CN101399221A - 降低接触电阻的接触窗的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种降低接触电阻的接触窗的制造方法。首先，提供其上已依序形成有保护层及介电层的基底。之后，进行干式蚀刻工艺，以移除部分介电层，而形成暴露部分保护层的开口。接着，进行湿式清洗工艺。然后，进行干式清洗工艺，以移除位于开口底部的保护层。继之，在开口中形成导体层。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体工艺，特别地，涉及一种能够降低接触电阻的接触窗的制造方法。
背景技术
随着半导体工艺技术的快速发展，为了增进元件的速度与效能，整个电路元件的尺寸必须不断缩小，并持续不断地提升元件的集成度(integration)。在要求元件集成度愈来愈高的情况下，还必须考虑元件物理特性上的改变(如元件之间的接触电阻(contact resistance))，以避免元件的操作速度及效能受影响。
以存储器为例，一个存储单元通常是由一个晶体管以及一个电容器所组成。晶体管包括栅极和源极/漏极区。晶体管中的栅极会与相对应的字元线(word line，WL)电连接，而晶体管中的源极则通过接触窗与相对应的位元线(bit line，BL)电连接。
目前，在形成接触窗的开口之后且在开口填入导体层之前，通常会对开口进行清洗步骤，以清除开口底部的杂质或原生氧化层(native oxide)，以达到降低接触电阻的目的。然而，上述方法在工艺中仍然存在有一些问题无法解决，进而影响到元件的效能。
图1A至图1C是已知的接触窗的制造流程剖面示意图。
请参照图1A，提供硅基底100。硅基底100上已形成有栅极结构102，而硅基底100中已形成有源极/漏极区104。接着，在硅基底100上依序形成一层硼磷硅玻璃(boronphosphosilicate glass，BPSG)层106、一层氧化硅层108和一层图案化光致抗蚀剂层110。特别说明的是，为简化图示，故于此省略栅极结构102的详细构造。
请参照图1B，以图案化光致抗蚀剂层110为掩模，进行干式蚀刻工艺，移除暴露出的氧化硅层108、硼磷硅玻璃层106以及部分硅基底100，而形成开口112。之后，利用氧等离子体(oxygen plasma)进行灰化(ashing)步骤，以去除图案化光致抗蚀剂层110。然而，在进行灰化步骤时，硅基底100会与氧气接触，容易在开口112所暴露出的硅基底100表面发生氧化作用而形成一层原生氧化层114。位于开口112底部的原生氧化层114会造成后续形成的接触窗的接触电阻升高，进而对元件效能造成影响。
此外，在去除图案化光致抗蚀剂层110之后，通常会进行湿式清洗工艺，以移除附着于介电层108表面上的微粒、杂质或者任何会妨害元件效能的不洁物。
请参照图1C，利用缓冲氢氟酸(buffer hydrofluoric acid，BHF)溶液进行湿式蚀刻工艺，以去除原生氧化层114。然而，在去除原生氧化层114的同时，也会侵蚀部分硼磷硅玻璃层106、氧化硅层108与硅基底100。特别是，经掺杂的硼磷硅玻璃层106会比未经掺杂的氧化硅层108具有较大的湿式蚀刻选择性，使得开口112的侧壁会发生过度侵蚀而内凹的情况，导致后续预形成的接触窗的关键尺寸(critical dimension，CD)过大。此外，若是开口112底部的硅基底100受到蚀刻液的侵蚀而凹陷，则会严重影响工艺的可靠度以及元件效能。
因此，如何有效地清除原生氧化物并避免关键尺寸被扩大，以确保所形成的接触窗的品质是业界亟欲解决的课题之一。
发明内容
本发明提供一种降低接触电阻的接触窗的制造方法，可以防止原生氧化层的产生以降低接触电阻。
本发明还提供一种降低接触电阻的接触窗的制造方法，能够有助于避免关键尺寸被扩大。
本发明提出一种降低接触电阻的接触窗的制造方法。首先，提供其上已依序形成有保护层及介电层的基底。之后，进行干式蚀刻工艺，以移除部分介电层，而形成暴露部分保护层的开口。接着，进行湿式清洗工艺。然后，进行干式清洗工艺，以移除位于开口底部的保护层。继之，于开口中形成导体层。
在本发明一实施例中，上述干式清洗工艺所使用的气体源例如是氢氟酸(HF)、氨气(NH3)和氩气(Ar)。
在本发明一实施例中，上述在干式清洗工艺中的氢氟酸的流量介于10sccm至100sccm之间。
在本发明一实施例中，上述在干式清洗工艺中的氨气的流量介于10sccm至100sccm之间。
