專利名稱：減少半導(dǎo)體單元接觸缺陷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置，尤其是涉及利用多晶硅來(lái)提供與非易失性存儲(chǔ)器單元(nonvolatile memory cell)具有連接的接觸(contacts)的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
常規(guī)的半導(dǎo)體裝置，諸如常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器裝置，通常包括柵極堆疊、源極和漏極。通常，源極位于柵極堆疊的一側(cè)，而漏極則位于柵極堆疊的相對(duì)另一側(cè)。場(chǎng)絕緣區(qū)(field insulating region)通常垂直于柵極堆疊，并且一般用來(lái)電隔離不同的裝置。場(chǎng)絕緣區(qū)通常包含氧化物。用層間電介質(zhì)(interlayer dielectric)來(lái)隔離柵極堆疊、源極和漏極，而層間電介質(zhì)通常包含HDP、TEOS或BPTEOS。通常為SiN或SiON的蝕刻終止層(etch stop layer)位于層間電介質(zhì)的下面。
為了使常規(guī)的半導(dǎo)體裝置發(fā)揮功能，要給常規(guī)半導(dǎo)體裝置的某些部分，諸如漏極和柵極堆疊，提供電接觸。為了形成電接觸，因而在諸如漏極的組件上形成CoSi層以降低接觸電阻。在層間電介質(zhì)上提供消反射涂層(antireflective coating，“ARC”)。ARC層通常包含SiN或SiON。在ARC層上提供光刻膠掩模(photoresist mask)。光刻膠掩模包含位于將要被蝕刻以形成接觸孔的層間電介質(zhì)區(qū)域上的開口(aperture)。通常，在同一個(gè)蝕刻過(guò)程中去除ARC層、層間電介質(zhì)及蝕刻終止層的部分以形成接觸孔，而暴露出下面的CoSi層。然后剝除光刻膠掩模。通常，利用灰化過(guò)程(ashing procedure)來(lái)剝除光刻膠掩模。通常還進(jìn)行濕法清洗以去除層間電介質(zhì)的蝕刻殘留物，例如接觸孔內(nèi)的聚合物。沉積諸如W插塞(plug)的導(dǎo)電層以填充接觸孔。然后，通常利用化學(xué)機(jī)械拋光(chemical mechanical polish，“CMP”)過(guò)程來(lái)拋光導(dǎo)電層。因此，可去除位于接觸孔外的導(dǎo)電層部分并提供光滑表面。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很容易就會(huì)意識(shí)到在半導(dǎo)體裝置內(nèi)形成接觸孔的常規(guī)方法會(huì)產(chǎn)生缺陷。例如，ARC層、層間電介質(zhì)及蝕刻終止層的蝕刻通常都會(huì)在接觸孔內(nèi)留下聚合物殘留物。為了去除這些聚合物，利用濕法清洗來(lái)去除形成接觸孔所產(chǎn)生的聚合物。此外，通常利用灰化法來(lái)去除抗蝕劑(resist)。這些多重而復(fù)雜的灰化和濕法清洗過(guò)程通常會(huì)導(dǎo)致缺陷，例如由于半導(dǎo)體裝置的額外處理而出現(xiàn)的微粒(particles)。此外，化學(xué)機(jī)械拋光W插塞層的過(guò)程通常刮傷介電材料上的ARC層，因而形成大量的刮痕缺陷。這些刮痕使得難以辨別真正的微粒缺陷與刮痕。為了避免刮痕的形成，通常需要長(zhǎng)時(shí)間的拋光步驟以去除頂部的ARC層。
