半導(dǎo)體器件的形成方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的形成方法，包括：刻蝕半導(dǎo)體基底上的第一介質(zhì)層形成第一通孔，以露出所述金屬柵極后，對半導(dǎo)體基底進(jìn)行第一清洗工藝，所述第一清洗工藝以含有氬離子的氣體作為清洗氣體。由于氬離子具有較大的質(zhì)量和能量，氬離子撞擊刻蝕氣體與金屬反應(yīng)所形成的含有金屬化合物的副產(chǎn)物，從而有效降解這些金屬副產(chǎn)物，去除這些金屬化合物以提高介質(zhì)層內(nèi)的清洗效率，減小殘留在第一通孔和第一介質(zhì)層上的副產(chǎn)物的量，進(jìn)而減小刻蝕第一介質(zhì)層所形成的副產(chǎn)物對于后續(xù)形成于第一通孔內(nèi)的導(dǎo)電插塞的影響，提高后續(xù)形成的半導(dǎo)體器件的性能。
【專利說明】
半導(dǎo)體器件的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其是涉及一種半導(dǎo)體器件的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路(簡稱IC)制造技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)集成電路的工藝節(jié)點(diǎn)逐漸減小，集成電路器件的尺寸不斷縮小。在集成電路制造過程中，在一片晶圓上，半導(dǎo)體元件的數(shù)量不斷增加，為此集成電路制造工藝不斷革新以提高集成電路器件的性能。
[0003]如為了滿足半導(dǎo)體元件數(shù)量增多的要求，在一片晶圓上往往包括多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件，而相鄰層的半導(dǎo)體元件通過互連結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電連接，從而在特定面積的芯片上增加半導(dǎo)體元件數(shù)量，提高半導(dǎo)體器件的集成度。
[0004]參考圖1現(xiàn)有的多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖，所述多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制造過程包括:
[0005]在半導(dǎo)體襯底10上形成晶體管11后，在晶體管11周邊形成介質(zhì)層13 ;在所述晶體管11和介質(zhì)層13上形成另一介質(zhì)層15后，在介質(zhì)層13和另一介質(zhì)層15內(nèi)開設(shè)導(dǎo)通所述晶體管11的柵極，以及晶體管11源極和漏極12的通孔，并向該通孔內(nèi)填充導(dǎo)電材料以形成分別電連接所述晶體管11柵極以及源極和漏極12的插塞14和17 ;之后可再于所述另一介質(zhì)層15上形成與所述插塞14和17連接的半導(dǎo)體元件……依此重復(fù)，從而在同一半導(dǎo)體襯底上形成多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。
[0006]如上所述，介質(zhì)層13和15內(nèi)的導(dǎo)電插塞等互連結(jié)構(gòu)用以電性連接不同層之間的半導(dǎo)體器件，互連結(jié)構(gòu)的性能直接影響后續(xù)形成的集成電路中各半導(dǎo)體器件間的電流傳導(dǎo)性能，進(jìn)而影響集成電路的信號傳遞速度等性能，隨著對于集成電路要求的提高，對于互連結(jié)構(gòu)的性能要求不斷增加。
[0007]但采用現(xiàn)有技術(shù)形成的互連結(jié)構(gòu)的性能無法滿足半導(dǎo)體器件發(fā)展的需求，為此，如何進(jìn)一步提高互連結(jié)構(gòu)的性能是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體器件的形成方法，以提高互連結(jié)構(gòu)的性能。
[0009]為解決上述問題，本發(fā)明一種半導(dǎo)體器件的形成方法，包括:
[0010]提供半導(dǎo)體基底，在所述半導(dǎo)體基底內(nèi)形成有金屬柵極；
[0011]在所述半導(dǎo)體基底上形成第一介質(zhì)層；
[0012]刻蝕所述第一介質(zhì)層形成第一通孔，所述第一通孔露出所述金屬柵極；
[0013]形成所述第一通孔后，對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第一清洗工藝，所述第一清洗工藝以含有氬離子的氣體作為清洗氣體。
[0014]可選地，所述第一清洗工藝的條件包括:以氬氣作為清洗氣體，控制偏置功率為0W，氬氣流量為700?900sccm，氣壓為180?250mtorr。
[0015]可選地，所述半導(dǎo)體基底包括半導(dǎo)體襯底和位于所述半導(dǎo)體襯底上的第二介質(zhì)層，所述金屬柵極位于所述第二介質(zhì)層內(nèi)；
[0016]在位于所述金屬柵極兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中還形成有源極和漏極，所述源極和漏極表面形成有阻擋層:
