構(gòu)(例如，晶體管的柵極層)不希望的反射進入位于ARC層之上的光刻膠層。
可以采用富硅材料(例如，富硅的氮化硅)來作為ARC材料。采用富硅材料用于ARC層的一個問題是硅可能與下層材料(例如，在位于ARC層之下的金屬層中的金屬)反應(yīng)，從而在ARC層和金屬層之間形成不希望的硅化物層。在腐蝕工藝期間，這種不希望的硅化物層會產(chǎn)生一個問題，其中硅化物層會作為腐蝕停止層并阻止柵極疊層的完全腐蝕。
富硅ARC層的另一個問題是ARC層的硅會“浸害”(poison)光刻膠層并阻止光刻膠材料的完全去除。
對于半導(dǎo)體器件的制造，所需要的是一種改進的ARC層。


通過參照附圖，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將更好地理解本發(fā)明，并且本發(fā)明的許多目的、特征和優(yōu)點將會變得明顯。
圖1是在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造期間的一個階段的半導(dǎo)體器件的一個實施例的局部剖面圖。
圖2是在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造期間的另一個階段的半導(dǎo)體器件的一個實施例的局部剖面圖。
圖3是在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造期間的另一個階段的半導(dǎo)體器件的一個實施例的局部剖面圖。
圖4是在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造期間的另一個階段的半導(dǎo)體器件的一個實施例的局部剖面圖。
圖5是在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造期間的另一個階段的半導(dǎo)體器件的一個實施例的局部剖面圖。
圖6是示出了用于形成根據(jù)本發(fā)明的ARC層的詳細工藝的一個實施例的圖。
圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的ARC層的硅百分比的分布圖。
除非另外指出，在不同附圖中使用相同的參考符號表示相同元件。
具體實施例方式
下文提出用于實施本發(fā)明的方式的詳細描述。希望說明書是本發(fā)明的說明性的而不應(yīng)當(dāng)是限制性的。
圖1至5是展示根據(jù)本發(fā)明的用于采用ARC層來制造半導(dǎo)體器件的方法的一個實施例的局部剖面圖，該ARC層具有橫跨ARC層厚度而改變的硅百分比。
圖1是在半導(dǎo)體晶片101的制造的一個階段的半導(dǎo)體晶片101的剖面圖。晶片101包括半導(dǎo)體襯底103和位于襯底103之上的介質(zhì)層105。在一個實施例中，采用介質(zhì)層105用于形成晶體管的柵極介質(zhì)，介質(zhì)層105可以由例如氧化硅、氮氧化硅、金屬氧化物、金屬氧化硅、金屬硅酸鹽或金屬鋁酸鹽形成。在襯底103中，可以設(shè)置其它常規(guī)結(jié)構(gòu)，例如P阱、N阱或淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)等(圖1中未示出)。
金屬層107位于柵極介質(zhì)層105之上?？梢酝ㄟ^化學(xué)氣相淀積(CVD)、物理氣相淀積(PVD)、原子層淀積(ALD)或其它常規(guī)方法來形成金屬層107。可用于金屬層107的材料實例包括氮化鈦(TiN)、氮化硅鉭(TaSiN)、銥(Ir)、氧化銥(IrO2)、釕(Ru)以及氧化釕、鎢(W)、氮化鎢(WN)和氮化硅鈦(TiSiN)。在一個實施例中，使用金屬層107，用于形成晶體管的柵極。在一些實施例中，金屬層107可以包括不同材料的多層。
參照圖2，在金屬層107上形成ARC層201。例如，可以通過CVD、低壓CVD(LPCVD)、等離子體增強CVD(PECVD)或ALD工藝，在單晶片淀積室(未示出)或多晶片批次爐(未示出)的任何一種中形成ARC層201。在一個實施例中，層201包括氮和硅，通過在淀積室或淀積爐中將金屬層107暴露于含氮氣體(例如，氨氣(NH3)、氧化氮(N2O)、一氧化氮(NO)、氮氣)和含硅氣體(例如，硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、丙硅烷(Si3H8)、三氯硅烷(SiH2Cl3)和四氟化硅(SiF4))，在CVD工藝下淀積層201。ARC層201可以包括硅、氮氧化硅、金屬氮化硅或金屬氮氧化硅。
