專利名稱：減小半導(dǎo)體接觸電阻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及到制造半導(dǎo)體時接觸孔和通路孔的形成，尤其涉及到在形成接觸孔和通路孔時減小接觸電阻。
蝕刻步驟需要以一種相對底層而言是高度選擇性的方式發(fā)生；即蝕刻某一層應(yīng)當(dāng)相對快速地清除那一層，同時不清除或相對較慢地清除底層。要獲得好的蝕刻選擇性，通常采用具有高碳/氟(C/F)比例的碳氟化合物等離子體。
遺憾的是，在具有高的C/F比的化學(xué)物質(zhì)中很容易出現(xiàn)聚合反應(yīng)。它傾向于產(chǎn)生大量的不易清除的聚合物。即使采用離子轟擊也不足以清除該聚合物。獲得高的蝕刻選擇性的權(quán)利在于在不同的材料上形成不同的聚合物。
例如，對一層二氧化硅(SiO2)電介質(zhì)層和一層氮化硅(Si3N4)蝕刻停止層，可以用一種雙頻驅(qū)動的等離子體源進行接觸蝕刻過程，因為它可以實現(xiàn)很高的SiO2-Si3N4蝕刻選擇性。此等離子體具有一個很高的C/F比例，可以產(chǎn)生活性非飽和聚合物，這些聚合物很容易粘著在接觸孔的側(cè)壁和底部上，從而產(chǎn)生很厚的聚合物層。一旦SiO2電介質(zhì)層從Si3N4停止層上清除掉，并且氧氣不再從SiO2蝕刻過程帶入局部環(huán)境，聚合物就趨向于以一個很高的速率累積起來。
在SiO2蝕刻中，采用CxFy作為蝕刻劑，自由氟負(fù)責(zé)蝕刻，在與硅反應(yīng)時形成SiF。CF和CF2是形成碳氟化合物聚合物的前體。在氧化物表面上這個碳氟化合物層沉積會被SiO2蝕刻時分裂過程釋放的氧和沉積聚合物中的碳之間的反應(yīng)所減少。在蝕刻過程中會形成揮發(fā)性化合物，如CO,CO2或COF2。在非氧化物表面(或Si3N4表面)上應(yīng)當(dāng)形成聚合物層，避免表面受到自由氟的影響。
但是，在Si3N4上留下一層很厚的聚合物層也有一個潛在的缺點，就是會降低Si3N4與硅化物(TiSix)的蝕刻選擇性。在多晶硅柵極上形成硅化物，提供與導(dǎo)電接觸金屬的低接觸電阻。來自沉積聚合物的氟很大程度上會降低經(jīng)過充分處理的晶片上的Si3N4與TiSix蝕刻選擇性。這會導(dǎo)致開路或很高的接觸電阻。
提高蝕刻選擇性和半導(dǎo)體接觸蝕刻處理窗口的方法長期以來是人們夢寐以求的，但那些精通本技術(shù)的人士一直沒有研究出這樣的方法。
本發(fā)明的公開內(nèi)容在高選擇性亞四分之一微米接觸孔蝕刻期間，碳氟化物等離子體中的聚合效應(yīng)會產(chǎn)生很厚的聚合物層。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在電介質(zhì)層清除步驟中形成的這些厚聚合物層會降低各種底層電介質(zhì)層的蝕刻選擇性，從而會增加接觸電阻。本發(fā)明提供了在電介質(zhì)蝕刻后、下一個底層的蝕刻步驟前清除聚合物，從而改善蝕刻選擇性，減小接觸電阻。
在二氧化硅層的高選擇性亞四分之一微米接觸孔蝕刻期間，高C/F比例的碳氟化物等離子體中的聚合效應(yīng)會產(chǎn)生很厚的聚合物層。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些厚聚合物層會降低二氧化硅與氮化物層的蝕刻選擇性，可能也會降低氮化物與硅化物的蝕刻選擇性，這會導(dǎo)致接觸電阻的增加。本發(fā)明規(guī)定在二氧化硅蝕刻之后、下一個底層的蝕刻步驟之前清除聚合物，從而提高蝕刻選擇性，減小接觸電阻。
