一种形成接触孔的方法
【专利摘要】本发明提供一种形成接触孔的方法，涉及半导体【技术领域】。该方法包括：步骤S101:提供前端器件，所述前端器件包括半导体衬底、栅极、有源区、接触孔刻蚀阻挡层及层间介电层；步骤S102：对层间介电层进行刻蚀形成层间介电层的开口；步骤S103:对前端器件进行湿法清洗；步骤S104：采用氩滅射法对前端器件进行处理，形成接触孔刻蚀阻挡层的开口并去除栅极表面的氧化物层，其中接触孔刻蚀阻挡层的开口与层间介电层的开口构成接触孔。该方法由于在采用氩滅射法对前端器件处理前在拟形成接触孔的位置保留至少一部分接触孔刻蚀阻挡层，在采用氩滅射法对前端器件处理以去除金属栅极表面氧化物层时不会对半导体衬底造成不当刻蚀，可以避免漏电流。
【专利说明】一种形成接触孔的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体【技术领域】，具体而言涉及一种形成接触孔的方法。
【背景技术】
[0002] 在半导体【技术领域】中，半导体集成电路的制造是极其复杂的过程，目的在于将特 定电路所需的电子组件和线路，缩小制作在小面积的晶片上。其中，各个组件必须通过适当 的内连导线来进行电连接，才能发挥所期望的功能。
[0003] 由于集成电路的制造向超大规模集成电路发展，其内部的电路密度越来越大，随 着芯片中所含元件数量的不断增加，实际上就减少了表面连线的可用空间。这一问题的解 决方法是采用多层金属导线设计，利用多层绝缘层和导电层相互叠加的多层连接，这其中 就需要制作大量的接触孔。比如，现有的M0S晶体管工艺中，需要在有源区(源极和漏极)以 及栅极(包括多晶硅栅极、金属栅极等)上形成接触孔。为改善导通性能，现有技术中一般在 有源区以及栅极的表面形成金属硅化物，刻蚀接触孔时，应避免对金属硅化物以及半导体 衬底(材料主要是硅）等造成影响。
[0004] 共享接触孔（share contact)是接触孔的一种，因该接触孔同时作为两个以上部 件(例如栅极和源极或栅极和漏极）共用的接触孔而得名。在现有技术中，在形成共享接触 孔时，如果造成栅极侧壁下方的半导体衬底被不当刻蚀（即，造成硅损失)，将导致器件产生 严重的漏电流问题。
[0005] 在应用高k金属栅极技术的半导体器件制程中，金属栅极很容易在空气中氧化而 在其上表面形成一层氧化物层（一般为氧化铝)。由于该氧化层导电性很差，因此在形成接 触孔时，必须去除金属栅顶端由于自氧化而形成的氧化物层，以防止该氧化物层导致接触 孔断开。在现有技术中，通常在形成贯穿层间介电层和接触孔刻蚀阻挡层的共享接触孔之 后，采用氩溅射法去除金属栅顶端由于自氧化而形成的氧化物层，在这一过程中往往导致 半导体衬底位于形成的共享接触孔底部的部分会被不当刻蚀，并且很容易导致半导体衬底 位于栅极侧壁下方的部分被不当刻蚀（即造成位于栅极侧壁下方的硅损失)，这就造成了半 导体器件会产生严重的漏电流问题。
[0006] 在应用高k金属栅极技术的半导体器件制程中，现有技术中常用的形成接触孔的 方法，如图1A所示，一般包括如下步骤：
[0007] 步骤E1、提供前端器件，所述前端器件包括半导体衬底、位于所述半导体衬底上的 金属栅极和有源区、以及覆盖所述金属栅极和所述有源区的接触孔刻蚀阻挡层（CESL)和位 于所述接触孔刻蚀阻挡层之上的层间介电层（ILD)。
