TW569346B

TW569346B - Method for forming etch stop layer in borderless contact processing

Info

Publication number: TW569346B
Application number: TW91122713A
Authority: TW
Inventors: Chu-Yun Fu; Chi-Hsun Hsieh; Yi-Ming Sheu; Syun-Ming Jang
Original assignee: Taiwan Semiconductor Mfg
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2004-01-01

Description

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相關技術說明：

二日t 特別是在製作接觸窗以形成内連線時。為了增觸1製作之製程容許度（process window)，因而發展出無邊界接觸窗（borderless contact )。、、以下配合第la到Id圖說明習知形成無邊界接觸窗之方法。首，，請參照第la圖，提供一基底1〇〇，例如一矽晶 ^。接著’在基底1〇〇中形成一隔離結構1〇2，例如淺溝槽隔離（shallow trench is〇lati〇n，STI )結構，並定義出位於隔離結構1〇2内之主動區（active area) AA。接下來’請參照第lb圖，在主動區AA形成一金氧半導體（M〇S)電晶體103。此電晶體103，可以是η型或p型M0S 電晶體’其包含有：源/汲極摻雜區丨〇 4、閘極介電層 106、閘極1〇8、上蓋層no、及閘極間隙壁112。接下來，請參照第lc圖，在隔離結構丨〇2及m〇S電晶體 1 0 3上方形成一順應性之絕緣層1丨4，例如氮化矽層（s i N )或氣氧化石夕（SiON)層。接著，在絕緣層ii4上依序形成一氧化層116及一光阻圖案層118。其中，光阻圖案層 118中具有用以定義無邊界接觸窗之開口 118a、U8b而露

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出部分的氧化層11 6表面。最後，請參照第id圖，以光阻圖案層118作為罩幕來蝕刻開口118a、118b下方之氧化層116，並以絕緣層114作為蝕刻終止層而在氧化層116中形成接觸窗12〇a、12〇b。此處，由於無邊界接觸窗120b係形成於源/汲極摻 1〇4與部分的隔離結構丨02上方，若之前沒有形成蝕刻二止層11 4，將使得淺溝槽隔離結構丨〇2受到蝕刻而受損，亦即降低元件之可靠度。接著，去除光阻圖案層U8及接觸窗 120a、120b中的絕緣層114以利於後續進行内連線之作。、衣作為容易與閘 bond )結沒極飽和止層，其刻，損及止層，其結較脆弱 carrier ) 電晶體而於美窗的方法蝕刻此終邊界接觸蝕刻終止層之氮氧化矽或氮化矽中所含的氫原子極介電層和矽基底界面處之懸空鍵（dangUng 合=成矽氫鍵結（Si-H)，可改善M〇s電晶體之電流（idsat )。然而，若以IL氧化矽作為蝕刻終對於氧化矽之蝕刻選擇比較低而容易發生過蝕淺溝槽隔離結m卜，若以氮切作為餘刻欲對於氧切之㈣選擇比較高。不㈣，石夕氮鍵，易於元件施加電壓時斷裂而降低熱載子（h〇t 山及起始電壓（Vt)之可靠度，特別是對㈣咖 S ° 國第4,966,870號揭示一種形成無邊界接觸 ’其中以氮化矽作蝕刻終止&，並以特定士：。美國專利第6’316,311號揭示一種上無來曲的方法，其中藉由分階段之方式依序在閘成極及

569346 五、發明說明（3) 蝕^ t ^區形成無邊界接觸窗。然而上述之技術均未揭示邊^垃艇ΐ對㈣^電晶體之不良影響及解決方法。由於無善之道觸窗製程為未來之重要趨勢，須對上述問題尋求改發明概述：窗製二1匕’本發明之目的在於提供—種在無邊界接觸 urn㈣終止層之方法，其藉由在η型金氧半導通、首1曰恭i形成姓刻終止層時’增加其氫含量’以增加通道内載子之移動速率而提高沒極飽和電流（idsat)。，發明之另一目的在於提供一種在 ^ 二=姓刻终止層之方法，其藉由在P型金氧半導觸:電製晶程 Ϊ上：沉積蝕刻終止層時，提高沉積溫度而減少其氫含量，進而維持熱載子（h〇t carrier)及起始電壓（v ) 之可靠度並改善汲極飽和電流（Idsat) ^ ^ 程中的，本發明提供一種在無邊界接觸窗製 J中：成蝕刻終止層之方法，包括下列步驟：提供一基在主動^動區及用“隔離主動11之隔離結構；在主動£形成1型金氧半導體電晶再 :為製程氣體’在電晶體及隔離結構上方形二及含石= 化矽層，其中虱氣之流量在2〇~1〇〇 sccm的範烷之流量在60〜150sccm的銥囹.产〜人，匕且夕形成-介電眉.^ 虽含氣之氮化石夕層上 :成η電層’ Μ及以富含氣之氮化石夕層作為姓刻來蝕刻"電層，而分別在電晶體上方相= 部分隔離結構上方形成複數接觸窗。與相鄰的第6頁 0503-8380TWF ； TSMC2002-0099 ； spin.ptd 569346

