去除接触窗底部自然氧化层的方法
【专利摘要】本发明提供一种去除接触窗底部自然氧化层的方法，至少包括以下步骤：提供一Si衬底，所述Si衬底上形成有具有侧壁层的栅极；然后形成二氧化硅层间介质层，并在所述具有侧壁层的栅极两侧的源极和漏极上方的二氧化硅层间介质层中形成接触窗；采用Ar等离子体去除所述接触窗底部的部分自然氧化层，接着采用SiCoNi法去除所述接触窗底部剩余的自然氧化层。本发明采用Ar等离子与SiCoNi法相结合对接触窗底部的自然氧化层进行处理，处理时间都较短，不会对衬底形成损伤，且降低了接触窗侧壁的氧化物损失，同时有效去除了接触窗底部的自然氧化层，为下一步金属硅化物的形成提供了良好的铺垫，有利于形成均匀、接触性能良好的金属硅化物，提高了产品的合格率。
【专利说明】去除接触窗底部自然氧化层的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体制造领域，涉及一种氧化层去除方法，特别是涉及一种去除接触窗底部自然氧化层的方法。
【背景技术】
[0002]集成电路的发展正依照摩尔定律，向着集成度不断提高、特征尺寸不断缩小的超大规模方向发展，器件的纵向和横向尺寸都已进入了深亚微米领域。而对于高速集成电路，器件的的工作速度要求却越来越高，同时其功耗则需不断降低。要满足这些要求，降低电路中的电阻式必然选择。由于器件尺寸的纵向缩小，不断缩小的金属-半导体接触孔面积使接触电阻增大到已能明显影响器件的性能，于是工业上对用于降低导线串联电阻和改善接触特性的低电阻率材料开始重视。作为栅极和互连金属，金属硅化物减小互连延迟有实际意义。
[0003]薄膜金属硅化物常用于103管中的源极、漏极和栅极与金属互连导线接触的过渡层，以降低器件的串联方块电阻，从而可以提高器件开关速度，这种接触层通过金属与硅衬底的固相反应形成，可在金属性的硅化物和半导体特性的硅之间形成欧姆接触。在金属硅化物生长过程中，金属与掺杂的硅衬底相互扩散并反应，形成金属硅化物薄膜层，但一般掺杂在金属硅化物中的溶解度很低，所以反应掉的硅层中原有掺杂不会随硅原子进入硅化物层，而是向下层未反应的娃衬底移动，形成了掺杂在与金属娃化物相邻的娃层中的聚集，提高了有效掺杂浓度。另外，在形成金属硅化物薄膜时的快速热退火处理由于较短的退火时间和较快升降温速率，通常可以得到异常高的有效掺杂浓度，因为硅中掺杂物的溶解度一般随退火温度的升高而增加，从高温下迅速冷却下来后的掺杂仍能固溶在硅的晶格结构中，浓度往往高于冷却后的溶解度极限，所以硅化物与硅的接触电阻能降到最低。这样可获得比金属与半导体的直接接触更为稳定接触特性。
[0004]由于在金属硅化物的形成工艺之前，接触窗底部通常因为暴露在空气中形成有自然氧化层，氧化硅具有绝缘特性，因此在形成金属硅化物之前必须先去除该自然氧化层。8100^1预清洗是新一代预清洗工艺，利用三氟化氮(即和氨气(順对氧化硅进行化学刻蚀，该化学刻蚀力度和强度都比较小，对氧化硅腐蚀具有非常好的选择性，降低了硅基底的损失和轮廓的变化，对栅极形状不会带来像湿法刻蚀中的横向钻蚀的问题。多个半导体制造商已经证明，31(?附预清洗工艺能得到更低的漏电流和分布更集中的接触电阻，这可能得益于更好的界面处理，从而得到了更均匀的金属硅化物。目前31(?附预清洗广泛应用于金属硅化物形成之前的自然氧化层去除工艺中。
[0005]但是，8100^1预清洗会导致接触窗侧壁层间介质层氧化物的损失，使得接触面积增大。降低31(?附预清洗时间有助于解决接触面积变大的问题，但不充分的表面处理有可能导致金属硅化物形成失败。因为金属必须与硅表面良好接触才能形成降低接触电阻所需的金属硅化物，若硅表面处理不好，金属硅化物容易形成缺陷，甚至完全无法形成。頂％报道了一种金属硅化物形成前的预清洗工艺，采用册湿法清洗结合少量的31(?附预清洗来去除硅表面的氧化物，但是册同样会造成接触窗侧壁氧化物的损失从而导致接触面积变大。