[0008] 其中，有源区包括源极和漏极。接触孔刻蚀阻挡层一般为氮化物（即氮化硅)，层间 介电层一般为氧化物（即氧化硅)。
[0009] 本领域的技术人员可以理解，除了上述各部件外，前端器件通常还可以包括栅绝 缘层、栅极侧壁、浅沟槽隔离（STI)、金属硅化物(如NiSi)、锗硅层等。
[0010] 步骤E2、对层间介电层进行刻蚀，在所述层间介电层中拟形成接触孔的位置形成 开口，其中，所述开口贯穿所述层间介电层。
[0011] 其中，拟形成接触孔的位置，可以为栅极上方、可以为源极或漏极上方(拟形成的 为普通接触孔)，也可为栅极和源极(或漏极）共同的上方(拟形成的为共享接触孔)。下面， 均以拟形成的接触孔为共享接触孔为例进行说明。
[0012] 示例性的，步骤E2包括如下步骤：
[0013] 步骤E21 :对所述层间介电层进行刻蚀(一般采用高速率刻蚀)，形成层间介电层的 开口的第一部分。其中，开口的第一部分具体而言指开口的上部分，此时开口并未贯穿层间 介电层。
[0014] 其中，在步骤E21中，可以不需要考虑层间介电层(一般为氧化物)与其下方的接触 孔刻蚀阻挡层(一般为氮化物）的刻蚀选择比，而使用可以对ILD (氧化物)进行高速率刻蚀 的刻蚀条件。
[0015] 步骤E22 :继续对所述层间介电层进行刻蚀处理，形成层间介电层的开口的第二 部分。其中，层间介电层的开口的第一部分和第二部分共同构成层间介电层的开口，所述开 口贯穿所述层间介电层。
[0016] 其中，在继续刻蚀处理时，需要采用对层间介电层(一般为氧化物）与接触孔刻蚀 阻挡层(一般为氮化物）具有较高的刻蚀选择比的刻蚀条件(例如，选择对ILD与CESL具有 高的刻蚀选择比的刻蚀液等)。
[0017] 步骤E3、对接触孔刻蚀阻挡层进行刻蚀，在所述层间介电层的开口的下方形成贯 穿所述接触孔刻蚀阻挡层的开口（即，形成了接触孔刻蚀阻挡层的开口）。其中，所述接触孔 刻蚀阻挡层的开口和所述层间介电层的开口共同构成了接触孔。
[0018] 示例性的，步骤E3包括如下步骤：
[0019] 步骤E31 :对所述接触孔刻蚀阻挡层进行刻蚀(一般采用高速率刻蚀)，形成触孔刻 蚀阻挡层的开口的第一部分。其中，开口的第一部分具体而言指开口的上部分，此时开口并 未贯穿触孔刻蚀阻挡层。
[0020] 其中，步骤E31中可以不需要考虑触孔刻蚀阻挡层(一般为氮化物）与其下方的半 导体衬底(一般为硅）及有源区(例如金属硅化物）的刻蚀选择比，而使用可以对触孔刻蚀阻 挡层进行高速率刻蚀的刻蚀条件。
[0021] 步骤E32 :继续对触孔刻蚀阻挡层进行刻蚀处理，形成触孔刻蚀阻挡层的开口的 第二部分。其中，触孔刻蚀阻挡层的开口的第一部分和第二部分共同构成触孔刻蚀阻挡层 的开口，所述触孔刻蚀阻挡层的开口贯穿所述层间介电层。
[0022] 其中，在继续刻蚀处理时，需要采用对触孔刻蚀阻挡层(一般为氮化物）与半导体 衬底及有源区具有较高的刻蚀选择比的刻蚀条件(例如，选择具有高的刻蚀选择比的刻蚀 液等)。
[0023] 步骤E4、对所述接触孔进行湿法清洗（wet clean)。
[0024] 其中，通过湿法清洗可以去除之前刻蚀过程(例如，刻蚀形成层间介电层的开口以 及接触孔刻蚀阻挡层的开口的过程）中产生的聚合物(主要是含氟聚合物)。
[0025] 步骤E5、采用氩溅射法（Ar Sputtering)对金属栅极进行处理，以去除所述金属栅 极表面由于自氧化而形成的氧化物层。
