制造半導(dǎo)體器件的干蝕刻氣體和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法。方法包括：提供半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底中至少部分地形成導(dǎo)電區(qū)；在襯底上方形成介電層；在介電層上方形成硬掩模，硬掩模具有位于導(dǎo)電區(qū)上方的開口；通過第一蝕刻氣體干蝕刻介電層以形成凹進(jìn)的部件，其中，因此在凹進(jìn)的部件的底部處暴露出導(dǎo)電區(qū)的表面，并且在凹進(jìn)的部件的內(nèi)表面處形成副產(chǎn)物膜；以及通過第二蝕刻氣體干蝕刻介電層，其中，第二蝕刻氣體與副產(chǎn)物膜和導(dǎo)電區(qū)化學(xué)反應(yīng)，并且因此在凹進(jìn)的部件的底部周圍構(gòu)建犧牲層。本發(fā)明還涉及制造半導(dǎo)體器件的干蝕刻氣體和方法。
【專利說明】
制造半導(dǎo)體器件的干蝕刻氣體和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的干蝕刻氣體和方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]通常通過沉積、生長(zhǎng)、圖案化和蝕刻一系列的層形成固態(tài)器件。不同的層可以包括導(dǎo)電、半導(dǎo)電或絕緣材料。通常地，各向異性地蝕刻這樣的層以形成固態(tài)器件的各種原件。 各向異性蝕刻也可以用來去除各層而不會(huì)破壞先前形成的元件。各向異性蝕刻可以稱為干蝕刻。干蝕刻可以是反應(yīng)離子蝕刻(RIE)或氬濺射操作。然而，各向異性蝕刻的一個(gè)問題是它們通常留下副產(chǎn)物的殘留層。這些副產(chǎn)物可以是干擾諸如硅化物形成的后續(xù)半導(dǎo)體處理的污染物。
[0003]由于這種原因，濕蝕刻因此結(jié)合至各向異性蝕刻操作?？梢栽诟飨虍愋晕g刻操作之后實(shí)施濕蝕刻以去除不期望的殘留層。不幸的是，除了副產(chǎn)物外，化學(xué)濕蝕刻劑還可以去除不應(yīng)當(dāng)被去除的重要部分。因此，在半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)相關(guān)的領(lǐng)域中用于在蝕刻操作期間緩解上述問題的新機(jī)制已成為迫切需要。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括:提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底中至少部分地形成導(dǎo)電區(qū)；在所述襯底上方形成介電層；在所述介電層上方形成硬掩模，所述硬掩模具有位于所述導(dǎo)電區(qū)上方的開口；通過第一蝕刻氣體干蝕刻所述介電層以形成凹進(jìn)的部件，其中，因此在所述凹進(jìn)的部件的底部處暴露出所述導(dǎo)電區(qū)的表面，并且在所述凹進(jìn)的部件的內(nèi)表面處形成副產(chǎn)物膜；以及通過第二蝕刻氣體干蝕刻所述介電層，其中，所述第二蝕刻氣體與所述副產(chǎn)物膜和所述導(dǎo)電區(qū)化學(xué)反應(yīng)，并且因此在所述凹進(jìn)的部件的底部周圍構(gòu)建犧牲層。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的另一些實(shí)施例，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括: 提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底中至少部分地形成娃外延區(qū)；在所述襯底上方形成介電層；在所述介電層上方形成硬掩模；通過蝕刻氣體干蝕刻所述介電層以形成凹進(jìn)的部件，其中，因此在所述凹進(jìn)的部件的底部處暴露出所述硅外延區(qū)的表面；在所述凹進(jìn)的部件的底部周圍構(gòu)建犧牲層；以及通過使用濕蝕刻劑濕蝕刻所述凹進(jìn)的部件；其中，所述犧牲層是抗所述濕蝕刻劑腐蝕的。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的又一些實(shí)施例，提供了一種用于蝕刻介電層的干蝕刻氣體，所述干蝕刻氣體包括氏和N 2，其中，所述干蝕刻氣體能夠與前序干蝕刻操作的副產(chǎn)物和與硅化學(xué)反應(yīng)以形成耐酸層?！靖綀D說明】
[0007]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明的各方面。 應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，對(duì)各個(gè)部件沒有按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚討論，各個(gè)部件的尺寸可以任意地增大或縮小。
[0008]圖1示出了用于場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的金屬柵極結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0009]圖2示出了用于另一 FET的金屬柵極結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0010]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的在制造的后續(xù)階段中的FET的截面圖；
[0011]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的在制造的后續(xù)階段中的另一 FET的截面圖；
[0012]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的等離子體蝕刻系統(tǒng)的截面圖；