[0017]刻蝕所述第一介質(zhì)層形成第一通孔的步驟還包括:同時刻蝕所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層，在所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層內(nèi)形成第二通孔，所述第二通孔位于所述源極和漏極上方，且露出所述阻擋層；
[0018]去除部分所述阻擋層，之后進(jìn)行所述第一清洗工藝；
[0019]在所述第一清洗工藝后，所述半導(dǎo)體器件的形成方法包括，去所述第二通孔底部剩余的阻擋層，露出所述源極或漏極。
[0020]可選地，在去除所述第二通孔底部剩余的阻擋層后，所述半導(dǎo)體器件的形成方法還包括:
[0021]對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行所述第二清洗工藝，所述第二清洗工藝以含有氮?dú)獾臍怏w作為清洗氣體。
[0022]可選地，所述第二清洗工藝的條件包括:控制偏置功率為50?100W，氮?dú)饬髁繛?00 ?400sccm，氣壓為 10 ?120mtorr。
[0023]可選地，在所述第二清洗工藝后，對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第三清洗工藝，所述第三清洗工藝以含有氬離子的氣體作為清洗氣體。
[0024]可選地，所述第三清洗工藝的條件包括:以氬氣作為清洗氣體，控制偏置功率為0W，氬氣流量為700?900sccm，氣壓為180?250mtorr。
[0025]可選地，第一清洗工藝、第二清洗工藝和第三清洗工藝中任一清洗工藝的溫度為O?20°C，或者，第一清洗工藝、第二清洗工藝和第三清洗工藝的溫度均為O?20°C。
[0026]可選地，所述源極和漏極包括位于所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的離子摻雜區(qū)，以及位于所述離子摻雜區(qū)上的金屬導(dǎo)電層；
[0027]去所述第二通孔底部剩余的阻擋層，露出所述源極或漏極的步驟包括:去除所述第二通孔底部剩余的阻擋層，露出所述金屬導(dǎo)電層。
[0028]可選地，所述阻擋層為氮化硅層。
[0029]可選地，刻蝕所述第一介質(zhì)層的步驟包括:
[0030]在所述半導(dǎo)體基底上形成無定形碳層；
[0031]之后以光刻膠掩模層為掩模，刻蝕所述無定形碳層和第一介質(zhì)層；
[0032]在形成所述第一通孔后去除所述無定形碳層；
[0033]在去除所述無定形碳層之后執(zhí)行所述去除部分所述阻擋層的步驟。
[0034]可選地，所述無定型碳的去除工藝為灰化工藝。
[0035]可選地，刻蝕所述第一介質(zhì)層的步驟包括，采用干法刻蝕工藝刻蝕所述第一介質(zhì)層，且所述干法刻蝕工藝以含有氟源氣體的氣體作為刻蝕劑。
[0036]可選地，所述第一介質(zhì)層為氧化娃層。
[0037]可選地，在完成所述第一清洗工藝后，向所述第一通孔內(nèi)填充導(dǎo)電材料，以形成導(dǎo)電插塞。
[0038]可選地，所述導(dǎo)電材料為鎢。
[0039]可選地，在所述第一清洗工藝后，向所述第一通孔內(nèi)填充導(dǎo)電材料前，所述半導(dǎo)體器件的形成方法還包括在所述第一通孔的側(cè)壁和底部形成擴(kuò)散阻擋層。
[0040]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0041]在刻蝕半導(dǎo)體基底上的第一介質(zhì)層，形成露出金屬柵極的第一通孔后，在進(jìn)行第一清洗工藝中，以含有氬離子氣體清洗所述半導(dǎo)體基底器件。雖然在刻蝕所述第一介質(zhì)層過程中，刻蝕氣體會與金屬反應(yīng)形成含有金屬化合物的刻蝕副產(chǎn)物，但由于氬離子具有較大的質(zhì)量和能量，在第一清洗工藝中，氬離子撞擊所述刻蝕副產(chǎn)物后，可有效降解這些金屬副產(chǎn)物，以去除這些金屬化合物，提高介質(zhì)層內(nèi)的清洗效率，從而減小殘留在第一通孔和第一介質(zhì)層上的刻蝕副產(chǎn)物的量，減小刻蝕第一介質(zhì)層所形成的刻蝕副產(chǎn)物對于后續(xù)形成于第一通孔內(nèi)的導(dǎo)電插塞的影響，以提高后續(xù)形成的半導(dǎo)體器件的性能。
【附圖說明】
[0042]圖1為現(xiàn)有的多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖2為采用現(xiàn)有工藝形成的互連結(jié)構(gòu)的電鏡圖；
[0044]圖3?圖10為本發(fā)明半導(dǎo)體器件的形成方法一實(shí)施例的各步驟中半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖11為采用本發(fā)明半導(dǎo)體器件的形成方法多個實(shí)施例形成的半導(dǎo)體器件的電性測試合格率，以及采用現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體器件的電性測試合格率柱狀對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046]正如【背景技術(shù)】中所述，隨著集成電路的發(fā)展，對于半導(dǎo)體器件的性能要求不斷提升，然而采用現(xiàn)有工藝形成的半導(dǎo)體器件中，金屬互連線的性能無法滿足集成電路發(fā)展需求，分析其原因發(fā)現(xiàn):
