CN108630527A - 一种接触孔的清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种接触孔的清洗方法以及形成半导体器件接触的方法，通过采用先干后湿的清洗工艺来彻底清除接触孔中的残留氧化物和/或自然氧化物，且不损伤接触孔底部和造成接触孔形貌的改变，因此，金属插塞与接触区之间的接触性能较好，所述半导体器件具有较低的接触电阻。

Description

一种接触孔的清洗方法

技术领域

本发明涉及半导体工艺技术领域，更具体地，涉及一种接触孔的清洗方法。

背景技术

对于半导体器件而言，接触电阻占了互连电阻的很大比重，因此，降低接触电阻至关重要。通常，在半导体制造工艺过程中，在接触孔蚀刻完成后，孔底可能会有氧化物的残留，或者在工艺等待过程中，还未来得及被填充的孔底可能会被氧化而产生自然氧化物，这些氧化物会对后续的接触孔的填充工艺造成不利影响，最终造成接触电阻偏大或不稳定。

因此，在蚀刻形成接触孔后，需要对接触孔进行清洗，以去除接触孔中的残留氧化物或自然氧化物。现有技术中，对半导体器件，如Si半导体器件的接触孔的清洗通常如图1所示，其采用干法清洗，主要是用溅镀的氩离子轰击接触孔底部的氧化物。然而，在实际工艺中，Si半导体上的介质层ILD较厚，而接触孔的宽度又需较窄，这会使得形成在介质层ILD中而与Si衬底半导体相接触的接触孔A的深宽比较大，这种情况下，若仍采用干法清洗来清洗接触孔A底部的氧化物B，接触孔A底部可能清洗的不彻底，仍然会存在少量残留氧化物B，如图2所示。

对于深宽比较大的接触孔的清洗，也不宜直接用湿法清洗代替干法清洗，因为湿法清洗具有各向同性特性，清洗的时间过长会造成接触孔的形貌的改变，从而对半导体器件造成不利影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种接触孔的清洗方法以及形成半导体器件接触的方法，通过采用先干后湿的清洗工艺来彻底清除接触孔中的残留氧化物和/或自然氧化物，且不损伤接触孔底部和造成接触孔形貌的改变。

一种接触孔的清洗方法，包括：

采用干法清洗工艺去除所述接触孔中的待去除物的一部分，

在所述干法清洗工艺结束后，采用湿法清洗工艺去除所述接触孔中的待去除物的剩余部分。

优选地，采用所述干法清洗工艺去除的这一部分待去除物为所述待去除物的第一部分，所述第一部分的厚度为第一厚度，

采用所述湿法清洗工艺去除的这一部分待去除物为所述待去除物的第二部分，所述第二部分的厚度为第二厚度，

所述第一厚度大于所述第二厚度。

优选地，所述接触孔的深宽比越大，所述第一厚度与第二厚度之间的比例越小。

优选地，所述的清洗方法所述第一部分与第二部分沿所述接触孔深度方向堆叠构成所述待去除物。

优选地，所述第一厚度为所述第二厚度的2至6倍。

优选地，在所述湿法清洗工艺过程中，所采用的清洗剂的浓度越高，所述湿法清洗工艺所持续的时间越短。

优选地，所述湿法清洗工艺持续的时间控制为不超过45s。

优选地，所述干法清洗工艺的步骤包括：以预定的轰击力度，采用离子轰击的方式轰击所述接触孔的底部，以去除部分所述待去除物，且不损伤所述接触孔的底部。

优选地，所述待去除物为氧化物，所述氧化物包括所述接触孔的形貌形成后残留在所述接触孔内的残留氧化物和/或在工艺等待中自然生长的自然氧化物。

一种形成半导体器件接触的方法，包括：

在具有接触区的半导体衬底上形成层间介质层，

蚀刻所述层间介质层，以形成贯穿所述层间介质层的接触孔，所述接触孔暴露所述接触区，

采用上述任意一所述的清洗方法清洗所述接触孔，

在所述接触孔中填充金属材料，以形成与所述接触区接触的金属插塞。

优选地，在所述接触孔中填充金属材料形成所述金属插塞之前，

在所述接触孔中注入与所述接触区的掺杂类型相同的掺杂剂，以增加所述接触区表面的掺杂浓度。

由上可见，本发明提供了一种接触孔的清洗方法以及形成半导体器件接触的方法，通过采用先干后湿的清洗工艺来彻底清除接触孔中的残留氧化物和/或自然氧化物，且不损伤接触孔底部和造成接触孔形貌的改变，因此，金属插塞与接触区之间的接触性能较好，所述半导体器件具有较低的接触电阻。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为接触孔的形貌完成后接触孔中存在需要被去除的待去除物的结构示意图；

图2为采用干法清洗工艺清洗接触孔后的结构示意图；

图3为依据本发明实施例提供的接触孔清洗方法的工艺流程图；

图4为采用先干法后湿法清洗的工艺清洗接触孔后的结构示意图；

图5为依据本发明实施例提供的形成半导体器件接触的方法的工艺流程图；

图6为依据本发明形成半导体器件接触的方法形成的半导体器件接触的结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的组成部分采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的结构。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如每个组成部分的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