在二氧化硅(SiO2)的高選擇性亞四分之一微米接觸孔蝕刻期間，高C/F比例的碳氟化物等離子體中的聚合效應(yīng)會產(chǎn)生很厚的聚合物層。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)來自聚合物的氟將嚴(yán)重降低SiO2與Si3N4的蝕刻選擇性，也可能降低Si3N4與TiSix的蝕刻選擇性，增加接觸電阻。本發(fā)明規(guī)定在SiO2蝕刻之后、下一個底層的蝕刻步驟之前清除聚合物，從而改善蝕刻選擇性，減小接觸電阻。
當(dāng)技術(shù)進步到亞四分之一微米時，這種聚合效應(yīng)就顯得更重要，因為二氧化硅層的底層更薄了，例如氮化物蝕刻停止層和硅化物層。因此，未來構(gòu)建一個健壯的處理過程時，在二氧化硅蝕刻之后、下一個底層蝕刻步驟之前去除聚合效應(yīng)就變得更有用了。
結(jié)合附圖、閱讀完以下詳細(xì)描述之后，那些精通本技術(shù)的人士會清楚本發(fā)明的上述以及其他好處。
附圖概述

圖1(現(xiàn)有技術(shù))是一個接觸孔易發(fā)生聚合物累積的半導(dǎo)體器件柵極的局部特寫片段，其中器件位于一個半導(dǎo)體晶片的中央。
圖2(現(xiàn)有技術(shù))是一個接觸孔易發(fā)生聚合物累積的半導(dǎo)體器件柵極的局部特寫片段，其中器件接近半導(dǎo)體晶片的邊沿。
圖3(現(xiàn)有技術(shù))是一個接觸孔易發(fā)生聚合物累積的半導(dǎo)體器件擴散接觸的局部特寫片段，其中器件位于半導(dǎo)體晶片的中央。
圖4(現(xiàn)有技術(shù))是一個接觸孔易發(fā)生聚合物累積的半導(dǎo)體器件擴散接觸的局部特寫片段，其中器件接近半導(dǎo)體晶片的邊沿。
圖5是一個接觸孔易發(fā)生聚合物累積和氟清除的半導(dǎo)體器件柵極的局部特寫片段，其中器件位于半導(dǎo)體晶片的中央。
圖6是一個接觸孔易發(fā)生聚合物累積和氟清除的半導(dǎo)體器件柵極的局部特寫片段，其中器件接近半導(dǎo)體晶片的邊沿。
圖7是一個接觸孔易發(fā)生聚合物累積和氟清除的半導(dǎo)體器件擴散接觸的局部特寫片段，其中器件位于半導(dǎo)體晶片的中央。
圖8是一個接觸孔易發(fā)生聚合物累積和氟清除的半導(dǎo)體器件擴散接觸的局部特寫片段，其中器件接近半導(dǎo)體晶片的邊沿。
圖9是一個接觸孔易發(fā)生本發(fā)明所述的聚合物累積和氟清除的半導(dǎo)體器件柵極的局部特寫片段，其中器件位于半導(dǎo)體晶片的中央。
圖10是一個接觸孔易發(fā)生本發(fā)明所述的聚合物累積清除和氟清除的半導(dǎo)體器件柵極的局部特寫片段，其中器件接近半導(dǎo)體晶片的邊沿。
圖11是一個接觸孔易發(fā)生本發(fā)明所述的聚合物累積清除和氟清除的半導(dǎo)體器件擴散接觸的局部特寫片段，其中器件位于半導(dǎo)體晶片的中央。
圖12是一個接觸孔易發(fā)生本發(fā)明所述的聚合物累積清除和氟清除的半導(dǎo)體器件擴散接觸的局部特寫片段，其中器件接近半導(dǎo)體晶片的邊沿。
實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式現(xiàn)在參看圖1，其中顯示了一個半導(dǎo)體晶片(沒有顯示)一部分的局部特寫片段，其中在一個半導(dǎo)體襯底12上有一個半導(dǎo)體器件10，上面制作了一個氧化物柵極14和一個多晶硅柵極16。多晶硅柵極16頂部制作了一個硅化物層20，周圍制作了一個側(cè)壁隔離層18。