[0047]繼續(xù)參考圖1，在現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造工藝中，刻蝕氣體會與金屬反應(yīng)形成金屬化合物，尤其是，現(xiàn)有半導(dǎo)體制造工藝中，多采用氟源氣體作為刻蝕介質(zhì)層的干法刻蝕劑，從而提高介質(zhì)層13和15的刻蝕精度和刻蝕選擇比，然而在諸如刻蝕介質(zhì)層形成導(dǎo)通金屬柵極的過程中，氟源氣體中的氟離子會與金屬接觸后形成含有氟和金屬的聚合物(MxF)，這種化合物會粘附在通孔的側(cè)壁和底部，采用現(xiàn)有的清洗工藝難以清除這些含有氟和金屬的聚合物，進(jìn)而影響后續(xù)形成的半導(dǎo)體器件的性能。
[0048]此外，在半導(dǎo)體器件制造工藝中，在刻蝕所述介質(zhì)層形成通孔后，往往會放置一段時間后，再進(jìn)行濕法清洗工藝，并經(jīng)濕法清洗工藝后，在介質(zhì)層內(nèi)的通孔的側(cè)壁形成擴(kuò)散阻擋層，并在通孔內(nèi)填充導(dǎo)電材料等步驟。在這段放置時間內(nèi)，氟和金屬聚合物還會與空氣中的水反應(yīng)，形成結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，更難以去除的副產(chǎn)物，結(jié)合參考圖2所示，圖2中2a和2b是采用現(xiàn)有工藝形成的互連結(jié)構(gòu)的電鏡圖，這些副產(chǎn)物18會粘附在通孔的側(cè)壁上，并摻雜在導(dǎo)電插塞17內(nèi)，從而增加導(dǎo)電插塞17的電阻，并引起導(dǎo)電插塞17短路，增加電阻電容延時效應(yīng)(RC效應(yīng))等問題，從而降低半導(dǎo)體器件的性能。
[0049]為此，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件的形成方法。包括:
[0050]提供半導(dǎo)體基底，在所述半導(dǎo)體基底內(nèi)形成有金屬柵極；
[0051]在所述半導(dǎo)體基底上形成第一介質(zhì)層；
[0052]刻蝕所述第一介質(zhì)層形成第一通孔，所述第一通孔露出所述金屬柵極；
[0053]形成所述第一通孔后，對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第一清洗工藝，所述第一清洗工藝以含有氬離子的氣體作為清洗氣體。
[0054]在刻蝕半導(dǎo)體基底上的第一介質(zhì)層，形成露出金屬柵極的第一通孔后，對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第一清洗工藝，以含有氬離子的氣體作為清洗氣體清洗所述半導(dǎo)體基底。由于氬離子具有較大的質(zhì)量和能量，氬離子撞擊刻蝕氣體與金屬反應(yīng)所形成的含有金屬化合物的刻蝕副產(chǎn)物，從而有效降解這些金屬化合物，去除這些金屬化合物以提高半導(dǎo)體基底的清洗效率，減小殘留在第一通孔和第一介質(zhì)層上的刻蝕副產(chǎn)物的量，進(jìn)而減小刻蝕第一介質(zhì)層所形成的刻蝕副產(chǎn)物對于后續(xù)形成于第一通孔內(nèi)的導(dǎo)電插塞的影響，提高后續(xù)形成的半導(dǎo)體器件的性能。
[0055]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖，以對本發(fā)明的具體實(shí)施例作詳細(xì)的說明。
[0056]圖3?圖10為本發(fā)明半導(dǎo)體器件的形成方法一實(shí)施例的各步驟中半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0057]本實(shí)施例半導(dǎo)體器件的形成方法具體包括:
[0058]參考圖3所示，提供半導(dǎo)體基底，在所述半導(dǎo)體基底內(nèi)形成有金屬柵極120。
[0059]本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體基底包括半導(dǎo)體襯底100，以及位于所述半導(dǎo)體襯底100上的第二介質(zhì)層110。所述金屬柵極120位于所述第二介質(zhì)層110內(nèi)。
[0060]可選地，所述第二介質(zhì)層110露出所述金屬柵極120的表面。
[0061]所述半導(dǎo)體襯底100包括為硅襯底，鍺、鍺硅、砷化鎵襯底或絕緣體上硅襯底，常見的半導(dǎo)體襯底均可作為本實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底，本發(fā)明對所述半導(dǎo)體襯底的材料和結(jié)構(gòu)并不做限定。
[0062]本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100為硅襯底。
[0063]本實(shí)施例中，在所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)還形成有位于所述金屬柵極120兩側(cè)的源極和漏極121。
[0064]可選地，所述源極和漏極121包括位于所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)的離子摻雜區(qū)，以及覆蓋在所述離子摻雜區(qū)上的金屬導(dǎo)電層122。
[0065]本實(shí)施例中，所述金屬導(dǎo)電層122的材料為金屬硅化物，如鎳硅化合物等。
