專利名稱：除去了連接孔內(nèi)的損傷層、自然氧化膜的半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的制造方法，并特別涉及連接孔(例如接觸孔)的形成方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體裝置中，通常使用由導(dǎo)電材料形成的插頭。該插頭將晶體管與其上方的配線層電連接，或者將下層配線層與上層配線層電連接。因此，可以在例如覆蓋晶體管的絕緣膜或下層配線層與上層配線層之間的絕緣膜中形成作為接觸孔或通路孔的連接孔，并可以在該連接孔內(nèi)嵌入導(dǎo)電材料形成插頭。
例如在形成接觸孔的情形中，使用例如RIE(反應(yīng)性離子蝕刻)來蝕刻絕緣膜。當(dāng)進(jìn)行該蝕刻時，會在接觸孔的側(cè)壁、底部形成損傷層。該損傷層可通過例如濕處理除去。但是，在除去損傷層后，在接觸孔的底部所暴露出的例如金屬硅化物層等導(dǎo)電層的表面不均勻，并且在除去損傷層時再次形成不同的損傷層、自然氧化膜。這樣，當(dāng)在殘留損傷層、自然氧化膜的狀態(tài)下在接觸孔內(nèi)形成阻擋金屬的情形中，接觸電阻上升，晶體管的特性劣化。因此，存在確實地除去損傷層、自然氧化膜的必要。
迄今為止，為了除去形成于接觸孔內(nèi)的損傷層，開發(fā)了僅使用干洗滌的技術(shù)(參閱例如JP 2000-236021 A)。
但是，在上述現(xiàn)有的洗滌方法中，難以充分地除去接觸孔內(nèi)的損傷層、自然氧化膜。因此，需要一種能夠充分地除去接觸孔內(nèi)的損傷層、自然氧化膜的半導(dǎo)體裝置的制造方法。此外，當(dāng)在層壓的多個絕緣膜內(nèi)形成接觸孔的情況下，會在該接觸孔內(nèi)產(chǎn)生階梯差，因而還需要開發(fā)一種除去這種階梯差的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其包括通過對形成于導(dǎo)電層上的絕緣膜進(jìn)行干蝕刻，在上述絕緣膜上形成使上述導(dǎo)電層露出的連接孔；通過向上述露出的上述導(dǎo)電層提供由氧化性氣體激發(fā)的等離子體，對在上述連接孔內(nèi)生成的損傷層進(jìn)行干洗滌；通過使用包含NF3、HF的任一種的氣體的干處理，對由于濕處理而在上述連接孔內(nèi)形成的氧化膜進(jìn)行蝕刻；以及通過熱處理除去由于上述蝕刻生成的生成物。


圖1A至圖1E為表示實施方式1的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖。
圖2為通過X射線電子分光法對通過實施方式1和現(xiàn)有的制造方法處理的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行分析的結(jié)果的圖。
圖3為通過X射線電子分光法對通過實施方式1和現(xiàn)有的制造方法處理的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行分析的結(jié)果的圖。
圖4A、圖4B為顯示實施方式1的、濕處理前后的半導(dǎo)體裝置的狀態(tài)的掃描型電子顯微鏡(TEM)照片。
圖5為表示由干處理和濕處理引起的接觸電阻的標(biāo)準(zhǔn)偏差的圖。
圖6為表示通過X射線電子分光法對通過實施方式1處理的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行分析的結(jié)果的圖。
圖7為表示實施方式1與現(xiàn)有的接觸電阻的標(biāo)準(zhǔn)偏差的圖。
圖8A、圖8B、圖8C為表示實施方式2的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。