在硅襯底12、隔離層18和硅化物層20上沉積了一個蝕刻停止層或氮化物層22。在氮化物層22上是一個共形電介質(zhì)層或氧化物層24，與多晶硅柵極16的形狀大致平行。氧化物層24通過HDP(高密度等離子體)源沉積。在氧化物層24上沉積了一個平面層間電介質(zhì)層或PSG氧化物層26。
在氧化物層26上沉積了一層光刻膠28。在處理過程中，光刻膠28被光刻曝光、顯影形成孔32。
在半導(dǎo)體制造過程中，光刻膠須經(jīng)等離子體蝕刻，等離子體從開孔32導(dǎo)入并蝕刻孔34、36和38。孔38有一個底部40，圖中顯示這個底部受到輕度的蝕刻，進入了氮化物層22，后面將對此進行解釋。那些熟識本行業(yè)的人士可以理解，術(shù)語“孔”是指從一個互連到晶體管的接觸孔，而術(shù)語“通路孔”包含不同層次互連之間的孔和連接。在蝕刻孔時，在孔34、36、38的側(cè)壁和孔38的底部40上形成了一個聚合物層30(為簡單起見，聚合物層30只顯示了最厚的地方)。
在優(yōu)選的具體化中，硅化物層20是硅化鈦(TiSix)，氧化物層24和26是二氧化硅(SiO2)，氮化物層22是氮化硅(Si3N4)。C4F8/CF4/CO/Ar氣體混合物等離子體用于二氧化硅蝕刻化學(xué)過程，選擇性氣體混合物CHF3/O2用于Si3N4蝕刻化學(xué)過程。當(dāng)一種導(dǎo)電金屬填充接觸孔時，如果Si3N4沒有蝕刻掉，金屬沒有與TiSix接觸，則接觸電阻將會很高。同樣，如果TiSix蝕刻掉了，并且金屬與柵極16的多晶硅接觸了，則接觸電阻將會很高。蝕刻掉Si3N4和蝕刻掉TiSix之間的時間稱為“處理時間窗口”，對所有的柵極和擴散接觸來說是接觸電阻很低的時期。一個很長的處理時間窗口(一般以秒來衡量)是提高處理容限所迫切需要的。
現(xiàn)在參看圖2，其中顯示了半導(dǎo)體晶片一部分的局部特寫片段，半導(dǎo)體器件50位于晶片的邊沿。半導(dǎo)體器件50包括硅襯底12上制作的一個氧化物柵極44和一個多晶硅柵極46。圖2中采用了同樣的數(shù)字來表示圖1中的各層組成。
在半導(dǎo)體制造過程中，光刻膠須經(jīng)等離子體蝕刻，等離子體從開孔52導(dǎo)入并蝕刻孔54、56和58。孔58有一個底部60，圖中顯示這個底部比圖1中的底部40蝕刻到了氮化物層22內(nèi)更深的地方，后面將對此進行解釋。在蝕刻孔時，在孔54、56、58的側(cè)壁和孔58的底部60將形成聚合物層30。
當(dāng)用一種導(dǎo)電金屬填充接觸孔時，如果Si3N4沒有蝕刻掉，金屬沒有與擴散接觸62的硅上的TiSix接觸，則接觸電阻將會很高。同樣，如果TiSix蝕刻掉了，金屬與擴散接觸62的硅接觸了，則接觸電阻將會很高。
現(xiàn)在參看圖3，其中顯示了半導(dǎo)體晶片一部分的局部特寫片段，半導(dǎo)體器件70位于晶片的中央。半導(dǎo)體器件70在硅襯底12內(nèi)通過離子注入形成了一個擴散接觸62。與圖1相同的層用同樣的數(shù)字來表示。等離子體蝕刻通過開孔72進行，形成孔74、76和78?？?8有一個底部64，它是氮化物層22的表面。
在半導(dǎo)體制造過程中，光刻膠28須經(jīng)等離子體蝕刻，等離子體從開孔72導(dǎo)入并蝕刻孔74、76和78?？?8有一個底部64，圖中顯示這個底部一直蝕刻到了氮化物層22，后面將對此進行解釋。在蝕刻孔時，在孔74、76、78上和孔78的底部64將形成聚合物層30。
