TWI336489B - Method and system for reducing contact defects using non conventional contact formation method for semiconductor cells - Google Patents

Description

1336489 系Λ綠應藝:规 [發明所屬之技術領域] 本發明係關於一種半導體裝置，以及更明確而言係利 用多晶矽提供非揮發性記憶胞（n〇nv〇latile memory cell)具 有連接之接觸的方法及系統。（memory cell，本文中稱為 記憶胞） [先前技術] 一般如習知之非揮發性記憶裝置的半導體裝置通常包 括閘極堆疊層、源極和汲極。通常，源極為位於閘極堆疊 層的一側邊緣’而汲極則位於該閘極堆疊層的相對另一 側。電場絕緣區（field insulating region)通常為垂直該閘極 堆疊層的走向’並且一般做為不同裝置之絕緣的用途。該 電場絕緣區一般為氧化物所構成。該閘極堆疊層、源極和 汲極的絕緣一般為利用由高密度電漿（HDp)、矽酸四乙酯 (TEOS)或硼磷矽酸鹽（BPTE〇s)所構成的層間介電層。一般 以氮化矽（SiN)或氮氧化矽（Si〇N)i蝕刻中止層做為層間 介電層的襯底。 為了使習知之半導體裝置能發揮其功能，因而使習知 之半導體裝置的某些如汲極和閘極堆疊層部分產生接觸 件。為了形成該接觸件，因而在如汲極之組件上形成矽化 鈷（CoSi)層以降低該接觸件之電阻。該層間介電層上具有 一抗反射層（“ARC”）。該抗反射層一般由氮化矽或氮氧化 矽所構成。該抗反射層上具有一光罩（ph〇t〇resistmask)。 該光罩包含位於層間介電層區域上的開孔，並於蝕刻時形 5 92443修正本 1336489 成接觸孔（contact hole)。一般而言，在單一蝕刻製程中抗 反射層 '層間介電層及蝕刻中止層的某些部分被移除以形 成接觸孔，而暴露出矽化鈷的底層。然後剝除該光罩 般而5，利用灰化處理法（ashing pr〇cedure)剝除該光罩。 一般亦以濕式清洗法除去層間介電層的蝕刻殘留物，例如 殘留於接觸孔内的聚合物。沈積例如鎢插塞（w_plug)之導 電層以充填該接觸孔《然後一般為利用化學機械拋光法 (“CMP”）研磨該導電層。因此可除去接觸孔外之導電層部 分，並提供光滑表面。 熟習此項技術者均非常清冑半導體裝置㈣成接觸孔 的傳統方法會產生許多缺陷。例如，抗反射層、層間介電 層及银刻中止層之钱刻一般均會在接觸孔内留下聚合殘留 物。為了除去該聚合物，係利用濕式清洗法除去形成該接 觸孔所產生的聚合物。此外，一般為利用灰化法除去該光 阻層。在运些多重而複雜的灰化和濕式清潔過程中極容易 造成缺陷，例如在此額外的半導體處理過程中出現細小的 顆粒。此外，化學機械拋光該鎢插塞層的製程中通常容易 刮傷介電材料上的抗反射層’因而形成大量到痕的缺陷。 這些到痕將使其更加不易區別是真正的粒子缺陷或是刮 :二為了避免到痕的形成，一般需較長時間的研磨步驟以 除去頂部的抗反射層。 因此，目前亟需一種可提供具有較少缺陷之具有接觸 孔之半導體裝置的系統及方法。 1接觸 需求。 令赞明即針對如上所述的 92443修正本 6 1336489 [發明内容] 本發月為可於半導體裝置提供至少一個接觸孔的方法 及系統。該半導體裝置包括基板、银刻中止層、在該钮刻 中止層上的層間介電層、在該層間介電層上的抗反射層， 以及在該姓刻中止層底下的至少一種特徵。具有至少一個 開口的阻層遮罩，係設置於該抗反射層上。該至少一個開 口設置於該抗反射層暴露部分之上。