專利名稱：一種形成接觸孔的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造工藝，特別涉及形成接觸孔的方法。
背景技術：
隨著半導體制造技術越來越精密，集成電路也發(fā)生著重大的變革，使得計算機的 運算性能和存儲容量突飛猛進，并帶動周邊產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。半導體集成電路芯片的工藝制 作利用批量處理技術，在同一硅襯底上形成各種類型的復雜器件，并將其互相連接以具有 完整的電子功能。為了能夠在有限的芯片表面上制作足夠的金屬內(nèi)連線及增加電路的集成 度，目前大多采用多層內(nèi)連線的立體結構方式，以完成各個元器件間的連接，且在導線之間 以介電層來作為隔離各金屬內(nèi)連線的介電材料，以避免各元器件間產(chǎn)生非預期性的導通。 在多重內(nèi)連導線的工藝中，除了需制作各層導線圖案外，更需要借助接觸孔，以作為元器件 與接觸區(qū)與導線之間，或是多層導線之間聯(lián)系的通道。隨著超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，芯片的集成度越來越高，元器件的尺寸越來 越小，因器件的高密度、小尺寸引發(fā)的各種效應對半導體工藝制作的影響也日益突出。以 刻蝕形成接觸孔的工藝制作為例，在同一襯底上制作接觸孔，因具體功能不同，接觸孔的大 小、形狀及分布密度可能會不同，經(jīng)過刻蝕工藝后形成的接觸孔的結果可能會不相同。傳統(tǒng)的形成接觸孔的方法如圖IA至IF所示。如圖IA所示，提供一基底100，包括淺溝槽隔離區(qū)(STI) 101、多個場氧化區(qū)(未示 出)以及預先形成于其中的N阱或P阱(未示出)?；?00表面具有一層柵氧化層102， 柵氧化層102上形成有一層多晶硅層103。進行輕摻雜工藝，形成輕摻雜漏(LDD)區(qū)104A 與 104B。如圖IB所示，在柵氧化層102與多晶硅層103的側壁上沉積并刻蝕形成間隙壁絕 緣層105A與105B，然后在間隙壁絕緣層105A與105B的側壁上分別刻蝕形成間隙壁層106A 與 106B。如圖IC所示，進行離子注入工藝，形成源/漏極107A與107B，并隨后進行退火工 藝，以激活源/漏極107A與107B中的離子。然后在多晶硅層103的頂部及源/漏極107A 與107B區(qū)域形成自對準的金屬硅化物層(未示出)，以進一步改善其接觸電特性。接著，如圖ID所示，在整個結構表面以CVD方式形成一層刻蝕停止層108，該層 一般采用氮化硅材料。然后，在刻蝕停止層108的表面以CVD方式沉積一層層間介質層 (ILD) 109，材料可以選擇為氧化硅。然后，如圖IE所示，在層間介質層109上面涂覆一層光刻膠，進行曝光顯影等工藝 后形成具有圖案的光刻膠層110。接下來，如圖IF所示，采用刻蝕方法依次刻蝕層間介質層109以及刻蝕停止層 108，形成接觸孔111，刻蝕方式可以采用干法刻蝕。然后以灰化的方式去除光刻膠層110。 接著進行后續(xù)的工藝，以完成整個結構的制作。但是傳統(tǒng)的形成接觸孔的過程中會出現(xiàn)等離子體損傷(PID)的問題。這是由于，
3傳統(tǒng)的工藝中形成刻蝕停止層或層間介質層等薄膜層時會使用離子化等離子體氣體，等離 子體氣體對晶圓上的多晶硅層103充電。由于等離子體氣體具有正(+)屬性，因此在形成 接觸孔的工藝中，在多晶硅層103內(nèi)持續(xù)累積正電荷，以吸引負粒子，這些負粒子大多為電 子，在柵氧化層102中被俘獲，或者通過柵氧化層102流入多晶硅層103，而且從已經(jīng)充電的 多晶硅層103通過柵氧化層102向襯底產(chǎn)生放電現(xiàn)象，放電現(xiàn)象損壞了柵氧化層102，從而 導致了半導體特性的改變，上述現(xiàn)象就是通常所說的等離子體損傷效應，如圖2所示。柵氧 化層上產(chǎn)生的等離子體損傷會增大金屬氧化物半導體(MOS)管的漏電，嚴重時會造成MOS 管的報廢。尤其是當IC技術到達65nm節(jié)點以下時，等離子體損傷效應會引起其它各種器 件的損傷，造成器件整體性能下降。因此，需要一種新的方法，能夠形成接觸孔時造成的等離子體損傷問題，以便提高 器件整體的性能，提高半導體器件的良品率。

