包含接觸結(jié)構(gòu)有形成于接觸蝕刻中止層之側(cè)壁上之保護(hù)層的半導(dǎo)體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及包含接觸結(jié)構(gòu)有形成于接觸蝕刻中止層之側(cè)壁上之保護(hù)層的半導(dǎo)體裝置，在形成具有接觸插塞的半導(dǎo)體裝置時，其中該接觸插塞包含形成于蝕刻中止層之側(cè)壁上以減少短路風(fēng)險之保護(hù)層，可藉由進(jìn)行濺鍍制程以從接觸區(qū)移除材料以及再沉積被移除的該材料于該蝕刻中止層的該側(cè)壁上，來形成該保護(hù)層。
【專利說明】包含接觸結(jié)構(gòu)有形成于接觸蝕刻中止層之側(cè)壁上之保護(hù)層的半導(dǎo)體裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本揭示內(nèi)容大體有關(guān)于半導(dǎo)體的制造領(lǐng)域，且更特別的是，有關(guān)于形成使電路組件連接至第一金屬化層級之互連結(jié)構(gòu)的接觸結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體裝置(例如，先進(jìn)的集成電路)通常含有大量的電路組件(例如，晶體管、電容器、電阻器及其類似者)，彼等常常以實質(zhì)平坦的組態(tài)形成于已有結(jié)晶半導(dǎo)體層形成于其上的適當(dāng)基板上。由于這些大量的電路組件以及現(xiàn)代集成電路的必要復(fù)雜布局，因此，個別電路組件的電氣連接大體上不建立于與制作電路組件相同的層級內(nèi)，反而需要一或更多也被稱作金屬化層的額外“接線”層。這些金屬化層一般包括提供層內(nèi)(inner-level)電氣連接的含金屬線，以及也包含也被稱作“通孔”的多個層間連接(inter-levelconnect1n),彼等系填滿適當(dāng)金屬以及提供兩個相鄰堆迭金屬化層的電氣連接。
[0003]由于現(xiàn)代集成電路中之電路組件的特征尺寸持續(xù)地縮減，因此，給定芯片面積的電路組件數(shù)(亦即，封裝密度(packing density))也增加，從而需要增加更多條電氣連接以提供所欲電路機(jī)能，因為與電路組件數(shù)相比，電路組件之間的互接數(shù)通常以超比例的方式增加。因此，金屬化層的堆迭數(shù)通常隨著單位芯片面積的電路組件數(shù)變大而增加，盡管個別金屬線及通孔的尺寸減少。由于先進(jìn)集成電路在操作期間可能遭遇中高的電流密度以及金屬線及通孔的特征尺寸減少，越來越多半導(dǎo)體制造商用允許較高電流密度的金屬取代習(xí)知金屬化材料(例如，鋁)，因此，允許減少互連的尺寸。結(jié)果，銅及其中合金日益成為用來制造金屬化層的材料，因為與例如鋁相比，以反抗電遷移的抵抗力而言，它有優(yōu)異的特性，以及有明顯較低的電阻率。盡管有這些優(yōu)點，銅也有許多與銅在半導(dǎo)體生產(chǎn)單位中加工及處理有關(guān)的缺點。例如，銅在多種公認(rèn)有效的電介質(zhì)材料(例如，二氧化硅)中容易擴(kuò)散，其中甚至累積于敏感裝置區(qū)域(例如，晶體管組件的接觸區(qū))的微量銅都可能導(dǎo)致個別裝置失效。因此之故，必須付出巨大的努力以便在晶體管組件制造期間減少或避免任何銅污染，從而致使銅用以形成各自與電路組件之接觸區(qū)直接接觸的接觸插塞(contact plug)是比較不具吸引力的候選物。接觸插塞系提供個別電路組件與形成于層間電介質(zhì)材料(其系圍封及鈍化電路組件)上面之第一金屬化層的電氣接觸。
[0004]結(jié)果，在先進(jìn)半導(dǎo)體裝置中，各個接觸插塞通常由鎢基金屬形成于通常由二氧化硅構(gòu)成形成于所謂接觸蝕刻中止層(通常由氮化硅形成)上面的層間電介質(zhì)堆棧中。不過，由于特征尺寸持續(xù)縮減，各個接觸插塞必須形成于深寬比高達(dá)約10:1或更多的各個蝕刻開口內(nèi)，其中45奈米技術(shù)及更先進(jìn)技術(shù)之晶體管裝置的各個蝕刻開口的直徑可能約為80奈米甚至更小。此類開口的深寬比大體上定義成開口深度與開口寬度的比率?？赡苄枰艿奈g刻及沉積技術(shù)用來形成接觸插塞，這在說明圖1a至圖1c時會更加詳細(xì)地描述。
[0005]圖1a的上視圖示意圖標(biāo)半導(dǎo)體裝置100之一部份。半導(dǎo)體裝置100包含基板(未圖示于圖la，在圖1b為101)，形成于其上的半導(dǎo)體層有電路組件(例如，晶體管、電容器、電阻器及其類似者)形成于其中及上面。為了便于說明，圖示形式為晶體管150a、150b的電路組件，其中只部份圖標(biāo)晶體管150b。晶體管150a、150b可包含柵極電極結(jié)構(gòu)151，其側(cè)壁可用間隔體組件152覆蓋。漏極及源極區(qū)153經(jīng)裝設(shè)成與柵極電極結(jié)構(gòu)151橫向鄰近，除通道區(qū)以外，它們可位于柵極電極結(jié)構(gòu)151下面以及可為對應(yīng)半導(dǎo)體層的主動區(qū)。主動區(qū)可用隔離結(jié)構(gòu)102界定，部份柵極電極結(jié)構(gòu)151也可位于隔離結(jié)構(gòu)102上面，藉此界定連接至形成于其上之接觸插塞或接觸組件110的柵極接觸區(qū)154。同樣，接觸組件111可裝設(shè)形成于漏極或源極區(qū)之中的接觸區(qū)155上面，以改善接觸的電氣特性。因此，接觸區(qū)155通常包含硅化物材料。應(yīng)了解，接觸組件110、111通常形成于適當(dāng)?shù)膶娱g電介質(zhì)材料中，為了便于說明，未圖示于圖la。
