TWI387008B - 含矽化物纖維移除程序之半導體製程 - Google Patents
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Description
本發明係關於半導體製程，且更特定言之係關於採用矽化物程序之半導體製程。
在一金氧半導體(MOS)電晶體之半導體區域上形成金屬矽化物為眾人所熟知。一般而言，一金屬層係沈積於一晶圓佈局上，該晶圓佈局包括曝露矽區域與介電質區域。然後在一惰性環境中加熱該晶圓。在該金屬層接觸矽處，該金屬與矽發生反應形成一矽化物(例如，矽化鎳或矽化鈷)。在該金屬接觸介電質處，沒有發生任何反應。然後使用一蝕刻製程選擇性地移除該等未反應金屬部分。
矽化物通常係形成於該等源極/汲極區域及一電晶體之多晶矽閘極電極上。在許多情況下，該製程包括在該閘極電極之側壁上形成延伸間隔物。該等延伸間隔物平滑所產生的佈局並提供從該等電晶體閘極電極之邊緣移置該源極/汲極植入之一構件，在短通道器件中需要此點。延伸間隔物頻繁地由氮化矽來製造。在沈積該氮化矽之前通常形成一襯墊氧化物以在該氮化矽與矽基板之間提供一應力緩衝器。當在沈積該矽化物金屬之前移除該襯墊氧化物之曝露部分(不在該延伸間隔物下面的該等部分)時，可在該襯墊氧化物之曝露端內形成凹面凹口。在後續程序期間，此等凹口端可促進形成意外矽化物「串」(本文中還稱為矽化物纖維)，其可在相鄰器件元件之間提供一短路或傳導路徑。因此將需要實施一矽化物製程，其抑制或另外防止形成矽化物纖維而實質上不改變熟知的矽化物程序序列。
本文所揭示的係一種半導體製程，其防止或移除在一襯墊氧化物上形成一延伸間隔物時可能出現的矽化物纖維。在此類製程中，在形成延伸間隔物之後，會曝露源極/汲極區域及閘極電極區域上面的襯墊氧化物之多個部分。為致動一後續矽化物製程，將該襯墊氧化物之該些部分浸入HF而脫離或另外移除。移除該襯墊氧化物之曝露部分可能會形成凹口末端。在後續程序期間矽可能累積於該些末端凹口內。然後可將該累積矽轉換為傳導矽化物，其穿越該襯墊氧化物末端凹口之長度形成一傳導纖維。藉由在矽化物形成之後回蝕該延伸間隔物而實現防止形成該些凹口。該間隔物回蝕充分蝕刻該凹口末端以曝露該纖維。然後執行額外程序以移除該纖維。此纖維移除程序可包括(例如)使用一惰性物種(例如氬)轟擊該凹口末端。
現參考該等圖式，圖1係在適用於消除矽化物纖維之一製程之一具體實施例中處於一中間階段之一積體電路100之一部分斷面圖。在所述具體實施例中，積體電路100係形成於一晶圓101上。晶圓101包括一半導體層104，其位於一介電層102上面。晶圓101可包括在埋入介電質102下面的一額外層或多個半導體或其它材料層。隔離結構106係橫向定位於半導體層104之任一側上。在一範例具體實施例中，半導體層104係輕微或適度摻雜p型或n型矽而埋入介電層102係一埋入氧化矽(BOX)層102。隔離結構106較佳地係一沈積氧化矽化合物(如，四乙氧基正矽酸鹽或TEOS)。
已在半導體層104上面形成一閘極模組110。閘極模組110包括在一閘極介電層114上的一傳導閘極電極112。一襯墊介電層116覆蓋半導體層104之一上表面與閘極電極112。鄰近閘極電極112之側壁已形成延伸間隔物108。延伸間隔物108接觸襯墊介電層116。
閘極電極112較佳地係一重摻雜多晶矽(多晶矽)而閘極介電質114較佳地係一熱形成二氧化矽。在其他具體實施例中，閘極電極112可包括TiN、TaSiN、鎢，及其他適當金屬材料之一金屬部分。在某些具體實施例中，閘極介電質112可以係一高k介電質(介電常數大於約4.0之一介電質)。適當高k材料包括金屬氧化物化合物(例如氧化鉿)以及適當金屬矽酸鹽，及金屬氮化物化合物。
襯墊介電層116較佳地係一沈積氧化矽膜而延伸間隔物108較佳地係氮化矽。然而，在其他具體實施例中，替代性介電材料可用於襯墊介電層116與延伸間隔物108。可透過傳統離子植入程序在半導體層114內形成源極/汲極區域、延伸區域、光暈植入區域、輕摻雜汲極區域、及類似物。為清楚起見，從該等圖式中省略該些植入雜質分佈。