(實施方式1)圖1A～圖1E為表示實施方式1的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖。實施方式1表示例如在硅化物層中形成金屬接點(diǎn)的實例。
如圖1A所示，在例如硅基板11的表面形成作為導(dǎo)電層的硅化物層12。該硅化物層12為例如CoSix、NiSix、ErSix、PtSix、Pd2Six的任一種。但是并不限于這種方式。該實施方式表示硅化物層12為NiSi的情形。因此，在下面，將硅化物層12記為NiSi層12。在該NiSi層12上形成絕緣膜，例如硅氧化膜13。該絕緣膜并不限于硅氧化膜，也可以適用其他的材料。
接著，如圖1B所示，使用例如圖中未示出的抗蝕劑圖案作為掩模通過RIE對硅氧化膜13進(jìn)行蝕刻，形成連接孔(例如接觸孔14)。作為蝕刻氣體，可以使用例如在CF4中添加了H2的氣體。在這樣形成的接觸孔14的底部，形成損傷層15。該損傷層15包含蝕刻時所產(chǎn)生的損失和蝕刻生成物，如圖2中(1)所示，主要由例如F、C、Si-O形成。另外，圖2表示通過XPS(X電子射線分光法)對使用本實施方式和現(xiàn)有的方法處理過的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行分析時所觀察到的元素的比例。
這樣，在上述蝕刻之后，在接觸孔14的底部存在損傷層15。因此，在接觸孔14的底部露出的NiSi鍵的峰值，根據(jù)XPS分析的結(jié)果，如圖3中的(1)所示的那樣比較小。
以往，在形成接觸孔后，通過濕處理進(jìn)行洗滌。進(jìn)行該濕處理的目的在于除去在接觸孔的形成時生成的F、C以及形成于接觸孔底部的氧化膜。圖2的(2)、圖3的(2)為表示濕處理后的通過XPS分析的結(jié)果的圖。通過這樣的濕處理，如圖2中的(2)所示，F(xiàn)、C被除去了。但是，如圖4B所示，在接觸孔底部的NiSi表面上重新形成了5nm左右的氧化膜。因此，當(dāng)僅僅進(jìn)行濕處理時，難以充分地洗滌NiSi層的表面，如圖6中的(1)所示，可知在由XPS得出的分析結(jié)果中，由于在NiSi層的表面形成的氧化膜，因此Ni-Si的峰值較小。此外，如圖5中的(1)所示，可知，在濕處理的情況下，會所形成的氧化膜成為使接觸電阻上升的原因。
因此，可以考慮進(jìn)行如上述JP 2000-236021 A所記載的使用NF3氣體的干處理以代替濕處理。在該干處理的情形中，在除去F、C時，不會在NiSi層上形成氧化膜。但是上述干處理除去在接觸孔形成時生成的蝕刻的損傷層的能力不足。因此，如果僅僅只是將濕處理替換為干處理，如圖5中的(2)所示，和圖5中的(1)所示的濕處理相比，接觸電阻上升。
因此，在實施方式1中，例如在除去抗蝕劑圖案后，為了除去在接觸孔形成時生成的蝕刻的損傷層15，進(jìn)行作為干處理的灰化(ashing)處理。該灰化處理使用例如由氧氣(O2)或臭氧(O3)激發(fā)的等離子體。此外，灰化處理時的基板11的溫度優(yōu)選為150℃～400℃。在低于150℃的溫度的情況下，難以充分地除去損傷層15。此外，當(dāng)在例如晶體管的源極·漏極區(qū)域或柵電極中形成NiSi層12時，在高于400℃的溫度的情況下，難以在不引起晶體管的特性劣化的條件下進(jìn)行處理。為了得到更好的結(jié)果，優(yōu)選溫度為250℃～300℃。這樣，通過對損傷層15進(jìn)行灰化處理，如圖2中的(3)所示，幾乎能夠全部除去構(gòu)成損傷層15的F、C。
但是，當(dāng)進(jìn)行灰化處理時，如圖1C所示，在NiSi層12的表面上形成灰化的生成物16。如圖6的(2)、圖3的(3)所示，該生成物16包含例如Si-O、Ni-O(F)。并且，圖6中的(2)所示的通過灰化處理生成的Ni2O3的峰值大，難以通過干處理除去Ni-O(F)。