[0026] 在高k金属栅极技术中，金属栅极很容易在空气中氧化而在其上表面形成一层氧 化物层(一般为氧化铝)。由于该氧化层的导电性很差，因此在形成接触孔时，必须去除该金 属栅极表面的由于自氧化而形成的氧化物层，以防止该氧化物层导致接触孔断开。通过采 用氩溅射法（Ar Sputtering)对金属栅极进行处理，可以去除金属栅极表面由于自氧化而 形成的氧化物层。然而，在采用氩溅射法（Ar Sputtering)对金属栅极进行处理的过程中， 由于接触孔位置处的接触孔刻蚀阻挡层已经完全被去除，往往很容易导致半导体衬底位于 形成的共享接触孔底部的部分被不当刻蚀，并且很容易导致半导体衬底位于栅极侧壁下方 的部分被不当刻蚀（即造成位于栅极侧壁下方的硅损失)，这就造成了半导体器件会产生严 重的漏电流问题。这一问题，严重地影响了最终制得的半导体器件的性能。
[0027] 其中，图1B示出了利用现有技术中上述形成接触孔的方法形成的接触孔结构的 示意图。该接触孔结构形成于前端器件之上，该前端器件包括：半导体衬底1〇〇、位于半导 体衬底100上的金属栅极101、栅极侧壁102、有源区103、接触孔刻蚀阻挡层（CESL) 104以 及位于接触孔刻蚀阻挡层104之上的层间介电层（ILD) 105,还包括形成的位于金属栅极 101和有源区103之上的接触孔(具体地，为共享接触孔）106。显然，在形成接触孔结构之 后，半导体衬底位于形成的共享接触孔106底部的部分以及位于栅极侧壁102下方的部分 均在一定程度上被不当刻蚀，如图1B中1001所示。这往往会造成半导体器件产生严重的 漏电流问题，将严重影响最终制得的半导体器件的性能。
[0028] 因此，有必要提出一种新的形成接触孔的方法，以提高半导体器件的性能。
【发明内容】
[0029] 针对现有技术的不足，本发明提供一种形成接触孔的方法，包括：
[0030] 步骤S101 :提供前端器件，所述前端器件包括半导体衬底、位于所述半导体衬底 上的栅极和有源区、覆盖所述栅极与所述有源区的接触孔刻蚀阻挡层、以及位于所述接触 孔刻蚀阻挡层之上的层间介电层；
[0031] 步骤S102 :对所述层间介电层进行刻蚀，在拟形成接触孔的位置形成层间介电层 的开口，所述层间介电层的开口贯穿所述层间介电层；
[0032] 步骤S103 :对所述前端器件进行湿法清洗；
[0033] 步骤S104 :采用氩溅射法对所述前端器件进行处理，以在层间介电层的开口下方 形成接触孔刻蚀阻挡层的开口并去除所述栅极表面由于自氧化而形成的氧化物层，其中， 所述接触孔刻蚀阻挡层的开口贯穿接所述触孔刻蚀阻挡层并与所述层间介电层的开口共 同构成所述接触孔。
[0034] 其中，在所述步骤S102与所述步骤S103之间还包括如下步骤：
[0035] 对所述接触孔刻蚀阻挡层进行刻蚀，去除所述接触孔刻蚀阻挡层位于所述层间介 电层的开口下方的部分的一部分。
[0036] 其中，在所述对所述接触孔刻蚀阻挡层进行刻蚀的步骤之后、所述步骤S103之前 还包括如下步骤：
[0037] 对所述前端器件进行刻蚀后处理，以去除刻蚀过程中产生的聚合物。
[0038] 其中，所述对所述前端器件进行刻蚀后处理，所采用的方法包括：采用氮气或氮气 和氢气的混合气体对所述前端器件进行吹扫。
[0039] 其中，在所述步骤S102与所述步骤S103之间还包括如下步骤：