[0006]圖1b示意圖示沿著圖1a中之直線Ib繪出的橫截面圖，其中系圖標(biāo)處于更進(jìn)一步制造階段的半導(dǎo)體裝置100。如圖標(biāo)，半導(dǎo)體裝置100包含基板101，基板101可為任何適當(dāng)承載材料，例如硅基板，硅上絕緣體(SOI)基板及其類似者。硅基半導(dǎo)體層103形成于基板101上面。例如形式為溝槽隔離的隔離結(jié)構(gòu)102界定主動區(qū)104，其中設(shè)置漏極及源極區(qū)153 (亦即，各自有摻質(zhì)濃度)，以便各自定義與主動區(qū)104之其余部份的PN接面。此外，金屬硅化物區(qū)可形成于漏極及源極區(qū)153中，藉此定義它的接觸區(qū)155以及于柵極電極結(jié)構(gòu)151上，藉此定義各自的接觸區(qū)154(圖1a)用以接觸柵極電極結(jié)構(gòu)151。該金屬硅化物可包含例如鈷、鈦、鎳及其類似者。此外，該半導(dǎo)體裝置包含:層間電介質(zhì)材料115，其通常系由兩個或更多電介質(zhì)層構(gòu)成，例如層115a，它可為由氮化硅構(gòu)成的接觸蝕刻中止層；以及例如以二氧化硅材料之形式提供的第二電介質(zhì)材料115b。通常層間電介質(zhì)材料115的厚度115t在數(shù)百奈米(nm)的范圍內(nèi)使得柵極電極結(jié)構(gòu)151與第一金屬化層120之間有充分的距離以便讓寄生電容保持在必要的低位準(zhǔn)。結(jié)果，連接至漏極或源極接觸區(qū)155的接觸組件111可具有中高深寬比，因為它的橫向尺寸被漏極及源極區(qū)153的橫向尺寸實質(zhì)限制，同時接觸組件111的深度由層間電介質(zhì)材料115的厚度115t決定。另一方面，接觸組件110 (圖1a)只需向下延伸至柵極電極結(jié)構(gòu)151的正面,亦即，延伸至接觸部份154,同時取決于接觸部份154的尺寸及形狀，接觸組件110的橫向尺寸也可與組件111的不同。接觸組件110、111通?？砂缧问綖殁亙?nèi)襯的阻障層113，接著是氮化鈦內(nèi)襯，同時可提供形式為鎢材料的實際充填材料114。
[0007]金屬化層120通常包含例如形式為氮化硅、碳化硅、富氮碳化硅及其類似者的蝕刻中止層123，其上可形成適當(dāng)電介質(zhì)材料124，例如相對電容率為3.0或更小的低k電介質(zhì)材料。此外，金屬線121、122各自形成于電介質(zhì)材料124中以及各自連接至接觸組件111、110。金屬線121、122可包含結(jié)合適當(dāng)阻障材料125(例如，包含鉭、氮化鉭及其類似者的材料)的含銅金屬。最后，通常提供帽蓋層126以便使銅材料局限于金屬線121、122中，這可基于電介質(zhì)材料(例如，氮化硅、碳化硅及其類似者)來實現(xiàn)。
[0008]如圖1b所示，用于形成半導(dǎo)體裝置100的典型加工流程可包含以下制程。在根據(jù)各個技術(shù)節(jié)點的設(shè)計規(guī)則基于公認(rèn)有效之技術(shù)來形成電路組件150a、150b后，包括形成適當(dāng)柵極絕緣層以及用精密微影及蝕刻技術(shù)圖案化該柵極絕緣層和柵極電極結(jié)構(gòu)151。使用間隔體結(jié)構(gòu)152作為適當(dāng)植入掩膜，漏極及源極區(qū)153可用離子植入法形成。在任何退火循環(huán)后，形成接觸區(qū)154、155的金屬硅化物，以及沉積層間電介質(zhì)材料，例如，藉由形成接觸蝕刻中止層115a，接著是基于電漿增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)來沉積二氧化硅材料。在平坦化二氧化硅材料的所得表面拓樸后，基于公認(rèn)有效之處方可進(jìn)行微影順序，接著是用以形成延伸穿過層間電介質(zhì)材料115之蝕刻開口的各向異性蝕刻技術(shù)以便連接至柵極電極結(jié)構(gòu)151的接觸區(qū)154(圖1a)以及至漏極及源極區(qū)153的接觸區(qū)155。在各個蝕刻制程期間，由于對應(yīng)蝕刻開口(特別是，接觸組件111)的深寬比大而可能需要精密的圖案化方案。在復(fù)雜的蝕刻順序期間，層115a可用作用以蝕刻二氧化硅材料115b的蝕刻中止層，然后，可進(jìn)行另一蝕刻制程，例如，各向異性反應(yīng)性離子蝕刻制程，以便最終暴露漏極及源極區(qū)153和柵極電極結(jié)構(gòu)151的接觸區(qū)，亦即，金屬硅化物區(qū)154、155。大體上，在此蝕刻步驟需要一定數(shù)量的過蝕刻(over-etching)以可靠地移除接觸蝕刻中止層115a在接觸區(qū)中的材料。之后，通常進(jìn)行濕化學(xué)清洗制程以清洗得到的開口的側(cè)壁以及在開口的底部的硅化物表面。眾所周知，在復(fù)雜的電漿輔助蝕刻制程期間，可能產(chǎn)生多種蝕刻副產(chǎn)品，至少它們有些也可能沉積于暴露表面區(qū)上而必須在隨后沉積材料(例如，導(dǎo)電阻障材料)于蝕刻開口內(nèi)之前移除。結(jié)果，可應(yīng)用各個濕化學(xué)蝕刻處方，例如稀釋氫氟酸、過氧化氨混合物(ammonia peroxide mixture)及其類似者,其系適合用作有效處方用以在進(jìn)一步加工裝置100之前調(diào)理暴露表面部份。
