一種形成接觸孔的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種形成接觸孔的方法，涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法包括：步驟S101:提供前端器件，所述前端器件包括半導(dǎo)體襯底、柵極、有源區(qū)、接觸孔刻蝕阻擋層及層間介電層；步驟S102：對(duì)層間介電層進(jìn)行刻蝕形成層間介電層的開口；步驟S103:對(duì)前端器件進(jìn)行濕法清洗；步驟S104：采用氬滅射法對(duì)前端器件進(jìn)行處理，形成接觸孔刻蝕阻擋層的開口并去除柵極表面的氧化物層，其中接觸孔刻蝕阻擋層的開口與層間介電層的開口構(gòu)成接觸孔。該方法由于在采用氬滅射法對(duì)前端器件處理前在擬形成接觸孔的位置保留至少一部分接觸孔刻蝕阻擋層，在采用氬滅射法對(duì)前端器件處理以去除金屬柵極表面氧化物層時(shí)不會(huì)對(duì)半導(dǎo)體襯底造成不當(dāng)刻蝕，可以避免漏電流。
【專利說明】一種形成接觸孔的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言涉及一種形成接觸孔的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】中，半導(dǎo)體集成電路的制造是極其復(fù)雜的過程，目的在于將特 定電路所需的電子組件和線路，縮小制作在小面積的晶片上。其中，各個(gè)組件必須通過適當(dāng) 的內(nèi)連導(dǎo)線來進(jìn)行電連接，才能發(fā)揮所期望的功能。
[0003] 由于集成電路的制造向超大規(guī)模集成電路發(fā)展，其內(nèi)部的電路密度越來越大，隨 著芯片中所含元件數(shù)量的不斷增加，實(shí)際上就減少了表面連線的可用空間。這一問題的解 決方法是采用多層金屬導(dǎo)線設(shè)計(jì)，利用多層絕緣層和導(dǎo)電層相互疊加的多層連接，這其中 就需要制作大量的接觸孔。比如，現(xiàn)有的M0S晶體管工藝中，需要在有源區(qū)(源極和漏極)以 及柵極(包括多晶硅柵極、金屬柵極等)上形成接觸孔。為改善導(dǎo)通性能，現(xiàn)有技術(shù)中一般在 有源區(qū)以及柵極的表面形成金屬硅化物，刻蝕接觸孔時(shí)，應(yīng)避免對(duì)金屬硅化物以及半導(dǎo)體 襯底(材料主要是硅）等造成影響。
[0004] 共享接觸孔（share contact)是接觸孔的一種，因該接觸孔同時(shí)作為兩個(gè)以上部 件(例如柵極和源極或柵極和漏極）共用的接觸孔而得名。在現(xiàn)有技術(shù)中，在形成共享接觸 孔時(shí)，如果造成柵極側(cè)壁下方的半導(dǎo)體襯底被不當(dāng)刻蝕（即，造成硅損失)，將導(dǎo)致器件產(chǎn)生 嚴(yán)重的漏電流問題。
[0005] 在應(yīng)用高k金屬柵極技術(shù)的半導(dǎo)體器件制程中，金屬柵極很容易在空氣中氧化而 在其上表面形成一層氧化物層（一般為氧化鋁)。由于該氧化層導(dǎo)電性很差，因此在形成接 觸孔時(shí)，必須去除金屬柵頂端由于自氧化而形成的氧化物層，以防止該氧化物層導(dǎo)致接觸 孔斷開。在現(xiàn)有技術(shù)中，通常在形成貫穿層間介電層和接觸孔刻蝕阻擋層的共享接觸孔之 后，采用氬濺射法去除金屬柵頂端由于自氧化而形成的氧化物層，在這一過程中往往導(dǎo)致 半導(dǎo)體襯底位于形成的共享接觸孔底部的部分會(huì)被不當(dāng)刻蝕，并且很容易導(dǎo)致半導(dǎo)體襯底 位于柵極側(cè)壁下方的部分被不當(dāng)刻蝕（即造成位于柵極側(cè)壁下方的硅損失)，這就造成了半 導(dǎo)體器件會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的漏電流問題。
[0006] 在應(yīng)用高k金屬柵極技術(shù)的半導(dǎo)體器件制程中，現(xiàn)有技術(shù)中常用的形成接觸孔的 方法，如圖1A所示，一般包括如下步驟：