因此，在實施方式1中，通過濕處理除去由灰化處理生成的生成物16(以下稱為Ni-O(F)16層)。該濕處理首先通過例如硫酸和過氧化氫組成的硫酸/過氧化氫混合液(SPM)進(jìn)行處理，然后通過過氧化氫和膽堿(コリン)水溶液進(jìn)行處理。這樣，通過在灰化處理后進(jìn)行濕處理可除去Ni-O(F)16層。
圖6所示的(3)、圖2所示的(4)、圖3所示的(4)分別表示在灰化處理后進(jìn)行濕處理的情形。從圖6的(3)可知，和圖6的(1)所示的僅僅通過濕處理的情形相比，在接觸孔14的底部所出現(xiàn)的NiSi的峰值變大。即，可以看出，通過灰化處理和濕處理可充分地除去損傷層15、Ni-O(F)16層。
但是，在進(jìn)行上述濕處理的情況下，如圖1D所示，在接觸孔14的底部形成自然氧化膜17。因此，通過應(yīng)用了包含例如NF3、HF的任一種的氣體的干處理進(jìn)行軟蝕刻，從而除去該接觸孔底部的自然氧化膜17。另外，作為該氣體，優(yōu)選像例如(NF3、NH3)、(NF3、N2、H2)、或(HF、NH3)那樣組合使用。進(jìn)而，該干處理中的基板11的溫度優(yōu)選為例如-20℃～+30℃的范圍。當(dāng)處理溫度不足-20℃時，以及高于+30℃時，難以對自然氧化膜進(jìn)行蝕刻。為了得到更好的結(jié)果，優(yōu)選為-20℃～+25℃。
然后，通過熱處理除去在除去上述自然氧化膜的蝕刻中所生成的、圖中未示出的少量的生成物、例如(NH4)2SiF6。該熱處理中的基板11的溫度優(yōu)選為例如100℃～400℃。當(dāng)不足100℃時，難以充分地除去生成物，當(dāng)超過400℃時，則晶體管的性能有劣化的可能。為了得到更良好的結(jié)果，優(yōu)選為150℃～400℃。但是，熱處理的上限溫度可以在晶體管的性能所容許的范圍內(nèi)提高。另外，為了防止自然氧化膜的再形成，優(yōu)選在真空隔絕的條件下進(jìn)行上述干處理和熱處理。即，優(yōu)選在真空中連續(xù)地進(jìn)行這些處理。
通過上述干處理和熱處理，可以除去接觸孔底部的自然氧化膜17，并且如圖1E所示，可以使NiSi層12的表面露出。這樣，通過在形成接觸孔14之后，依次進(jìn)行灰化處理、濕處理、干處理、和熱處理，可以從NiSi層12的表面除去蝕刻的損傷層15、Ni-O(F)層18、和自然氧化膜17，如圖6的(4)、圖2的(5)、圖3的(5)所示，可以使清潔的NiSi層12露出。
然后，在接觸孔14的內(nèi)部，通過濺射法或CVD法由金屬材料形成單層或多層阻擋金屬18。接著，在接觸孔14內(nèi)部，埋入圖未示的金屬材料，形成接觸插頭。作為其中的金屬材料，可以使用例如Ti、TiN、Ta、TaN、W、WN、Cu、Al等。
如上所示，通過在清潔的NiSi層12的表面成膜阻擋金屬18，如圖7的(1)所示，與圖7的(2)所示的以往例相比，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的且比較低的接觸電阻。
此外，優(yōu)選在接觸孔的底部露出的NiSi層12不暴露于大氣中的條件下，通過連續(xù)的工序形成上述阻擋金屬。因此，例如在與接觸孔的形成中所使用的腔室相連結(jié)而群組化的別的腔室中，形成阻擋金屬。
根據(jù)實施方式1，通過在NiSi層12上的硅氧化膜13中形成接觸孔14，除去抗蝕劑，然后依次進(jìn)行作為干處理的灰化處理、濕處理、干處理和熱處理，能夠從NiSi層12的表面除去蝕刻的損傷層15、Ni-O(F)層16、和自然氧化膜17。因此，因為能夠使清潔的NiSi層12在接觸孔14的底部露出，所以能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的且比較低的接觸電阻。