[0040] 对所述前端器件进行刻蚀后处理，以去除刻蚀过程中产生的聚合物。
[0041] 其中，所述对所述前端器件进行刻蚀后处理，所采用的方法包括：采用氮气和一氧 化碳对所述前端器件进行处理。
[0042] 其中，所述前端器件采用高k金属栅极技术制得。
[0043] 其中，所述氧化物层为氧化铝。
[0044] 其中，所述接触孔为共享接触孔。
[0045] 其中，所述有源区采用嵌入式锗硅工艺形成，作为所述有源区的锗硅层的顶端高 于所述半导体衬底
【权利要求】
1. 一种形成接触孔的方法，其特征在于，所述方法包括： 步骤S101 :提供前端器件，所述前端器件包括半导体衬底、位于所述半导体衬底上的 栅极和有源区、覆盖所述栅极与所述有源区的接触孔刻蚀阻挡层、以及位于所述接触孔刻 蚀阻挡层之上的层间介电层； 步骤S102 :对所述层间介电层进行刻蚀，在拟形成接触孔的位置形成层间介电层的开 口，所述层间介电层的开口贯穿所述层间介电层； 步骤S103 :对所述前端器件进行湿法清洗； 步骤S104 :采用氩溅射法对所述前端器件进行处理，以在层间介电层的开口下方形成 接触孔刻蚀阻挡层的开口并去除所述栅极表面由于自氧化而形成的氧化物层，其中，所述 接触孔刻蚀阻挡层的开口贯穿接所述触孔刻蚀阻挡层并与所述层间介电层的开口共同构 成所述接触孔。
2. 如权利要求1所述的形成接触孔的方法，其特征在于，在所述步骤S102与所述步骤 S103之间还包括如下步骤： 对所述接触孔刻蚀阻挡层进行刻蚀，去除所述接触孔刻蚀阻挡层位于所述层间介电层 的开口下方的部分的一部分。
3. 如权利要求2所述的形成接触孔的方法，其特征在于，在所述对所述接触孔刻蚀阻 挡层进行刻蚀的步骤之后、所述步骤S103之前还包括如下步骤 ： 对所述前端器件进行刻蚀后处理，以去除刻蚀过程中产生的聚合物。
4. 如权利要求3所述的形成接触孔的方法，其特征在于，所述对所述前端器件进行刻 蚀后处理，所采用的方法包括：采用氮气或氮气和氢气的混合气体对所述前端器件进行吹 扫。
5. 如权利要求1所述的形成接触孔的方法，其特征在于，在所述步骤S102与所述步骤 S103之间还包括如下步骤： 对所述前端器件进行刻蚀后处理，以去除刻蚀过程中产生的聚合物。
6. 如权利要求5所述的形成接触孔的方法，其特征在于，所述对所述前端器件进行刻 蚀后处理，所采用的方法包括：采用氮气和一氧化碳对所述前端器件进行处理。
7. 如权利要求1至6任一项所述的形成接触孔的方法，其特征在于，所述前端器件采用 高k金属栅极技术制得。
8. 如权利要求7所述的形成接触孔的方法，其特征在于，所述氧化物层为氧化铝。
9. 如权利要求1至6任一项所述的形成接触孔的方法，其特征在于，所述接触孔为共享 接触孔。
10. 如权利要求1至6任一项所述的形成接触孔的方法，其特征在于，所述有源区采用 嵌入式锗硅工艺形成，作为所述有源区的锗硅层的顶端高于所述半导体衬底50人·40〇Λ。
【文档编号】H01L21/768GK104217990SQ201310220139
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年6月4日 优先权日:2013年6月4日
【发明者】张海洋, 王新鹏, 黄敬勇 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司