[0007] 步驟E1、提供前端器件，所述前端器件包括半導(dǎo)體襯底、位于所述半導(dǎo)體襯底上的 金屬柵極和有源區(qū)、以及覆蓋所述金屬柵極和所述有源區(qū)的接觸孔刻蝕阻擋層（CESL)和位 于所述接觸孔刻蝕阻擋層之上的層間介電層（ILD)。
[0008] 其中，有源區(qū)包括源極和漏極。接觸孔刻蝕阻擋層一般為氮化物（即氮化硅)，層間 介電層一般為氧化物（即氧化硅)。
[0009] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，除了上述各部件外，前端器件通常還可以包括柵絕 緣層、柵極側(cè)壁、淺溝槽隔離（STI)、金屬硅化物(如NiSi)、鍺硅層等。
[0010] 步驟E2、對(duì)層間介電層進(jìn)行刻蝕，在所述層間介電層中擬形成接觸孔的位置形成 開口，其中，所述開口貫穿所述層間介電層。
[0011] 其中，擬形成接觸孔的位置，可以為柵極上方、可以為源極或漏極上方(擬形成的 為普通接觸孔)，也可為柵極和源極(或漏極）共同的上方(擬形成的為共享接觸孔)。下面， 均以擬形成的接觸孔為共享接觸孔為例進(jìn)行說明。
[0012] 示例性的，步驟E2包括如下步驟：
[0013] 步驟E21 :對(duì)所述層間介電層進(jìn)行刻蝕(一般采用高速率刻蝕)，形成層間介電層的 開口的第一部分。其中，開口的第一部分具體而言指開口的上部分，此時(shí)開口并未貫穿層間 介電層。
[0014] 其中，在步驟E21中，可以不需要考慮層間介電層(一般為氧化物)與其下方的接觸 孔刻蝕阻擋層(一般為氮化物）的刻蝕選擇比，而使用可以對(duì)ILD (氧化物)進(jìn)行高速率刻蝕 的刻蝕條件。
[0015] 步驟E22 :繼續(xù)對(duì)所述層間介電層進(jìn)行刻蝕處理，形成層間介電層的開口的第二 部分。其中，層間介電層的開口的第一部分和第二部分共同構(gòu)成層間介電層的開口，所述開 口貫穿所述層間介電層。
[0016] 其中，在繼續(xù)刻蝕處理時(shí)，需要采用對(duì)層間介電層(一般為氧化物）與接觸孔刻蝕 阻擋層(一般為氮化物）具有較高的刻蝕選擇比的刻蝕條件(例如，選擇對(duì)ILD與CESL具有 高的刻蝕選擇比的刻蝕液等)。
[0017] 步驟E3、對(duì)接觸孔刻蝕阻擋層進(jìn)行刻蝕，在所述層間介電層的開口的下方形成貫 穿所述接觸孔刻蝕阻擋層的開口（即，形成了接觸孔刻蝕阻擋層的開口）。其中，所述接觸孔 刻蝕阻擋層的開口和所述層間介電層的開口共同構(gòu)成了接觸孔。
[0018] 示例性的，步驟E3包括如下步驟：
[0019] 步驟E31 :對(duì)所述接觸孔刻蝕阻擋層進(jìn)行刻蝕(一般采用高速率刻蝕)，形成觸孔刻 蝕阻擋層的開口的第一部分。其中，開口的第一部分具體而言指開口的上部分，此時(shí)開口并 未貫穿觸孔刻蝕阻擋層。
[0020] 其中，步驟E31中可以不需要考慮觸孔刻蝕阻擋層(一般為氮化物）與其下方的半 導(dǎo)體襯底(一般為硅）及有源區(qū)(例如金屬硅化物）的刻蝕選擇比，而使用可以對(duì)觸孔刻蝕阻 擋層進(jìn)行高速率刻蝕的刻蝕條件。
[0021] 步驟E32 :繼續(xù)對(duì)觸孔刻蝕阻擋層進(jìn)行刻蝕處理，形成觸孔刻蝕阻擋層的開口的 第二部分。其中，觸孔刻蝕阻擋層的開口的第一部分和第二部分共同構(gòu)成觸孔刻蝕阻擋層 的開口，所述觸孔刻蝕阻擋層的開口貫穿所述層間介電層。
[0022] 其中，在繼續(xù)刻蝕處理時(shí)，需要采用對(duì)觸孔刻蝕阻擋層(一般為氮化物）與半導(dǎo)體 襯底及有源區(qū)具有較高的刻蝕選擇比的刻蝕條件(例如，選擇具有高的刻蝕選擇比的刻蝕 液等)。
[0023] 步驟E4、對(duì)所述接觸孔進(jìn)行濕法清洗（wet clean)。
[0024] 其中，通過濕法清洗可以去除之前刻蝕過程(例如，刻蝕形成層間介電層的開口以 及接觸孔刻蝕阻擋層的開口的過程）中產(chǎn)生的聚合物(主要是含氟聚合物)。
[0025] 步驟E5、采用氬濺射法（Ar Sputtering)對(duì)金屬柵極進(jìn)行處理，以去除所述金屬柵 極表面由于自氧化而形成的氧化物層。