(實施方式2)在實施方式1中，除去了接觸孔內(nèi)的損傷層、蝕刻生成物和自然氧化膜。實施方式1的處理也適合用于緩解例如在蝕刻的選擇比不同的多個絕緣膜內(nèi)所形成的接觸孔的階梯差。
即，為了降低對于NiSi、淺擴(kuò)散層的后工序中的受熱經(jīng)歷，在接觸工藝中還適用有通過例如CVD法形成的硅氮化膜和硅氧化膜。這些硅氮化膜和硅氧化膜，與以往在800℃或以上的溫度下形成的氧化膜相比，干蝕刻和濕蝕刻的蝕刻速度快。特別地，濕蝕刻的蝕刻速度的差異很大。具體來說，硅氮化膜的利用氫氟酸(HF)水溶液的蝕刻速度，比在800℃或以上形成的氧化膜的蝕刻速度快例如10倍或以上。此外，硅氧化膜的利用氫氟酸水溶液的蝕刻速度比在800℃或以上形成的氧化膜的蝕刻速度快例如2倍或以上。因此，在通過RIE在層壓的硅氮化膜和硅氧化膜中形成接觸孔的情況下，或者在接觸孔內(nèi)形成阻擋金屬時的前處理中，會因為所進(jìn)行的濕處理而在接觸孔的側(cè)面產(chǎn)生階梯差。在該狀態(tài)下，當(dāng)在接觸孔內(nèi)形成阻擋金屬時，阻擋金屬對接觸孔的覆蓋率劣化，可能發(fā)生接觸電阻增加、及泄漏。
因此，在實施方式2中，通過適用上述實施方式1的處理，緩解接觸孔內(nèi)的階梯差。
下面，對實施方式2的制造方法進(jìn)行說明。
圖8A、圖8B、圖8C顯示了實施方式2的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
如圖8A所示，在例如導(dǎo)電層21的表面，通過例如CVD法，形成硅氮化膜22，在該硅氮化膜22上通過例如CVD法形成硅氧化膜23。導(dǎo)電層21例如為硅、聚硅、無定形硅、CoSi2、NiSi、TiN、W、WN，但并不限于此。
接著，如圖8B所示，以圖中未示出的抗蝕劑圖案作為掩模，通過RIE對硅氧化膜23、硅氮化膜22進(jìn)行蝕刻，在硅氧化膜23、硅氮化膜22內(nèi)形成接觸孔24。作為蝕刻氣體，使用在CF4中添加了H2的氣體，或者NF3系氣體。通過該蝕刻，在接觸孔24內(nèi)產(chǎn)生了階梯差和損傷層。
然后，與實施方式1一樣，通過作為干洗滌的例如灰化處理除去圖中未示出的損傷層，接著，通過例如硫酸/過氧化氫混合液、過氧化氫和膽堿水溶液，依次進(jìn)行濕處理。通過該濕處理除去因灰化處理而生成的生成物。此外，在該濕處理中，由于硅氮化膜22與硅氧化膜23的蝕刻速度差，如圖8B所示，形成了階梯差25。該階梯差25有例如1nm左右。
然后，使用包含NF3、HF的任一種的氣體進(jìn)行干處理。通過該干處理，該接觸孔24內(nèi)的硅氧化膜23內(nèi)壁被蝕刻，如圖8C所示，在接觸孔24的側(cè)面形成的階梯差25得到緩解。
接著，和實施方式1相同，通過熱處理，將在上述干處理中生成的生成物除去。
然后，使用例如濺射法和CVD法，形成單層或多層的阻擋金屬26，接著，在接觸孔24內(nèi)形成例如金屬層27。
根據(jù)上述實施方式2，在形成接觸孔24后，進(jìn)行作為干處理的灰化處理、濕處理、利用包含NF3和HF的任一種的氣體的干處理、以及熱處理。因此，可以緩解在接觸孔24內(nèi)形成的階梯差25。因此，當(dāng)在接觸孔24內(nèi)形成阻擋金屬時，接觸孔內(nèi)的覆蓋率變好，可以防止接觸電阻的上升，并可以防止泄漏的發(fā)生。
另外，在上述實施方式2中，為了消除接觸孔內(nèi)的階梯差，不需要全部進(jìn)行灰化處理、濕處理、利用包含NF3和HF的任一種的氣體的干處理、以及熱處理，只要至少進(jìn)行包含NF3和HF的任一種的氣體的干處理、和熱處理即可。