該方法及㈣包括， 在不错刻穿透該银刻中止層下，钮刻該抗反射層的暴露部 刀以及該抗反射層暴露部分底下的層間介電層以形成至少 個接觸孔的邹分。該方法及系統亦包括於原位置移除該 阻層遮罩、在原位置移除一部分暴露於至少一個接觸孔部 分的餘刻中止層以形成至少一個接觸孔，以及以導電㈣ 充填該至少一個的接觸孔。 根據此處所揭示的系統及方法，本發明可利用在原處 去光阻（in-situ resist strip)方式來製造部分接觸孔，以提供 較姓刻後聚合物去除法更有效率的方法，其可省略額外的 灰化和濕式清洗製程’以簡化形成接觸孔後的清潔工作， 並且因此減少引入造成缺陷之顆粒的機會。 [實施方式] θ -本發明係關於一種半導體裝置的改良。下列的說明可 使熟習此項技術者製造並利用本發明，並且詳述於專利申 請及其要件的内文中。熟習此項技術者均可輕易地對本發 明之較佳具體例進行各種的改良，並且本發明的一般原理

可被應用於其他的且體私ΙΦ。m L π八骽例中。因此，本發明並非僅侷限於 92443修正本 7 1336489 所述之具體例，而是涵蓋此處所述之原理及特徵的全部範 圍。 本發明可於半導體裝置提供至少一種接觸的方法及系 統該半導體裝置包括基板、姓刻中止層、於該钱刻中止 層上的層間介電層、於該層間介電層上的抗反射層，以及 在該姓刻中止層底下的至少一種特徵。提供至少具有一個 開孔，並且被置於該抗反射層上之阻層遮罩。該至少一個 開口係位於該抗反射層之暴露的部分。本方法及系統包 括，在不飯刻穿透钱刻中止層之下，姓刻該抗反射層的暴 路邛刀以及該抗反射層暴露部分底下的層間介電層，以形 成至V #刀的接觸孔。該方法及系统亦包括於原位置移 除該阻層遮罩、移除一部分暴露於至少一接觸孔部分的蝕 X’J中止層以在原位置形成至少一接觸孔，以及以導電材 料充填該至少一個的接觸孔。 本發明將以包括明確步驟的方法進行說明。並且，為 清楚之便，省略其φ Μ甘A 1 、中的某些步驟。因此，熟習此項技術者 將瞭解此方法及系絲去θ丄 、 糸統和其他具有不同及/或額外步驟的方 法比較更為谷易操作。本發明亦配合具有某種元件的特定 半導體裝置進行說明。妙& 、 而，熟習此項技術者將瞭解本發 明亦適用於具有其他及/或不同元件的半導體裝置。 為了更明碑說明根據本發明的方法及系統，現請參考 第1圖’係說明根據本發明-具體例的方法Η)0以提供減 丰導署P厂方法100較佳為始於遮罩CmasW已置於 " 之後。該半導體裝置包括蝕刻申止層、於該 92443修正本 8 1336489 姓刻中止層上的層間介電層以及於該層間介電層上的抗反 射層。該抗反射層和飯刻巾止層可包含氮化石夕及/或氮氧化 夕該層間"電層較佳為HDp、TE〇s或。該半 導體裝置在該融刻t止層下亦具有其特徵。例如，該半導 體裝置可能具有閘極堆疊層以及接面，例如在該蝕刻中止 層底下的源極和汲極接面。此外，為了降低其接觸電阻， 例如源極及/或汲極接面的特徵為具有如矽化鈷之自動對 準金屬矽化層（salicide layer)。該抗蝕遮罩（resist聊叫較 佳為置於該抗反射層之上。該遮罩經圖案化而形成有開 口，該開口位於半導體裝置上以供形成接觸之區域。 經由步驟1 02，在蝕刻步驟中移除該抗蝕遮罩之開口 所暴露出的抗反射層及層間介電層。在步驟1〇2中所進行 的蝕刻不穿透該層間介電層下的蝕刻辛止層。在一較佳具 體例中，用於步驟1〇2之蝕刻化學物質包括C4F8、c4F6、