因此，需要一種系統(tǒng)及方法用以提供具有較少接觸缺陷的半導(dǎo)體裝置。本發(fā)明即針對(duì)這樣一個(gè)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種在半導(dǎo)體裝置中提供至少一個(gè)接觸的方法及系統(tǒng)。該半導(dǎo)體裝置包括基片、蝕刻終止層、在蝕刻終止層上的層間電介質(zhì)、在層間電介質(zhì)上的消反射涂層(ARC)以及在蝕刻終止層下的至少一種特征。提供一層具有至少一個(gè)開口的并位于ARC層上的抗蝕劑掩模。該至少一個(gè)開口位于ARC層的暴露部分之上。該方法及系統(tǒng)包括，蝕刻暴露的ARC層和在暴露的ARC層之下的層間電介質(zhì)而并不穿透蝕刻終止層，以形成至少一個(gè)接觸孔的部分。該方法及系統(tǒng)還包括原位去除抗蝕劑掩模，去除暴露在至少一個(gè)接觸孔部分的蝕刻終止層部分以原位提供該至少一個(gè)接觸孔，以及用導(dǎo)電材料來(lái)填充該至少一個(gè)接觸孔。
根據(jù)此處所公開的系統(tǒng)及方法，本發(fā)明利用原位剝除抗蝕劑來(lái)進(jìn)行接觸孔的部分制造，以提供蝕刻之后去除聚合物的更有效方法，這通過(guò)省略額外的灰化和濕法清洗過(guò)程而簡(jiǎn)化了形成接觸孔后的清洗循環(huán)，并且減少了引入缺陷微粒的機(jī)會(huì)。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種方法的一個(gè)實(shí)施例的高級(jí)流程圖，用以提供具有減少缺陷的接觸。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的一種方法的一個(gè)實(shí)施例的更詳細(xì)流程圖，用以提供具有減少缺陷的接觸。
圖3A-3E描述了根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體裝置的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的一種改進(jìn)。下列以一個(gè)專利申請(qǐng)及其權(quán)利要求的形式提供的描述可使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠?qū)嵤┎⑹褂帽景l(fā)明。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的各種更改是顯而易見的，并且在此的一般原理可適用于其它的實(shí)施例中。因此，本發(fā)明并非意在局限于所顯示的實(shí)施例，而是涵蓋與此處所述的原理及特征相一致的最寬范圍。
本發(fā)明提供一種在半導(dǎo)體裝置中用來(lái)提供至少一個(gè)接觸的方法及系統(tǒng)。該半導(dǎo)體裝置包括基片、蝕刻終止層、在蝕刻終止層上的層間電介質(zhì)、在層間電介質(zhì)上的消反射涂層(ARC)以及在蝕刻終止層下的至少一種特征。提供一個(gè)具有至少一個(gè)開口的并位于ARC層上的抗蝕劑掩模。該至少一個(gè)開口位于ARC層的暴露部分之上。該方法及系統(tǒng)包括，蝕刻暴露的ARC層和在暴露的ARC層之下的層間電介質(zhì)而并不穿透蝕刻終止層，以提供至少一個(gè)接觸孔的部分。該方法及系統(tǒng)還包括原位去除抗蝕劑掩模，去除暴露在至少一個(gè)接觸孔部分的蝕刻終止層部分以原位提供該至少一個(gè)接觸孔，以及用導(dǎo)電材料來(lái)填充該至少一個(gè)接觸孔。
本發(fā)明將以包括特別步驟的方法來(lái)說(shuō)明。并且，為了清楚的目的，省略了一些步驟。因此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很容易就會(huì)意識(shí)到此方法及系統(tǒng)將對(duì)具有不同和/或其它步驟的方法同樣有效。本發(fā)明還配合具有某些組件的特定半導(dǎo)體裝置來(lái)說(shuō)明。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很容易就會(huì)意識(shí)到本發(fā)明也適用于具有其它和/或不同組件的半導(dǎo)體裝置。