此外，在上述實施方式中，對形成接觸孔的情形進(jìn)行了說明。但是并不限于此，也可以在例如連接下層配線和上層配線的導(dǎo)通孔的形成中使用上述各個實施方式。
其他的優(yōu)點(diǎn)和修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，本發(fā)明在其更寬的范圍內(nèi)并不限于這里顯示和描述的具體的細(xì)節(jié)和代表性具體實施方案。因此，可以在不偏離所附的權(quán)利要求及其等同技術(shù)方案所限定的一般發(fā)明概念的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的形成方法，其包括通過對形成于導(dǎo)電層上的絕緣膜進(jìn)行干蝕刻，在上述絕緣膜上形成使上述導(dǎo)電層露出的連接孔；通過向露出的上述導(dǎo)電層上提供由氧化性氣體激發(fā)的等離子體，對在上述連接孔內(nèi)形成的損傷層進(jìn)行干洗滌；通過濕處理除去因上述干處理而在上述連接孔內(nèi)形成的生成物；通過使用了包含NF3、HF的任一種的氣體的干處理，對因上述濕處理而在上述連接孔內(nèi)形成的氧化膜進(jìn)行蝕刻，以及通過熱處理除去因上述蝕刻而生成的生成物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中上述導(dǎo)電層為CoSix、NiSix、ErSix、PtSix、Pd2Six中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中上述濕處理可以使用包含過氧化氫的溶液。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中上述氧化性氣體為氧氣和臭氧中的一種。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中上述干洗滌是在150℃～400℃的溫度下進(jìn)行的。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中上述干處理和熱處理是在真空中連續(xù)地實施的。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中上述干處理是在-20℃～+30℃的溫度下進(jìn)行的。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中上述熱處理是在100℃～400℃的溫度下進(jìn)行的。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在上述熱處理之后，在上述連接孔的內(nèi)表面形成導(dǎo)電性的阻擋層，以及在上述連接孔內(nèi)形成接觸插頭。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，上述絕緣膜由層壓的硅氮化膜和硅氧化膜構(gòu)成。
全文摘要
通過對形成于導(dǎo)電層上的絕緣膜進(jìn)行干蝕刻，在上述絕緣膜上形成使上述導(dǎo)電層露出的連接孔。通過對露出的上述導(dǎo)電層上提供等離子體，對形成于上述連接孔內(nèi)的損傷層進(jìn)行干洗滌。通過濕處理除去由于干洗滌而在上述連接孔內(nèi)生成的生成物。通過使用包含NF
文檔編號H01L21/311GK1819140SQ20061000305
公開日2006年8月16日 申請日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月4日
發(fā)明者本多亮, 艾原香里, 村上和博, 沼野正訓(xùn), 永松貴人, 原川秀明, 松山日出人, 江澤弘和, 金子尚史 申請人:株式會社東芝