當(dāng)用一種導(dǎo)電金屬填充接觸孔時，如果Si3N4沒有蝕刻掉，金屬沒有與擴散接觸62的硅上的TiSix接觸，則接觸電阻將會很高。同樣，如果TiSix蝕刻掉了，金屬與擴散接觸62的硅接觸了，則接觸電阻將會很高。
現(xiàn)在參看圖4，其中顯示了半導(dǎo)體晶片一部分的局部特寫片段，在晶片的邊沿有一個半導(dǎo)體器件80。半導(dǎo)體器件80有一個擴散接觸92，是在半導(dǎo)體襯底12中通過離子注入形成的。這里與圖1相同的層用相同的數(shù)字標(biāo)識。等離子體通過開孔82蝕刻，蝕刻孔84、86和88?？?8的底部90蝕刻進氮化物層22的深度超過圖3的底部64。
在半導(dǎo)體制造過程中，光刻膠28須經(jīng)等離子體蝕刻，等離子體由開孔82導(dǎo)入蝕刻孔84、86和88?？?8有一個底部90，圖中顯示它蝕刻進氮化物層22的深度超過圖1的底部40，這一點后面將解釋。在蝕刻孔的時候，在孔84、86、88上以及孔88的底部90上形成了一個聚合物層30。
在用一種導(dǎo)電性金屬填充接觸孔時，如果Si3N4沒有蝕刻掉，并且金屬沒有與擴散接觸92的硅上的TiSix接觸，則接觸電阻將很高。同樣，如果TiSix蝕刻掉了并且金屬與擴散接觸92的硅接觸了，則接觸電阻會很高。
現(xiàn)在參看圖5，其中顯示了半導(dǎo)體晶片一部分的局部特寫片段，圖1所示的半導(dǎo)體器件10位于晶片的中央，通過SiO2等離子體蝕刻步驟按照與圖1同樣的方式處理。然后，用一種缺氟Ar/O2等離子體在原地去掉聚合物30。圖1采用的同樣數(shù)字用來代表同樣的部分。
盡管氮化物層22不應(yīng)當(dāng)被缺氟等離子體蝕刻掉，但它還是會被蝕刻掉，因此底部40比圖1所示的更深地蝕刻進柵極16上的氮化物層22。
現(xiàn)在參看圖6，其中顯示了半導(dǎo)體晶片一部分的局部特寫片段，圖2所示的半導(dǎo)體器件50位于晶片的邊沿，通過SiO2等離子體蝕刻步驟按照圖2的同樣方式處理。然后，用缺氟Ar/O2等離子體在原地去掉聚合物30。圖2采用的同樣數(shù)字用來表示同樣的部分。
盡管氮化物層22不應(yīng)當(dāng)被缺氟等離子體蝕刻掉，但它還是會被蝕刻掉，因此底部60比圖2所示的更深地蝕刻進柵極16上的氮化物層22。
現(xiàn)在參看圖7，其中顯示了半導(dǎo)體晶片一部分的局部特寫片段，一個半導(dǎo)體器件70位于晶片的中央，通過SiO2等離子體蝕刻步驟按照圖3的同樣方式處理。然后，用缺氟Ar/O2等離子體在原地去掉聚合物30。圖3采用的同樣數(shù)字用來表示同樣的部分。
盡管氮化物層22不應(yīng)當(dāng)被缺氟等離子體蝕刻掉，但它還是會被蝕刻掉，因此底部64比圖3所示的更深地蝕刻進擴散接觸62上的氮化物層22。
現(xiàn)在參看圖8，其中顯示了半導(dǎo)體晶片一部分的局部特寫片段，一個半導(dǎo)體器件80位于晶片的邊沿，通過SiO2等離子體蝕刻步驟按照圖4的同樣方式處理。然后，用缺氟Ar/O2等離子體在原地去掉聚合物30。圖4采用的同樣數(shù)字用來表示同樣的部分。
盡管氮化物層22不應(yīng)當(dāng)被缺氟等離子體蝕刻掉，但它還是會被蝕刻掉，因此底部90比圖4所示的更深地蝕刻進擴散接觸92上的氮化物層22。
現(xiàn)在參照圖9，其中顯示了半導(dǎo)體晶片一部分的局部特寫片段，圖1所示的半導(dǎo)體器件10位于晶片的中央，通過SiO2等離子體蝕刻步驟按照圖1的同樣方式處理。然后，用一個無氟激勵過程在原地去掉聚合物30。圖1采用的同樣數(shù)字用來表示同樣的部分。