[0013]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的在制造的干蝕刻階段中的FET的截面圖；
[0014]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的在制造的干蝕刻階段中的另一FET的截面圖；
[0015]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的在形成犧牲層的操作中的FET的截面圖；
[0016]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的在形成犧牲層的操作中的另一FET的截面圖；
[0017]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的在濕蝕刻操作中的FET的截面圖；
[0018]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的在濕蝕刻操作中的另一 FET的截面圖；
[0019]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的在氬濺射操作中的FET的截面圖；以及
[0020]圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的在氬濺射操作中的另一 FET的截面圖。【具體實(shí)施方式】
[0021]以下公開內(nèi)容提供了許多用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同特征的許多不同實(shí)施例或?qū)嵗?下面描述了組件和布置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例，而不旨在限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸形成的實(shí)施例，且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可在各個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字符。該重復(fù)是為了簡(jiǎn)單和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。
[0022]另外，為便于描述，本文中可以使用諸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在… 之上”、“上部”等的空間相對(duì)術(shù)語，以描述如圖所示的一個(gè)元件或部件與另一個(gè)(另一些) 元件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間相對(duì)術(shù)語旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上)，并且本文中使用的空間相對(duì)描述符可以同樣地作相應(yīng)的解釋。
[0023]盡管闡述本發(fā)明的廣泛范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似的，但是盡可能精確得報(bào)告在具體實(shí)例中闡述的數(shù)值。然而，任何數(shù)值本質(zhì)上包含由在相應(yīng)的測(cè)試測(cè)量中發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差必然導(dǎo)致的特定誤差。同樣，正如所使用的術(shù)語“大約” 一般是指在給定值或范圍的 10 %、5 %、1 %、或0.5 %內(nèi)?？蛇x地，術(shù)語“大約”是指在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所認(rèn)為的可接受的平均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)誤差內(nèi)。除了在操作/工作的實(shí)例中，或除非另有明確說明，否則本文中公開的諸如那些用于材料的數(shù)量、持續(xù)時(shí)間、溫度、操作條件、數(shù)量的比等的所有的數(shù)值范圍、 數(shù)量、價(jià)值和百分比應(yīng)當(dāng)理解為在所有情況下通過術(shù)語“大約”來修飾。因此，除非相反的指示，否則在本發(fā)明和所附權(quán)利要求中闡述的數(shù)值參數(shù)是可以根據(jù)期望改變的近似值。至少，每一個(gè)數(shù)值參數(shù)應(yīng)當(dāng)依據(jù)報(bào)告的重要數(shù)據(jù)的數(shù)量并且通過應(yīng)用普通的四舍五入技術(shù)來解釋。范圍在本文中可以表述為從一個(gè)端點(diǎn)至另一端點(diǎn)或者在兩個(gè)端點(diǎn)之間。本文中公開的所有的范圍均包括端點(diǎn)，除非另有說明。
[0024]通過半導(dǎo)體器件制造操作來解釋本發(fā)明。具體地，在以下段落中描述的半導(dǎo)體器件制造操作特別側(cè)重于用于蝕刻接觸孔的機(jī)制，接觸孔用于將金屬柵器件的源極和/或漏極(S/D)區(qū)連接至其他器件。提供了與半導(dǎo)體器件的制造加工相關(guān)的若干實(shí)施例和圖，并且也示出了相關(guān)的蝕刻環(huán)境。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的方法和蝕刻氣體可以用于制造其他類型的固態(tài)器件并且用于改進(jìn)其他類型的后續(xù)半導(dǎo)體加工。