在一個實施例中，層201中的硅百分比隨著層201的厚度而從層201底部處的較低硅百分比改變?yōu)閷?01中間部分處的較高硅百分比，且在層201頂部處又變回到較低硅百分比。在一個實施例中，在淀積工藝期間，通過降低或增加含氮氣體的氣體流速，獲得硅百分比的這種變化。在其他實施例中，層201的硅百分比從層201底部處的較低百分比改變?yōu)閷?01頂部處的較高百分比。
提供一種在ARC層201底部處具有低硅百分比的ARC層，就可以有利于降低或消除在金屬層107/ARC層201界面處形成的不希望的硅化物。在一個實施例中，用于形成層201底部的材料中的硅百分比是使得所有硅能夠形成中性分子化合物。因此，顯著減少了可在金屬層107/ARC層201界面處形成不希望硅化物的硅數(shù)量。在一個實施例中，ARC層201材料是氮化硅，層201的底部部分是整比(stoichiometric)氮化硅(Si3N4)。在其它實施例中，層201的底部部分的氮濃度至少為整比氮化硅的氮濃度。
在一個實施例中，ARC層201的中間部分處的材料是富硅氮化硅。增加ARC層的底部部分之上的一部分處的硅百分比，就能夠增加ARC層的底部部分之上的該部分處的抗反射特性。因此，提供具有在其底部處的較低硅百分比和在底部之上的部分處的較高硅百分比的ARC層，就能夠提供一種在金屬層/ARC層界面處不會形成不希望硅化物的ARC層、并且還具有優(yōu)良的抗反射特性。
圖6是示出了用于形成根據(jù)本發(fā)明的ARC層201的一個實施例的詳細工藝圖。在圖6的實施例中，通過CVD工藝，從含有硅和氮的氣體中形成ARC層201，該含有硅和氮的氣體反應(yīng)形成硅氮化合物。圖6的圖例示出了在淀積層201期間含氮氣體的氣體流速與含硅氣體的氣體流速之比(圖6中標記為“氮/硅比”)。水平軸表示在淀積工藝期間用于形成層201的淀積時間。
在圖6的實施例中，在開始淀積時間(T0)處，含氮氣體與含硅氣體之比為它的最高比值(A)。此時淀積的部分層201為富氮的且含有相對低的硅百分比。在一個實施例中，氮/硅比為5∶1。在T1處，將氮/硅比降低為比值B。此時淀積的層201的部分就會比在T0和T1之間淀積的層201的部分具有更高的硅百分比。從比值A(chǔ)到比值B的氮/硅比中的斜率表示對于特定的淀積室或淀積爐的氣體流速變化的非瞬時特性。在T2處，氮/硅比降低為比值C。此時淀積的層201的部分就會比在T1和T2之間淀積的層201的部分具有更高的硅百分比。在T3處，氮/硅比降低為比值D。此時淀積的層201的部分就會比在T2和T3之間淀積的層201的部分具有更高的硅百分比。在T4處，氮/硅比降低為比值E。此時淀積的層201的部分就會比在T3和T4之間淀積的層201的部分具有更高的硅百分比。
在圖6的實施例中，在T5之后增加氮/硅比，以便對于層201頂部提供降低的硅百分比分布。在T5處，氮/硅比增加為比值D。此時淀積的層201的部分就會比在T4和T5之間淀積的層201的部分具有更低的硅百分比。在T6處，氮/硅比增加為比值C。此時淀積的層201的部分就會比在T5和T6之間淀積的層201的部分具有更低的硅百分比。在T7處，氮/硅比增加為比值B。此時淀積的層201的部分就會比在T6和T7之間淀積的層201的部分具有更低的硅百分比。在T8處，氮/硅比增加為比值A(chǔ)。此時淀積的層201的部分就會比在T7和T8之間淀積的層201的部分具有更低的硅百分比。
在一個實施例中，對于淀積具有厚度200、在單晶片淀積室中通過CVD在鎢金屬層上形成的小于3.00反射系數(shù)的ARC層，此處含氮氣體為氨氣(NH3)且含硅氣體為硅烷，如圖6中所示，給出了以下氮/硅比和淀積時間的值A(chǔ)＝5∶1，B＝4∶1，C＝3∶1，D＝2∶1，E＝1∶1；T1＝2秒，T2＝2秒，T3＝3秒，T4＝3秒，T5＝3秒，T6＝3秒，T7＝2秒，T8＝2秒，以及T9＝2秒。
在示出的實施例中，用于從T0-T4(硅增加周期的一部分)淀積層20 1的部分的氮/硅比(A、B、C和D)與用于從T5-T9(硅降低周期)淀積層201的部分的氮/硅比(D、C、B和A)相同。在其它實施例中，在硅增加周期期間使用的氮/硅比不同于在硅降低周期期間使用的氮/硅比。例如，用于淀積層201的頂部的氮/硅比就可以不同于用于淀積層201的底部的氮/硅比。在其它實施例中，可以使氣體比梯階(step)的數(shù)量更大，這樣它包括更多的氮/硅比梯階(例如，A、B、C、D、E、F和G)，或者更少(例如，A和B)。而且，在硅增加周期期間與硅降低周期期間，氣體比梯階的數(shù)量可以不同。例如，淀積工藝可以包括A、B、C、D、E、D、A的比值順序。同樣，利用其它實施例，還可以在不同實施例中改變將每一種氣體比提供到反應(yīng)室或反應(yīng)爐的時間(例如，從T4到T5)。在其它實施例中，ARC層的頂部分也可以不包括硅降低部分。