[0026] 在高k金屬柵極技術(shù)中，金屬柵極很容易在空氣中氧化而在其上表面形成一層氧 化物層(一般為氧化鋁)。由于該氧化層的導(dǎo)電性很差，因此在形成接觸孔時(shí)，必須去除該金 屬柵極表面的由于自氧化而形成的氧化物層，以防止該氧化物層導(dǎo)致接觸孔斷開。通過采 用氬濺射法（Ar Sputtering)對(duì)金屬柵極進(jìn)行處理，可以去除金屬柵極表面由于自氧化而 形成的氧化物層。然而，在采用氬濺射法（Ar Sputtering)對(duì)金屬柵極進(jìn)行處理的過程中， 由于接觸孔位置處的接觸孔刻蝕阻擋層已經(jīng)完全被去除，往往很容易導(dǎo)致半導(dǎo)體襯底位于 形成的共享接觸孔底部的部分被不當(dāng)刻蝕，并且很容易導(dǎo)致半導(dǎo)體襯底位于柵極側(cè)壁下方 的部分被不當(dāng)刻蝕（即造成位于柵極側(cè)壁下方的硅損失)，這就造成了半導(dǎo)體器件會(huì)產(chǎn)生嚴(yán) 重的漏電流問題。這一問題，嚴(yán)重地影響了最終制得的半導(dǎo)體器件的性能。
[0027] 其中，圖1B示出了利用現(xiàn)有技術(shù)中上述形成接觸孔的方法形成的接觸孔結(jié)構(gòu)的 示意圖。該接觸孔結(jié)構(gòu)形成于前端器件之上，該前端器件包括：半導(dǎo)體襯底1〇〇、位于半導(dǎo) 體襯底100上的金屬柵極101、柵極側(cè)壁102、有源區(qū)103、接觸孔刻蝕阻擋層（CESL) 104以 及位于接觸孔刻蝕阻擋層104之上的層間介電層（ILD) 105,還包括形成的位于金屬柵極 101和有源區(qū)103之上的接觸孔(具體地，為共享接觸孔）106。顯然，在形成接觸孔結(jié)構(gòu)之 后，半導(dǎo)體襯底位于形成的共享接觸孔106底部的部分以及位于柵極側(cè)壁102下方的部分 均在一定程度上被不當(dāng)刻蝕，如圖1B中1001所示。這往往會(huì)造成半導(dǎo)體器件產(chǎn)生嚴(yán)重的 漏電流問題，將嚴(yán)重影響最終制得的半導(dǎo)體器件的性能。
[0028] 因此，有必要提出一種新的形成接觸孔的方法，以提高半導(dǎo)體器件的性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0029] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種形成接觸孔的方法，包括：
[0030] 步驟S101 :提供前端器件，所述前端器件包括半導(dǎo)體襯底、位于所述半導(dǎo)體襯底 上的柵極和有源區(qū)、覆蓋所述柵極與所述有源區(qū)的接觸孔刻蝕阻擋層、以及位于所述接觸 孔刻蝕阻擋層之上的層間介電層；
[0031] 步驟S102 :對(duì)所述層間介電層進(jìn)行刻蝕，在擬形成接觸孔的位置形成層間介電層 的開口，所述層間介電層的開口貫穿所述層間介電層；
[0032] 步驟S103 :對(duì)所述前端器件進(jìn)行濕法清洗；
[0033] 步驟S104 :采用氬濺射法對(duì)所述前端器件進(jìn)行處理，以在層間介電層的開口下方 形成接觸孔刻蝕阻擋層的開口并去除所述柵極表面由于自氧化而形成的氧化物層，其中， 所述接觸孔刻蝕阻擋層的開口貫穿接所述觸孔刻蝕阻擋層并與所述層間介電層的開口共 同構(gòu)成所述接觸孔。
[0034] 其中，在所述步驟S102與所述步驟S103之間還包括如下步驟：
[0035] 對(duì)所述接觸孔刻蝕阻擋層進(jìn)行刻蝕，去除所述接觸孔刻蝕阻擋層位于所述層間介 電層的開口下方的部分的一部分。
[0036] 其中，在所述對(duì)所述接觸孔刻蝕阻擋層進(jìn)行刻蝕的步驟之后、所述步驟S103之前 還包括如下步驟：
[0037] 對(duì)所述前端器件進(jìn)行刻蝕后處理，以去除刻蝕過程中產(chǎn)生的聚合物。
[0038] 其中，所述對(duì)所述前端器件進(jìn)行刻蝕后處理，所采用的方法包括：采用氮?dú)饣虻獨(dú)?和氫氣的混合氣體對(duì)所述前端器件進(jìn)行吹掃。
[0039] 其中，在所述步驟S102與所述步驟S103之間還包括如下步驟：