為了更明確地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的方法及系統(tǒng)，現(xiàn)參照?qǐng)D1，描述了根據(jù)本發(fā)明的方法100的一個(gè)實(shí)施例用以提供具有減少缺陷的接觸。方法100最好在掩模已置于半導(dǎo)體裝置上之后開始。半導(dǎo)體裝置包括蝕刻終止層、在蝕刻終止層上的層間電介質(zhì)以及在層間電介質(zhì)上的消反射涂層(ARC)。ARC層和蝕刻終止層可包含SiN和/或SiON。層間電介質(zhì)最好是HDP、TEOS或BPTEOS。半導(dǎo)體裝置在該蝕刻終止層下還具有特征(features)。例如，半導(dǎo)體裝置可能在蝕刻終止層下具有柵極堆疊以及諸如源極結(jié)和漏極結(jié)的結(jié)(junctions)。此外，為了降低其接觸電阻，諸如源極結(jié)和/或漏極結(jié)的特征可具有諸如CoSi的自對(duì)準(zhǔn)硅化物層(salicide layer)?？刮g劑掩模最好位于ARC層之上。將抗蝕劑掩模形成開口圖形，該開口位于接觸所在的半導(dǎo)體裝置區(qū)域之上。
通過(guò)步驟102，在一個(gè)蝕刻步驟中去除抗蝕劑掩模的開口所暴露出的ARC層和層間電介質(zhì)。在步驟102中所進(jìn)行的蝕刻不穿透層間電介質(zhì)下的蝕刻終止層。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，用于步驟102中的蝕刻化學(xué)物質(zhì)包括C4F8、C4F6、C5F8、C2F6，它們蝕刻介電材料并且具有高選擇性以終止于下面的氮化物膜(蝕刻終止層)。
通過(guò)步驟104，原位去除抗蝕劑掩模。由于是原位去除抗蝕劑掩模，故抗蝕劑掩模是在可控的環(huán)境下去除，最好是在低壓的真空室內(nèi)并控制進(jìn)入室內(nèi)的氣體。因此，抗蝕劑掩模的去除是在與進(jìn)行蝕刻相同的室中完成的，并不需要開啟該室。只用將蝕刻化學(xué)物質(zhì)更換為O2基的過(guò)程即可。因此，通過(guò)更換化學(xué)物質(zhì)即可在同一室內(nèi)進(jìn)行多種蝕刻過(guò)程以蝕刻不同的膜。用于步驟104中的蝕刻化學(xué)物質(zhì)最好是O2基的。在某些實(shí)施例中，可加入少量的諸如N2/H2或H2、N2的形成氣體(forming gas)。所使用的壓力范圍通常依所使用的設(shè)備而有所不同。例如，壓力可從30mT到1-10T的范圍變化。
通過(guò)步驟106，原位去除ARC層和在接觸孔底部的蝕刻終止層部分。因此，形成接觸孔，并暴露出要形成接觸的特征。在一個(gè)實(shí)施例中，在步驟106中暴露出源極結(jié)和/或漏極結(jié)上的CoSi層。由于ARC層及蝕刻終止層是原位去除的，故ARC層及蝕刻終止層是在可控的環(huán)境下去除，最好是在低壓的真空室內(nèi)并控制進(jìn)入室內(nèi)的氣體。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，去除ARC層及蝕刻終止層是在與步驟104中去除抗蝕劑掩模相同的室中完成的。因此，使用同一個(gè)室而并不需要從室中移動(dòng)半導(dǎo)體裝置。只是要改變蝕刻化學(xué)物質(zhì)。ARC層和蝕刻終止層最好是氮化物類型的材料。例如，ARC層和蝕刻終止層可以是Si3N4、SiON或其組合。ARC層還可以是SiRN(富含硅的氮化物)。因此，蝕刻化學(xué)物質(zhì)最好包括CHF3、CF4、CH2F2或CH3F。壓力范圍，例如，依所使用的設(shè)備可從20mT至500mT變化。
通過(guò)步驟108，用諸如W的導(dǎo)電材料來(lái)填充接觸孔。由此形成半導(dǎo)體裝置的特征的電接觸。此外，通過(guò)步驟110，可進(jìn)行CMP步驟來(lái)拋光W插塞。必需控制CMP過(guò)程以避免和/或減少將刮痕引入到層間電介質(zhì)中。