無氟激勵過程可以是包括水蒸汽清洗除灰、工作在射頻的氧等離子體、工作在微波頻率上的氧等離子體、在一個臭氧環(huán)境中加熱在內(nèi)的一組過程中的一個，也可以是這些過程的組合。
用無氟激勵去掉聚合物30，孔中導(dǎo)電金屬和柵極16上的硅化物層20之間所需的接觸可以實現(xiàn)減小了的接觸電阻以及一個很長的處理時間窗口。
現(xiàn)在參看圖10，其中顯示了半導(dǎo)體晶片一部分的局部特寫片段，圖2所示的半導(dǎo)體器件50位于晶片的邊沿，通過SiO2等離子體蝕刻步驟按照圖2的同樣方式處理。然后，用無氟激勵過程在原地去掉聚合物30。圖2采用的同樣數(shù)字用來表示同樣的部分。
用無氟激勵去掉聚合物30，孔中導(dǎo)電金屬和柵極46上的硅化物層20之間所需的接觸可以實現(xiàn)減小了的接觸電阻以及一個很長的處理時間窗口。
現(xiàn)在參看圖11，其中顯示了半導(dǎo)體晶片一部分的局部特寫片段，圖3所示的半導(dǎo)體器件70位于晶片的邊沿，通過SiO2等離子體蝕刻步驟按照圖3的同樣方式處理。然后，用無氟激勵過程在原地去掉聚合物30。圖3采用的同樣數(shù)字用來表示同樣的部分。
用無氟激勵去掉聚合物30，孔中導(dǎo)電金屬和擴散接觸62上的硅化物層20之間所需的接觸可以實現(xiàn)減小了的接觸電阻以及一個很長的處理時間窗口。
現(xiàn)在參看圖12，其中顯示了半導(dǎo)體晶片一部分的局部特寫片段，圖4所示的半導(dǎo)體器件80位于晶片的邊沿，通過SiO2等離子體蝕刻步驟按照圖4的同樣方式處理。然后，用無氟激勵過程在原地去掉聚合物30。圖4采用的同樣數(shù)字用來表示同樣的部分。
用無氟激勵去掉聚合物30，孔中導(dǎo)電金屬和擴散接觸92上的硅化物層20之間所需的接觸可以實現(xiàn)減小了的接觸電阻以及一個很長的處理時間窗口。
在半導(dǎo)體制造過程中，一個晶片的硅襯底12是用各種光刻和沉積步驟來處理制作出半導(dǎo)體晶體管器件的柵極和擴散接觸的。此后，沉積各種電介質(zhì)層來定位互連和通路孔或孔，用于各種半導(dǎo)體晶體管器件的連接。
一般地，將圖1到圖4當(dāng)作典型情形，在硅襯底12上沉積氧化物柵極14，接著是一個多晶硅層，它通過光刻制圖和蝕刻，在柵極氧化物14上形成多晶硅柵極16和46。然后，制作隔離層18，并沿著氧化物柵極14蝕刻，形成圖1和圖2所示的結(jié)構(gòu)。隨后，圖3和圖4所示的擴散接觸62和92通過在硅襯底12上進行離子注入形成。
在離子注入以后，給柵極16和46、擴散接觸62和92增加TiSix硅化物層20，它可以改善多晶硅/硅與導(dǎo)電金屬之間的導(dǎo)電鍵合，導(dǎo)電金屬將電互連半導(dǎo)體晶體管器件10、50、70和/或80。
其次，在硅化多晶硅柵極16和46、硅化擴散接觸62和92上沉積Si3N4電介質(zhì)蝕刻停止層22。然后在Si3N4電介質(zhì)蝕刻停止層22上沉積SiO2共形電介質(zhì)層24。在SiO2共形電介質(zhì)層24上配置SiO2平整電介質(zhì)26。
為了形成孔或通路孔，需要將光刻膠28沉積在SiO2平整電介質(zhì)26上，然后通過光刻曝光、顯影在柵極16和26上分別形成孔34和54。同時用同樣的過程在擴散接觸62和92上形成孔74和84。