[0006]因此，提供一种有效清除接触窗底部自然氧化层而又不影响接触面积的预清洗方法实属必要。
【发明内容】
[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种去除接触窗底部自然氧化层的方法，用于解决现有技术中的方法容易导致接触窗侧壁损失的问题。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种去除接触窗底部自然氧化层的方法，至少包括以下步骤:
[0009]1)提供一 51衬底，所述51衬底上形成有具有侧壁层的栅极，所述具有侧壁层的栅极两侧的51衬底中分别形成有源极和漏极；
[0010]2 )在步骤1)获得的结构上形成二氧化硅层间介质层，并在所述源极和漏极上方的二氧化硅层间介质层中形成接触窗，所述接触窗底部到达所述源极和漏极上表面，使得所述源极和漏极上表面暴露于空气中，从而在所述源极和漏极上表面形成自然氧化层；
[0011]3)采用红等离子体去除所述接触窗底部暴露的源极和漏极上表面的部分自然氧化层；
[0012]4)采用31(?附法去除所述接触窗底部暴露的源极和漏极上表面剩余的自然氧化层。
[0013]可选地，于所述步骤3)中，采用射频电源产生并维持紅等离子体，所述射频电源的功率范围是150?500瓦，所述紅等离子体的作用时间是3?108。
[0014]可选地，于所述步骤3)中，所述紅等离子体垂直轰击所述自然氧化层。
[0015]可选地，于所述步骤4)中，所述31(?咐法的作用时间是2?158。
[0016]可选地，所述51衬底中形成有浅沟槽隔离，所述浅沟槽隔离上方的二氧化硅层间介质层中形成有假栅极。
[0017]可选地，所述侧壁层的材料包括二氧化硅和/或氮化硅。
[0018]可选地，于所述步骤4)之后还包括在所述接触窗底部暴露的源极和漏极上方形成金属硅化物的步骤。
[0019]可选地，所述金属硅化物中的金属包括I1、?:0、1、％、10、？七或附中的一种或多种。
[0020]如上所述，本发明的去除接触窗底部自然氧化层的方法，具有以下有益效果:采用八！'等离子与31(?附法相结合对接触窗底部的自然氧化层进行处理，紅等离子和31(?附法的处理时间都较短，不会对衬底形成损伤，且降低了接触窗侧壁的氧化物损失，同时有效去除了接触窗底部的自然氧化层，为下一步金属硅化物的形成提供了良好的铺垫，有利于形成均匀、接触性能良好的金属硅化物，提高了产品的合格率。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1显示为本发明的去除接触窗底部自然氧化层的方法的工艺流程图。
[0022]图2显示为本发明的去除接触窗底部自然氧化层的方法中31衬底上形成有栅极结构的示意图。
[0023]图3显示为本发明的去除接触窗底部自然氧化层的方法中在源极和漏极上方形成接触窗的示意图。
[0024]图4显示为本发明的去除接触窗底部自然氧化层的方法中采用紅等离子体去除接触窗底部暴露的源极和漏极上表面的部分自然氧化层的示意图。
[0025]图5显示为本发明的去除接触窗底部自然氧化层的方法中采用31(?附法去除接触窗底部暴露的源极和漏极上表面剩余的自然氧化层的示意图。
[0026]图6显示为本发明的去除接触窗底部自然氧化层的方法中在接触窗底部暴露的源极和漏极上方形成金属硅化物的示意图。
[0027]元件标号说明
[0028]31 ?34步骤
[0029]181 衬底
[0030]2具有侧壁层的栅极
[0031]21侧壁层
[0032]3源极
[0033]4漏极
[0034]5浅沟槽隔离
[0035]6假栅极
[0036]7二氧化硅层间介质层
[0037]8接触窗
[0038]9自然氧化层
[0039]10金属硅化物
【具体实施方式】