發(fā)明內(nèi)容
在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式
部分中進 一步詳細說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的 關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。為了解決形成接觸孔時造成的等離子體損傷問題，本發(fā)明提出了一種形成接觸孔 的方法，包括步驟提供一前端器件層；在所述前端器件層的與制作有器件結構層的一側 相對的另一側上形成一層保護層；在所述前端器件層的表面沉積一層接觸刻蝕停止層；在 所述接觸刻蝕停止層的表面形成層間介質層；在所述層間介質層的表面形成具有圖案的光 刻膠層；以所述具有圖案的光刻膠為掩膜，刻蝕所述層間介質層，形成接觸孔。優(yōu)選地，所述保護層的介電常數(shù)不小于3. 5。優(yōu)選地，所述保護層的材料為ABO3的鈣鈦礦型材料，其中A選自鋇、鍶、鉛、鋯、鑭、
鉀、鎂、鈦、鋰、鋁、鉍或其組合，B選自鈦、鈮、鉭或其組合。優(yōu)選地，所述鈣鈦礦型材料選自鈦酸鋇、鈦酸鍶鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛、鋯鈦酸鑭 鉛、鈦酸鑭鋇、鈦酸鋯鋇或其組合。優(yōu)選地，所述保護層的材料為鉿氧化物。優(yōu)選地，所述保護層的材料為HfO2。優(yōu)選地，所述保護層的厚度為30 100埃。優(yōu)選地，形成所述保護層的方法為四(乙基甲基氨基)鉿和氧氣作為源氣體，所述 四(乙基甲基氨基)鉿的流速為100 200SCCm，所述氧氣的流速為0 20SCCm，工藝溫度 為330 370攝氏度。根據(jù)本發(fā)明，能夠形成接觸孔時造成的等離子體損傷問題，提高器件整體的性能， 提高半導體器件的良品率。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā) 明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，圖IA至圖IF是傳統(tǒng)的形成接觸孔的半導體器件的剖面結構示意圖2是半導體器件遭受等離子體損傷示意圖；圖3A至3E是根據(jù)本發(fā)明一個方面的實施例的的形成接觸孔的半導體器件的剖面 結構示意圖；圖4是制作根據(jù)本發(fā)明一個方面的實施例的的形成接觸孔的半導體器件工藝流 程圖。
具體實施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然 而，對于本領域技術人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以 實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進 行描述。為了徹底了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的步驟，以便說明本發(fā)明是如 何采用一層高k材料層來解決在形成接觸孔的時候造成的等離子體損傷的問題。顯然，本 發(fā)明的施行并不限定于半導體領域的技術人員所熟習的特殊細節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳 細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。為了克服傳統(tǒng)的形成接觸孔時造成的等離子體損傷的問題，本發(fā)明提出在晶圓的 背面沉積一層高k(介電常數(shù))材料層來解決這個問題，這里k 一般不小于3.5。參照圖3A 至圖3E，示出根據(jù)本發(fā)明一個方面的實施例的各個步驟的剖視圖。如圖3A所示，提供一前端器件層380，該前端器件層380包括前序工藝中所形成 的器件結構層，例如首先提供一提供基底300，包括淺溝槽隔離區(qū)(STI)301、多個場氧化區(qū) (未示出)以及預先形成于其中的N阱或P阱(未示出)?