[0025]目前，將干蝕刻和濕蝕刻結(jié)合是改進(jìn)蝕刻效果的一種流行方法。如下文更詳細(xì)地描述，結(jié)合的干蝕刻和濕蝕刻提供了清潔并且主要地各向異性蝕刻，各向異性蝕刻從半導(dǎo)體的主體去除了預(yù)定的區(qū)域而不會(huì)在蝕刻的表面上留下污染物的殘余層，而污染物的殘余層將干擾后續(xù)的半導(dǎo)體處理。濕蝕刻的持續(xù)時(shí)間通常比較短，以防止內(nèi)表面被腐蝕性濕蝕刻劑損害，并且也避免底切輪廓。本發(fā)明的概念是提供一種方法以在開始濕蝕刻操作之前時(shí)產(chǎn)生額外的犧牲層。更具體地，該犧牲層可以在干蝕刻操作大約結(jié)束的特定位置上產(chǎn)生。 在通過干蝕刻操作形成由多個(gè)垂直地堆疊的介電層圍繞的凹進(jìn)的部件的方案下，相鄰的介電層之間的界面可以是易損的并且當(dāng)將濕蝕刻劑引入凹進(jìn)的部件內(nèi)時(shí)容易被腐蝕。濕蝕刻劑可以沿著界面完全滲透以破壞其他組件，例如，位于介電層的另一端處的柵極。因此，所公開的方法保護(hù)特定的位置，諸如接觸孔的底部，免于滲透并且有效地改進(jìn)整體器件良率。
[0026]圖1示出了用于場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET) 100的金屬柵極結(jié)構(gòu)的截面圖。FET 100包括襯底105,襯底105具有形成在其中的淺溝槽隔離(STI)部件110。襯底105可以包括硅或其他半導(dǎo)體襯底，并且可以是絕緣體上硅(SOI)或其他絕緣體上半導(dǎo)體襯底。可以通過蝕刻或以其他方式在襯底105中形成凹槽并且隨后以二氧化硅和/或其他介電材料填充凹槽，可能地隨后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)或其他平坦化步驟來形成STI 110。氧化物層115 形成在襯底105中間并且位于襯底105上方。可以諸如通過熱氧化在襯底105上方生長(zhǎng)氧化物層115,通過在升高的溫度下將襯底105暴露于氧化環(huán)境來實(shí)現(xiàn)熱氧化。
[0027]輕摻雜的源極/漏極區(qū)130形成在位于柵電極175的相對(duì)兩側(cè)上的襯底105中， 并且，并且氧化物襯墊135形成為跨越柵電極175的側(cè)壁。間隔件140形成在柵電極175 的相對(duì)兩側(cè)上的襯墊135上。重?fù)诫s的源極/漏極區(qū)145形成在柵電極175的相對(duì)兩側(cè)上的襯底105中，并且位于間隔件140外側(cè)?？梢酝ㄟ^在襯底105內(nèi)離子注入，之后進(jìn)行合適的退火工藝來形成源極/漏極極區(qū)130,145?？梢酝ㄟ^沉積或以其他方式形成氧化物襯墊 135和間隔件140。間隔件140可以包括一層或多層氮化硅和/或其他材料。
[0028]硅化物接觸件150形成在重?fù)诫s的源極/漏極區(qū)145上，和蝕刻停止層155形成在硅化物接觸件150和間隔件140上方?？梢酝ㄟ^沉積或以其他方式形成蝕刻停止層155。蝕刻停止層155可以包括二氧化硅、二氧化鉿、碳化硅、碳摻雜的氧化硅、碳摻雜的氮化硅和/或其他材料。高k介電層165形成在氧化物層115上方，包括跨越間隔件襯墊135的兩側(cè)。然后在高k介電層165上方形成金屬層170,金屬層170具有共形于高k介電層165 的輪廓。高k介電層165可以沉積或以其他方式形成，并且可以包括氧化鉿、氧化鉿硅、氧化鑭、氧化錯(cuò)、氧化錯(cuò)娃、氧化鉭、氧化鈦、鋇鎖鈦氧化物、氧化鋇鈦、氧化鎖鈦、氧化紀(jì)、氧化鋁、鉛鈧鉭氧化物、鉛鋅鈮酸鹽、和/或其他材料。金屬層170可以通過沉積或以其他方式形成，并且可以基本上包括鉿、鋯、鈦、鉭、鋁、金屬碳化物、釕、鈀、鉑、鈷、鎳、導(dǎo)電金屬氧化物、 和/或其他材料。
[0029]第二金屬層180形成于金屬層170的部分上方。第二金屬層180可以通過沉積或以其他方式形成，并且可以基本上包括鉿、鋯、鈦、鉭、鋁、金屬碳化物、釕、鈀、鉑、鈷、鎳、導(dǎo)電金屬氧化物、和/或其他材料?？梢栽谝r底105上方沉積第一絕緣層185、第二絕緣層190 和第三絕緣層195。
[0030]在一些實(shí)施例中，源極/漏極結(jié)構(gòu)的形成可以采用與圖1不同的可選的操作。圖 2示出了用于FET 200的金屬柵極結(jié)構(gòu)的截面圖。從圖2中可以看出，源極/漏極區(qū)是外延結(jié)構(gòu)210。通過采用外延再生長(zhǎng)操作可以在半導(dǎo)體襯底105中至少部分地形成外延結(jié)構(gòu) 210。FET 200的剩余部分類似于FET 100的剩余部分，并且為了簡(jiǎn)化以省略這些細(xì)節(jié)。
[0031]隨后，需要具有垂直插塞以接觸源極/漏極區(qū)145并且從而將FET 100與另一個(gè) FET 100和/或FET 100的其他組件連接。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的在制造的后續(xù)階段中的FET 100的截面圖。在FET 100的第三絕緣層195上形成硬掩模300。 硬掩模300至少具有一個(gè)正好位于重?fù)诫s的源極/漏極區(qū)145的左側(cè)硅化物接觸件150之上的開口并且被制備用于垂直方向上的各向異性蝕刻。以這種方式，可以在以下操作中獲得垂直接觸孔而不需要破壞第三絕緣層195的被硬掩模300覆蓋的部分。在圖4中示出了硬掩模300在FET 200上的形成。上述操作的細(xì)節(jié)與在圖3中針對(duì)FET 100描述的操作基本相同，并且可以參考。
[0032]介電蝕刻主要用于創(chuàng)建接觸件和通孔洞以用于導(dǎo)體的不同層之間的互連。通常， 創(chuàng)建用于源極/漏極區(qū)145的接觸孔的蝕刻操作被稱為接觸件蝕刻。在這個(gè)實(shí)施例中，它需要蝕刻第三絕緣層195、第二絕緣層190和第一絕緣層185并且終止于源極/漏極區(qū)145 的硅化物接觸件150上。介電蝕刻操作使用氟化學(xué)物質(zhì)和重離子轟擊并且可以被稱為反應(yīng)離子蝕刻(RIE)。RIE是所謂的干蝕刻的一種類型。RIE可以被理解為離子輔助蝕刻，由于在這一蝕刻操作中的離子不必是反應(yīng)性的。干蝕刻也包括純物理蝕刻，諸如氬濺射，可以在后續(xù)段落中描述的操作中采用氬濺射。