由于去除抗蝕劑掩模以及蝕刻ARC層和蝕刻終止層是原位進(jìn)行的，故可簡(jiǎn)化接觸的制造?？梢员苊馔ǔＳ脕?lái)去除抗蝕劑掩模的常規(guī)的抗蝕劑灰化。此外，原位去除抗蝕劑掩模更干凈，也許可避免進(jìn)行濕法清洗的需要。因此，可減少或避免在形成接觸孔時(shí)所引入的缺陷。另外，由于ARC層是原位去除的，故簡(jiǎn)化了用于將填充接觸孔的材料平坦化(planarize)的CMP過(guò)程。由于ARC層已去除掉，故不存在CMP過(guò)程中刮傷ARC層的問(wèn)題。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的方法150的一個(gè)實(shí)施例的更詳細(xì)流程圖，用以提供具有減少缺陷的接觸。圖3A-3D描述了根據(jù)本發(fā)明利用方法150制造半導(dǎo)體裝置200的一個(gè)實(shí)施例。方法150最好在提供了蝕刻終止層、在蝕刻終止層上的層間電介質(zhì)和在層間電介質(zhì)上的消反射涂層(ARC)之后開始。ARC層和蝕刻終止層可含SiN和/或SiON。層間電介質(zhì)最好為HDP、TEOS或BPTEOS。半導(dǎo)體裝置在蝕刻終止層下還具有特征。例如，半導(dǎo)體裝置可能在蝕刻終止層下具有柵極堆疊以及諸如源極結(jié)和漏極結(jié)的結(jié)。此外，為了降低其接觸電阻，諸如源極結(jié)和/或漏極結(jié)的特征可具有諸如CoSi的自對(duì)準(zhǔn)硅化物層。
通過(guò)步驟152，提供在接觸孔形成區(qū)域上方具有開口的抗蝕劑掩模?？刮g劑掩模最好位于ARC層的上方。圖3A描述了含有形成在基片201上的柵極堆疊210、220和230的半導(dǎo)體裝置200。隔片(spacers)212和214、222和224，以及232和234分別位于柵極堆疊210、220和230的邊緣。CoSi層202和204形成在柵極堆疊210和220之間以及柵極堆疊220和230之間的結(jié)(未清楚顯示)。蝕刻終止層240形成在柵極堆疊210、220和230以及CoSi層202和204之上。半導(dǎo)體裝置200還包含層間電介質(zhì)250和ARC層260。還顯示了一個(gè)具有開口272和274的抗蝕劑掩模270。開口272和274位于CoSi層202和204的上方。因此，在半導(dǎo)體裝置200中，將形成與CoSi層202和204下面的特征的接觸。
通過(guò)步驟154，在蝕刻步驟中去除暴露于抗蝕劑掩模的開口272和274的ARC層260和層間電介質(zhì)250。在步驟154中進(jìn)行的蝕刻過(guò)程并未穿透位于層間電介質(zhì)250下的蝕刻終止層240。圖3B描述了完成步驟154后的半導(dǎo)體裝置200。在開口272和274下方形成了接觸孔280和282的部分。然而，至少有部分蝕刻終止層240仍殘留在接觸孔280和282的底部。
通過(guò)步驟156，原位去除抗蝕劑掩模270以及清洗接觸孔280和282。由于是原位去除抗蝕劑掩模270，故抗蝕劑掩模270是在可控的環(huán)境下去除，最好是在低壓的真空室內(nèi)并控制進(jìn)入室內(nèi)的氣體。圖3C描述了去除抗蝕劑掩模270之后的半導(dǎo)體裝置200。由于是原位去除抗蝕劑掩模270以及清洗接觸孔280和282，故可基本上清除任何殘留在接觸孔280’和282’內(nèi)的聚合物。因此，接觸孔280’和282’的表面基本上是干凈的。
通過(guò)步驟158，原位去除ARC層260和位于接觸孔280和282底部的蝕刻終止層240部分。圖3D描述了去除接觸孔280”和282”底部的蝕刻終止層240之后的半導(dǎo)體裝置200。由此形成接觸孔280”和282”，并暴露出將形成接觸的CoSi層202和204。由于是原位去除ARC層260和蝕刻終止層240的部分，故ARC層260和蝕刻終止層240的部分是在可控的環(huán)境下去除，最好是在低壓的真空室內(nèi)并控制進(jìn)入室內(nèi)的氣體。通過(guò)步驟160，用導(dǎo)電材料填充接觸孔280”和282”，并將接觸材料平坦化。由此可形成半導(dǎo)體裝置200的特征的電接觸。圖3E描述了形成接觸孔290和292之后的半導(dǎo)體裝置200，該接觸孔的形成是通過(guò)填充接觸孔280”和282”以及諸如在CMP步驟中去除過(guò)剩的導(dǎo)電材料。