再者’製私氣體更包括氮氣 9500 seem的範圍。且氮氣之流量在2 〇〇〇〜再者’形成製程氣體之工作壓且其工作溫度在35。〜45。。〇的範乍圍'力在2〜"町的祐圍’ 又根據上述之目的，本發明提供製程中形成触刻終止層之方 =-透界接觸由底，其具有至少一主動區f以步驟：提供-基 7匕久用以隔離主動區之隔籬社· 在主動區形成一 p型金氧半導體雷曰 · ，衾士爐卜方带杰一氣外日日，在電晶體及隔離 500 600 °C 6^r ffi 曰，其中氮化矽層之沉積溫度在 mΛ人Λ較佳的沉積溫度在55q°c;在氮化石夕、 =i ΐ 1電層’以及以氮切層作為㈣終止層來餘刻介電層，而分別在電晶體上方及在主動區與隔離結構上方形成複數接觸窗。 77 較佳實施例之詳細說明：以下配合第2a到2f圖說明本發明實施例之在觸窗製程中形成蝕刻終止層之方法。首先，請參照第2a^ 圖，、提供一基底200，例如一石夕晶圓。才妾著，在基底1〇〇中形成一隔離結構102，例如藉由淺溝槽隔離（STI )法在基底200中形成溝槽並填入高密度電漿氧化層（匕丨❹ density plasma oxide)而構成之淺溝槽隔離結構。如此一來’便可在位於隔離結構1〇2内定義出主動區aa。接下來，請參照第2b圖，利用習知之製作電晶體之製程在主動區AA處形成一金氧半導體（M〇s )電晶體2〇3。在本實施例中，此M0S電晶體203，可以是n型或p型乂的電晶 569346 五、發明說明（5) 體，其包含有形成於主動區AA中的源/汲極摻雜區2〇4以及形成於主動區AA上的閘極介電層2〇6、閘極2〇8、上蓋層 210、及閘極間隙壁212。其中，閘極2〇8可由摻雜之複晶0 石夕所構成’上蓋層2 1 0及閘極間隙壁2 1 2可由氮化石夕等絕緣層所構成。 ' < 接下來’明參照第2 c圖’進行本發明之關鍵步驟，藉由習知沉積技術，例如化學氣相沉積法（CVD )，在隔離結構2 0 2及Μ 0 S電晶體2 0 3上方形成一順應性之絕緣層21 4。在本實施例中，係以氮化矽（SiN )作為此絕緣層214之材質。須注意的是’當此處的MOS電晶體203為η型時，沉積此氮化矽層21 4所使用之製程氣體需提高其流量。舉例而言，此製程氣體可使用氨氣（ΝΑ )及矽烷（SiH4 )、或或是氨氣、矽烷及氮氣（N2)，其中氨氣之流量在2〇〜1〇〇 seem的範圍，石夕烧之流量在60〜150 seem的範圍，及氮氣之流量在2000〜9500 seem的範圍。再者，製程氣體之工作壓力在2〜6 Torr的範圍，且其工作溫度在350〜450 °C的範圍。提高製程氣體流量之目的在於形成一富含氫之氮化石夕層214。其中，氫含量在18〜25%的範圍，而傳統上氫含量在15〜18%的範圍。如先前所述，大量的氫原子容易與閘極介電層206和石夕基底200之界面處之懸空鍵結合而形成石夕氫鍵結（未繪示），可有效提高載子在通道中的移動速率進而增加NM0S電晶體之汲極飽和電流（Idsat )，特別是應用於具有短通道（short-channel )(約〇· 15微米）之