[0009]接下來，基于例如，物理氣相沉積法(PVD)(例如，濺鍍沉積法)，可形成阻障層113。用語“濺鍍”系描述一種原子會從本身被充分高能粒子打擊之靶材之表面射出的機(jī)構(gòu)。濺鍍已變成用以沉積鉭、鈦、氮化鉭、氮化鈦及其類似者的常用技術(shù)，因為對于控制層厚，它有優(yōu)于例如CVD技術(shù)的特性。另外，清洗暴露表面本質(zhì)上可藉由在不提供沉積物種下進(jìn)行濺鍍。阻障層113可包含氮化鈦內(nèi)襯，以及用濺鍍沉積法形成于其上的鈦層以便實現(xiàn)可靠地覆蓋蝕刻開口的所有暴露表面部份。該氮化鈦內(nèi)襯可增強(qiáng)鈦層的黏性，從而增強(qiáng)接觸組件110、111的整體機(jī)械穩(wěn)定性。之后，鎢材料114可用CVD沉積，其中在熱活化第一步驟(thermally activated first step)基于娃燒來還原六氟化鶴(WF6),然后在第二步驟基于氫將它轉(zhuǎn)換成鎢。在鎢基于氫的還原期間，用阻障層113實質(zhì)防止與層115b的二氧化硅直接接觸以免不當(dāng)?shù)叵亩趸璧墓琛?br> [0010]之后，形成金屬化層120可藉由沉積蝕刻中止層123，接著是沉積電介質(zhì)材料124。接下來，根據(jù)公認(rèn)有效之單一金屬鑲嵌策略，在電介質(zhì)材料124中形成各個溝槽。接下來，形成金屬線121、122可藉由沉積阻障層125以及填入銅基材料，例如基于電鍍法，這可在沉積銅種子層之前。最后，可移除任何多余材料，例如，用化學(xué)機(jī)械研磨法(CMP)，以及可沉積帽蓋層126。
[0011]隨后，實現(xiàn)該裝置可藉由添加其它金屬化層及接觸墊層，提供允許裝置連接至提供對應(yīng)焊墊布局之適當(dāng)承載基板的焊墊布局。
[0012]如上述，該習(xí)知接觸插塞制程提供可靠的接觸用于有充分接觸間隔的裝置。不過，在45奈米技術(shù)(尤其是，32奈米技術(shù))的半導(dǎo)體裝置中，該習(xí)知接觸插塞制程被認(rèn)為不利于裝置效能，甚至被認(rèn)為會實質(zhì)促成整體良率損失，因為本發(fā)明人認(rèn)為可能會形成接觸延伸部117，甚至造成相鄰接觸111之間的短路118。
[0013]由于特征尺寸持續(xù)縮減，不僅各個接觸插塞的尺寸如前述會減少，相鄰接觸及與鄰近柵極電極的距離也會減少。后者與半導(dǎo)體裝置中可包含多個密集晶體管的區(qū)域特別有關(guān)。用于45奈米技術(shù)之裝置的密集晶體管有約160奈米的典型間隔(柵極間距)，以及32奈米節(jié)點的裝置有約120奈米的間隔。
[0014]圖1c的橫截面圖示意圖示可包含各自可包含對應(yīng)柵極電極結(jié)構(gòu)151(如以上在說明圖1a及圖1b所述)的多個密集晶體管150的半導(dǎo)體裝置100。晶體管150的接觸可藉助接觸組件111，其中，在精密應(yīng)用中，接觸組件的橫向尺寸Illw與包含間隔體組件152及接觸蝕刻中止層115a的密集柵極電極結(jié)構(gòu)151之間的空間相當(dāng)。因此，特別是，柵極電極結(jié)構(gòu)151形成短路116而可能實質(zhì)促成整體良率損失的風(fēng)險在可包含45及32奈米技術(shù)之多個密集晶體管的半導(dǎo)體裝置區(qū)域中會增加，特別是柵極間隔有100奈米甚至更小的后續(xù)技術(shù)。
[0015]結(jié)果，提供習(xí)知接觸組件111可能由于在敏感裝置區(qū)中形成接觸延伸區(qū)117及短路116、118而產(chǎn)生顯著的良率損失。
[0016]鑒于上述情況，本揭示內(nèi)容系有關(guān)于數(shù)種制造技術(shù)及半導(dǎo)體裝置，其中接觸插塞的形成不會不當(dāng)?shù)卮俪烧w良率損失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]為供基本理解本發(fā)明的一些方面，提出以下簡化的總結(jié)。此總結(jié)并非本發(fā)明的窮舉式總覽。它不是想要確認(rèn)本發(fā)明的關(guān)鍵或重要組件或者是描繪本發(fā)明的范疇。唯一的目的是要以簡要的形式提出一些概念作為以下更詳細(xì)之說明的前言。