由于去除抗蝕劑掩模270以及蝕刻ARC層260和蝕刻終止層240是原位進(jìn)行的，故可簡(jiǎn)化接觸的制造?？梢员苊馔ǔＳ脕?lái)去除抗蝕劑掩模270的常規(guī)的抗蝕劑灰化。此外，原位去除抗蝕劑掩模270的過(guò)程更干凈，也許可避免進(jìn)行濕法清洗的需要。因此，可減少或避免在形成接觸孔280”和282”時(shí)所引入的缺陷。另外，由于是原位去除ARC層260，故簡(jiǎn)化了用于將填充接觸孔280”和282”的材料平坦化的CMP過(guò)程。由于ARC層260已去除掉，故防止了在CMP過(guò)程中刮傷ARC層260。
這里公開了一種在半導(dǎo)體裝置中提供接觸的方法及系統(tǒng)。雖然本發(fā)明是根據(jù)所顯示的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明的，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很容易就會(huì)意識(shí)到可以變更這些實(shí)施例，而這些變更仍屬于本發(fā)明的精神及范圍之內(nèi)。因此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可進(jìn)行許多更改，而并不偏離隨附的權(quán)利要求的精神及范圍。
工業(yè)應(yīng)用本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很容易就會(huì)意識(shí)到在半導(dǎo)體裝置內(nèi)形成接觸孔的常規(guī)方法會(huì)產(chǎn)生缺陷。例如，ARC層、層間電介質(zhì)及蝕刻終止層的蝕刻通常都會(huì)在接觸孔內(nèi)留下聚合物殘留物。為了去除這些聚合物，利用濕法清洗來(lái)去除形成接觸孔所產(chǎn)生的聚合物。此外，通常利用灰化法來(lái)去除抗蝕劑。這些多重而復(fù)雜的灰化和濕法清洗過(guò)程通常會(huì)導(dǎo)致缺陷，例如由于半導(dǎo)體裝置的額外處理而出現(xiàn)的微粒。此外，化學(xué)機(jī)械拋光W插塞層的過(guò)程通常刮傷介電材料上的ARC層，因而形成大量的刮痕缺陷。這些刮痕使得難以辨別真正的微粒缺陷與刮痕。為了避免刮痕的形成，通常需要長(zhǎng)時(shí)間的拋光步驟以去除頂部的ARC層。
因此，需要一種系統(tǒng)及方法用以提供具有較少接觸缺陷的半導(dǎo)體裝置。本發(fā)明即針對(duì)這樣一個(gè)需求。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體中提供至少一個(gè)接觸的方法，所述半導(dǎo)體包括基片(201)、蝕刻終止層(240)、在所述蝕刻終止層(240)上的層間電介質(zhì)(250)、在所述層間電介質(zhì)(250)上的消反射涂層(ARC)(260)以及在所述蝕刻終止層(240)下的至少一種特征，具有至少一個(gè)開口位于所述ARC層(260)之上的抗蝕劑掩模，所述至少一個(gè)開口位于所述ARC層(260)的暴露部分之上，所述方法包括步驟(a)步驟(102)，蝕刻所述ARC層(260)的暴露部分和在所述ARC層(260)的暴露部分之下的層間電介質(zhì)(250)而并不穿透所述蝕刻終止層(240)，以提供至少一個(gè)接觸孔的部分；(b)步驟(104)，原位去除所述抗蝕劑掩模；(c)原位去除暴露在所述至少一個(gè)接觸孔部分的蝕刻終止層(240)部分以提供所述至少一個(gè)接觸孔；以及(d)步驟(108)，用導(dǎo)電材料填充所述至少一個(gè)接觸孔。