采用碳氟化合物氣體的高密度等離子體蝕刻據(jù)報道難以獲得很高的SiO2與Si3N4蝕刻選擇性。這個問題被認(rèn)為主要是由等離子體中氟原子密度相對于碳氟自由基密度的增加而引起的。通常采用包含高C/F比例的碳氟化合物等離子體來獲得較好的SiO2與Si3N4蝕刻選擇性。遺憾的是，在具有高C/F比的化學(xué)物質(zhì)中容易出現(xiàn)聚合反應(yīng)。用掃描電子顯微鏡(SEM)分析半導(dǎo)體晶片，顯示出形成了高度活性、非飽和的聚合物，體現(xiàn)為圖1到圖4中所示的聚合物層30。這個聚合物層30影響了SiO2的選擇性，這樣，一直蝕刻到圖3中位于晶片中央的擴散接觸62的等離子體蝕刻將恰好在蝕刻停止層22停下來。但是，蝕刻停止層22將逐漸穿透，以在晶片的邊沿蝕刻出孔來，如圖4和圖1所示，蝕刻到晶片邊沿的柵極46將是最壞的情況。處理時間窗口將縮短，因為后續(xù)的氮化物蝕刻將穿透圖2中很薄的氮化物層22，并且?guī)缀踉诘镂g刻穿透擴散接觸62上圖3所示的整個氮化物層22之前，就將蝕刻柵極46上的硅化物層20。這將產(chǎn)生大量開孔或具有很高接觸電阻的晶體管。
已經(jīng)進行了大量的實驗。最初，采用了包括50％過蝕刻在內(nèi)的165秒SiO2蝕刻，以及用CHF3/O2按不同蝕刻時間分片選擇性Si3N4蝕刻。Si3N4蝕刻的處理條件如下最高功率為200瓦，最低功率為100瓦，容器壓強為60mTorr。從預(yù)處理步驟開始容器溫度就保持不變，同樣緊固和背部氦冷卻條件都不變。Si3N4蝕刻時在基于碳氟化合物的等離子體中引入少量的氧氣，因為氧氣不足將導(dǎo)致在Si3N4表面上形成一層碳氟化合物層(沒有顯示)，使活性物質(zhì)——氟原子——不能到達(dá)這個表面。這會導(dǎo)致蝕刻速率減慢，有時還會發(fā)生蝕刻停止現(xiàn)象。氧氣用來抑制碳氟化合物層的形成，從而產(chǎn)生一個固定的Si3N4蝕刻速率。
結(jié)果表明，對于多晶硅柵極16和46、擴散接觸62和92，存在一個可以同時獲得很好的低接觸電阻的、相當(dāng)有限的Si3N4蝕刻處理時間窗口。特別是，處理時間窗口從25秒增加到50秒。這樣，等離子體蝕刻的處理時間窗口為25秒?？尚械奶幚頃r間窗口還受到SiO2蝕刻時間的影響。
在180秒進行的測試表明Si3N4蝕刻的處理時間窗口為零，其中各接觸電阻都很低。在經(jīng)過10秒鐘的Si3N4蝕刻之后，晶片上有些點呈現(xiàn)出“導(dǎo)電的”電阻，盡管電阻很高。在1200千歐姆定義為接觸“開路”的地方，這個現(xiàn)象表明經(jīng)過10秒鐘的Si3N4蝕刻之后大多數(shù)多晶硅柵極接觸具有很好的電阻，100-150千歐姆。
為了了解165秒和180秒條件之間的差別以及接觸孔內(nèi)極快的Si3N4蝕刻速率，可以通過比較兩個處理過的晶片的SEM顯微圖來進行。兩個晶片的多晶硅柵極上的Si3N4層失去了大約300，但是這兩個晶片之間的處理窗口出乎意料地不同。
為了找出165秒和180秒SiO2蝕刻之間為何會不同，建立了一個理論模型，認(rèn)為經(jīng)過180秒SiO2蝕刻之后沉積的聚合物更厚，聚合物30是一個因素。據(jù)推測，在Si3N4蝕刻步驟中，氟會從更厚的聚合物中釋放出來，可能成為Si3N4層22的一個額外蝕刻劑。這個額外的氟源可能會顯著地增強蝕刻速率。
據(jù)估計接觸孔內(nèi)部的Si3N4蝕刻速率為2400/分鐘。不過，從晶片(接觸掩模制圖單Si3N4薄膜測試晶片)上測得的Si3N4蝕刻速率本身只有1000/分鐘。在其他晶片上進行了同樣測試，以驗證聚合效應(yīng)。測試晶片先進行了36秒SiO2蝕刻，隨后進行了40秒Si3N4蝕刻。這樣，Si3N4蝕刻速率測出來為1350/分鐘，這高于僅用Si3N4蝕刻步驟得到的速率1000/分鐘。因此，碳氟化合物聚合物的存在會破壞設(shè)計好的蝕刻規(guī)則，是出現(xiàn)出乎意料的蝕刻速率的原因。