圖1之斷面圖顯示直接在執行產生延伸間隔物108之該間隔物蝕刻製程之後的晶圓101。襯墊介電層116仍覆蓋該半導體基板104及閘極電極112。矽化物程序需要可在其上形成該矽化物曝露半導體部分。
半導體層104及閘極電極112之曝露區域需要移除襯墊介電層116之曝露部分(即，間隔物108未覆蓋之部分)。對於襯墊介電層116係一氧化矽層之具體實施例而言，移除襯墊介電層116之曝露部分之較佳技術係依據熟知程序將晶圓101浸入一HF溶液內。移除襯墊介電層之曝露部分導致形成一襯墊介電結構126(圖2)，其支撐間隔物108(即，間隔物108置於襯墊介電結構126之水平部分117上面並相鄰襯墊介電結構126之垂直部分118)。
濕式蝕刻襯墊介電層116之曝露部分可能會無意地及不需要地蝕刻介電質126之多個部分。例如，圖3之細節圖說明由濕式蝕刻襯墊介電質引起的在襯墊介電結構126之末端內的凹形凹口120。儘管濕式蝕刻該襯墊介電質可能會導致其他形狀及組態之凹口，但已藉由透射式電子顯微鏡(TEM)在實際晶圓上觀察到圖3所示之範例性凹口120。凹口120可能會針對閘極結構110之全部長度在垂直斷面平面之一方向上延伸。當矽或另一半導體材料填充一凹口120並在矽化物程序期間轉換為矽化物時，咸信凹口120在後續矽化物程序期間引起或貢獻形成不必要的矽化物纖維。
現在參考圖4，在晶圓101上非選擇性地沈積一金屬層130。在閘極電極110之任一側及閘極電極112之一上表面上的半導體層104之曝露部分上沈積金屬層130。依據一具體實施例，金屬層130係一耐火金屬或一過渡金屬，例如鈦、鈷、鎳、鈀、或鉑。金屬層130可包括一阻障覆蓋層，例如一氮化鈦層。
在較佳實施中，使用一物理汽相沈積(PVD)，且更具體而言，使用一射頻(RF)噴濺沈積製程來沈積金屬層130。射頻噴濺係用於沈積各種薄膜，尤其係金屬及過渡金屬膜的熟知技術。RF噴濺製程通常包括一預清洗步驟，其中藉由噴濺蝕刻及/或電漿蝕刻來清洗該晶圓。若使用一噴濺清洗，則可噴濺(變位)半導體層104中的矽原子，而末端凹口l20附近的該些噴濺原子之某些原子可能會無意"沈積"於凹口120內的側壁上，藉此形成一意外矽纖維122，如圖5之細節圖所示。在該所示圖式中，纖維122符合末端凹口120之側壁之一部分，且相對於晶圓101之一上表面而傾斜。纖維122可能會垂直於斷面之平面延伸閘極電極110之長度。該凹面及所包括末端凹口120一旦形成，便保護矽纖維122以免被移除。
參考圖6，執行傳統矽化物程序以形成源極/汲極矽化物結構134與閘極電極矽化物結構136。該傳統矽化物程序包括藉由將晶圓101經受一惰性環境，其加熱至在約300至700℃範圍內的一溫度持續10至600秒來一次或多次退火晶圓101。在該退火期間，其分別在該等源極/汲極區域135及閘極電極112之曝露上表面上選擇性地形成矽化物結構134及136期間，圖5之意外矽纖維122接觸或接近金屬層130。退火可能會引起金屬層130以與矽纖維122反應，並將矽纖維122「轉換」成圖7之細節圖所示之一導電矽化物纖維132。
本文所述之製程包括從晶圓101移除矽化物纖維132之程序。該纖維移除程序可包括蝕刻程序、噴濺或其他PVD程序、或其一組合。參考圖8及圖9與圖10之細節圖，執行額外程序以消除圖7所示之矽化物纖維132，並完成形成電晶體150。
在圖8所示之具體實施例中，消除矽化物纖維132之額外程序包括回蝕(圖6之)延伸間隔物108以形成一減小延伸間隔物128。回蝕程度係一實施方案細節，但該蝕刻較佳地係足以曝露或揭露包含圖7之矽化物纖維132之介電結構126之部分。作為一範例，咸信大約8至20 nm之一間隔物回蝕足夠用於該等延伸間隔物之一側尺寸大約60 nm的一實施方案。較佳地係在該間隔物回蝕之後進行清洗步驟，例如一標準蝕刻液體浸入(即，硫酸及過氧化氫之一加熱溶液)，以移除該回蝕所引入的污染物。