CsPs、CJ6 ’其可蝕刻介電材料並且選擇性地中止於底層 的氮化薄膜（银刻中止層）。 經由步驟104，在原位置移除該抗蝕遮罩。由於可在 原位置移除該抗蝕遮罩，故可將該抗蝕遮罩於受控制下的 環境内移除，較佳為置於低壓的真空室内並控制進入室内 的氣體。因此，蝕刻完成後在不開啟的情況下即可在原室 内進行該抗蝕遮罩的移除工作。僅需將蝕刻化學物更換為 氧（〇0為底的氣體即可。因此，藉由更換各種薄膜的蝕刻 化學物質，即可在同一室内進行多重的蝕刻製程。用於步 驟104中的蝕刻化學物質以〇2為底的氣體較佳。在某些具 9 92443修正本 體例中，可加入小量的混合氣體例如氮/氫（n2/h2)或h2、 N2。其壓力通常視所使用的設備而有所不同。例如，其壓 力可，1於30mT至1至10T之間的範圍。 虻由步驟106,在原位置移除該抗反射層以及在該接 觸孔底部的部分蝕刻中止層。因&，形成該接觸孔，以及 暴露出其接觸的特徵。在-具體例中，於步驟106中暴露 出源極及/或汲極接面的矽化鈷層。由於在原位置清除該抗 反射層及蝕刻中止層，故可在控制的環境内移除該抗反射 層和蝕刻中止層，其較佳為在低壓的真空室内並控制進入 至内的氣體。又在一較佳具體例中，當在步驟1〇4移除該 抗蝕遮罩時，可在同一室内移除該抗反射層及蝕刻中止 層。因此，半導體裝置可在不移動之下於同一室内進行處 理。取而代之，更換該蝕刻化學物質。該抗反射層和蝕刻 中止層以使用氮化類型的材料較佳。例如，該抗反射層和 餘刻中止層可使用SiN4、si〇N或其之混合。該抗反射層 亦可使用SiRN(富含矽之氮化物）。因此，其較佳之蝕刻化 學物質包括CHF3、CF4、CHzF2或CHW。其壓力視使用的 設備而定，例如可從20 mT至500 mT。 經由步驟108 ’以導電材料充填接觸孔，例如鎢。所 以’可元成半導體裝置之特徵的接觸件。此外，經由步驟 110’可進行化學機械拋光（CMP)製程以研磨該鎢插塞（w plug)。必需控制該化學機械拋光製程以避免及/或減少該 層間介電層之刮痕。 由於在原位置移除該抗蝕遮罩以及蝕刻該抗反射層 10 92443修正本 1336489 和蚀刻中止層，故可簡化接觸孔的製造過程。可避免利用 一般使用之灰化法移除該抗蝕遮罩。此外，在原位置移除 該抗餘遮罩時較為乾淨’並且可避免使用濕式清洗法。因 此’可減少或避免形成該接觸孔的缺陷。再者，由於在原 位置清除該抗反射層’故可簡化用於平坦化接觸孔充填材 料之化學機械拋光的製程。由於已先清除該抗反射層，故 不存在化學機械拋光過程中形成該抗反射層刮痕的間題。 第2圖為根據本發明一具體例提供減少接觸缺陷之方 法150的更詳細流程圖。第3A至3D圖為根據本發明一具 體例利用該方法150製造半導體裝置200的說明。該方法 1 5 0較佳為開始於形成姓刻中止層、在該姓刻中止層上的 層間介電層、在該層間介電層上的抗反射層之後β該抗反 射層和姓刻中止層可含氮化矽及/或氮氧化矽。該層間介電 層較佳為由HDP、TEOS或BPTEOS所構成。該半導體裝 置亦具有在該蝕刻中止層底下的特徵。例如，該半導體裝 置可具有閘極堆疊層以及如蝕刻中止層底下的源極和汲極 接面之接面。此外，為了降低其接觸電阻，例如源極及/ 或；及極接面的特徵為具有如梦化钻之金屬石夕化層。 經由步驟152，提供在接觸孔形成區域上方具有開口 的抗蝕遮罩。該抗蝕遮罩較佳為置於該抗反射層的上方。 第3Α圖說明含有形成於基板2〇1上之閘極堆疊層21〇、22〇 和230的半導體裝置2〇〇。間隔層（spacers)212* 214、222 和224,以及232和234分別位於閘極堆疊層2ι〇、22〇和 230的邊緣。矽化鈷層202和2〇4分別形成於閘極堆疊層 92443修正本 11 1336489 210和220以及閘極堆疊層220和230之間的接面（未清楚 顯示）。姓刻中止層240形成於閘極堆疊層21〇、22〇和23〇 以及碎化姑層202和204之上。