[0040]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0041]请参阅图1至图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0042]请参阅图1，本发明提供一种去除接触窗底部自然氧化层的方法，至少包括以下步骤:
[0043]步骤31，请参阅图2，提供一 51衬底1，所述51衬底1上形成有具有侧壁层的栅极2，所述具有侧壁层的栅极2两侧的31衬底1中分别形成有源极3和漏极4 ；
[0044]具体的，所述31衬底1中形成有浅沟槽隔离5，本实施例中，所述浅沟槽隔离5上方还形成有假栅极6，形成假栅极^6)的目的是为了维持某一区域内的栅极密度以迎合工艺的需要。在另一实施例中，所述浅沟槽隔离5上方也可以没有假栅极。
[0045]具体的，所述具有侧壁层的栅极2为多晶硅或多晶硅与金属硅化物的组合结构，其下形成有栅极氧化层(未图示),所述侧壁层21的材料为二氧化硅、氮化硅或二者的组合，
其可以为二氧化硅-氮化硅结构、二氧化硅-氮化硅-二氧化硅结构或多层二氧化硅-氮化硅结构。
[0046]步骤32，请参阅图3，在步骤51获得的结构上形成二氧化硅层间介质层7，并在所述源极3和漏极4上方的二氧化硅层间介质层7中形成接触窗8，所述接触窗8底部到达所述源极3和漏极4上表面，使得所述源极3和漏极4上表面暴露于空气中，从而在所述源极3和漏极4上表面形成自然氧化层9 ；
[0047]具体的，所述接触窗8用于填充金属互连材料以形成金属互连线连接所述源极或漏极。由于形成所述接触窗8之后进入下一道工序需要经过一定的等待时间，在此期间，位于所述接触窗8底部的源极和漏极上表面由于暴露在空气中会形成所述自然氧化层9。
[0048]步骤33，请参阅图4，采用紅等离子体去除所述接触窗8底部暴露的源极3和漏极4上表面的部分自然氧化层；
[0049]具体的，紅等离子体是利用射频电源产生并维持，射频等离子体是利用高频高压使电极周围的空气电离而产生的低温等离子体。本实施例中，采用了两个射频电源，其中一个射频电源用来在反应腔体中产生并维持紅等离子体，另一个射频电源加在所述31衬底1背面，作用是产生偏压，这样等离子体中的紅粒子受到该偏压电场的作用而垂直轰击所述自然氧化层9，从而去除部分所述自然氧化层9，垂直轰击还可以避免所述接触窗8侧壁的氧化层受到影响。图4中显示了所述自然氧化层9在红等离子体作用下变薄的情形。
[0050]具体的，两个射频电源的功率范围均为150?500瓦，所述紅等离子体的作用时间是3?108。本实施例中，两个射频电源的功率均优选为300瓦，紅等离子体的处理时间为58。在紅等离子体的轰击作用下，部分自然氧化层从所述接触窗9中喷发出来，从而达到去除目的。紅等离子体轰击为物理轰击，长时间的轰击会对衬底造成损伤，因此本发明只采用紅等离子体去除部分自然氧化层，由于处理时间较短，不会对衬底造成损伤。
[0051]步骤34，请参阅图5，采用31(?附法去除所述接触窗8底部暴露的源极3和漏极4上表面剩余的自然氧化层。
[0052]8100^1法是一种利用三氟化氮(即和氨气(順对氧化硅进行化学刻蚀，该化学刻蚀力度和强度都比较小，且对二氧化硅和硅的选择比非常高，当100埃的二氧化硅被刻蚀时，基本上没有对硅的刻蚀。
[0053]具体的，采用三氟化氮/氨气远程等离子体刻蚀和原位退火，这两步都在同一腔体内完成。在腔体中，三氟化氮和氨气反应生成氟化铵(册1/)等产物，氟化铵作为蚀刻剂与所述自然氧化层9反应，从而去除剩余的自然氧化层。氟化铵与自然氧化层反应生成六氟硅氨，六氟硅氨在原位退火过程中升华分解为气态产物被抽出。图4中显示了剩余的自然氧化层在该过程中被去除的情形。
[0054]具体的，所述31(?附法的作用时间是2?158 (秒)，由于前面已经采用紅等离子去除了部分自然氧化层，因此31(?附法的作用时间相对于单纯用31(?附法大大缩短，本实例中，所述31(?附法的作用时间优选为3?68。本发明中采用31(?附法有效去除了所述接触窗8底部暴露的源极和漏极上表面剩余的自然氧化层，且由于31(?附法的作用时间较短，可以降低所述接触窗8侧壁氧化物的损失。