在本发明一实施例中，上述在干式清洗工艺中的氩气的流量介于5sccm至100sccm之间。
在本发明一实施例中，上述湿式清洗工艺所使用的清洗液例如是硫酸和过氧化氢所组成的混合溶液(sulfuric acid hydrogen peroxide mixture，SPM)以及氨水和过氧化氢所组成的混合溶液(ammonia hydrogen peroxide mixture，APM)。
在本发明一实施例中，上述湿式清洗工艺所使用的清洗液例如是经稀释的氢氟酸溶液(dilute hydrofluoric acid，DHF)。
在本发明一实施例中，还包括在保护层与介电层之间形成氮化物层。
在本发明一实施例中，上述介电层的形成方法例如是先在基底上形成第一介电层，接着再于第一介电层上形成第二介电层。
在本发明一实施例中，上述第一介电层的材料例如是硼磷硅玻璃。
在本发明一实施例中，上述第二介电层的材料例如是氧化硅。
在本发明一实施例中，上述保护层的材料例如是氧化硅。
本发明还提出一种降低接触电阻的接触窗的制造方法。首先提供其上已形成有至少一个元件的基底，且基底上已依序形成有保护层、氮化物层及多层介电层以覆盖元件。接着，进行干式蚀刻工艺，以移除部分介电层与氮化物层，而形成暴露部分保护层的开口。之后，进行湿式清洗工艺。继之，进行干式清洗工艺，以移除位于开口底部的保护层。接着，在开口中形成导体层。
在本发明一实施例中，上述干式清洗工艺所使用的气体源例如是氢氟酸、氨气和氩气。
在本发明一实施例中，上述在干式清洗工艺中的氢氟酸的流量介于10sccm至100sccm之间。
在本发明一实施例中，上述在干式清洗工艺中的氨气的流量介于10sccm至100sccm之间。
在本发明一实施例中，上述在干式清洗工艺中的氩气的流量介于5sccm至100sccm之间。
在本发明一实施例中，上述湿式清洗工艺所使用的清洗液例如是硫酸和过氧化氢所组成的混合溶液以及氨水和过氧化氢所组成的混合溶液。
在本发明一实施例中，上述湿式清洗工艺所使用的清洗液例如是经稀释的氢氟酸溶液。
在本发明一实施例中，上述介电层的材料例如是硼磷硅玻璃。
在本发明一实施例中，上述介电层的材料例如是氧化硅。
在本发明一实施例中，上述保护层的材料例如是氧化硅。
本发明的接触窗的制造方法在所形成的开口底部藉由保护层来隔绝基底与氧气接触，可有助于防止原生氧化层的形成。
再者，本发明采用干式清洗工艺来去除开口底部的保护层，因此可以避免介电层和基底被过度侵蚀，并防止关键尺寸被扩大的问题发生。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1A至图1C是已知的接触窗的制造流程剖面示意图；
图2A至图2C是依照本发明一实施例的接触窗的制造流程剖面示意图。
【主要附图标记说明】
100：硅基底
102、220：栅极结构
104：源极/漏极区
106：硼磷硅玻璃层
108：氧化硅层
110、210：图案化光致抗蚀剂层
112、212：开口
114：原生氧化层
200：基底
202：保护层
204：氮化物层
206、208：介电层
214：导体层
220a：浮置栅极
220b：控制栅极
220c：栅间介电层
220d：穿隧介电层
220e：顶盖层
220f：间隙壁
222：掺杂区
具体实施方式
图2A至图2C是依照本发明一实施例的接触窗的制造流程剖面示意图。
请参照图2A，提供基底200，其例如是硅基底。在基底200上已形成有栅极结构220。栅极结构220可以是存在动态随机存取存储器(dynamicrandom access memory，DRAM)中的栅极结构、金属氧化物半导体(metal oxidesemiconductor，MOS)中的栅极结构或其他半导体元件中的栅极结构，本发明不作特别限定。在本实施例中，栅极结构220例如是由浮置栅极220a、控制栅极220b、栅间介电层220c、穿隧介电层220d以及顶盖层220e所构成。浮置栅极220a与控制栅极220b的材料皆例如是经掺杂的多晶硅层，且其形成方法例如是化学气相沉积法。栅间介电层220c的材料例如是氧化硅、氮化硅或两者的组合，且其形成方法例如是化学气相沉积法。穿隧介电层220d的材料例如是氧化硅，且其形成方法例如是热氧化法。顶盖层220e的材料例如是氮化硅，且其形成方法例如是化学气相沉积法。当然，栅极结构220还可以包括间隙壁220f，配置于栅极结构220的两侧。间隙壁220f的材料例如是氧化硅或其他合适的介电材料，且其形成方法例如是化学气相沉积法。