0503-8380TW ； TSMC2002-0099 ： spin.ptd 第8頁 569346 五、發明說明（6) NMOS。亦即，，可提高元件之操作速度 $ 另外’當此處的MOS電晶體203為p型時，同樣使用氨，，及石夕燒（SiH4 )、或或是氨氣、石夕炫及氮氣（N2 /為製程氣體，其中氨氣之流量在0〜100 seem的範矽烷之流量在6〇〜130的範圍，及氮氣之流量在2000〜 SCjm的範圍。再者，製程氣體之工作壓力在3〜7 的範圍。須注意的是，沉積此氮化矽層2 1 4之溫度需 ^同。舉例而言，氮化矽層214之沉積溫度在5〇〇〜6〇〇艽的 =(傳統上的沉積溫度約4〇〇。。），而較佳的沉積溫度、、’、…、5 5 0 C。如先前所述，矽氫鍵結較脆弱，易於元件施加電壓時斷^而降低熱載子（hot Carrier)及起始電壓 (Vt )之可靠度。因此提高沉積溫度之目的在於降低氮化 f層214内之風含量’亦即減少石夕氫鍵結之數量。其中，虱含量係在8〜12%的範圍，而傳統上的氫含量在15〜2〇% 的範圍。。如此一來，可維持熱載子（h〇t )及起始電壓（Vt)之可靠度。再者明參照第3圖，其緣示出一 ρ μ 〇 s之通道長度 (// m )與汲極飽和電流匕“（ν A/ " m )之關係曲線圖，相較於習知技術在400 t下沉積氮化矽層（.曲線b )或氮氧化矽層（曲線c)時，本發明之在500〜60(rc的溫度範了沉積^化矽層（曲線A )，可增加汲極飽和電流。特別是對於窄線寬（narrow —width)(約〇·6微米）之pM〇s而 s ，根據本發明之方法之汲極飽和電流減少量，較習知方法來的少，亦即增加產品的穩定性。

569346 五、發明說明（7) 接下來’請參照第2d圖，利用習知沉積技術，例如 CVD法’在絕緣層2丨4上形成一介電層2丨6，例如一氧化馬、 ’以作為一内介電層（inter - layer dielectric， ILD ),接著’在介電層21上塗覆一光阻層（未繪示），並經由微影程序而形成一光阻圖案層218。其中，光阻圖案層 218中具有用以定義無邊界接觸窗之開口 218a、218b而露出部分的介電層216表面。接下來，請參照第2e圖，以光阻圖案層21 8作為罩幕 $刻開口 2i8a、218b下方之介電層216，並以絕緣層214 盘相ϊ ϋ終止層而分別在廳電晶體203上方及在主動㈣ 1相鄰的部分隔離結構2G2上方形成複數接觸窗22〇a、雜巴204此盘處邱’ \由於無邊界接觸窗22 〇b係、形成於源/汲極摻的隔離結構2。2上方，戶斤以利用餘刻終止層 214來防止淺溝槽隔離結構2〇2受到蝕刻而受損。最後，請參照第2f圖，在去除光阻圖案声接=T接觸窗220a、220b中的絕緣層214、; J進仃内連線之製作。〜％俊、、、只進雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，限定本發明，任何熟習此項技藝者， =:並非用以神和範圍0，當可作更動與潤冑，因此本發明之精當視後附之申請專利範圍所界定者為準。月之保護範圍 0503-8380TW ； TSMC2002-0099 ； spin.ptd 第10頁 569346 圖式簡單說明為讓本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如第1 a到1 d圖係繪示出習知面示意圖；形成無邊界接觸窗之方法剖第2a到2 f圖係繪示出根據本發明實a 接觸窗之方法剖面示意圖。例之形成备第3圖係繪示出一PMOS之通道長度（ “、、邊界電流（// A/ // m )之關係曲線圖。々取）與洛士 [符號說明] / δ兔和 100、200〜基底； 1 0 2、2 0 2〜隔離結構； 103、203〜MOS電晶體； 1 0 4、2 0 4〜源/汲極掺雜區； I 0 6、2 0 6〜閘極介電層； 108、208〜閘極； 110、210〜上蓋層； II 2、2 1 2〜閘極間隙壁； 11 4、2 1 4〜絕緣層； 11 6〜氧化層； 21 6〜介電層； 118、218〜光阻圖案層； 118a 、 118b 、 218a 、 218b〜開口； 120a、120b、220a、220卜接觸窗；

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0503-8380TWF ； TSMC2002-0099 ； spin.ptd 第12頁