[0018]本揭示內(nèi)容大體提供半導(dǎo)體裝置及制造技術(shù)用以提供有優(yōu)異形狀的垂直接觸，該等垂直接觸系提供頭一個金屬化層之金屬線與接觸區(qū)(例如，場效晶體管的漏極及源極區(qū))的連接。實現(xiàn)接觸的優(yōu)異形狀可藉由形成保護(hù)層于蝕刻開口下部的側(cè)壁，特別是蝕刻中止層的暴露側(cè)壁上，此系藉由移除接觸區(qū)的材料以及再沉積被移除的材料于開口下部的側(cè)壁上以便形成保護(hù)層，避免用以制備用于后續(xù)接觸插塞充填制程之蝕刻開口所需的濕清洗步驟在蝕刻中止層中形成空腔。為此目的，可用濺鍍制程再沉積接觸區(qū)的材料于蝕刻中止層的側(cè)壁上。在揭示于本文的一些示范具體實施例中，硅化物材料可提供適當(dāng)保護(hù)層用以在濕清洗步驟提供足夠的抵抗力以便減少形成邊緣中止層中的空腔以及顯著減少整體裝置良率損失(overall device yield loss)。
[0019]揭示于本文之一示意方法包括:提供有一接觸區(qū)的一裝置結(jié)構(gòu)。該方法更包括:形成一電介質(zhì)蝕刻中止層于該接觸區(qū)上面，以及形成一電介質(zhì)層于該蝕刻中止層上面。該方法更包括:蝕刻進(jìn)入該電介質(zhì)層的一開口，以及通過該開口蝕刻該蝕刻中止層以在該開口的底部暴露該接觸區(qū)，進(jìn)行一濺鍍制程以移除該接觸區(qū)的材料，以及再沉積被移除之該材料于該開口的側(cè)壁上。
[0020]揭示于本文之另一示意方法包括:形成一硅化物區(qū)，以及形成一蝕刻中止層于該硅化物區(qū)上面。該方法更包括:形成一電介質(zhì)層于該蝕刻中止層上面。另外，該方法包括:使用該蝕刻中止層作為蝕刻中止物，蝕刻進(jìn)入該電介質(zhì)層的一開口，以及通過該開口蝕刻該蝕刻中止層以在該開口的底部暴露該硅化物區(qū)。此外，該方法包括:進(jìn)行一重新分配制程(redistribut1n process)用以再沉積自該娃化物區(qū)在該開口之側(cè)壁處移除的娃化物材料以至少在該蝕刻中止層的一暴露側(cè)壁上形成一硅化物層。
[0021]揭示于本文之一示意半導(dǎo)體裝置包含至少部份配置于一半導(dǎo)體層中的一硅化物區(qū)，該硅化物區(qū)提供一接觸區(qū)。此外，該半導(dǎo)體裝置包含配置于該半導(dǎo)體層上面的一蝕刻中止層以及配置于蝕刻中止層上面的一電介質(zhì)層。該半導(dǎo)體裝置更包括包含一導(dǎo)電接觸材料的一接觸結(jié)構(gòu)，其中該接觸結(jié)構(gòu)系形成于該電介質(zhì)層中及該蝕刻中止層中而且延伸至該硅化物區(qū)。此外，該半導(dǎo)體裝置包含至少配置于該蝕刻中止層之一側(cè)壁與該接觸結(jié)構(gòu)之間的一硅化物層。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]參考以下結(jié)合附圖的說明可明白本揭示內(nèi)容，其中類似的組件系以相同的組件符號表不。
[0023]圖1a的上視圖根據(jù)習(xí)知技術(shù)示意圖示包含連接至柵極電極結(jié)構(gòu)以及至漏極或源極區(qū)之接觸組件的半導(dǎo)體裝置；
[0024]圖1b示意圖標(biāo)在處于更進(jìn)一步制造階段時沿著圖1a之直線Ib繪出的橫截面圖；
[0025]圖1c示意圖示多個密集柵極電極結(jié)構(gòu)和基于習(xí)知制程策略形成于其間的接觸組件；以及
[0026]圖2a至圖2i根據(jù)示范具體實施例示意圖示在藉由形成保護(hù)層于蝕刻中止層之側(cè)壁上來形成有優(yōu)異形狀之精密接觸組件的半導(dǎo)體裝置在各種制造階段期間的橫截面圖。
[0027]盡管本發(fā)明容易做成各種修改及替代形式，本文仍以附圖為例圖示幾個本發(fā)明的特定具體實施例且詳述其中的細(xì)節(jié)。不過，應(yīng)了解本文所描述的特定具體實施例不是想要把本發(fā)明限定成本文所揭示的特定形式，反而是，本發(fā)明是要涵蓋落入由隨附權(quán)利要求定義之本發(fā)明精神及范疇內(nèi)的所有修改、等價及替代性陳述。

【具體實施方式】
[0028]以下描述本發(fā)明的各種示意具體實施例。為了清楚說明，本專利說明書沒有描述實際具體實作的所有特征。當(dāng)然，應(yīng)了解，在開發(fā)任一此類的實際具體實施例時，必需做許多與具體實作有關(guān)的決策以達(dá)成開發(fā)人員的特定目標(biāo)，例如遵循與系統(tǒng)相關(guān)及商務(wù)有關(guān)的限制，這些都會隨著每一個具體實作而有所不同。此外，應(yīng)了解，此類開發(fā)即復(fù)雜又花時間，決不是本技藝一般技術(shù)人員在閱讀本揭示內(nèi)容后即可實作的例行工作。
[0029]此時以參照附圖來描述本揭示內(nèi)容。示意圖標(biāo)于附圖的各種結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)及裝置系僅供解釋以及避免熟諳此藝者所習(xí)知的細(xì)節(jié)混淆本發(fā)明。盡管如此，仍納入附圖用來描述及解釋本揭示內(nèi)容的示范實施例。應(yīng)使用與相關(guān)技藝技術(shù)人員所熟悉之意思一致的方式理解及解釋用于本文的字匯及詞組。本文沒有特別定義的術(shù)語或詞組(亦即，與熟諳此藝者所理解之普通或慣用意思不同的定義)是想要用術(shù)語或詞組的一致用法來暗示。在這個意義上，希望術(shù)語或詞組具有特定的意思時(亦即，不同于熟諳此藝者所理解的意思)，則會在本專利說明書中以明確地提供特定定義的方式清楚地陳述用于該術(shù)語或詞組的特定定義。