在圖9之細節圖所例示的一具體實施例中，該間隔物回蝕相對於襯墊介電結構126至少有些選擇性，使得在完成該間隔物回蝕之後保留末端凹口120及矽化物纖維132。在此具體實施例中，移除矽化物纖維132所需之額外程序可包括一射頻噴濺(圖8中由參考數字140所代表)製程，較佳地係使用一惰性氣體(例如氬)。在此具體實施例中，該噴濺程序產生較大、能量氬離子，其實體變位或另外消除包含末端凹口120及矽化物纖維132之介電結構126之曝露部分，同時在襯墊介電結構126之剩餘部分之邊緣處產生一凸起輪廓127以防止後續形成額外纖維。圖10描述在該噴濺蝕刻完成之後的一晶圓。因而本文所述之後矽化物程序適用於消除可能另外沿該等襯墊介電結構所形成的矽化物纖維。
在所示具體實施例中，該間隔物回蝕製程在所形成介電結構126之邊緣處產生一凸起輪廓127。為獲得此結果，該較佳回蝕製程係一乾式蝕刻製程，其防止在該回蝕期間形成一新凹入表面.。若該回蝕製程產生一凹入表面，則可能使噴濺矽化物被重新捕獲於該凹面內，藉此導致形成該回蝕最初意欲消除的纖維。
參考圖11，上述間隔物回蝕程序的一額外好處係減少留在緊密間隔多晶矽線112－1與112－2之間的區域162內的導電絲，其中該層間介電質(ILD)不能完全填充在該等多晶區域之間的該些狹窄間隙，藉此留下空隙。後續沈積鎢留下可引起相鄰器件短路之鎢纖維。在一積體電路中一間隔物回蝕製程導致更好的介電質間隙填充能力，藉此改良其可靠性。
在前述規格書中，已參考特定具體實施例來說明本發明。然而，習知此項技術者應瞭解可進行各種修改及變化而不脫離如以下申請專利範圍所提出之本發明之範疇。例如，所示具體實施例使用一半導體上絕緣體(SOI)晶圓101。然而在其他具體實施例中，傳統大容量矽晶圓與所述纖維移除程序相容。作為另一範例，圖8所示之電晶體150具有一單一閘極電極，但其它具體實施例(如，在非揮發性記憶體器件中)可包括熟知的一浮動閘極結構。作為另一範例，矽化物形成並不限於本文提及之金屬，而需要時還可使用稀土金屬及其他耐火金屬。該些金屬包括Er、Yb、W等。因此，本說明書及附圖應視為說明性，而非限制性，且希望所有此類修改均包括於本發明之範疇內。
以上已針對特定具體實施例而說明好處、其他優點及問題解決方案。然而，好處、優點、問題解決方案、及引起任何利益、優點、或解決方案發生或變得突出之(多個)元件，均不應視為任一或所有申請專利之一關鍵、必需或本質特徵或元件。本文中所使用的術語「包括」、「包含」或其任何其他變化均意欲涵蓋非專有內含項，使得包含一元件清單的製程、方法、物品或裝置不僅包括這等元件，而且還包括未明確列出或此類製程、方法、物品或裝置固有的其他元件。
100．．．電路
101．．．晶圓
102．．．介電層
104．．．半導體層
106．．．隔離結構
108．．．間隔物
110．．．閘極電極
112．．．閘極電極
114．．．閘極介電質
116．．．襯墊介電層
117．．．水平部分
118．．．垂直部分
120．．．凹口
122．．．矽纖維
126．．．介電結構
127．．．凸面輪廓
128．．．延伸間隔物
130．．．金屬層
132．．．矽化物纖維
134．．．矽化物結構
135．．．汲極區域
136．．．矽化物結構
140．．．射頻噴濺
150．．．電晶體
162．．．區域
本發明以範例方式而加以說明，並不受限於該等附圖，其中相同參考指示相同元件，且其中：圖1係一半導體製程之一具體實施例中處於一中間階段的一積體電路之一部分斷面圖，其強調包括形成於一氧化物襯墊上之一延伸間隔物的一閘極模組之形成；圖2描述圖1之後的程序，其中在矽化物形成之前移除用於該等延伸間隔物之一襯墊氧化物；圖3係圖2之襯墊氧化物之一部分之一細節圖，揭示在該曝露襯墊氧化物中形成凹口末端；圖4描述圖2之後的程序，其中在該晶圓之上沈積一金屬層以預備矽化物形成；圖5係圖4之襯墊氧化物凹口末端之一細節圖，其說明在該襯墊氧化物之凹口末端中形成矽結構；圖6描述圖5之後的程序，其中在該源極/汲極與閘極電極區域上選擇性地形成該矽化物；圖7係圖6之襯墊氧化物凹口末端之一細節圖，其說明在該凹口末端中形成一矽化物纖維；圖8描述圖6之後的程序，其中執行包括回蝕該延伸間隔物的額外程序以曝露該凹口襯墊區域內所截獲之矽化物纖維；圖9係在用於一實施方案後之間隔物回蝕之後圖8之襯墊氧化物凹口末端之一細節圖，其中該延伸間隔物回蝕相對於該襯墊氧化物末端至少有些選擇性；圖10描述圖9之後的程序，其中使用一氬噴濺來移除該間隔物回蝕所曝露的襯墊介電結構之部分；及圖11說明該晶圓之密集組裝區域中回蝕間隔物128所提供之一好處。