[0033]通過利用等離子體蝕刻系統(tǒng)采用RIE以實(shí)現(xiàn)各向異性蝕刻輪廓。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的等離子體蝕刻系統(tǒng)的截面圖。FET 100位于等離子體室520的加熱板(未在圖5中示出)上。RF功率505用于撞擊輝光放電等離子體。一些蝕刻劑分子通過與電子碰撞的影響解離等離子體，與電子碰撞產(chǎn)生自由基。自由基然后擴(kuò)散并且到達(dá)FET 100的表面，并吸附在表面上。在離子轟擊的幫助下，這些自由基與表面的原子或分子迅速地反應(yīng)并且形成副產(chǎn)物。通過配置RF功率505和等離子體室520內(nèi)部的壓力可以調(diào)整蝕刻速率。例如，通過增大RF功率505和降低等離子體室520內(nèi)部的壓力可以增加蝕刻速率。用于圖5的等離子體蝕刻系統(tǒng)的蝕刻氣體可以是氟碳?xì)怏w，諸如CF4、CHF3、C2F#PC3FS。蝕刻氣體可以進(jìn)一步包括其它添加劑氣體，諸如氧氣或臭氧。也可以對(duì)FET 200施加類似的等離子體蝕刻系統(tǒng)，并且關(guān)于等離子體蝕刻系統(tǒng)中的FET 200的圖在本文中省略以便簡(jiǎn)化。
[0034]高能離子轟擊破壞FET 100的表面上的原子之間的化學(xué)鍵。由于離子轟擊基本上垂直于FET100的表面，所以在該方向上的蝕刻速率比水平方向上的蝕刻速率高很多。因此，可以實(shí)現(xiàn)各向異性蝕刻輪廓。具有懸空鍵的表面原子易于受到蝕刻劑自由基的攻擊。它們更容易與蝕刻劑自由基結(jié)合以產(chǎn)生副產(chǎn)物。揮發(fā)性副產(chǎn)物可以從表面脫附，并且從等離子體室520栗出。非揮發(fā)性副產(chǎn)物保留在表面上，圍繞在產(chǎn)生出它們的表面周圍。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的在制造的干蝕刻階段的FET 100的截面圖。通過RIE 蝕刻的接觸孔605到達(dá)硅化物接觸件150, RIE利用包括氟碳?xì)怏w和02和/或0 3的蝕刻氣體。作為蝕刻操作的非揮發(fā)性副產(chǎn)物的薄殘余物膜610形成在凹進(jìn)的孔605的內(nèi)壁表面上方以及位于凹進(jìn)的接觸孔605的底部處的硅化物接觸件150的暴露表面上方。非揮發(fā)性副產(chǎn)物可以包括CH0-基聚合物，通過蝕刻氣體和硅化物的構(gòu)成要素之間的高功率反應(yīng)形成 CH0-基聚合物。對(duì)圖7中描述的FET 200實(shí)施相同或類似的蝕刻操作。如圖7所示，諸如蝕刻操作的非揮發(fā)性副產(chǎn)物的薄殘余物膜710形成在凹進(jìn)的接觸孔705的內(nèi)壁表面上方。
[0035]請(qǐng)注意，在本發(fā)明中不限制蝕刻氣體的流速和溫度。在實(shí)踐中，可以根據(jù)期望的蝕刻速率和/或與化學(xué)反應(yīng)和等離子體室環(huán)境有關(guān)的進(jìn)一步考慮來配置蝕刻氣體的流速。除了流速和溫度，蝕刻系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備并不局限于圖5所示的設(shè)備。本發(fā)明也可以采用能夠?qū)崿F(xiàn)相同或類似的目標(biāo)的任何其他可行的蝕刻系統(tǒng)，并且該任何其他可行的蝕刻系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0036]在各向異性的接觸孔605被蝕刻至預(yù)定深度后，內(nèi)表面基本由殘余物膜610覆蓋。 如上所述，在下一步沉積操作之前，需要通過濕蝕刻去除殘余物膜610。對(duì)于接觸件和通孔蝕刻而言，各向異性錐形輪廓通常是有利的輪廓，這是因?yàn)殄F形的接觸件和通孔洞具有較大的到達(dá)角，并且對(duì)于接下來的鎢化學(xué)汽相沉積(CVD)操作不留間隙的填充而言更容易。 化學(xué)濕蝕刻操作產(chǎn)生各向同性的輪廓，這會(huì)在接觸件和通孔的下部處引起底切并且引入臨界尺寸損失。除了底切輪廓之外，接觸孔605與接觸孔605的底部周圍的若干層邊界接觸， 這可以從圖4看出。例如，在間隔件140和襯墊135之間存在層邊界。另一邊界位于襯墊 135和源/漏極區(qū)130之間。又一邊界位于第一絕緣層185和第二絕緣層190之間。相鄰層的邊界或界面可能是易于受損的并且當(dāng)在接觸孔605內(nèi)引入濕蝕刻劑時(shí)很可能被腐蝕。 將所有的事實(shí)放在一起，發(fā)現(xiàn)濕蝕刻劑可能具有更大的幾率穿透橫向地連接接觸孔605和柵電極175的任何邊界或界面以腐蝕和破壞柵電極175。因此，柵電極175可能通過濕蝕刻劑部分地缺失或完全地去除。
[0037]為了減輕底切輪廓和降低金屬柵極腐蝕的可能性，在隨后的工序中提供臨時(shí)的犧牲層。請(qǐng)參考圖8,圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的在形成犧牲層的操作中的 FET 100的截面圖。在接觸孔605的底部周圍形成臨時(shí)的犧牲層805。犧牲層805對(duì)濕蝕刻劑是耐酸的，濕蝕刻劑用于化學(xué)地蝕刻和去除圖6中的薄殘余物薄610。在一些實(shí)施例中，在濕蝕刻階段之后，通過非化學(xué)蝕刻工序?qū)⒉糠值厝コR時(shí)犧牲層805,從而使得當(dāng)在接觸孔605內(nèi)填充導(dǎo)電材料時(shí)，導(dǎo)電材料可以電連接至FET 100的重?fù)诫s的源極/漏極區(qū) 145的硅化物接觸件150。