[0066]所述金屬柵極120以及源極和漏極121為本領(lǐng)域成熟工藝，在此不再贅述。
[0067]本實(shí)施例中，在所述金屬導(dǎo)電層122的表面形成有阻擋層123。
[0068]所述阻擋層123的材料可選為氮化娃，形成方為化學(xué)氣相沉積(Chemical VaporDeposit1n，簡稱CVD)等工藝。本發(fā)明對所述阻擋層123的材料和形成工藝不做限定。
[0069]此外，在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)還形成有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(shallow trenchisolat1n，簡稱STI)，其他晶體管以及金屬互連結(jié)構(gòu)等半導(dǎo)體元器件。上述結(jié)構(gòu)為本領(lǐng)域成熟技術(shù)，在此不再贅述。
[0070]所述第二介質(zhì)層110的材料為介電材料，可選地，所述第二介質(zhì)層110的材料為低K介電材料(K值小于或等于3.0)，如多孔結(jié)構(gòu)的氧化硅和摻碳的氧化硅等，從而有效降低后續(xù)形成于所述第二介質(zhì)層110內(nèi)的導(dǎo)電插塞等器件之間的寄生電容。
[0071]本實(shí)施例中，所述第二介質(zhì)層110的材料為氧化硅，但本發(fā)明對所述第二介質(zhì)層110的材料并不做限定。
[0072]所述第二介質(zhì)層110的形成方法為化學(xué)氣相沉積(Chemical vapor deposit1n,簡稱CVD)等工藝，本發(fā)明對所述第二介質(zhì)層110的形成工藝不做限定。
[0073]接著參考圖4，在所述半導(dǎo)體基底上形成第一介質(zhì)層130，所述第一介質(zhì)層130覆蓋所述第二介質(zhì)層110和所述金屬柵極120。后續(xù)所述第二介質(zhì)層用于形成電連接所述金屬柵極120的導(dǎo)電插塞。
[0074]可選地，所述第一介質(zhì)層130的材料為介電材料，可選的為低K介電材料(K值小于或等于3.0)，從而有效降低后續(xù)形成于所述第一介質(zhì)層130內(nèi)的導(dǎo)電插塞等器件之間的寄生電容。
[0075]本實(shí)施例中，所述第一介質(zhì)層130的材料為氧化硅，形成工藝為CVD。
[0076]之后，刻蝕所述第一介質(zhì)層130，形成導(dǎo)通所述金屬柵極120的第一通孔，并向所述第一通孔內(nèi)填充導(dǎo)電材料用以形成導(dǎo)電插塞。
[0077]本實(shí)施例中，刻蝕所述第一介質(zhì)層110的步驟包括:
[0078]繼續(xù)參考圖4，在所述第一介質(zhì)層110上形成掩模層。
[0079]本實(shí)施例中，所述掩模層的形成步驟包括:在所述介質(zhì)層110上由下至上依次形成無定形碳層141、無機(jī)抗反射層(Dielectric Ant1-Reflect Coating，簡稱Dare)層142、底部抗反射層(Bottom Ant1-Reflect Coating,簡稱Bare) 143，并在所述Barc層143上形成光刻膠掩模層150，所述無定形碳層141、Darc層142、Barc層143和光刻膠掩模層150組成用于可以所述第一介質(zhì)層110的掩模層。
[0080]所述光刻膠掩模150的形成工藝包括，先在所述Barc層143上涂覆光刻膠層，之后經(jīng)曝光顯影等工藝形成所述光刻膠掩模150。
[0081]所述Darc層142、Barc層143，以及無定形碳層141可在光刻膠層曝光顯影過程中降低光線的散射、折射等現(xiàn)象，以提高形成的光刻膠掩模的質(zhì)量，從而提高后續(xù)刻蝕所述第一介質(zhì)層130的精度。
[0082]值得注意的是，在刻蝕所述第一介質(zhì)層130步驟中，可選擇性地形成所述Darc層142、Barc層143，以及無定形碳層141，且是否形成所述Darc層142、Barc層143，或無定形碳層141并不影響本發(fā)明目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
[0083]接著參考圖5，以所述光刻膠掩模150為掩模，刻蝕所述Darc層142、Barc層143，以及無定型碳141，將光刻膠掩模150上的圖形轉(zhuǎn)移至所述無定形碳141上，在所述無定形碳141內(nèi)形成硬掩模。
[0084]結(jié)合參考圖6，以所述經(jīng)刻蝕后的無定型碳141為掩模，刻蝕所述第一介質(zhì)層130，在所述金屬柵極120上方形成第一通孔161，至所述第一通孔161露出所述金屬柵極120。
[0085]值得注意的是，在以所述光刻膠掩模150刻蝕所述無定形碳層141時，所述光刻膠掩模150和bare層143消耗殆盡，但也可能殘留部分在所述無定形碳層141中，但上述情況并不影響本發(fā)明的目的實(shí)現(xiàn)。
[0086]本實(shí)施例中，采用干法刻蝕工藝刻蝕所述第一介質(zhì)層130，在所述第一介質(zhì)層130內(nèi)形成所述第一通孔161。
[0087]本實(shí)施例中，所述第一介質(zhì)層130的材料為氧化娃，可選地，所述干法刻蝕工藝以含有氟源氣體的氣體作為刻蝕劑，所述氟源氣體包括三氟化氮(NF3)等。上述刻蝕第一介質(zhì)層130的技術(shù)為本領(lǐng)域成熟技術(shù)，在此不再贅述。