習知此項技術者應瞭解，出於簡單及清楚起見而說明圖示中的元件且不必比例縮放。例如，該等圖示中的某些元件可能相對於其他元件而加以放大以促進理解本發明之具體實施例。
100．．．電路
101．．．晶圓
102．．．介電層
104．．．半導體層
106．．．隔離結構
110．．．閘極電極
112．．．閘極電極
114．．．閘極介電質
126．．．介電結構
128．．．延伸間隔物
134．．．矽化物結構
136．．．矽化物結構
140．．．射頻噴濺
150．．．電晶體
Claims (20)
- 一種半導體製程，其包括：在一晶圓之一基板上面的一閘極介電質上面形成一閘極電極；形成一襯墊介電層，其包括相鄰該閘極電極之側壁之垂直部分及在該半導體基板之一上表面上面的水平部分；形成一延伸間隔物，其相鄰一垂直部分且在該襯墊介電層之一水平部分上面；在形成該延伸間隔物之後，移除該襯墊介電層之曝露部分以形成該延伸間隔物所覆蓋之一襯墊介電結構並曝露該基板之多個部分；回蝕該延伸間隔物以揭露該襯墊介電結構之末端；在該回蝕之後，移除該襯墊介電結構之曝露末端之至少部分；以及在該基板之該等曝露部分上形成矽化物。
- 如請求項1之方法，其中形成該襯墊介電質包含在該晶圓上沈積一保形(conformal)氧化物。
- 如請求項2之方法，其中形成該延伸間隔物包含在該襯墊介電質上沈積一氮化矽層並各向異性地蝕刻該氮化矽層。
- 如請求項3之方法，其進一步包含在該回蝕之前，在該晶圓上非選擇性地沈積一金屬層。
- 如請求項4之方法，其中沈積該金屬層包含噴濺沈積該金屬層。
- 如請求項1之方法，其中該移除該等曝露末端之至少部分包括噴濺清洗該晶圓。
- 如請求項6之方法，其中該噴濺清洗包含使用氬離子進行射頻噴濺。
- 一種半導體製造方法，其包含：在相鄰一傳導電極之一介電襯墊層上形成一間隔物；移除該襯墊介電層之曝露部分以形成一襯墊介電結構；沈積一金屬層；在該金屬層接觸一半導體處選擇性地形成一矽化物並移除別處的該金屬層；回蝕該間隔物以揭露該襯墊介電結構之末端；以及移除該襯墊介電結構之該等曝露末端。
- 如請求項8之方法，其中該形成間隔物包含在一氧化物襯墊層上形成一氮化矽間隔物。
- 如請求項8之方法，其中移除該襯墊介電層之曝露部分包含在一HF溶液中濕式蝕刻該等曝露部分。
- 如請求項8之方法，其中沈積該金屬層包含噴濺沈積一金屬，該金屬係選自由鈦、鈷、鎳、鈀、鉑、及其合金所組成之群組。
- 如請求項8之方法，其進一步包含在該回蝕之後，在一皮蘭哈(piranha)液中清洗該晶圓。
- 如請求項8之方法，其中回蝕該間隔物包括乾式蝕刻該間隔物。
- 如請求項13之方法，其中該移除該等曝露末端之至少部分包括噴濺清洗該晶圓。
- 如請求項14之方法，其中該噴濺清洗包含使用氬離子進行射頻噴濺。
- 一種半導體製程，其包含：相鄰一晶圓基板上面的一閘極電極之一側壁在一襯墊介電層上形成一間隔物；使用一濕式蝕刻移除該襯墊介電層之曝露部分，其中該濕式蝕刻在該介電層之一末端部分產生一凹面凹口；噴濺沈積一金屬層；回蝕該間隔物以曝露該介電層之該末端部分；以及移除該介電層之該曝露末端部分。
- 如請求項16之方法，其中回蝕該間隔物包含乾式蝕刻該間隔物。
- 如請求項17之方法，其中移除該介電層之該曝露末端部分包含噴濺蝕刻該介電層之該曝露部分。
- 如請求項18之方法，其中噴濺沈積包含使用一氬物種進行噴濺沈積。
- 如請求項16之方法，其進一步包含退火該晶圓以在其接觸矽處與該金屬層反應。
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