图3为依据本发明实施例提供的一种接触孔的清洗方法的流程图，如图所示，所述的清洗方法主要包括以下步骤：

步骤S31：采用干法清洗工艺去除所述接触孔中的待去除物的一部分。

在步骤S31中，所述的干法清洗工艺主要是采用离子轰击的方式，以一定的轰击力度轰击如图1所述的接触孔A的底部，这样便可以去除接触孔A中的待去除物(如图1中的B所示)的一大部分，例如待去除物的总厚度为h，且则采用所述干法清洗工艺去除的这一部分的待去除物为总的待去除物的第一部分，待去除物的第一部分的厚度为h1，那么经过所述干法清洗后，待去除物的厚度还剩h2，该厚度为h2的剩余部分的如图2中的B所示，且该厚度为h2的剩余待去除物为总的待去除物的第二部分，即第一部分的待去除物和第二部分的待去除物沿接触孔A深度方向的堆叠体即图1中总的待去除物B，厚度h大致为厚度h1与厚度h2的和。为了使后续的湿法清洗工艺过程中，清洗液不改变接触孔A的形貌，厚度h1需要大于厚度h2，然而厚度h1与厚度h2之间的比值并非越大越好，其还需要根据接触孔A的深宽比的大小来决定，如图1所示，所述深宽比是指接触孔A的深度d与宽度w的比值。所述深宽比越大，厚度h1与厚度h2的比值需要设置得越小。例如当深宽比为第一比值时，若待去除物B的总厚度h大致为那么可以采用所述干法清洗工艺去除大致左右后的待去除物，还剩下大约左右的待去除物在后续的湿法清洗工艺中被去除，则厚度h1大致为厚度h2的四倍。而当所述深宽比为大于第一比值的第二比值时，若待去除物的总厚度h仍大致为那么可以采用所述干法清洗工艺去除大致左右后的待去除物，还剩下大约左右的待去除物在后续的湿法清洗工艺中被去除，则厚度h1大致为厚度h2的3倍。在不同的实施例中，随着深宽比的不同，厚度h1大致可以设置为h2的2至6倍可以获得较好的效果。

具体的，可以采用惰性离子如Ar(氩)离子轰击接触孔A的底部，且轰击的过程中，需要采用预定的轰击力度，该预定的轰击力度为不会导致接触孔底部损伤，且在不损伤接触孔底部的情况下，所述预定的轰击力度越大越好。

所述的待去除物B在本实施例中为氧化物，该氧化物包括所述接触孔的形貌形成后残留在所述接触孔内的残留氧化物或在工艺等待中自然生长的自然氧化物，再或者是既包所述残留氧化物又包括所述自然氧化物。

步骤S32：在所述干法清洗工艺结束后，采用湿法清洗工艺去除所述接触孔中的待去除物的剩余部分。

在步骤S32中去除的所述剩余部分即上述厚度为h2的待去除物的第二部分。当接触孔的深宽比较大时，单独采用干法清洗工艺在不损伤接触孔底部的情况下，是难以将全部的待去除物清洗干净的，因此本发明实施例中在干法清洗的基础上结合湿法清洗工艺来去除所有的待去除物。然而，湿法清洗工艺具有各向同性特性，若清洗的时间过长，一般会造成接触孔垂直形貌的改变，因而采用湿法清洗工艺去除的待去除物的第二部分的厚度h2却不能太厚，其一般不超过待去除物厚度的40％，正如上所述的，使得厚度h1为厚度h2的2至6倍最好，这样可以将湿法清洗工艺的持续时间控制为不超过45s，从而在将所有的待去除物全部清洗干净的基础上，如图4所示，既能保证干法清洗工艺过程中不会损伤接触孔底部，又能保证湿法清洗工艺过程中不会引起接触孔的垂直形貌的改变。

例如，当所述待去除物的总厚度为的话，可以使厚度h1大致为则需要通过湿法清洗工艺去除的待去除物的第二部分的厚度h2大致为可以采用一定稀释比例的氢氟酸或缓冲氧化物刻蚀剂(BOE)来去除剩余的的待去除物。厚度h2在接触孔的深宽比增加时，可以相应的适当增大，但是前提是需要保证去除待去除物的湿法清洗时间不能超过45s，否则很可能会引起接触孔形貌的改变。因此接触孔的深宽比越大时，厚度h2也可以设置得越大，但是不能超过预定的最大厚度，该预定的最大厚度为所述湿法清洗工艺能够在45内清除的厚度。其中，在所述湿法清洗工艺过程中，所采用的清洗剂的浓度越高，所述湿法清洗工艺所持续的时间越短，例如采用100∶1的稀释的氢氟酸来去除的待去除物，大致需要30s，氢氟酸的浓度增加时，需要的湿法清洗时间要小于30s，反之大于30s，但是一般不会超过45s。

由上可见，本发明提供的接触孔的清洗方法，采用先干后湿的清洗方法，可以确保接触孔中的待去除物被全部清洗干净，同时进一步通过控制调整干法清洗和湿法清洗分别去除的待去除物的第一部分的厚度和第二部分的厚度之间的比例，以确保将待去除物全部清洗干净的基础上，既能保证干法清洗工艺过程中不会损伤接触孔底部，又能保证湿法清洗工艺过程中不会引起接触孔的垂直形貌的改变。