[0038]在本實(shí)施例中，提供了用于形成犧牲層805的操作，但是這不是本發(fā)明的限制。通過第一干蝕刻操作之后的第二干蝕刻操作形成犧牲層805。第一干蝕刻操作是指先前描述的用于產(chǎn)生接觸孔605的干蝕刻操作，并且第一干蝕刻操作領(lǐng)先于第二干蝕刻操作?？梢栽趫D5中所示的相同的蝕刻系統(tǒng)中實(shí)施第二干蝕刻操作。請(qǐng)注意，第一干蝕刻操作和第二干蝕刻操作可能不連續(xù)地執(zhí)行，并且在第一干蝕刻操作和第二干蝕刻操作之間可以存在其他蝕刻操作?？梢栽趫D5中所示的等離子體室520中實(shí)施第二蝕刻操作，第二蝕刻操作利用與第一干蝕刻操作采用的蝕刻氣體不同的蝕刻劑。在一些實(shí)施例中，干蝕刻氣體可以包括HjPN2。在該實(shí)施例中，H2氣的流速可以為約lOOsccm，并且N2氣的流速也可以為約 lOOsccm。在一些實(shí)施例中，H2氣體的流速可以在從約80sccm至約150sccm的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，隊(duì)氣體的流速可以在從約80sccm至約150sccm的范圍內(nèi)。蝕刻系統(tǒng)的溫度可以配置為約50°C。在一些實(shí)施例中，蝕刻系統(tǒng)的溫度可以配置為從約40°C至約60°C的范圍內(nèi)。
[0039]向第二干蝕刻操作提供特定的干蝕刻氣體以與圖6中產(chǎn)生的殘余物膜60和硅化物接觸件150發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且進(jìn)一步通過化學(xué)反應(yīng)形成犧牲層805。在這個(gè)實(shí)施例中， 因?yàn)闅怏w氏和N 2能夠與CH0-基聚合物反應(yīng)以產(chǎn)生包括CO x、H20、NHX的產(chǎn)物，因此，選擇氣體氏和N 2用于第二干蝕刻操作。產(chǎn)物C0.和H 20可以為氣相，并且可以從等離子體室520 栗出。產(chǎn)物NHX的部分保留在接觸孔605的底部或側(cè)壁表面上。通過在室內(nèi)520中的等離子體環(huán)境下與氣體氏和N 2反應(yīng)，CH0-基聚合物薄膜然后被逐漸消耗。換句話說，在圖4中形成的薄殘余物膜610的組分可以改變以形成如圖8中所示的另一殘余物膜810。殘余物膜810可以包括CH0-基聚合物和NHX。在第二干蝕刻操作期間，產(chǎn)物NHX可以與硅化物接觸件150和源極/漏極區(qū)130,145的硅發(fā)生進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)。類似地，如圖9所示，在第二干蝕刻操作期間，對(duì)于FET 200而言，產(chǎn)物NHX可以與硅化物接觸件150 (未在圖9中示出) 和外延結(jié)構(gòu)210發(fā)生進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)。形成犧牲層905并且改變?cè)诘谝桓晌g刻階段形成的薄殘余物膜710以形成另一殘余物膜910。具體地，犧牲層805和905來源于NHX和硅的化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生Si (NH)y。請(qǐng)注意，1和7可能是根據(jù)不同的化學(xué)計(jì)量的任何整數(shù)。在一些實(shí)施例中，y可以在從約1至約10的范圍內(nèi)。
[0040]Si (NH)y是第二干蝕刻操作的最終產(chǎn)物。Si (NH) y具有耐酸特性，并且因此將不被隨后的濕蝕刻操作腐蝕。只要生成的犧牲層805和905能夠?qū)崿F(xiàn)相同或相似的目的，具體的形成方法不局限于上述實(shí)施例。在一些實(shí)施例中，通過利用可選的蝕刻氣體，可以形成臨時(shí)犧牲層805和905。在一些實(shí)施例中，可以通過利用可選的蝕刻劑形成臨時(shí)犧牲層805和 905。在一些實(shí)施例中，可以根據(jù)可選的化學(xué)反應(yīng)形成臨時(shí)犧牲層805和905。在一些實(shí)施例中，臨時(shí)犧牲層805和905可以零星地形成在接觸孔605和接觸孔705的內(nèi)側(cè)壁上。在犧牲層805和905構(gòu)建在接觸孔605和接觸孔705的側(cè)壁處并且鄰近第一絕緣層185和第二絕緣層190之間的界面的情況下，所述界面相對(duì)于隨后引入接觸孔605和接觸孔705的濕蝕刻劑而言可能不是泄漏通道。
[0041]如上所述，形成犧牲層805的原因之一是因?yàn)樵诟晌g刻操作之后進(jìn)行濕蝕刻操作以去除不可避免地留在接觸孔605的內(nèi)表面上方的副產(chǎn)物。濕蝕刻操作可能破壞接觸孔的底部以形成底切輪廓或甚至腐蝕金屬柵極，更具體地，特別是當(dāng)設(shè)計(jì)的部件尺寸變得越來越小。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的在濕蝕刻操作中的FET 100的截面圖。濕蝕刻是利用化學(xué)溶液來溶解晶圓表面上的材料以實(shí)現(xiàn)期望的圖案的工藝。濕蝕刻具有諸如蝕刻、沖洗和干燥的若干步驟。在該實(shí)施例中，通過蝕刻劑溫度和濃度控制濕蝕刻操作。 此外，基于通過先前的干蝕刻操作留下的副產(chǎn)物的量來確定預(yù)定的濕蝕刻持續(xù)時(shí)間。然而， 這不是本發(fā)明的限制。在實(shí)踐中，只要可以以實(shí)現(xiàn)相同或相似的目的，可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)考慮因素來控制濕蝕刻操作。明確地示出了圖8的殘余物膜810從圖10中的接觸孔605 的內(nèi)表面去除。請(qǐng)注意，犧牲層805仍保持完整，并且因此，硅化物接觸件150、重?fù)诫s的源極/漏極區(qū)145和柵電極175保持不被破壞。也可以對(duì)圖11中示出的FET 200實(shí)施濕蝕刻操作。