[0030]本揭示內(nèi)容提供數(shù)種半導(dǎo)體裝置及制造技術(shù)用以提供優(yōu)異的垂直接觸，該等垂直接觸提供頭一個第一金屬化層之金屬線與接觸區(qū)(例如，柵極電極結(jié)構(gòu)、漏極及源極區(qū)、電阻器及電容器的接觸區(qū)及其類似者)的連接。實現(xiàn)這些優(yōu)異的接觸可藉由形成保護(hù)層于用各向異性蝕刻制程形成之蝕刻開口的蝕刻中止層之側(cè)壁上。在各向異性蝕刻制程后進(jìn)行必要濕化學(xué)清洗步驟以清洗開口之前，形成該保護(hù)層以在濕化學(xué)清洗步驟期間保護(hù)蝕刻中止層的暴露側(cè)壁。
[0031]在習(xí)知制程中，該濕化學(xué)清洗步驟被認(rèn)為移除在先前各向異性電漿蝕刻制程中受損的材料會在蝕刻中止層中產(chǎn)生空腔。使用替代清洗制程以避免形成空腔可同時減少清洗效果。此外，運用更有抗蝕刻性的中止層材料不是適當(dāng)?shù)倪x項，因為蝕刻中止層通常同時用作應(yīng)變誘發(fā)源以改善電荷載體在場效晶體管之通道區(qū)中的移動率(mobility)使得在這一點上必須優(yōu)化材料性質(zhì)。
[0032]保護(hù)層因此可避免蝕刻中止層在后續(xù)濕化學(xué)清洗步驟形成空腔，以及因此可避免在后續(xù)插塞充填制程形成伸入蝕刻中止層的接觸延伸區(qū)而不影響濕化學(xué)清洗步驟或不加重蝕刻中止層制程要求。形成該保護(hù)層系藉由再沉積接觸區(qū)的材料(例如，硅化物)于蝕刻開口的側(cè)壁上，特別是，于蝕刻中止層的暴露側(cè)壁上。用回濺鍍制程(back-sputterprocess)可再沉積接觸區(qū)的材料于蝕刻中止層的側(cè)壁上。在揭示于本文的一些示范具體實施例中，硅化物材料(例如，硅化鎳)可提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)層用以在為制備用于習(xí)知接觸充填制程之蝕刻開口所必需的濕化學(xué)清洗步驟提供充分的抵抗力。
[0033]此時參考圖2a至圖2i更詳細(xì)地描述其它的示范具體實施例，其中如有必要，也會參考圖1a至圖lc。
[0034]圖2a的橫截面圖示意圖示用晶體管250代表的半導(dǎo)體裝置200。該半導(dǎo)體裝置包含上面可形成半導(dǎo)體層203的基板201。如前述，取決于整體設(shè)計要求，半導(dǎo)體層203及基板201可為SOI組態(tài)或塊狀組態(tài)。半導(dǎo)體層203可包含硅及/或鍺或化合物半導(dǎo)體，例如砷化鎵或其類似物。此外，層203可包含橫向用任何隔離結(jié)構(gòu)202標(biāo)界的多個主動區(qū)204，如先前在說明半導(dǎo)體裝置100時所述。在圖標(biāo)具體實施例中，晶體管組件250可形成于半導(dǎo)體層203中及上面，亦即，在對應(yīng)半導(dǎo)體區(qū)域或主動區(qū)204內(nèi)。晶體管組件250可包含例如以金屬硅化物區(qū)及其類似者之形式提供的接觸區(qū)255。在一具體實施例中，提供形式為硅化鎳區(qū)的接觸區(qū)255。應(yīng)了解，接觸區(qū)255可為漏極及源極區(qū)253的一部份，如果半導(dǎo)體裝置200用晶體管250代表的話。接觸區(qū)255應(yīng)藉助適當(dāng)?shù)慕佑|組件來接觸，因此接觸組件提供接觸區(qū)255與仍待形成于晶體管250上面之金屬化層(未圖示)的電氣連接。如圖標(biāo)，電介質(zhì)材料層系統(tǒng)215可形成于半導(dǎo)體層203上面從而在接觸區(qū)255上面。電介質(zhì)材料層系統(tǒng)215可包含可為接觸蝕刻中止層的第一電介質(zhì)層(例如，層215a)，以及為層間電介質(zhì)層215之主要組成部份的第二電介質(zhì)層215b，層間電介質(zhì)層215可包含例如二氧化硅材料。蝕刻中止層215a可包含氮化硅以及厚度在約10至15奈米之間。蝕刻中止層215a另外可包含適合誘發(fā)晶體管250通道區(qū)中之應(yīng)變的本征應(yīng)變(intrinsic strain),特別是在柵極長度方向，藉此可增加通道區(qū)的電荷載體移動率，從而晶體管的所得驅(qū)動電流。蝕刻中止層215a的帶拉伸應(yīng)變材料增加電子的移動率從而N型通道晶體管的效能，而壓縮應(yīng)變增加P型通道晶體管的效能。
[0035]在圖示具體實施例中，晶體管250包含柵極電極結(jié)構(gòu)251，柵極電極結(jié)構(gòu)251系形成于主動區(qū)204上以及根據(jù)使用于其中的材料、橫向尺寸及其類似者，可具有任何適當(dāng)組態(tài)。例如，在參考柵極電極結(jié)構(gòu)151時，柵極電極結(jié)構(gòu)251可具有如以上在說明半導(dǎo)體裝置100時提及的組態(tài)。取決于設(shè)計要求，柵極電極結(jié)構(gòu)251可具有40奈米及明顯更小的柵極長度，同時相鄰柵極電極結(jié)構(gòu)之間的空間可與以上在說明圖1c時提及的有相同的數(shù)量級。