[0055]至此，本发明采用紅等离子结合31(?附法有效去除了所述接触窗8底部的自然氧化层，为下一步的金属硅化物的形成做了良好的铺垫。请参阅图6，显示为本发明的去除接触窗底部自然氧化层的方法在接触窗8底部暴露的源极和漏极上方形成金属硅化物10的示意图。
[0056]具体的，首先在所述接触窗8底部暴露的源极和漏极上方沉积金属，所述金属包括但不限于4七或附中的一种或多种，还可以为其它过渡金属，此处不——列举。沉积金属后进行快速热退火，使得金属与接触窗8底部中的硅发生反应，形成所述金属硅化物10，与硅衬底之间形成欧姆接触，从而为后续源极及漏极与金属互连导线的连接形成了一个良好的过渡层，降低欧姆接触的接触电阻。
[0057]综上所述，本发明的去除接触窗底部自然氧化层的方法采用紅等离子与31(?附法相结合对接触窗底部暴露的源极和漏极上的自然氧化层进行处理，紅等离子和31(?附法的处理时间都较短，不会对衬底形成损伤，且降低了接触窗侧壁的氧化物损失，同时有效去除了接触窗底部的自然氧化层，为下一步金属硅化物的形成提供了良好的铺垫，有利于形成均匀、接触性能良好的金属硅化物，提高了产品的合格率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0058]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种去除接触窗底部自然氧化层的方法，其特征在于，所述去除接触窗底部自然氧化层的方法至少包括以下步骤: 1)提供一Si衬底，所述Si衬底上形成有具有侧壁层的栅极，所述具有侧壁层的栅极两侧的Si衬底中分别形成有源极和漏极； 2)在步骤I)获得的结构上形成二氧化硅层间介质层，并在所述源极和漏极上方的二氧化硅层间介质层中形成接触窗，所述接触窗底部到达所述源极和漏极上表面，使得所述源极和漏极上表面暴露于空气中，从而在所述源极和漏极上表面形成自然氧化层； 3)采用Ar等离子体去除所述接触窗底部暴露的源极和漏极上表面的部分自然氧化层； 4)采用SiCoNi法去除所述接触窗底部暴露的源极和漏极上表面剩余的自然氧化层。
2.根据权利要求1所述的去除接触窗底部自然氧化层的方法，其特征在于:于所述步骤3)中，采用射频电源产生并维持Ar等离子体，所述射频电源的功率范围是150?500瓦，所述Ar等离子体的作用时间是3?10s。
3.根据权利要求1所述的去除接触窗底部自然氧化层的方法，其特征在于:于所述步骤3 )中，所述Ar等离子体垂直轰击所述自然氧化层。
4.根据权利要求1所述的去除接触窗底部自然氧化层的方法，其特征在于:于所述步骤4)中，所述SiCoNi法的作用时间是2?15s。
5.根据权利要求1所述的去除接触窗底部自然氧化层的方法，其特征在于:所述Si衬底中形成有浅沟槽隔离，所述浅沟槽隔离上方的二氧化硅层间介质层中形成有假栅极。
6.根据权利要求1所述的去除接触窗底部自然氧化层的方法，其特征在于:所述侧壁层的材料包括二氧化硅和/或氮化硅。
7.根据权利要求1所述的去除接触窗底部自然氧化层的方法，其特征在于:于所述步骤4)之后还包括在所述接触窗底部暴露的源极和漏极上方形成金属硅化物的步骤。
8.根据权利要求8所述的去除接触窗底部自然氧化层的方法，其特征在于:所述金属硅化物中的金属包括T1、Co、W、Ta、Mo、Pt或Ni中的一种或多种。
【文档编号】H01L21/311GK104347393SQ201310323635
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月30日 优先权日:2013年7月30日
【发明者】林艺辉 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司