[0042]如名稱所示，臨時(shí)犧牲層805是臨時(shí)的構(gòu)建層以在濕蝕刻期間抵抗酸腐蝕?？梢酝ㄟ^任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄈコ隣奚鼘?05。在該實(shí)施例中，通過氬濺射至少部分地去除犧牲層 805。氬濺射是純物理蝕刻。氬氣是惰性氣體，因此在該操作期間沒有化學(xué)反應(yīng)。通過高能氬離子，從內(nèi)表面驅(qū)逐犧牲層805。純物理蝕刻的蝕刻速率通常取決于離子轟擊的通量和能量。離子轟擊的方向基本上垂直于FET 100的表面。因此，氬濺射操作可以實(shí)現(xiàn)圖12中所示的各向異性蝕刻輪廓，圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的在氬濺射操作中的FET 100的截面圖。氬濺射操作保持驅(qū)逐犧牲層805,直至暴露出硅化物接觸件150的頂面。如圖13所示，可以采用氬濺射操作以至少部分地去除覆蓋在FET 200的底部接觸孔 705周圍的犧牲層905。
[0043]可以通過任何其他適當(dāng)?shù)姆椒ㄈコR時(shí)犧牲層805和905,并且不限制于氬濺射或甚至物理蝕刻。在暴露出硅化物接觸件150的頂面之后，可以執(zhí)行諸如沖洗和干燥的若干進(jìn)一步步驟以清洗接觸孔605和接觸孔705。在該實(shí)施例中，鎢用于填充接觸孔605和 705。鎢是最常用的金屬以填充接觸孔和形成所謂的插塞以連接金屬層和硅或在不同的金屬層之間連接。CVD鎢膜具有良好的臺(tái)階覆蓋和間隙填充能力。然而，本發(fā)明不旨在將填充在接觸孔605和705中的導(dǎo)電材料限制于鎢。
[0044]公開了與用于蝕刻接觸孔的機(jī)制相關(guān)的制造操作，接觸孔用于將金屬柵極器件的 S/D區(qū)連接至其他器件。提供了與半導(dǎo)體器件的制造加工相關(guān)的若干實(shí)施例和圖，并且也示出了相關(guān)的蝕刻環(huán)境。也公開了用于蝕刻介電層的干蝕刻氣體。干蝕刻氣體包括HjPN2， 其中，干蝕刻氣體能夠與前述干法蝕刻操作的副產(chǎn)物化學(xué)地反應(yīng)。所述反應(yīng)(即，干蝕刻氣體和副產(chǎn)物)的產(chǎn)物然后與硅反應(yīng)以形成耐酸層。應(yīng)當(dāng)理解，所公開的方法和蝕刻氣體可以用于制造其他類型的固態(tài)器件并且用于改進(jìn)其他類型的后續(xù)半導(dǎo)體加工。所公開的方法保護(hù)諸如接觸孔的底部的特定的位置不形成底切輪廓。所公開的方法也有效地防止金屬柵極受到從相鄰的接觸孔滲透的酸溶液的腐蝕。結(jié)果，可以改進(jìn)整體器件良率。新干蝕刻氣體配方可以用于提議的干蝕刻方法并且形成耐腐蝕層。然而，干蝕刻氣體不限制于與相同公開中的干蝕刻操作結(jié)合使用。
[0045]本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法。方法包括:提供半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底中至少部分地形成導(dǎo)電區(qū)；在襯底上方形成介電層；在介電層上方形成硬掩模，硬掩模具有位于導(dǎo)電區(qū)上方的開口；通過第一蝕刻氣體干蝕刻介電層以形成凹進(jìn)的部件，其中，因此在凹進(jìn)的部件的底部處暴露出導(dǎo)電區(qū)的表面，并且在凹進(jìn)的部件的內(nèi)表面處形成副產(chǎn)物膜；以及通過第二蝕刻氣體干蝕刻介電層，其中，第二蝕刻氣體與副產(chǎn)物膜和導(dǎo)電區(qū)化學(xué)反應(yīng)，并且因此在凹進(jìn)的部件的底部周圍構(gòu)建犧牲層。
[0046]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，第一蝕刻氣體包括含氟化學(xué)物質(zhì)。
[0047]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，第一蝕刻氣體包括CFjP CHF 3。
[0048]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，第二蝕刻氣體包括氏和N 2。
[0049]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，H2氣體的流速在從約80sccm至約150sccm的范圍內(nèi)。
[0050]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，N2氣體的流速在從約80sccm至約150sccm的范圍內(nèi)。
[0051]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，犧牲層包括Si (NH)X，其中，x在從約1至約10的范圍內(nèi)。
[0052]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該方法還包括:通過使用濕蝕刻劑濕蝕刻凹進(jìn)的部件。
[0053]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該方法還包括:去除部分犧牲層。
[0054]本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法。方法包括:提供半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底中至少部分地形成娃外延區(qū)；在襯底上方形成介電層；在介電層上方形成硬掩模；通過蝕刻氣體干蝕刻介電層以形成凹進(jìn)的部件，其中，因此在凹進(jìn)的部件的底部處暴露出硅外延區(qū)的表面；在凹進(jìn)的部件的底部周圍構(gòu)建犧牲層；以及通過使用濕蝕刻劑濕蝕刻凹進(jìn)的部件；其中，犧牲層是抗?jié)裎g刻劑腐蝕的。
[0055]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該方法還包括:去除部分犧牲層。