[0036]該柵極電極結(jié)構(gòu)可包含電介質(zhì)層261，它可包括二氧化硅基材料或電介質(zhì)常數(shù)等于10及更高之高k材料，這可基于諸如氧化鉿、氧化鋯之類的材料(以下會大體稱作高k電介質(zhì)材料)來實現(xiàn)。柵極電極結(jié)構(gòu)251更可包含硅基電極材料263。特別是，結(jié)合高k電介質(zhì)材料，該柵極電極結(jié)構(gòu)更可包含設(shè)于高k電介質(zhì)材料上面的含金屬電極材料(未圖示)。該柵極電極結(jié)構(gòu)更可包含改善柵極電極之導(dǎo)電性的硅化物層264。
[0037]基于二氧化硅或高k材料(如果在早期制造階段提供該高k材料的話)，可提供與包含柵極電介質(zhì)材料之任何柵極電極結(jié)合的帶應(yīng)變蝕刻中止層215a。帶應(yīng)變蝕刻中止層通常不設(shè)于用取代柵極法形成的高k金屬柵極電極剖面。
[0038]基于以上在說明半導(dǎo)體裝置100時提及的類似加工技術(shù)，可形成如圖2a所示的半導(dǎo)體裝置200。例如，在完成包含電極結(jié)構(gòu)251的晶體管250之基本結(jié)構(gòu)后，例如，藉由沉積基于任何適當(dāng)沉積技術(shù)的一或更多電介質(zhì)材料，可形成電介質(zhì)材料層系統(tǒng)。例如，可用習(xí)知電漿增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)制程沉積蝕刻中止層215a，特別是如果要提供它作為帶應(yīng)變蝕刻中止層時，以形成本征拉伸或壓縮應(yīng)變約有I吉帕斯卡(GPa)或更多的氮化硅層。在沉積材料系統(tǒng)215后，可進(jìn)行平坦化制程，例如化學(xué)機(jī)械研磨制程，以提供用于后續(xù)接觸圖案化制程的必要表面平坦度。
[0039]圖2b示意圖示在沉積及平坦化材料層系統(tǒng)215之后處于更進(jìn)一步制造階段的半導(dǎo)體裝置200?？蓱?yīng)用適當(dāng)圖案化策略以便形成有必要橫向尺寸的垂直蝕刻開口 211ο以便遵守例如包含晶體管250之密集包裝裝置區(qū)的設(shè)計要求。應(yīng)了解，可形成其它的蝕刻開口以便連接至，例如，柵極電極結(jié)構(gòu)251的接觸區(qū)，如圖1a的組件符號154所示，或電容器或電阻器的接觸區(qū)。
[0040]基于以上在說明半導(dǎo)體裝置100時提及的類似加工技術(shù)，可形成如圖2b所示的半導(dǎo)體裝置200。例如，根據(jù)公認(rèn)有效之圖案化策略可形成蝕刻掩膜205，以及公認(rèn)有效之制程參數(shù)可用于暴露蝕刻中止層215a的各向異性蝕刻制程206。
[0041]圖2c示意圖標(biāo)處于更進(jìn)一步制造階段的半導(dǎo)體裝置200，其中可進(jìn)行蝕刻制程207以便蝕刻穿過蝕刻中止層215a。取決于整體制程策略，用與制程206相同的蝕刻工具，可進(jìn)行如圖2b所示的蝕刻制程207，或用不同的蝕刻工具建立。例如，在基于公認(rèn)有效之蝕刻化學(xué)蝕刻穿過電介質(zhì)層215b后,蝕刻前沿(etch front)可停在蝕刻中止材料215a上或中，以及隨后可改變蝕刻化學(xué)以便蝕刻穿過蝕刻中止層215a，這可基于公認(rèn)有效之蝕刻處方來實現(xiàn)，例如考慮到適當(dāng)各向異性蝕刻制程的電漿蝕刻處方。例如，蝕刻中止材料215a可由氮化硅、碳化硅、含氮碳化硅、非晶碳或任何其它適當(dāng)材料組合物組成，其中，這些材料各自可利用公認(rèn)有效之蝕刻化學(xué)。例如，可使用氟基蝕刻化學(xué)以便有效蝕刻穿過材料215a。在蝕刻制程207期間，蝕刻前沿可能侵蝕接觸區(qū)255的材料，不過，有取決于整體制程策略的顯著不同蝕刻速率。如以上在說明裝置100時所述，通常蝕刻制程207需要一定數(shù)量的過蝕刻。在此過蝕刻期間，特別是蝕刻開口 211ο的側(cè)壁下部，亦即，蝕刻中止層215a的實質(zhì)暴露側(cè)壁215s，也被侵蝕使得受損區(qū)域215c可形成。雖然蝕刻中止層215a的材料在區(qū)域215c可能受損，然而在蝕刻制程207期間實質(zhì)不移除受損材料。由于在此制造階段省略習(xí)知濕清洗步驟，蝕刻中止層215a被實質(zhì)保留，甚至在蝕刻制程207形成受損區(qū)域215c的時候。
[0042]圖2d示意圖標(biāo)處于進(jìn)一步制造階段的半導(dǎo)體裝置200，其中系進(jìn)行重新分配制程208以移除暴露接觸區(qū)255的材料以及再沉積該材料于蝕刻開口 211ο的側(cè)壁，特別是下區(qū)，以覆蓋蝕刻中止層215a的暴露側(cè)壁215s藉此在其上形成薄保護(hù)層。在示范具體實施例中，基于提供惰性物種(例如，氬)之適當(dāng)離子轟擊的回濺鍍或再濺鍍制程，進(jìn)行重新分配制程208，以濺射接觸區(qū)255之暴露表面區(qū)材料的各個部份。在示范具體實施例中，接觸區(qū)255包含有足夠厚度以形成適當(dāng)保護(hù)層255a的硅化物材料，其中足夠硅化物材料留在蝕刻開口 211ο底部以允許形成有所欲低接觸電阻的適當(dāng)奧姆源極或漏極接觸(ohmic sourceor drain contact),如圖2d之放大部份所示。