對于上述在圖6中詳細說明而給出的實例，層201的反射系數(shù)(n)在248nm波長下為2.44?？梢酝ㄟ^改變氮/硅比和層201的厚度，改變層201的反射系數(shù)。通過增加從T4到T5的時間就可以增加反射系數(shù)，或者通過增加從T0到T1和T8到T9的時間就可以減少反射系數(shù)。
仍然在其它實施例中，可以構(gòu)成淀積設(shè)備，以便連續(xù)降低或增加氮/硅比(例如，以致使圖6的圖表現(xiàn)為“V”或“U”)。
圖7是示出了根據(jù)圖6中提出的詳細工藝形成的ARC層的硅百分比的分布圖。如圖7中所示，硅百分比在ARC層201的底部和ARC層201的頂部處為最低，并且硅百分比在ARC層201的中間705部分為最高，在周期T4-T5期間淀積中間705部分(參見圖6)。通過不同工藝形成的ARC層會具有不同的硅百分比分布。
在其它實施例中，可以改變ARC層材料中的其它物質(zhì)，以便增加或降低ARC層中的硅百分比。例如，在氮氧化硅ARC中，在淀積期間就可以按照如圖6中所示的相同方式、相對于改變含氮氣體與含硅氣體之比來改變含氧氣體與含硅氣體之比。因此，就可以橫跨ARC層的厚度增加或降低相對于氧(并且相對于氧和氮)的硅百分比。在形成ARC層的底部部分中降低硅與氧之比(同時氮含量保持恒定)也會減少在ARC層/金屬層界面處形成硅化物。在其它實施例中，在淀積工藝期間，含氧氣體和含氮氣體的數(shù)量可以同時降低或增加，以便橫跨ARC層的厚度相對于硅反應(yīng)物(氧和氮)改變硅百分比。
圖3示出了在晶片101的制造期間在另一階段的晶片101。在形成ARC層201之后，在ARC層201之上形成光刻膠層301。在這些實施例中，在ARC層201的頂部處降低硅百分比，在頂部處相對低的硅百分比阻止了在ARC層201的頂部部分中的硅與光刻膠層301發(fā)生反應(yīng)(浸害)。
圖4示出了在已經(jīng)構(gòu)圖光刻膠層301以便形成圖形(未示出)并且根據(jù)該圖形已經(jīng)腐蝕ARC層201和金屬層107以便形成柵極疊層403之后的晶片101的剖面圖。
圖5示出了在去除了ARC層201的其余部分(例如，通過干法腐蝕或濕法腐蝕)且形成了晶體管的源極503、漏極507和側(cè)壁509之后的晶片101的剖面圖。進一步通過未示出或說明的其它常規(guī)步驟來處理晶片101。
在其它實施例中，可以采用根據(jù)本發(fā)明的ARC層來形成其它結(jié)構(gòu)，例如互連線或其它導(dǎo)電金屬結(jié)構(gòu)。例如，可以在用于形成互連結(jié)構(gòu)的金屬層之上形成ARC層。在這些實施例的一些實施例中，在構(gòu)圖和腐蝕期間不去除ARC層的一部分，并且保留以作為最終形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一部分。
在本發(fā)明的一個方面，半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底和在襯底之上的金屬層。半導(dǎo)體器件還包括在金屬層上的抗反射涂層(ARC)，具有與金屬層相鄰的底部部分和中間部分，其中中間部分具有比底部部分更高的硅百分比。
在本發(fā)明的另一個方面，半導(dǎo)體器件的制造方法包括在半導(dǎo)體襯底之上形成金屬層，以及通過包括如下步驟的方法在金屬層之上淀積ARC層按照氮與硅的第一比值在金屬層之上使含氮氣體與含硅氣體混合。在金屬層之上淀積ARC層的方法還包括在按照第一比值進行混合之后，按照氮與硅的第二比值在金屬層之上使含氮氣體與含硅氣體混合。第一比值大于第二比值。
在本發(fā)明的另一個方面，半導(dǎo)體器件的制造方法包括在半導(dǎo)體襯底之上形成金屬層，以及通過包括如下步驟的方法在金屬層之上淀積ARC層形成具有硅與硅反應(yīng)物的第一比值的ARC層的第一部分。硅反應(yīng)物由氧和氮的至少一種組成。淀積ARC層的方法還包括在形成第一部分之后，形成具有硅與硅反應(yīng)物的第二比值的ARC層的第二部分。第二比值大于第一比值。
在本發(fā)明的另一個方面，半導(dǎo)體器件的制造方法包括在半導(dǎo)體襯底之上形成金屬層，通過包括如下步驟的方法在金屬層之上淀積ARC層形成具有第一硅百分比的ARC層的第一部分。淀積ARC層的方法還包括在形成第一部分之后，形成具有第二硅百分比的ARC層的第二部分。第二硅百分比大于第一硅百分比。