[0088]繼續(xù)參考圖6，本實(shí)施例中，刻蝕所述第一介質(zhì)層130以形成所述第一通孔161的同時，在刻蝕所述第一介質(zhì)層130和第二介質(zhì)層110以在所述源極或漏極121上方形成第二通孔162。所述第二通孔162露出所述阻擋層123，所述第二通孔162用于形成電連接所述源極或漏極121的導(dǎo)電插塞。
[0089]其中，在刻蝕所述第一介質(zhì)層130和第二介質(zhì)層110時，所述阻擋層123作為刻蝕阻擋層，以避免所述源極和漏極121受到損傷。
[0090]圖6中，在刻蝕所述第一介質(zhì)層130第二介質(zhì)層110的過程中，會產(chǎn)生刻蝕副產(chǎn)物170，尤其是在形成所述第一通孔161后，所述第一通孔161露出所述金屬柵極120，刻蝕氣體中的氟源氣體會與金屬柵極120反應(yīng)，形成氟和金屬的聚合物(F-concluded polymer,MxF)，上述含有氟和金屬的聚合物作為刻蝕副產(chǎn)物會粘附在所述第一通孔161的側(cè)壁和底部，且氟和金屬的聚合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以去除，若殘留在第一通孔161內(nèi)會影響后續(xù)形成于第一通孔161內(nèi)導(dǎo)電插塞的性能。
[0091]本實(shí)施例中，在形成所述第一通孔161后，對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第一清洗工藝，以去除刻蝕所述第一介質(zhì)層130和第二介質(zhì)層110的刻蝕副產(chǎn)物。
[0092]可選方案中，在刻蝕所述第一介質(zhì)層130和第二介質(zhì)層110，以形成所述第一通孔161和第二通孔162后，進(jìn)行所述第一清洗工藝前，采用灰化工藝去除位于所述第一介質(zhì)層130上的無定形碳層141。
[0093]所述灰化工藝包括采用含有氮?dú)?N2)、氫氣(H2)或氧氣(O2)等氣體作為清洗氣體，以去除所述無定形碳層141。所述灰化工藝為本領(lǐng)域成熟工藝，在此不再贅述。
[0094]參考圖7，在所述灰化工藝后，部分刻蝕副產(chǎn)物被去除，但在所述第一通孔161內(nèi)，位于所述金屬柵極120仍殘留部分含有氟和金屬的聚合物的刻蝕副產(chǎn)物171，之后可進(jìn)行所述第一清洗工藝去除上述殘留的刻蝕副產(chǎn)物171。
[0095]本實(shí)施例中，進(jìn)一步可選地，參考圖8，在去除所述無定形碳層141后，先沿著所述第二通孔162刻蝕去除部分所述阻擋層123，之后再對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行所述第一清洗工藝，所述第一清洗工藝中，以含有氬離子的氣體作為清洗氣體。
[0096]在所述第一清洗工藝中，由于氬離子具有較大的質(zhì)量和能量，氬離子撞擊所述第一通孔161內(nèi)含有氟和金屬的聚合物的副產(chǎn)物171后，使得氟和金屬的聚合物中的長鏈斷裂，氟和金屬的聚合物被降解，而被降解后的刻蝕副產(chǎn)物便于被清洗氣體攜帶排出所述第一通孔161，從而提高所述第一通孔161的清洗效率，避免所述含有氟和金屬的聚合物殘留在所述第一通孔161內(nèi)，并影響后續(xù)形成于所述第一通孔161內(nèi)的導(dǎo)電插塞性能。
[0097]可選地，所述第一清洗工藝的條件包括:以氬氣作為清洗氣體，清洗氣體通入清洗腔室后，氬氣被電離形成氬離子，攜帶較強(qiáng)的能量轟擊所述含氟和金屬的聚合物，以降解所述含氟和金屬的聚合物。
[0098]其中，若所述第一清洗工藝中，氬氣流量過小會影響形成的氬離子數(shù)量以及氬離子攜帶的能量，從而影響所述第一清洗工藝對于半導(dǎo)體基底的清洗效率。
[0099]本實(shí)施例中，在所述第一清洗工藝中，控制偏置功率為0W，氬氣流量為700?900sccm，氣壓為 180 ?250mtorr。
[0100]若所述第一清洗工藝的溫度過高，會在所述第一通孔161內(nèi)產(chǎn)生新的副產(chǎn)物，并影響以形成的半導(dǎo)體器件的性能。
[0101]可選地，所述第一清洗工藝在O?20°C條件下進(jìn)行。
[0102]此外，在上述刻蝕所述阻擋層123的過程中，刻蝕氣體與阻擋層123、產(chǎn)生的刻蝕副產(chǎn)物，以及第一介質(zhì)層130和第二介質(zhì)層110反應(yīng)，形成新的刻蝕副產(chǎn)物173，所述刻蝕副產(chǎn)物173會殘留在所述第二通孔162內(nèi)，阻礙后續(xù)繼續(xù)刻蝕所述阻擋層123等工藝?yán)^續(xù)進(jìn)行，從而影響半導(dǎo)體器件的制備工序。
[0103]在第一清洗過程中，氬離子撞擊所述第二通孔162內(nèi)的刻蝕副產(chǎn)物173，將刻蝕副產(chǎn)物173降解后，排除所述第二通孔162，以提高所述半導(dǎo)體基底的清洗效率。
[0104]接著參考圖9，在對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行所述第一清洗后，繼續(xù)沿著所述第二通孔162刻蝕剩余的所述阻擋層123，以去除所述第二通孔162內(nèi)的剩余的阻擋層123，露出所述源極或漏極121。
[0105]本實(shí)施例中，去除所述第二通孔162底部的剩余阻擋層122后，露出所述金屬導(dǎo)電層 122。