[0043]再濺鍍制程為先前技藝所習(xí)知，以及，特別是，其系用來形成半導(dǎo)體裝置之金屬化層的通孔，其中，例如，從底部區(qū)移除形成于通孔開口中之阻障層的材料，以及再沉積于開口的側(cè)壁上以改善阻障層在通孔開口之下部的覆蓋率。基于試驗運行以及再濺鍍制程之對應(yīng)結(jié)果的后續(xù)檢驗，可輕易決定與電漿功率、偏壓功率及其類似者有關(guān)的適當(dāng)參數(shù)?？墒褂没诟袘?yīng)或電容耦合電漿模式的濺鍍制程。在本發(fā)明的示范具體實施例中，再濺鍍制程的參數(shù)經(jīng)確定成蝕刻中止層215a的側(cè)壁215s從而受損區(qū)域215c可得到適當(dāng)覆蓋率。在基于感應(yīng)耦合電漿模式的示范具體實施例中，處理腔室中的壓力可在約I至5毫托的范圍內(nèi)，高頻電漿功率可在約500至2000瓦的范圍內(nèi)，偏壓高頻功率可在約500至2000瓦的范圍內(nèi)，以及氬氣流可在約20至100立方公分/分鐘的范圍內(nèi)。在基于感應(yīng)耦合電漿模式的另一具體實施例中，處理腔室中的壓力可約為2.5毫托，高頻電漿功率可約為1000瓦，偏壓高頻功率可約為1000瓦，以及氬氣流可約為50立方公分/分鐘。
[0044]在一示范具體實施例中，保護(hù)層255a在受損蝕刻中止層區(qū)域215c之暴露側(cè)壁215s上的最小厚度255t約為I奈米或更多。保護(hù)層255a可實質(zhì)配置于開口 211ο側(cè)壁的下部，而上半部實質(zhì)不被保護(hù)層覆蓋。由于保護(hù)層實質(zhì)只減少開口下部的開口直徑，因此，保護(hù)層可促進(jìn)接觸充填制程或至少對于接觸充填制程沒有負(fù)面影響。在一示范具體實施例中，硅化物接觸區(qū)255之凹處的深度255r在約2至20奈米的范圍內(nèi)。在另一具體實施例中，凹處的深度255r在約5至15奈米的范圍內(nèi)。在一具體實施例中，剩余硅化物材料在接觸255底部區(qū)的厚度255b在約2至10奈米的范圍內(nèi)。
[0045]圖2e示意圖標(biāo)處于更進(jìn)一步制造階段的半導(dǎo)體裝置200，其中進(jìn)行如在說明半導(dǎo)體裝置100時提及的濕化學(xué)清洗制程209以清洗蝕刻開口 2110的表面以及制備用于后續(xù)接觸成形的暴露表面。由于提供覆蓋蝕刻中止層215a之側(cè)壁215s的保護(hù)層255a，濕清洗化學(xué)不會侵蝕接觸蝕刻中止層215a，甚至藉此在濕化學(xué)清洗制程期間不移除蝕刻中止層215a的受損材料。因此，可使用任何適當(dāng)清洗化學(xué)而對裝置效能沒有不利影響。
[0046]圖2f示意圖標(biāo)在濕化學(xué)清洗制程209后處于進(jìn)一步制造階段的半導(dǎo)體裝置200。進(jìn)一步的加工可繼續(xù)用適當(dāng)沉積制程210(例如，PVD)沉積阻障層213。阻障層213可包含兩個或更多子層(未圖示)。阻障層213可包含，例如，氮化鈦內(nèi)襯及沉積于其上的鈦層。由于在控制層厚方面有優(yōu)于例如CVD技術(shù)的特性，濺鍍已變成常見用于沉積鈦、氮化鈦及其類似者的技術(shù)。另外，清洗暴露表面本質(zhì)上可藉由在不提供沉積物種下進(jìn)行濺鍍，因此，在沉積阻障層之前，可另外進(jìn)行對應(yīng)的清洗濺鍍制程。
[0047]圖2g示意圖標(biāo)處于更進(jìn)一步制造階段的半導(dǎo)體裝置200，其中用適當(dāng)沉積制程228沉積接觸充填材料211a(例如，鎢)。鎢可用CVD沉積，其中在熱活化第一步驟基于硅烷來還原六氟化鎢(WF6)，然后在第二步驟基于氫將它轉(zhuǎn)換成鎢。在基于氫來產(chǎn)生鎢期間，用鈦/氮化鈦內(nèi)襯213實質(zhì)防止層215b的二氧化硅直接接觸以避免不當(dāng)?shù)叵亩趸鑼?15b的娃。
[0048]圖2h示意圖標(biāo)處于更進(jìn)一步制造階段的半導(dǎo)體裝置200，其中進(jìn)行公認(rèn)有效之CMP制程229以移除多余的接觸充填材料211a及形成于電介質(zhì)層215b上表面上之阻障層213的材料以最終界定接觸211，其中阻障層213在接觸材料移除步驟可用作CMP中止層。
[0049]圖2i不意圖不在形成第一金屬化層220之后的半導(dǎo)體裝置200,第一金屬化層220包含蝕刻中止層223、適當(dāng)電介質(zhì)材料224、形成于電介質(zhì)材料224的金屬線221、222、阻障材料225、以及帽蓋層226，如先前在說明半導(dǎo)體裝置100時所述。隨后，實現(xiàn)該裝置可藉由形成其它金屬化層及接觸墊層，提供允許裝置連接至用例如覆晶接合制程(flip-chipbonding process)提供對應(yīng)焊墊布局之適當(dāng)承載基板的焊墊布局。