雖然已經(jīng)展示并描述了本發(fā)明的具體實施例，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，在不脫離本發(fā)明的范圍和它的更廣泛的方面，根據(jù)在此的教導(dǎo)，可以進行進一步的變化和修改，因此所附的權(quán)利要求將包含所有這些變化和修改的范圍并落入本發(fā)明的實質(zhì)精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其包括半導(dǎo)體襯底；在所述襯底之上的金屬層；以及在所述金屬層之上的抗反射涂層(ARC)，具有與所述金屬層相鄰的底部部分和中間部分，其中所述中間部分具有比所述底部部分更高的硅百分比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括在所述ARC層之上的光刻膠層，其中所述ARC層還包括與所述光刻膠層相鄰的頂部分，其中所述中間部分具有比所述頂部分更高的硅百分比。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中所述中間部分包括富硅的氮化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中所述頂部分和所述底部部分包括富氮的氮化硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中所述ARC層還包括在所述中間部分和所述頂部分之間的層間頂部分，其中所述層間頂部分具有在所述頂部分和所述中間部分的硅百分比之間的硅百分比。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中所述ARC層包括硅和氮，其中所述頂部分的硅百分比不大于整比氮化硅的硅百分比。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述ARC層包括硅和氮。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述ARC層還包括在所述中間部分和所述底部部分之間的層間底部部分，其中所述層間底部部分具有在所述底部部分和所述中間部分的硅百分比之間的硅百分比。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述ARC層包括氮化硅。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述底部部分的硅百分比不大于整比氮化硅的硅百分比。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述金屬層包括選自氮化鈦、氮化硅鉭、銥、氧化銥、釕、氧化釕、鎢、氮化鎢和氮化硅鈦的金屬。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述金屬層包括氮化鈦。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述ARC層包括選自氮化硅、氮氧化硅、金屬氮化硅、金屬氮氧化硅的材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括在所述ARC層之上的光刻膠層。
15.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其包括在半導(dǎo)體襯底之上形成金屬層；以及通過如下方法在所述金屬層之上淀積ARC層，包括按照氮與硅的第一比值在所述金屬層之上使含氮氣體與含硅氣體進行混合；以及在按照所述第一比值進行混合之后，按照氮與硅的第二比值在所述金屬層之上使所述含氮氣體與所述含硅氣體進行混合，其中所述第一比值大于所述第二比值。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中淀積所述ARC層還包括在按照所述第二比值進行混合之后，按照氮與硅的第三比值在所述金屬層之上使所述含氮氣體與所述含硅氣體進行混合，其中所述第三比值大于所述第二比值。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中形成所述ARC層還包括在按照所述第一比值進行混合之后并且在按照所述第二比值進行混合之前，按照氮與硅的第四比值在所述金屬層之上使所述含氮氣體與所述含硅氣體進行混合，其中所述第四比值小于所述第一比值且大于所述第二比值；以及在按照所述第二比值進行混合之后并且在按照所述第三比值進行混合之前，按照氮與硅的第五比值在所述金屬層之上使所述含氮氣體與所述含硅氣體進行混合，其中所述第五比值小于所述第三比值且大于所述第二比值。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中混合的所述含氮氣體與所述含硅氣體在所述金屬層之上形成氮化硅。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中按照所述第一比值混合的所述含氮氣體與所述含硅氣體形成如下氮濃度的氮化硅，所述氮濃度至少為整比氮化硅的氮濃度。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述含硅氣體包括硅烷。