承上所述，在基底200中例如形成有掺杂区222，以作为源极/漏极区。当然，栅极结构220与掺杂区222的配置方式并不局限于上述实施例所述，本领域普通技术人员可视其需求自行调整。
请继续参照图2A，在基底200上依序形成保护层202、氮化物层204、介电层206、介电层208以及图案化光致抗蚀剂层210。保护层202的材料例如是氧化硅，其形成方法例如是以四乙基硅酸盐(tetraethoxysilane，TEOS)为气体源进行化学气相沉积工艺。氮化物层204的材料例如是氮化硅，且其形成方法例如是化学气相沉积法。介电层206的材料例如是硼磷硅玻璃，且其形成方法例如是以四乙基硅酸盐为硅源所进行的化学气相沉积工艺。介电层208的材料例如是氧化硅，且其形成方法例如是以四乙基硅酸盐为气体源进行低压化学气相沉积工艺。图案化光致抗蚀剂层210例如是暴露出后续预形成接触窗的位置。在本实施例中，图案化光致抗蚀剂层210会暴露出位于掺杂区222上方的部分介电层208。图案化光致抗蚀剂层210的形成方法例如是以旋转涂布法(spin coating)在基底200上形成一层光致抗蚀剂材料层(未绘示)，之后再依序进行曝光及显影步骤而形成之。
在此说明的是，由于介电层206的材料掺杂有硼与磷，因此介电层206具有良好的填沟(gap filling)能力，可有助于避免在栅极结构220与其他栅极结构(未绘示)或元件(未绘示)之间产生隙缝或孔洞。
请参照图2B，以图案化光致抗蚀剂层210为掩模，移除部分介电层208、介电层206及氮化物层204，以形成开口212。开口212底部例如暴露出保护层202部分表面。移除部分介电层208、介电层206及氮化物层204的方法例如是干式蚀刻法。在移除介电层208与介电层206时，所使用的等离子体气体源例如是四氟化碳/氧气/氩气(CF4/O2/Ar)的混合气体。而移除氮化物层204所使用的等离子体气体源例如是三氟甲烷(CHF3)或二氟甲烷(CH2F2)。之后，移除图案化光致抗蚀剂层210。移除图案化光致抗蚀剂层210的方法例如是通过灰化步骤。
值得一提的是，在移除图案化光致抗蚀剂层210之后，由于介电层208表面或开口212表面可能残存有微粒或杂质，而这些物质会对后续工艺造成不良影响。因此，接着进行湿式清洗工艺，以去除残留的微粒或杂质，避免后续工艺受影响。在本实施例中，湿式清洗工艺所使用的清洗液例如是硫酸和过氧化氢所组成的混合溶液(SPM)以及氨水和过氧化氢所组成的混合溶液(APM)。此外，湿式清洗工艺也可以使用经稀释的氢氟酸溶液(DHF)作为清洗液。
接着，请参照图2C，进行干式清洗工艺，以移除位于开口212底部的保护层202。在本实施例中，干式清洗工艺是在压力介于10mtorr至150mtorr之间，且温度介于35℃至60℃之间的工艺环境中进行。干式清洗工艺所使用的等离子体气体源例如是氢氟酸/氨气/氩气(HF/NH3/Ar)的混合气体。上述所使用的氢氟酸的流量例如是介于10sccm至100sccm之间，氨气的流量例如是介于10sccm至100sccm之间，氩气的流量例如是介于5sccm至100sccm之间。
此外，在移除部分保护层202之后，还可以选择性地进行退火(annealing)工艺，以降低材料内的缺陷密度并恢复基底200表面的材料结构和电性。退火工艺所使用的温度例如是介于175℃至230℃之间。
请继续参照图2C，在基底200上形成导体层214，且导体层214例如填入开口212中。导体层214的材料例如是掺杂多晶硅、金属(如钨、铜、铝或其合金等)、金属硅化物或其他合适的导体材料，且其形成方法例如是化学气相沉积法或物理气相沉积法。之后，移除部分导体层214，至暴露出介电层208的上表面。至于后续工艺细节应为本领域普通技术人员所周知，故于此不再赘述。
特别说明的是，在上述实施例中，为方便说明，是以在基底200上形成两层介电层(介电层206和介电层208)作为内层介电层为例来进行说明，然而本发明并不限于此。在其他实施例中，本领域技术人员可以视工艺所需，而在基底200上形成多层介电层。
综上所述，本发明的降低接触电阻的接触窗的制造方法藉由在形成开口时，保留保护层，藉此避免基底与氧气接触，可有助于防止原生氧化层的形成。
此外，本发明的方法利用干式清洗工艺来移除位于开口底部的保护层，能够避免介电层与基底被蚀刻液过度侵蚀的问题发生。因此，利用本发明所形成的接触窗会具有较小的接触电阻，并能够使工艺可靠度获得提升。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