該半導體裝置2〇〇亦包含 層間介電層250和抗反射層260。其亦顯示一具有開口 272 和274的抗蝕遮罩270。該開口 272和274分別位於矽化 麵層202和204的上方。因此’在該半導體裝置2〇〇中， 可形成該矽化鈷層202和204底下之特徵的接觸。 經由步驟154，在蝕刻過程中除去暴露於該抗蝕遮罩 之開口 272和274的抗反射層260和層間介電層250。在 步驟154中進行的蝕刻製程並未蝕刻穿透位於該層間介電 層250下之钱刻中止層240。第3B圖說明完成步驟154 後之半導體裝置200。部分之接觸孔280和282係形成於 該開口 272和274下方。然而，至少有部分蝕刻中止層24〇 仍殘留於該接觸孔280和282的底部。 經由步驟1 56，在原位置移除該抗蝕遮罩27〇以及清 潔該接觸孔280和282。由於在原位置移除該抗蝕遮罩 270’故可在控制的環境内除去該抗姓遮罩27〇，其較佳為 置於低壓的真空室内並控制進入室内的氣體。第3c圖說 明除去該抗飯遮罩270之後的半導體裝置200。由於在原 位置除去該抗蝕遮罩270以及清潔該接觸孔280和282， 故可實質上清除任何殘留於接觸孔28〇，和282,内的聚合 物。因此，可獲得實質上乾淨的接觸孔28〇,和282，表面。

經由步驟158，可在原位置除去該抗反射層26〇和位 於該接觸孔280和282底部的蝕刻中止層240部分。第3D 12 92443修正本 1336489 圖說明除去該接觸孔280”和282”麻都λα 上 不底部的蝕刻中止層24〇 之後的半導體裝置200。如此，gp形士吩址她 ^ ^ 印形成該接觸孔280”和 282，以及暴露出接觸孔底部的砂化錄層2Q2 # 2㈣。由 於在原位置除去該抗反射層260和該蝕刻_止層24〇的部 故可在控制的環境内除去該抗反射層2 6〇和該钱刻中 曰240的„卩刀，其較佳為置於低壓的真空室内並控制進 入室内的氣體。經由步驟160,以導電材料充填該接觸孔 280”和282”，並將該接觸材料平坦化。所以，可完成該半 導體裝置200之特徵的接觸件。第3E圖說明完成充填接 觸孔280”和282,，以及利用如化學機械拋光法移除過剩導 電材料後之接觸孔290和292的半導體裝置2〇〇。 由於在原位置除去抗蝕遮罩27〇以及蝕刻該抗反射層 260和蝕刻中止層24〇,故可簡化接觸孔的製造過程❶可避 免利用一般使用之灰化法清除該抗蝕遮罩27〇。此外，在 原位置移除該抗蝕遮罩270時較為乾淨，並且可避免使用 濕式清洗法。因此，可減少或避免形成該接觸孔28〇，，和 282”的缺陷。再者，由於在原位置清除該抗反射層26〇， 故可簡化用於平坦化該接觸孔280”和282”充填材料之化 學機械抛光的製程。由於已先移除該抗反射層260，故不 存在化學機械拋光過程中形成該抗反射層26〇刮痕的問 題。 熟習此項技術者將輕易地瞭解形成半導體裝置之接 觸孔的習知方法易導致缺陷。例如，在蝕刻抗反射層、層 間介電層和蝕刻中止層的過程時一般會於接觸孔内殘留聚 13 92443修正本 1336489 合物。此外，-般均利用灰化法移除阻層。這些多重而複 雜的灰化和濕式清潔過程令極容易造成缺陷，例如在此額 外的半導體處理過程中4 肀出現細小的顆粒。此外，化學機械 拋光鎢插塞層的製程中诵堂交 迫嘗谷易到傷介電材料層上的抗反 射層，因而形成大量制疳& &狀 度的缺^。這些到痕將使其更加不 易£別疋真正的粒子缺陷赤县各丨t 丁研紿或疋到痕。為了避免刮痕的形 成’ 一般較長時間的研磨 τ潛芡驟需先除去其上的抗反射層。 因此，目前亟需一種可描 種了徒供具有較少接觸缺陷之半導 體裝置的系統及方法。本發明即針對如上所述的需求。 