21.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述含氮氣體包括氨氣。
22.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述含硅氣體包括選自硅烷、乙硅烷和二氯硅烷、丙硅烷、三氯硅烷以及四氟硅烷的氣體。
23.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述含氮氣體包括選自氨氣、氮氣、氧化氮和一氧化氮的氣體。
24.一種半導(dǎo)體器件的形成方法，其包括在半導(dǎo)體襯底之上形成金屬層；通過如下方法在所述金屬層之上淀積ARC層，包括形成具有硅與硅反應(yīng)物的第一比值的所述ARC層的第一部分，其中所述硅反應(yīng)物由氧和氮中的至少一種組成；以及在形成所述第一部分之后，形成具有硅與硅反應(yīng)物的第二比值的所述ARC層的第二部分，其中所述第二比值大于所述第一比值。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，還包括在所述ARC層之上淀積光刻膠層；構(gòu)圖所述光刻膠層，在所述光刻膠層中形成圖形。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，還包括根據(jù)所述圖形來腐蝕所述ARC層和所述金屬層，以便保留晶體管的柵極疊層；以及形成所述晶體管的源極和漏極。
27.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中形成所述ARC層還包括在形成所述第二部分之后，形成具有硅與硅反應(yīng)物的第三比值的所述ARC層的第三部分，其中所述第二比值大于所述第三比值。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中形成所述ARC層還包括在形成所述第一部分之后并且在形成所述第二部分之前，形成具有硅與硅反應(yīng)物的第四比值的所述ARC層的第四部分，其中所述第四比值大于所述第一比值且小于所述第二比值；以及在形成所述第二部分之后并且在形成所述第三部分之前，形成具有硅與硅反應(yīng)物的第五比值的所述ARC層的第五部分，其中所述第五比值大于所述第三比值且小于所述第二比值。
29.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述ARC層包括氮化硅。
30.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述ARC層包括選自氮化硅、氮氧化硅、金屬氮化硅和金屬氮氧化硅的材料。
31.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其包括在半導(dǎo)體襯底之上形成金屬層；通過如下方法在所述金屬層之上淀積ARC層，包括形成具有第一硅百分比的所述ARC層的第一部分；以及在形成所述第一部分之后，形成具有第二硅百分比的所述ARC層的第二部分，其中所述第二硅百分比大于所述第一硅百分比。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中淀積所述ARC層還包括在形成所述第二部分之后，形成具有第三硅百分比的所述ARC層的第三部分，其中所述第二硅百分比大于所述第三百分比。
全文摘要
一種在半導(dǎo)體器件的制造中使用的抗反射涂層(ARC)(201)。ARC層具有一個底部部分，該底部部分具有比位于其上的ARC層部分更低的硅百分比。在金屬層(107)上形成ARC層，其中ARC層的更低硅百分比阻止了在金屬層/ARC層界面處形成不希望的硅化物。在一些實施例中，ARC層的頂部部分具有比ARC層的中間部分更低的硅百分比，其中在頂部部分處更低的硅百分比阻止了在ARC層上破壞光刻膠層。在一個實施例中，在淀積工藝期間，通過降低或增加含氮氣體流速相對于含硅氣體流速的比值，能夠增加或降低硅的百分比。
文檔編號H01L21/027GK1765019SQ200480003133
公開日2006年4月26日 申請日期2004年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月29日
發(fā)明者奧盧邦米·O·阿德, 唐納·O·阿魯古 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司