[0106]其中，刻蝕所述第二通孔162底部的阻擋層的工藝為本領(lǐng)域成熟工藝，在此不再贅述。
[0107]在去除所述第二通孔162底部的所述阻擋層123，露出所述金屬導(dǎo)電層122后，對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第二清洗工藝，以進(jìn)一步刻蝕所述第一介質(zhì)層130和第二介質(zhì)層110、灰化工藝，以及刻蝕所述阻擋層123過程中所形成的刻蝕副產(chǎn)物。
[0108]本實(shí)施例中，所述第二清洗工藝以含有氮?dú)獾臍怏w作為清洗氣體，以清洗所述半導(dǎo)體基底。
[0109]可選地，所述第二清洗工藝的條件包括:控制偏置功率為50?100W，氮?dú)饬髁繛?00 ?400sccm，氣壓為 10 ?120mtorr。
[0110]可選地，所述第一清洗工藝在O?20°C條件下進(jìn)行，以提高所述第二清洗工藝的清洗效果同時，降低溫度對半導(dǎo)體器件的功能影響。
[0111]在所述第二清洗工藝中，采用氮?dú)庾鳛榍逑礆怏w可有效去除所述第一通孔161、第二通孔162以及所述第一介質(zhì)層130上，在刻蝕所述無定形碳層141、第一介質(zhì)層130、第二介質(zhì)層110以及阻擋層123時產(chǎn)生的含有碳等雜質(zhì)的聚合物；但本實(shí)施例中，在第一清洗工藝后，沿所述第二通孔162繼續(xù)刻蝕剩余在所述第二通孔162內(nèi)的阻擋層123時，刻蝕氣體中的氟離子會再次與所述金屬導(dǎo)電層122內(nèi)的金屬反應(yīng)形成含有氟和金屬的聚合物。這些含有氟和金屬的聚合物會粘附在所述第二通孔162側(cè)壁上，從而影響后續(xù)形成于所述第二通孔162內(nèi)的導(dǎo)電插塞性能。
[0112]本實(shí)施例中，在所述第二清洗工藝后，再進(jìn)行第三清洗工藝，以含有氬離子的氣體清洗所述半導(dǎo)體基底。
[0113]在所述第三清洗工藝中，具有較大的質(zhì)量和能量的氬尚子撞擊所述含有氟和金屬的聚合物的刻蝕副產(chǎn)物，有效降解含有氟和金屬的聚合物，降低刻蝕副產(chǎn)物粘附在所述第二通孔162側(cè)壁上的粘附力，從而提高所述第二通孔162的清洗效率，避免所述含有氟和金屬的聚合物殘留在所述第二通孔162內(nèi)，并影響后續(xù)形成于所述第二通孔162內(nèi)的導(dǎo)電插塞性能。
[0114]可選地，在所述第三清洗工藝中，控制偏置功率為0W，氬氣流量為700?900sccm，氣壓為180?250mtorr。
[0115]可選地，所述第三清洗工藝在O?20°C條件下進(jìn)行，從而提高所述第三清洗工藝的清洗效果同時，降低溫度對半導(dǎo)體器件的功能影響。
[0116]在完成所述第三清洗工藝之后，可采用諸如稀釋的氫氟酸溶液(DHF)作為濕法清洗液，對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行清洗。
[0117]因?yàn)樵谏鲜龅谝?、第二和第三清洗工藝后，可以有效去除在刻蝕所述第一介質(zhì)層130和第二介質(zhì)層110時所產(chǎn)生的含有氟和金屬的聚合物，從而有效減小該含有氟和金屬的聚合物與水反應(yīng)。
[0118]再參考圖10，在完成對所述第一通孔161和第二通孔162進(jìn)行的濕法清洗工藝后，在所述第一通孔161和第二通孔162內(nèi)填充導(dǎo)電材料，從而在所述第一通孔161和第二通孔162內(nèi)分別形成第一導(dǎo)電插塞171和第二導(dǎo)電插塞172。
[0119]本實(shí)施例中，所述導(dǎo)電材料為媽，所述第一導(dǎo)電插塞171和第二導(dǎo)電插塞172為媽插塞。
[0120]所述導(dǎo)電插塞171和172的形成工藝為本領(lǐng)域成熟工藝，在此不再贅述。
[0121]可選地，在完成所述半導(dǎo)體基底濕法清洗后，向所述第一通孔161和第二通孔162填充導(dǎo)電材料前，可先在所述第一通孔161和第二通孔162的側(cè)壁和底部形成擴(kuò)散阻擋層(圖中未顯示)，以抑制后續(xù)形成的導(dǎo)電插塞內(nèi)的原子向所述第二介質(zhì)層110等結(jié)構(gòu)內(nèi)擴(kuò)散等缺陷。從而提尚后續(xù)形成的半導(dǎo)體器件的性能。
[0122]可選地，所述擴(kuò)散阻擋層的材料氮化鈦(TiN)。所述擴(kuò)散阻擋層形成工藝為本領(lǐng)域成熟技術(shù)，在此不再贅述。
[0123]參考圖11，圖11為采用本發(fā)明半導(dǎo)體器件的形成方法多個實(shí)施例形成的半導(dǎo)體器件的電性測試合格率，以及采用現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體器件的電性測試合格率柱狀對比圖，X軸。。其中，Y軸表面晶圓上在每平米厘米內(nèi)所形成的眾多半導(dǎo)體器件中的不合格的導(dǎo)電插塞的平均數(shù)量(單位:個每平方厘米)。
[0124]其中，晶圓I上形成有眾多采用現(xiàn)有半導(dǎo)體器件的形成方法形成的半導(dǎo)體器件:
[0125]該現(xiàn)有半導(dǎo)體器件的形成方法包括:在刻蝕所述第二介質(zhì)層形成露出阻擋層的第二通孔后，采用灰化工藝去除所述無定形碳層；并在刻蝕去除第二通孔內(nèi)的部分厚度的阻擋層后，采用氮?dú)庾鳛榍逑礆怏w清洗半導(dǎo)體基底；在去除所述第二通孔中的剩余的阻擋層后，再次采用氮?dú)庾鳛榍逑礆怏w清洗半導(dǎo)體基底。