此外，本发明还提供了一种形成半导体器件接触的方法，所述接触方法的一个实施例的工艺流程图如图5所示，根据该形成接触方法形成的半导体器件的结构如图6所示。下面结合图5和图6具体来阐述依据本发明提供的形成半导体器件接触的方法。

所述形成半导体器件的接触方法主要包括以下步骤：

步骤S51：在具有接触区的半导体衬底上形成层间介质层。

所述半导体衬底例如硅衬底Si，衬底Si的表面形成有至少一个接触区(图6中未标记)，所述接触区可以包括N型掺杂接触区和/或P型掺杂接触区。所述层间介质层ILD通常为SiO2。

步骤S52：蚀刻所述层间介质层，以形成贯穿所述层间介质层的接触孔，所述接触孔暴露所述接触区。

在层间介质层ILD上设置掩模(如光刻胶)，所述掩模暴露层间介质层ILD与所述接触区对应的位置，由经被掩模暴露的层间介质层ILD处开始蚀刻，蚀刻停止于衬底Si表面的所述接触区处，以形成接触孔A，此后，还需要去除接触孔A中的聚合物，以形成接触孔A的基本形貌。

步骤S53：采用先干法清洗后湿法清洗的清洗方法清洗所述接触孔。

在蚀刻形成接触孔A，且进一步去除接触孔A中的聚合物后，接触孔的形貌已经形成，然而接触孔底部可能会残留部分残留氧化物和/或在工艺等待过程中形成的自然氧化物，因此在进行接触孔的填充前，需要对接触孔进行清洗，以去除这些氧化物，步骤S53中所述的清洗方法可以为依据本发明提供的接触孔的清洗方法中任意一实施例所述的清洗方法。

步骤S54：在所述接触孔中填充金属材料，以形成与所述接触区接触的金属插塞。

在接触孔A清洗干净后，最好需要无延时的在接触孔中填充金属材料，否则在延时的过程中又可能会在接触孔A的底部形成自然氧化物，从而影响了金属插塞W与所述接触区的接触性能。

为了降低金属插塞W与所述接触区之间的接触电阻，在步骤S53和步骤S54之间，还可以在所述接触孔中注入与所述接触区的掺杂类型相同的掺杂剂，以增加所述接触区表面的掺杂浓度。

由上可见，在依据本发明提供的半导体器件接触的方法中，由于采用先干后湿的清洗工艺来彻底清除接触孔中的残留氧化物和/或自然氧化物，且不损伤接触孔底部和造成接触孔形貌的改变，因此，金属插塞与接触区之间的接触性能较好，使得所述半导体器件具有较低的接触电阻。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (11)

1.一种接触孔的清洗方法，包括：

采用干法清洗工艺去除所述接触孔中的待去除物的一部分，

在所述干法清洗工艺结束后，采用湿法清洗工艺去除所述接触孔中的待去除物的剩余部分。

2.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，

采用所述干法清洗工艺去除的这一部分待去除物为所述待去除物的第一部分，所述第一部分的厚度为第一厚度，

采用所述湿法清洗工艺去除的这一部分待去除物为所述待去除物的第二部分，所述第二部分的厚度为第二厚度，

所述第一厚度大于所述第二厚度。

3.根据权利要求2所述的清洗方法，其特征在于，所述接触孔的深宽比越大，所述第一厚度与第二厚度之间的比例越小。

4.根据权利要求2所述的清洗方法，其特征在于，所述第一部分与第二部分沿所述接触孔深度方向堆叠构成所述待去除物。

5.根据权利要求2所述的清洗方法，其特征在于，所述第一厚度为所述第二厚度的2至6倍。

6.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在所述湿法清洗工艺过程中，所采用的清洗剂的浓度越高，所述湿法清洗工艺所持续的时间越短。

7.根据权利要求6所述的清洗方法，其特征在于，所述湿法清洗工艺持续的时间控制为不超过45s。

8.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，所述干法清洗工艺的步骤包括：以预定的轰击力度，采用离子轰击的方式轰击所述接触孔的底部，以去除部分所述待去除物，且不损伤所述接触孔的底部。

9.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，所述待去除物为氧化物，所述氧化物包括所述接触孔的形貌形成后残留在所述接触孔内的残留氧化物和/或在工艺等待中自然生长的自然氧化物。

10.一种形成半导体器件接触的方法，包括：

在具有接触区的半导体衬底上形成层间介质层，

蚀刻所述层间介质层，以形成贯穿所述层间介质层的接触孔，所述接触孔暴露所述接触区，

采用权利要求1-9中任意一所述的清洗方法清洗所述接触孔，

在所述接触孔中填充金属材料，以形成与所述接触区接触的金属插塞。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述接触孔中填充金属材料形成所述金属插塞之前，

在所述接触孔中注入与所述接触区的掺杂类型相同的掺杂剂，以增加所述接触区表面的掺杂浓度。