[0050]結(jié)果，本揭示內(nèi)容提供可顯著減少接觸蝕刻中止層之短路的半導(dǎo)體裝置及制造技術(shù)，這是在進(jìn)行濕化學(xué)清洗制程之前，用材料重新分配從蝕刻開口底部的暴露接觸區(qū)形成保護(hù)層(例如，硅化物層)于蝕刻開口的側(cè)壁。因此，可避免或至少減少形成可能在相鄰接觸之間或接觸與鄰近柵極電極之間形成短路的接觸延伸部，藉此可改善包含個別接觸組件之半導(dǎo)體裝置的可靠性。
[0051]以上所揭示的特定具體實施例均僅供圖解說明，因為熟諳此藝者在受益于本文的教導(dǎo)后顯然可以不同但等價的方式來修改及實施本發(fā)明。例如，可用不同的順序完成以上所提出的制程步驟。此外，除非在以下權(quán)利要求有提及，不希望本發(fā)明受限于本文所示之構(gòu)造或設(shè)計的細(xì)節(jié)。因此，顯然可改變或修改以上所揭示的特定具體實施例而所有此類變體都被認(rèn)為仍然是在本發(fā)明的范疇與精神內(nèi)。因此，本文提出以下的權(quán)利要求尋求保護(hù)。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包含: 提供包含一接觸區(qū)的一裝置結(jié)構(gòu)； 形成一電介質(zhì)蝕刻中止層于該接觸區(qū)上面； 形成一電介質(zhì)層于該蝕刻中止層上面； 蝕刻進(jìn)入該電介質(zhì)層的一開口； 通過該開口蝕刻該蝕刻中止層以在該開口的底部暴露該接觸區(qū)；以及 進(jìn)行一濺鍍制程以從該接觸區(qū)移除材料以及再沉積被移除之該材料于該開口的側(cè)壁上。
2.如權(quán)利要求1所述之方法，其更包括:在進(jìn)行該濺鍍制程后，進(jìn)行一濕化學(xué)清洗制程。
3.如權(quán)利要求1所述之方法，其更包括:用一導(dǎo)電接觸材料填充該開口。
4.如權(quán)利要求3所述之方法，其中，在該濺鍍制程中，在該蝕刻中止層的暴露側(cè)壁上形成一保護(hù)層。
5.如權(quán)利要求3所述之方法，其中該導(dǎo)電接觸材料包含鎢。
6.如權(quán)利要求3所述之方法，其更包括:形成一阻障層于該保護(hù)層上。
7.如權(quán)利要求4所述之方法，其中該接觸區(qū)及該保護(hù)層包含一金屬硅化物。
8.如權(quán)利要求1所述之方法，其中該裝置結(jié)構(gòu)為一場效晶體管，而該接觸區(qū)設(shè)于該場效晶體管的源極區(qū)、漏極區(qū)及柵極電極中之至少一者中。
9.如權(quán)利要求1所述之方法，其中該蝕刻中止層包含帶應(yīng)變氮化硅。
10.如權(quán)利要求1所述之方法，其中該蝕刻中止層包含約有I吉帕斯卡或更多的一本征應(yīng)變。
11.一種方法，包含: 形成一娃化物區(qū)； 形成一蝕刻中止層于該硅化物區(qū)上面； 形成一電介質(zhì)層于該蝕刻中止層上面； 使用該蝕刻中止層蝕刻進(jìn)入該電介質(zhì)層的一開口； 通過該開口蝕刻該蝕刻中止層以暴露該硅化物區(qū)；以及 進(jìn)行一重新分配制程用以再沉積從該硅化物區(qū)在該開口之側(cè)壁處移除的硅化物材料，以至少在該蝕刻中止層的暴露側(cè)壁上形成一硅化物層。
12.如權(quán)利要求11所述之方法，其更包括:在進(jìn)行該重新分配制程后，進(jìn)行一濕化學(xué)清洗制程。
13.如權(quán)利要求11所述之方法，其中該重新分配制程為一濺鍍制程。
14.如權(quán)利要求11所述之方法，其更包括:用一導(dǎo)電接觸材料填充該開口。
15.一種半導(dǎo)體裝置，包含: 一硅化物區(qū)，至少部份配置于一半導(dǎo)體層中，該硅化物區(qū)提供一接觸區(qū)； 一蝕刻中止層，配置于該半導(dǎo)體層上面； 一電介質(zhì)層，配置于該蝕刻中止層上面； 一接觸結(jié)構(gòu)，包含一導(dǎo)電接觸材料，該接觸結(jié)構(gòu)系形成于該電介質(zhì)層中及該蝕刻中止層中而且延伸至該硅化物區(qū)；以及一硅化物層，至少配置于該蝕刻中止層之一側(cè)壁與該接觸結(jié)構(gòu)之間。
16.如權(quán)利要求15所述之半導(dǎo)體裝置，其中該硅化物層實質(zhì)配置于該開口之下部，使得該蝕刻中止層之至少該側(cè)壁被該硅化物層覆蓋。
17.如權(quán)利要求16所述之半導(dǎo)體裝置，其中形成于該蝕刻中止層之該側(cè)壁上的該硅化物層約有I奈米或更多的厚度。
18.如權(quán)利要求15所述之半導(dǎo)體裝置，其中該蝕刻中止層包含一帶應(yīng)變氮化硅材料，其中該氮化硅材料包含約有I吉帕斯卡或更多的一本征應(yīng)變。
19.如權(quán)利要求18所述之半導(dǎo)體裝置，其中該接觸結(jié)構(gòu)更包含配置于該硅化物層與該導(dǎo)電接觸材料之間的一阻障層。
20.如權(quán)利要求15所述之半導(dǎo)體裝置，其中該半導(dǎo)體裝置包含一場效晶體管，而該硅化物區(qū)為該場效晶體管的源極區(qū)及漏極區(qū)中之至少一者。
【文檔編號】H01L23/48GK104051333SQ201410092879
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月14日
【發(fā)明者】K·弗羅貝格, M·萊佩爾, K·賴歇 申請人:格羅方德半導(dǎo)體公司