Claims

569346 六、申請專利範圍、1 · 一種在無邊界接觸窗製程中形成蝕刻終止層之方法’包括下列步驟：提供一基底，該基底具有至少一主動區及用以隔離該主動區之隔離結構；在該主動區形成一 η型金氧半導體電晶體；以及姓利用氨氣及石夕烷作為製程氣體，在該電晶體及該隔離 S上方形成一富含氫之氮化矽層，其中該氨氣之流量在〜100 seem的範圍，且該矽烷之流量在6〇〜15〇 sccm 1¾ I ^ 2·如申請中形成蝕刻終在該富含以該富含層，而分別在離結構上方形 3 ·如申請中形成姓刻終層。 4·如申請中形成餘刻終離結構。專利範圍止層之方氫之氮化氫之氮化该電晶體成複數接專利範圍止層之方專利範圍止層之方弟丄項所迷之在無邊界接觸窗製^ 法，更包括下列步驟：矽層上形成一介電層；以及石夕層作為#刻終止層來餘刻該介上方及在該主動區與相鄰的部分觸窗。第2項所述之在無邊界接觸窗製弃法，其中該介電層包含一氧化矽第1項所述之在無邊界接觸窗法’其中該隔離結構係一淺=

中形 5·如申請專利範圍第1 成餘刻終止層之方法 6 ·如申請專利範圍第5 項所述之在無邊界接觸窗製程其中該製程氣體更包括氮氣。項所述之在無邊界接觸窗製程

569346 --—.——- 六、申請專利範圍中形成蝕刻終止層之方法， 2000〜9500 %“的範圍。/、中邊亂乳之流量在 7 ·如申請專利筋園笙中形成蝕刻終止層之方、I項所述之在無邊界接觸窗製程 2〜6 1〇^的範圍。方去，其中該製程氣體之工作壓力在 8·如申請專利範圍第1 中形成蝕刻終止層之方法， ’' 、…、邊界接觸窗製程度在350〜450 °C的範圍。’、形成該製程氣體之工作溫中形成#刻、:：：ί㊁：1，項所述之一在人無邊界接觸窗製程含量在18〜25%的範圍。，、中該富含氫之氮化矽層中氫 1〇·種在無邊界接觸窗製程中形成蝕法，包括下列步驟： Τ〜风蝕刻終止層之方提供一基底，該基底具有至少一主動區之隔離結構； £及用以隔離該在該主動區形成一 ρ型金氧半導體電晶體在該電晶體及該隔離結構上方形成一該氮化矽層之沉積溫度在500〜600 t的範圍夕s ，"中 11 ·如申請專利範圍第〗〇項所述之程中形成蝕刻終止層之方氺，盆由# …、邊界接觸由製 Μ 1 其中該沉積溫度約55(TC。兹中开/Λ 範圍第10項所述之在無邊界接觸窗製程中形成蝕刻終止層之方法，更包括下列步驟·· 在该氮化石夕層上形成一介電層；以及以該氮化矽層作為蝕刻終止層來蝕刻該介電層，而分 0503-8380TW ； TSMC2002-0099 ； spin.ptd 第14頁 569346 六'申請專利範圍 1—""—〜〜— 別在該電晶體上方及在該主動區與相鄰的部分隔離沾方形成複數接觸窗。、，°偁上 1 3.如申請專利範圍第丨2項所述之在無邊界接觸程中形成蝕刻終止層之方法，其中該介電層包含一义層。匕砂 14·如申請專利範圍第1 0項所述之在無邊界接觸窗製程中形成ϋ刻終止層之方法，其中利用氨氣及矽烷作為製程氣體且其流量分別在〇〜1〇〇 seem的範圍及60〜130 seem 的範圍。 15·如申請專利範圍第14項所述之在無邊界接觸窗製程中形成姓刻終止層之方法，其中該製程氣體更包括氮氣。 16.如申請專利範圍第15項所述之在無邊界接觸窗製程中形成姓刻終止層之方法，其中該氮氣之流量在 2000〜9500 seem 的範圍。 1 7·如申請專利範圍第丨4項所述之在無邊界接觸窗製程中形成ϋ刻終止層之方法，其中該製程氣體之工作壓力在3〜7 Torr的範圍。 18·如申請專利範圍第1〇項所述之在無邊界接觸窗製程中形成餘刻終止層之方法，其中該氮化矽層中氫含量在 8〜12%的範圍。

第15頁 0503-8380TWF ； TSMC2002-0099 ； spin.ptd