[0040] 對(duì)所述前端器件進(jìn)行刻蝕后處理，以去除刻蝕過程中產(chǎn)生的聚合物。
[0041] 其中，所述對(duì)所述前端器件進(jìn)行刻蝕后處理，所采用的方法包括：采用氮?dú)夂鸵谎?化碳對(duì)所述前端器件進(jìn)行處理。
[0042] 其中，所述前端器件采用高k金屬柵極技術(shù)制得。
[0043] 其中，所述氧化物層為氧化鋁。
[0044] 其中，所述接觸孔為共享接觸孔。
[0045] 其中，所述有源區(qū)采用嵌入式鍺硅工藝形成，作為所述有源區(qū)的鍺硅層的頂端高 于所述半導(dǎo)體襯底

【權(quán)利要求】
1. 一種形成接觸孔的方法，其特征在于，所述方法包括： 步驟S101 :提供前端器件，所述前端器件包括半導(dǎo)體襯底、位于所述半導(dǎo)體襯底上的 柵極和有源區(qū)、覆蓋所述柵極與所述有源區(qū)的接觸孔刻蝕阻擋層、以及位于所述接觸孔刻 蝕阻擋層之上的層間介電層； 步驟S102 :對(duì)所述層間介電層進(jìn)行刻蝕，在擬形成接觸孔的位置形成層間介電層的開 口，所述層間介電層的開口貫穿所述層間介電層； 步驟S103 :對(duì)所述前端器件進(jìn)行濕法清洗； 步驟S104 :采用氬濺射法對(duì)所述前端器件進(jìn)行處理，以在層間介電層的開口下方形成 接觸孔刻蝕阻擋層的開口并去除所述柵極表面由于自氧化而形成的氧化物層，其中，所述 接觸孔刻蝕阻擋層的開口貫穿接所述觸孔刻蝕阻擋層并與所述層間介電層的開口共同構(gòu) 成所述接觸孔。
2. 如權(quán)利要求1所述的形成接觸孔的方法，其特征在于，在所述步驟S102與所述步驟 S103之間還包括如下步驟： 對(duì)所述接觸孔刻蝕阻擋層進(jìn)行刻蝕，去除所述接觸孔刻蝕阻擋層位于所述層間介電層 的開口下方的部分的一部分。
3. 如權(quán)利要求2所述的形成接觸孔的方法，其特征在于，在所述對(duì)所述接觸孔刻蝕阻 擋層進(jìn)行刻蝕的步驟之后、所述步驟S103之前還包括如下步驟 ： 對(duì)所述前端器件進(jìn)行刻蝕后處理，以去除刻蝕過程中產(chǎn)生的聚合物。
4. 如權(quán)利要求3所述的形成接觸孔的方法，其特征在于，所述對(duì)所述前端器件進(jìn)行刻 蝕后處理，所采用的方法包括：采用氮?dú)饣虻獨(dú)夂蜌錃獾幕旌蠚怏w對(duì)所述前端器件進(jìn)行吹 掃。
5. 如權(quán)利要求1所述的形成接觸孔的方法，其特征在于，在所述步驟S102與所述步驟 S103之間還包括如下步驟： 對(duì)所述前端器件進(jìn)行刻蝕后處理，以去除刻蝕過程中產(chǎn)生的聚合物。
6. 如權(quán)利要求5所述的形成接觸孔的方法，其特征在于，所述對(duì)所述前端器件進(jìn)行刻 蝕后處理，所采用的方法包括：采用氮?dú)夂鸵谎趸紝?duì)所述前端器件進(jìn)行處理。
7. 如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的形成接觸孔的方法，其特征在于，所述前端器件采用 高k金屬柵極技術(shù)制得。
8. 如權(quán)利要求7所述的形成接觸孔的方法，其特征在于，所述氧化物層為氧化鋁。
9. 如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的形成接觸孔的方法，其特征在于，所述接觸孔為共享 接觸孔。
10. 如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的形成接觸孔的方法，其特征在于，所述有源區(qū)采用 嵌入式鍺硅工藝形成，作為所述有源區(qū)的鍺硅層的頂端高于所述半導(dǎo)體襯底50人·40〇Λ。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK104217990SQ201310220139
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月4日
【發(fā)明者】張海洋, 王新鵬, 黃敬勇 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司