[0056]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，硅外延區(qū)是源極或漏極區(qū)，并且凹進(jìn)的部件是接觸孔。
[0057]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在凹進(jìn)的部件的底部周圍構(gòu)建犧牲層包括構(gòu)建犧牲層以覆蓋硅外延區(qū)的暴露表面和介電層和硅外延區(qū)之間的邊界。
[0058]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，蝕刻氣體包括含氟化學(xué)物質(zhì)。
[0059]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在凹進(jìn)的部件的內(nèi)表面處形成副產(chǎn)物膜，并且構(gòu)建犧牲層包括:向凹進(jìn)的部件提供反應(yīng)劑以與副產(chǎn)物膜和硅外延區(qū)的暴露表面反應(yīng)。
[0060]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，反應(yīng)劑包括氏和N 2。[0061 ]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，副產(chǎn)物膜包括聚合物，并且犧牲層包括Si (NH) x，其中，x在從約1至約10的范圍內(nèi)。
[0062]本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了一種用于蝕刻介電層的干蝕刻氣體，干蝕刻氣體包括 HjPN2，其中，干蝕刻氣體能夠與前述干蝕刻操作的副產(chǎn)物和與硅化學(xué)反應(yīng)以形成耐酸層。
[0063]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，前述干蝕刻操作采用前述干蝕刻氣體，干蝕刻氣體包括含氟化學(xué)物質(zhì)。
[0064]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，副產(chǎn)物包括聚合物。
[0065]上面概述了若干實(shí)施例的特征，使得本普通技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，他們可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或修改用于實(shí)施與本文所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到，這種等構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本文中他們可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。
[0066]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括:提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底中至少部分地形成導(dǎo)電區(qū)；在所述襯底上方形成介電層；在所述介電層上方形成硬掩模，所述硬掩模具有位于所述導(dǎo)電區(qū)上方的開口；通過第一蝕刻氣體干蝕刻所述介電層以形成凹進(jìn)的部件，其中，因此在所述凹進(jìn)的部件的底部處暴露出所述導(dǎo)電區(qū)的表面，并且在所述凹進(jìn)的部件的內(nèi)表面處形成副產(chǎn)物膜；以及通過第二蝕刻氣體干蝕刻所述介電層，其中，所述第二蝕刻氣體與所述副產(chǎn)物膜和所述導(dǎo)電區(qū)化學(xué)反應(yīng)，并且因此在所述凹進(jìn)的部件的底部周圍構(gòu)建犧牲層。
[0067]在上述方法中，其中，所述第一蝕刻氣體包括含氟化學(xué)物質(zhì)。
[0068]在上述方法中，其中，所述第一蝕刻氣體包括含氟化學(xué)物質(zhì)；其中，所述第一蝕刻氣體包括CFjP CHF 3。
[0069]在上述方法中，其中，所述第二蝕刻氣體包括氏和N 2。
[0070]在上述方法中，其中，所述第二蝕刻氣體包括氏和N 2;其中，H 2氣體的流速在從約 80sccm至約150sccm的范圍內(nèi)。
[0071]在上述方法中，其中，所述第二蝕刻氣體包括HjPN2;其中，N2氣體的流速在從約 80sccm至約150sccm的范圍內(nèi)。
[0072]在上述方法中，其中，所述犧牲層包括Si (NH)x，其中，x在從約1至約10的范圍內(nèi)。
[0073]在上述方法中，還包括:通過使用濕蝕刻劑濕蝕刻所述凹進(jìn)的部件。
[0074]在上述方法中，還包括:去除部分所述犧牲層。
[0075]根據(jù)本發(fā)明的另一些實(shí)施例，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括: 提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底中至少部分地形成娃外延區(qū)；在所述襯底上方形成介電層；在所述介電層上方形成硬掩模；通過蝕刻氣體干蝕刻所述介電層以形成凹進(jìn)的部件，其中，因此在所述凹進(jìn)的部件的底部處暴露出所述硅外延區(qū)的表面；在所述凹進(jìn)的部件的底部周圍構(gòu)建犧牲層；以及通過使用濕蝕刻劑濕蝕刻所述凹進(jìn)的部件；其中，所述犧牲層是抗所述濕蝕刻劑腐蝕的。
[0076]在上述方法中，還包括:去除部分所述犧牲層。
[0077]在上述方法中，其中，所述硅外延區(qū)是源極或漏極區(qū)，并且所述凹進(jìn)的部件是接觸孔。
[0078]在上述方法中，其中，所述硅外延區(qū)是源極或漏極區(qū)，并且所述凹進(jìn)的部件是接觸孔；其中，在所述凹進(jìn)的部件的底部周圍構(gòu)建所述犧牲層包括構(gòu)建所述犧牲層以覆蓋所述硅外延區(qū)的暴露表面以及所述介電層和所述硅外延區(qū)之間的邊界。