[0126]晶圓2上形成有采用上述實(shí)施例半導(dǎo)體器件的形成方法形成的半導(dǎo)體器件:
[0127]本實(shí)施例半導(dǎo)體器件的形成方法包括:
[0128]在刻蝕所述第二介質(zhì)層形成露出阻擋層的第二通孔后，采用灰化工藝去除所述無定形碳層；并在刻蝕去除第二通孔內(nèi)的部分厚度的阻擋層后，采用含有氬離子的氣體作為清洗氣體清洗半導(dǎo)體基底；在去除所述第二通孔中剩余的阻擋層后，采用氮?dú)庾鳛榍逑礆怏w半導(dǎo)體基底；之后，再采用含有氬離子的氣體作為清洗氣體清洗半導(dǎo)體基底。
[0129]晶圓3上形成有采用本發(fā)明半導(dǎo)體器件的形成方法另一實(shí)施例形成的半導(dǎo)體器件:
[0130]所述另一實(shí)施例半導(dǎo)體器件的形成方法包括:
[0131]在刻蝕所述第二介質(zhì)層形成露出阻擋層的第二通孔后，采用灰化工藝去除所述無定形碳層；并在刻蝕去除第二通孔內(nèi)的部分厚度的阻擋層后，采用含有氬離子的氣體作為清洗氣體清洗半導(dǎo)體基底；在去除所述第二通孔中剩余的阻擋層后，再次采用氮?dú)庾鳛榍逑礆怏w半導(dǎo)體基底。
[0132]晶圓4上形成有采用本發(fā)明半導(dǎo)體器件的形成方法又一實(shí)施例形成的半導(dǎo)體器件:
[0133]所述又一實(shí)施例半導(dǎo)體器件的形成方法包括:
[0134]在刻蝕所述第二介質(zhì)層形成露出阻擋層的第二通孔后，采用灰化工藝去除所述無定形碳層；并在刻蝕去除第二通孔內(nèi)部分厚度的阻擋層后，采用氮?dú)庾鳛榍逑礆怏w清洗半導(dǎo)體基底；在去除所述第二通孔中剩余的阻擋層后，再次采用氮?dú)庾鳛榍逑礆怏w半導(dǎo)體基底；之后，再采用含有氬離子的氣體作為清洗氣體清洗半導(dǎo)體基底。
[0135]其中，上述各實(shí)施例中，采用氮?dú)庾鳛榍逑礆怏w進(jìn)行清洗的工藝包括:控制偏置功率為0W，氬氣流量為700?900sccm，氣壓為180?250mtorr，形成氬離子，并進(jìn)行清洗工
-H-
O
[0136]采用氮?dú)庾鳛榍逑礆怏w進(jìn)行清洗的工藝包括:控制偏置功率為50?100W，氮?dú)饬髁繛?00?400sccm，氣壓為10?120mtorr
[0137]由圖11可知，對比晶圓1、晶圓2、晶圓3和晶圓4中不合格的導(dǎo)電插塞數(shù)量，可知本發(fā)明，以含有氬離子的氣體進(jìn)行清洗半導(dǎo)體基底的各實(shí)施例(晶圓2、3和4)，相比與現(xiàn)有技術(shù)中，采用氮?dú)鉃榍逑礆怏w進(jìn)行清洗的半導(dǎo)體基底的對比例后續(xù)在半導(dǎo)體襯底上形成的導(dǎo)電插塞合格率明顯提高。
[0138]分析其原因是，氬尚子具有較大的質(zhì)量和能量，氬尚子撞擊刻蝕氣體與金屬反應(yīng)所形成的含有金屬化合物的副產(chǎn)物，因而采用含有氬離子的氣體作為清洗氣體，可有效降解這些金屬副產(chǎn)物，去除這些金屬化合物以提高介質(zhì)層內(nèi)的清洗效率，減小殘留在各通孔內(nèi)的副廣物的量，進(jìn)而提尚后續(xù)形成于各導(dǎo)電插塞的性能，進(jìn)而提尚后續(xù)形成的半導(dǎo)體器件的性能。
[0139]其中，晶圓2所代表的本發(fā)明的實(shí)施例中，晶圓2上的不合格插塞的數(shù)量最少，因而合格率最高。分析其原因，若在灰化工藝后，刻蝕第二通孔內(nèi)的部分厚度的阻擋層厚，采用含有氬氣離子的氣體作為清洗氣體，對半導(dǎo)體基底進(jìn)行清洗，可有效降解灰化工藝后，殘留在第一通孔內(nèi)柵極上的刻蝕副產(chǎn)物；并去除第二通孔內(nèi)，基于刻蝕阻擋層而形成的刻蝕副產(chǎn)物，以便于后續(xù)去除第二通孔內(nèi)的阻擋層的進(jìn)行；
[0140]之后在完全去除第二通孔內(nèi)的阻擋層后，以氮?dú)庾鳛榍逑礆怏w進(jìn)行清洗半導(dǎo)體基底，去除摻雜碳等刻蝕副產(chǎn)物；之后，再次以氬氣離子的氣體作為清洗氣體清洗半導(dǎo)體基底，可再一次去除頑固殘留在通孔內(nèi)的含有氟和金屬的刻蝕副產(chǎn)物。通過本實(shí)施例半導(dǎo)體器件的形成方法提供的技術(shù)方案，可減少殘留在各通孔內(nèi)的刻蝕副產(chǎn)物，進(jìn)而提高后續(xù)形成的半導(dǎo)體器件性能。
[0141]雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，包括: 提供半導(dǎo)體基底，在所述半導(dǎo)體基底內(nèi)形成有金屬柵極； 在所述半導(dǎo)體基底上形成第一介質(zhì)層； 刻蝕所述第一介質(zhì)層形成第一通孔，所述第一通孔露出所述金屬柵極； 形成所述第一通孔后，對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第一清洗工藝，所述第一清洗工藝以含有氬離子的氣體作為清洗氣體。2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述第一清洗工藝的條件包括:以氬氣作為清洗氣體，控制偏置功率為0W，氬氣流量為700?900sCCm，氣壓為180 ?250mtorr。