上述已揭示具有接觸孔之半導體裝置之形成方法及 系統。雖然本發明為根據所示 像听不之具體例進行說明，但是熟 習此項技術者可輕易針對太i 訂野本具體例進行各種的變化，而其 仍屬於本發明之精神及銘囹由 、 汗及範圍内。因此，熟習此項技術者可 進行許多不同的改良，作盆你去伯抓由 具仍未偏離專利申請範圍附件中 所述的精神及範圍。 [圖式簡單說明] 第1圖為根據本發明一且辦 月具體例具有減少接觸缺陷之方 法的高階流程圖。 陷之方 第2圖為根據本發明一 1 ^ ^具體例具有減少接觸缺 法的更詳細流程圖。 的 第3A至圖為根據本發月— w ^ 具體例之半導體裝w 製程說明。 [主要元件符號說明] 100、150 方法 92443修正本 14 1336489 102、 104、 106、 108、110、152、154、 156 ' 158 ' 200 半導體裝置 201 基板 202 ' 204 矽 化钻層 210、 220 ' 230 閘極堆疊層 212 ' 214、 222 、224 ' 232 ' 234 間 隔層 240 钱刻 中止層 250 層 間介電 260 抗反射層 270 四 層遮罩 272、 274 開口 280、 2805 、280 ” ' 282 、282’、282，，、 290 ' 292 160 步驟 層 接觸孔 15 92443修正本

Claims (1)

1336489 1 ^年斗月>£；! IS補充 一一 附件2 第92131367號專利申請案 (99年4月2日） 拾、申請專利範圍： L種在半導體裝置形成至少一個接觸？L的方&，該半導 體裝置I括基板（2〇 i)、姓刻中止層（24〇)、在該姓刻中 止層（24〇)上的層間介電層（250)、在該層間介電層（25〇) 上的抗反射層（260)、以及在該蝕刻令止層（240)底下的 至少一種特徵’纟有至少一個開口且位於該抗反射層 (260)之上的抗蝕遮罩，該至少一開口位於該抗反射層 (260)之暴露部分的上方，該方法包括下列步驟： (a)在不蝕刻穿透該蝕刻中止層（240)下，蝕刻（102) 該抗反射層（260).的暴露部分以及該抗反射層（26〇)暴露 部分底下的該層間介電層（25〇)，以形成至少一個接觸 孔的部分； (b) 在原位置移除該抗蝕遮罩（1〇4); (c) 移除暴露於該至少一個接觸孔之部分的該蝕刻 中止層（240)之部分，以在原位置形成該至少一個接觸 孔；以及 (d)以導電材料（1〇8)充填該至少一個接觸孔。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該抗蝕遮罩移除步 驟(b)(104)進一步包括下列步驟： (b 1)在原位置清除該接觸孔的部分。 3. 如申凊專利範圍第1項之方法，其中該蝕刻中止層（24〇) 含氣化石夕（SiN)及/或氮氧化石夕（si〇N)。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該抗反射層（26〇) 含SiN及/或SiON或SiRN(富含m化物）。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括下列步驟： 16 92443(修正版) 1336489 第92131367號專利申請案 (99年4月2曰） (e)在不刮傷該層間介電層（250)的表面下平坦化該 導電材料。 6.如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括下列步驟： (e)於充填該至少一個接觸孔之前在原位置移除該 抗反射層（260)的部分。 17 92443(修正版)