；?00上具有一層柵氧化層 302，可以選擇為利用氧化工藝在氧蒸氣環(huán)境中溫度約在800 1000攝氏度下形成柵氧化 層302。柵氧化層302上形成有多晶硅層303，形成多晶硅層303的方式可以采用化學氣相 沉積(CVD)法。柵氧化層302與多晶硅層303的側壁上沉積并刻蝕形成有間隙壁絕緣層 305A與305B，材料可以是但不限于氮化硅。在間隙壁絕緣層305A與305B的側壁上分別刻 蝕形成有間隙壁層306A與306B，材料可以是但不限于氮化硅。離子注入工藝形成的源/漏 極307A與307B。在多晶硅層303的頂部及源/漏極307A與307B區(qū)域形成自對準的金屬 硅化物層(未示出)等結構。如圖:3B所示，在前端器件層380的制作有器件結構層的一側相對的另一側上沉積 一層保護層370，材料可以選擇為高k材料，沉積方式可以通過化學氣相沉積(CVD)或原子 層沉積(ALD)等方式。高k材料的材料可以是但不限于ABO3W鈣鈦礦型材料，其中A和B 為具有不同大小的金屬陽離子。僅出于實例的目的，A為鋇、鍶、鉛、鋯、鑭、鉀、鎂、鈦、鋰、鋁、 鉍或其組合，B為鈦、鈮、鉭或其組合。鈣鈦礦型材料可以是鈦酸鹽，例如鈦酸鋇、ST0、鈦酸鍶 鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛、鋯鈦酸鑭鉛、鈦酸鑭鋇、鈦酸鋯鋇或其組合。高k材料層還可以選用 鉿氧化物，例如，本實施例中采用原子層沉積方式，以四(乙基甲基氨基)鉿和氧氣作為源 氣體，在330 370攝氏度，優(yōu)選為350攝氏度下，沉積形成厚度為30 100埃的Hf02。其 中，四(乙基甲基氨基)鉿(TEMAH，tetrakis(ethylmthylamino)-hafnium)的流速為 100 200sccm，氧氣的流速為0 20sccm，sccm是標準狀態(tài)下，也就是1個大氣壓、25攝氏度下 每分鐘1立方厘米(lml/min)的流量。保護層還可以是具有絕緣作用的材料，例如二氧化
5硅或氮化硅等。如圖3C所示，在前端器件層380的制作器件結構層的一側，即前端器件層380的 表面沉積一層接觸刻蝕停止層308，該層一般采用氮化硅材料。然后，在接觸刻蝕停止層 308的表面以CVD方式沉積一層層間介質層309，材料可以是但不限于氧化硅或者含磷的氧 化物。該層采用絕緣材料，用來隔離器件與金屬。如圖3D所示，在層間介質層309的表面涂敷一層光刻膠，通過曝光顯影等工藝后 形成具有圖案的光刻膠層310。如圖3E所示，以具有圖案的光刻膠310為掩膜，刻蝕層間介質層309，形成接觸孔 311，刻蝕方式可以選擇為干刻蝕法。然后進行灰化工藝，去除光刻膠層310。接著進行后續(xù) 的工藝，完成整個半導體器件的工藝制作。在前端器件層300的背面形成的保護層370所采用的材料是絕緣的，盡管柵氧化 層302仍存儲有電荷，但由于保護層370的存在不能構成回路，因此不能形成電流，這樣就 避免了形成接觸孔的過程中出現(xiàn)的等離子體損傷的問題。圖4的流程圖示出了制作根據(jù)本發(fā)明實施例的采用改進工藝制作半導體器件工 藝流程圖。在步驟401中，提供一前端器件層。在步驟402中，在前端器件層的背面沉積一 層保護層。在步驟403中，在前端器件層的表面沉積一層接觸刻蝕停止層。在步驟404中， 在接觸刻蝕停止層的表面沉積一層層間介質層。在步驟405中，在層間介質層的表面涂敷 一層光刻膠，通過曝光顯影等工藝后形成具有圖案的光刻膠層。在步驟406中，以具有圖案 的光刻膠層為掩膜，刻蝕層間介質層，形成接觸孔。在步驟407中，以灰化工藝去除光刻膠 層。根據(jù)如上所述的實施例制造的在晶圓背面形成有保護層以避免形成接觸孔時 造成的等離子體損傷的半導體器件可應用于多種集成電路(IC)中。根據(jù)本發(fā)明的IC 例如是存儲器電路，如隨機存取存儲器(RAM)、動態(tài)RAM(DRAM)、同步DRAM (SDRAM)、靜態(tài) RAM(SRAM)、或只讀存儲器(ROM)等等。根據(jù)本發(fā)明的IC還可以是邏輯器件，如可編程邏輯 陣列(PLA)、專用集成電路(ASIC)、合并式DRAM邏輯集成電路(掩埋式DRAM)或任意其他 電路器件。根據(jù)本發(fā)明的IC芯片可用于例如用戶電子產(chǎn)品，如個人計算機、便攜式計算機、 游戲機、蜂窩式電話、個人數(shù)字助理、攝像機、數(shù)碼相機、手機等各種電子產(chǎn)品中，尤其是射 頻產(chǎn)品中。