Claims (22)
1.一种降低接触电阻的接触窗的制造方法，包括：
提供基底，该基底上已依序形成有保护层及介电层；
进行干式蚀刻工艺，以移除部分该介电层，而形成暴露部分该保护层的开口；
进行湿式清洗工艺；
进行干式清洗工艺，以移除位于该开口底部的该保护层；以及
在该开口中形成导体层。
2.如权利要求1所述的接触窗的制造方法，其中该干式清洗工艺所使用的气体源包括氢氟酸、氨气和氩气。
3.如权利要求2所述的接触窗的制造方法，其中在该干式清洗工艺中的氢氟酸的流量介于10sccm至100sccm之间。
4.如权利要求2所述的接触窗的制造方法，其中在该干式清洗工艺中的氨气的流量介于10sccm至100sccm之间。
5.如权利要求2所述的接触窗的制造方法，其中在该干式清洗工艺中的氩气的流量介于5sccm至100sccm之间。
6.如权利要求1所述的接触窗的制造方法，其中该湿式清洗工艺所使用的清洗液包括硫酸和过氧化氢所组成的混合溶液以及氨水和过氧化氢所组成的混合溶液。
7.如权利要求1所述的接触窗的制造方法，其中该湿式清洗工艺所使用的清洗液包括经稀释的氢氟酸溶液。
8.如权利要求1所述的接触窗的制造方法，还包括在该保护层与该介电层之间形成氮化物层。
9.如权利要求1所述的接触窗的制造方法，其中该介电层的形成方法包括：
在该基底上形成第一介电层；以及
在该第一介电层上形成第二介电层。
10.如权利要求9所述的接触窗的制造方法，其中该第一介电层的材料包括硼磷硅玻璃。
11.如权利要求9所述的接触窗的制造方法，其中该第二介电层的材料包括氧化硅。
12.如权利要求1所述的接触窗的制造方法，其中该保护层的材料包括氧化硅。
13.一种降低接触电阻的接触窗的制造方法，包括：
提供基底，该基底上已形成有至少一元件，且该基底上已依序形成有保护层、氮化物层及多层介电层以覆盖该元件；
进行干式蚀刻工艺，以移除部分所述介电层与该氮化物层，而形成暴露部分该保护层的开口；
进行湿式清洗工艺；
进行干式清洗工艺，以移除位于该开口底部的该保护层；以及
在该开口中形成导体层。
14.如权利要求13所述的接触窗的制造方法，其中该干式清洗工艺所使用的气体源包括氢氟酸、氨气和氩气。
15.如权利要求14所述的接触窗的制造方法，其中在该干式清洗工艺中的氢氟酸的流量介于10sccm至100sccm之间。
16.如权利要求14所述的接触窗的制造方法，其中在该干式清洗工艺中的氨气的流量介于10sccm至100sccm之间。
17.如权利要求14所述的接触窗的制造方法，其中在该干式清洗工艺中的氩气的流量介于5sccm至100sccm之间。
18.如权利要求13所述的接触窗的制造方法，其中该湿式清洗工艺所使用的清洗液包括硫酸和过氧化氢所组成的混合溶液以及氨水和过氧化氢所组成的混合溶液。
19.如权利要求13所述的接触窗的制造方法，其中该湿式清洗工艺所使用的清洗液包括经稀释的氢氟酸溶液。
20.如权利要求13所述的接触窗的制造方法，其中所述介电层的材料包括硼磷硅玻璃。
21.如权利要求13所述的接触窗的制造方法，其中所述介电层的材料包括氧化硅。
22.如权利要求13所述的接触窗的制造方法，其中该保护层的材料包括氧化硅。
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| CNA2007101619729A CN101399221A (zh) | 2007-09-27 | 2007-09-27 | 降低接触电阻的接触窗的制造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102290325A (zh) * | 2010-06-21 | 2011-12-21 | 无锡华润上华半导体有限公司 | 金属硅化物的清洗方法 |
| CN106252215A (zh) * | 2016-09-18 | 2016-12-21 | 上海华力微电子有限公司 | 防止浅层离子注入工艺过程中离子析出的方法 |
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2007
- 2007-09-27 CN CNA2007101619729A patent/CN101399221A/zh active Pending
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