3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體基底包括半導(dǎo)體襯底和位于所述半導(dǎo)體襯底上的第二介質(zhì)層，所述金屬柵極位于所述第二介質(zhì)層內(nèi)； 在位于所述金屬柵極兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中還形成有源極和漏極，所述源極和漏極表面形成有阻擋層: 刻蝕所述第一介質(zhì)層形成第一通孔的步驟還包括:同時刻蝕所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層，在所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層內(nèi)形成第二通孔，所述第二通孔位于所述源極和漏極上方，且露出所述阻擋層； 去除部分所述阻擋層，之后進(jìn)行所述第一清洗工藝； 在所述第一清洗工藝后，所述半導(dǎo)體器件的形成方法包括，去所述第二通孔底部剩余的阻擋層，露出所述源極或漏極。4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，在去除所述第二通孔底部剩余的阻擋層后，所述半導(dǎo)體器件的形成方法還包括: 對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行所述第二清洗工藝，所述第二清洗工藝以含有氮?dú)獾臍怏w作為清洗氣體。5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述第二清洗工藝的條件包括:控制偏置功率為50?100W，氮?dú)饬髁繛?00?400sccm，氣壓為10?120mtorr。6.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，在所述第二清洗工藝后，對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第三清洗工藝，所述第三清洗工藝以含有氬離子的氣體作為清洗氣體。7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述第三清洗工藝的條件包括:以氬氣作為清洗氣體，控制偏置功率為0W，氬氣流量為700?900sCCm，氣壓為180 ?250mtorr。8.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，第一清洗工藝、第二清洗工藝和第三清洗工藝中任一清洗工藝的溫度為O?20°C，或者，第一清洗工藝、第二清洗工藝和第三清洗工藝的溫度均為O?20°C。9.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述源極和漏極包括位于所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的離子摻雜區(qū)，以及位于所述離子摻雜區(qū)上的金屬導(dǎo)電層； 去所述第二通孔底部剩余的阻擋層，露出所述源極或漏極的步驟包括:去除所述第二通孔底部剩余的阻擋層，露出所述金屬導(dǎo)電層。10.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述阻擋層為氮化硅層。11.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，刻蝕所述第一介質(zhì)層的步驟包括: 在所述半導(dǎo)體基底上形成無定形碳層； 之后以光刻膠掩模層為掩模，刻蝕所述無定形碳層和第一介質(zhì)層； 在形成所述第一通孔后去除所述無定形碳層； 在去除所述無定形碳層之后執(zhí)行所述去除部分所述阻擋層的步驟。12.如權(quán)利要求11述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述無定型碳的去除工藝為灰化工藝。13.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，刻蝕所述第一介質(zhì)層的步驟包括，采用干法刻蝕工藝刻蝕所述第一介質(zhì)層，且所述干法刻蝕工藝以含有氟源氣體的氣體作為刻蝕劑。14.如權(quán)利要求1述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層為氧化硅層。15.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，在完成所述第一清洗工藝后，向所述第一通孔內(nèi)填充導(dǎo)電材料，以形成導(dǎo)電插塞。16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述導(dǎo)電材料為鎢。17.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，在所述第一清洗工藝后，向所述第一通孔內(nèi)填充導(dǎo)電材料前，所述半導(dǎo)體器件的形成方法還包括在所述第一通孔的側(cè)壁和底部形成擴(kuò)散阻擋層。
【文檔編號】H01L21/02GK105870050SQ201510026426
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年1月19日
【發(fā)明人】黃敬勇, 張海洋, 何其暘
【申請人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司