本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于 舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內(nèi)。此外本領域技術人 員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導還可以做出更多種的 變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍由 附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。
權利要求
1.一種形成接觸孔的方法，包括步驟提供一前端器件層；在所述前端器件層的與制作有器件結構層的一側相對的另一側上形成一層保護層；在所述前端器件層的表面沉積一層接觸刻蝕停止層；在所述接觸刻蝕停止層的表面形成層間介質層；在所述層間介質層的表面形成具有圖案的光刻膠層；以所述具有圖案的光刻膠為掩膜，刻蝕所述層間介質層，形成接觸孔。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述保護層的介電常數(shù)不小于3.5。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述保護層的材料為ABO3的鈣鈦礦型材料， 其中A選自鋇、鍶、鉛、鋯、鑭、鉀、鎂、鈦、鋰、鋁、鉍或其組合，B選自鈦、鈮、鉭或其組合。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述鈣鈦礦型材料選自鈦酸鋇、鈦酸鍶鋇、 鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛、鋯鈦酸鑭鉛、鈦酸鑭鋇、鈦酸鋯鋇或其組合。
5.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述保護層的材料為鉿氧化物。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述保護層的材料為Hf02。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述保護層的厚度為30 100埃。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，形成所述保護層的方法為四(乙基甲基氨 基)鉿和氧氣作為源氣體，所述四(乙基甲基氨基)鉿的流速為100 200sCCm，所述氧氣 的流速為0 20SCCm，工藝溫度為330 370攝氏度。
9.一種包含通過如權利要求1所述的方法制造的半導體器件的集成電路，其中所述集 成電路選自隨機存取存儲器、動態(tài)隨機存取存儲器、同步隨機存取存儲器、靜態(tài)隨機存取存 儲器、只讀存儲器、可編程邏輯陣列、專用集成電路、掩埋式DRAM和射頻電路。
10.一種包含通過如權利要求1所述的方法制造的半導體器件的電子設備，其中所述 電子設備個人計算機、便攜式計算機、游戲機、蜂窩式電話、個人數(shù)字助理、攝像機和數(shù)碼相 機。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種形成接觸孔的方法，包括步驟提供一前端器件層；在所述前端器件層的與制作有器件結構層的一側相對的另一側上形成一層保護層；在所述前端器件層的表面沉積一層接觸刻蝕停止層；在所述接觸刻蝕停止層的表面形成層間介質層；在所述層間介質層的表面形成具有圖案的光刻膠層；以所述具有圖案的光刻膠為掩膜，刻蝕所述層間介質層，形成接觸孔。
文檔編號H01L27/105GK102148189SQ20101011051
公開日2011年8月10日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權日2010年2月9日
發(fā)明者張海洋, 符雅麗, 韓寶東 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司