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中去除所述抗蝕劑掩模的步驟(b)(104)進(jìn)一步包括步驟(b1)原位清洗所述接觸孔的部分。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述蝕刻終止層(240)包含SiN和/或SiON。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述ARC層(260)包含SiN和/或SiON或SiRN(富含硅的氮化物)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括步驟(e)將所述導(dǎo)電材料平坦化而并不刮傷所述層間電介質(zhì)(250)的表面。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括步驟(e)在填充所述至少一個(gè)接觸孔之前原位去除所述ARC層(260)的部分。
7.一種半導(dǎo)體裝置，包括基片(201)、蝕刻終止層(240)、在所述蝕刻終止層(240)上的層間電介質(zhì)(250)、在所述層間電介質(zhì)(250)上的消反射涂層(ARC)(260)以及在所述蝕刻終止層(240)之下的至少一種特征，所述方法包括步驟多個(gè)接觸，通過(guò)提供具有至少一個(gè)開口的抗蝕劑掩模來(lái)提供所述多個(gè)接觸，所述至少一個(gè)開口位于所述ARC層(260)的暴露部分之上，蝕刻所述ARC層(260)的暴露部分和在所述ARC層(260)的暴露部分之下的層間電介質(zhì)(250)而并不穿透所述蝕刻終止層(240)，以提供至少一個(gè)接觸孔的部分，原位去除所述抗蝕劑掩模，去除暴露在所述至少一個(gè)接觸孔部分的蝕刻終止層(240)部分以原位提供所述至少一個(gè)接觸孔，以及用導(dǎo)電材料填充所述至少一個(gè)接觸孔。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述蝕刻終止層(240)包含SiN和/或SiON或SiRN(富含硅的氮化物)。
9.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述ARC層(260)包含SiN和/或SiON。
10.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其中將所述導(dǎo)電層平坦化而并不刮傷所述ARC層(260)的其余部分。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種在半導(dǎo)體裝置中提供至少一個(gè)接觸的方法及系統(tǒng)。該半導(dǎo)體裝置包括基片(201)、蝕刻終止層(240)、在蝕刻終止層(240)上的層間電介質(zhì)(250)、在層間電介質(zhì)(250)上的消反射涂層(ARC)(260)以及在蝕刻終止層(240)下的至少一種特征。提供一層具有開口的并位于ARC層(260)上的抗蝕劑掩模。該開口位于ARC層(260)的暴露部分之上。該方法及系統(tǒng)包括，蝕刻暴露的ARC層(260)和下面的層間電介質(zhì)(250)而并不穿透蝕刻終止層(240)，以提供至少一個(gè)接觸孔的部分。該方法及系統(tǒng)還包括原位去除抗蝕劑掩模、去除暴露在接觸孔部分的蝕刻終止層(240)部分，以及用導(dǎo)電材料來(lái)填充接觸孔。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1714437SQ03825598
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2003年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月10日
發(fā)明者A·T·回, W·李, A·C·圖 申請(qǐng)人:先進(jìn)微裝置公司