[0079]在上述方法中，其中，所述蝕刻氣體包括含氟化學(xué)物質(zhì)。
[0080]在上述方法中，其中，在所述凹進(jìn)的部件的內(nèi)表面處形成副產(chǎn)物膜，并且構(gòu)建所述犧牲層包括:向所述凹進(jìn)的部件提供反應(yīng)劑以與所述副產(chǎn)物膜和所述硅外延區(qū)的暴露表面反應(yīng)。
[0081]在上述方法中，其中，在所述凹進(jìn)的部件的內(nèi)表面處形成副產(chǎn)物膜，并且構(gòu)建所述犧牲層包括:向所述凹進(jìn)的部件提供反應(yīng)劑以與所述副產(chǎn)物膜和所述硅外延區(qū)的暴露表面反應(yīng)；其中，所述反應(yīng)劑包括氏和N 2。
[0082]在上述方法中，其中，所述硅外延區(qū)是源極或漏極區(qū)，并且所述凹進(jìn)的部件是接觸孔；其中，在所述凹進(jìn)的部件的底部周圍構(gòu)建所述犧牲層包括構(gòu)建所述犧牲層以覆蓋所述硅外延區(qū)的暴露表面以及所述介電層和所述硅外延區(qū)之間的邊界。
[0083]在上述方法中，其中，所述蝕刻氣體包括含氟化學(xué)物質(zhì)。
[0084]在上述方法中，其中，在所述凹進(jìn)的部件的內(nèi)表面處形成副產(chǎn)物膜，并且構(gòu)建所述犧牲層包括:向所述凹進(jìn)的部件提供反應(yīng)劑以與所述副產(chǎn)物膜和所述硅外延區(qū)的暴露表面反應(yīng)。
[0085]在上述方法中，其中，在所述凹進(jìn)的部件的內(nèi)表面處形成副產(chǎn)物膜，并且構(gòu)建所述犧牲層包括:向所述凹進(jìn)的部件提供反應(yīng)劑以與所述副產(chǎn)物膜和所述硅外延區(qū)的暴露表面反應(yīng)；其中，所述反應(yīng)劑包括氏和N2;其中，所述副產(chǎn)物膜包括聚合物，并且所述犧牲層包括 Si (NH)X，其中，x在從約1至約10的范圍內(nèi)。
[0086]根據(jù)本發(fā)明的又一些實(shí)施例，提供了一種用于蝕刻介電層的干蝕刻氣體，所述干蝕刻氣體包括氏和N 2，其中，所述干蝕刻氣體能夠與前序干蝕刻操作的副產(chǎn)物和與硅化學(xué)反應(yīng)以形成耐酸層。
[0087]在上述干蝕刻氣體中，其中，前序干蝕刻操作采用前序干蝕刻氣體，所述干蝕刻氣體包括含氟化學(xué)物質(zhì)。
[0088]在上述干蝕刻氣體中，其中，所述副產(chǎn)物包括聚合物。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括:提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底中至少部分地形成導(dǎo)電區(qū)；在所述襯底上方形成介電層；在所述介電層上方形成硬掩模，所述硬掩模具有位于所述導(dǎo)電區(qū)上方的開口；通過第一蝕刻氣體干蝕刻所述介電層以形成凹進(jìn)的部件，其中，因此在所述凹進(jìn)的部 件的底部處暴露出所述導(dǎo)電區(qū)的表面，并且在所述凹進(jìn)的部件的內(nèi)表面處形成副產(chǎn)物膜； 以及通過第二蝕刻氣體干蝕刻所述介電層，其中，所述第二蝕刻氣體與所述副產(chǎn)物膜和所 述導(dǎo)電區(qū)化學(xué)反應(yīng)，并且因此在所述凹進(jìn)的部件的底部周圍構(gòu)建犧牲層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一蝕刻氣體包括含氟化學(xué)物質(zhì)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述第一蝕刻氣體包括CF 4和CHF 3。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二蝕刻氣體包括H 2和N 2。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，H 2氣體的流速在從約80sccm至約150sccm的范 圍內(nèi)。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，N 2氣體的流速在從約80sccm至約150sccm的范圍內(nèi)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述犧牲層包括Si (NH) x，其中，x在從約1至約 10的范圍內(nèi)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括:通過使用濕蝕刻劑濕蝕刻所述凹進(jìn)的部件。9.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括:提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底中至少部分地形成娃外延區(qū)；在所述襯底上方形成介電層；在所述介電層上方形成硬掩模；通過蝕刻氣體干蝕刻所述介電層以形成凹進(jìn)的部件，其中，因此在所述凹進(jìn)的部件的 底部處暴露出所述硅外延區(qū)的表面；在所述凹進(jìn)的部件的底部周圍構(gòu)建犧牲層；以及 通過使用濕蝕刻劑濕蝕刻所述凹進(jìn)的部件；其中，所述犧牲層是抗所述濕蝕刻劑腐蝕的。10.—種用于蝕刻介電層的干蝕刻氣體，所述干蝕刻氣體包括^12和N2，其中，所述干蝕 刻氣體能夠與前序干蝕刻操作的副產(chǎn)物和與硅化學(xué)反應(yīng)以形成耐酸層。
【文檔編號(hào)】C23F1/12GK106024617SQ201510569363
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2015年9月9日
【發(fā)明人】洪雨利, 孔德明, 陳志壕, 陳科維, 王英郎, 張宏睿, 曾鴻輝
【申請(qǐng)人】臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司