SiO2蝕刻留下的聚合物30成了一個有效的氟源，這被用具有有限低電極功率的缺氟Ar/O2等離子體在原地清除測試所證實，如圖5-8所示。整個晶片的多晶硅柵極和擴散接觸區(qū)上的額外Si3N4層損失很明顯，尤其是晶片邊沿的多晶硅柵極46上的Si3N4層22，往往會穿孔至TiSix，如圖6所示。由于輸入氣體沒有氟源，因此這支持了關(guān)于聚合物30是一個有害的氟源的理論。
為了測試沒有聚合物時Si3N4蝕刻的處理時間窗口，在SiO2蝕刻后有必要在一個不會蝕刻底層Si3N4層的環(huán)境中清除聚合物。在一個微波剝離器中用水蒸汽作為除灰劑進行30秒除灰處理，可以完成這個清除工作。處理條件如下功率1千瓦，閥門溫度250℃，水蒸汽流量300sccm。如圖9到12所示，除灰處理不會損害Si3N4。
此外，最重要的是，接觸電阻數(shù)據(jù)表明，在所有接觸中產(chǎn)生好接觸電阻的處理時間窗口從70秒增加到了110秒。這將可用的處理時間從一個25秒的窗口擴展到成一個40秒的窗口，窗口寬度增加了60％。這種處理的影響在與蝕刻時間相互作用時預(yù)計同樣有利。
對本發(fā)明來說，采用了一個傳統(tǒng)的雙頻等離子體反應(yīng)器，但在上下激勵電極上分別加了27和2MHz的激勵頻率。27MHz用來產(chǎn)生比用傳統(tǒng)的13.56MHz所能實現(xiàn)的更高密度的等離子體，2MHz用來增強離子轟擊能量。晶片背面的氦壓為15Torr，處理容器內(nèi)壁和靜電吸盤的溫度都是40℃。
SiO2蝕刻步驟經(jīng)過優(yōu)化，可以提供很好的SiO2與Si3N4選擇性。一般地，蝕刻氣體中的C/F比例一直被看作蝕刻選擇性的量度。一種C4F8/CF4/CO/Ar混合氣體用作本發(fā)明的SiO2蝕刻化學(xué)物質(zhì)。針對一個60mTorr、最高射頻功率為800瓦、Ar氣流量為300sccm的過程，研究了選擇性跟C4F8/CF4比例的關(guān)系。C4F8/CF4=0.85這一比例可提供足夠的SiO2與Si3N4選擇性，允許SiO2被蝕刻，而即使是晶片邊沿的多晶硅柵極上的Si3N4層厚度大部分都會留下來。
C4F8的主要分解線路是C4F8-C2F4-CF2-CF+F，而CF是聚合物的形成前體。C4F8氣體流量的增加將有效減小接觸孔內(nèi)Si3N4蝕刻停止層的蝕刻速率，導(dǎo)致選擇比例的增加。但是，它可能會最終導(dǎo)致蝕刻停止。這樣，沉積和蝕刻之間的平衡必須精確控制。增加CO也用來改善SiO2與Si3N4的蝕刻選擇性；自由氟與CO反應(yīng)形成COF2。SiO2蝕刻時間固定在165秒，以便將接觸區(qū)域上的任何聚合物沉積減至最小，尤其是多晶硅柵極接觸。
在另一種方式中，在蝕刻氮化物前將晶片100放在一個熱盤上，在一個臭氧環(huán)境中加熱到大約250℃，可以清除聚合物30。
在又一種方式中，用一種射頻工作范圍的順流氧等離子體可以清除聚合物30。
在又一種方式中，用一種順流氧等離子體中的微波能量可以清除聚合物30。
在各種方式中，等離子體的氧是通過將水分離獲得的，這樣氫就有可能與清除聚合物30過程中釋放的氟反應(yīng)。氟的反應(yīng)形成氟化氫，這是一種很容易從接觸孔和順流等離子體容器中清除的氣體。
雖然本發(fā)明是結(jié)合一種最好的特定方式描述的，但應(yīng)當(dāng)明白，對于許多熟識本行業(yè)的人士來說按照上述描述很顯然可以有許多選擇、修改和變化。例如，工作在低壓范圍的高密度等離子體源，象電子回旋加速器共振(ECR)和感應(yīng)耦合等離子體(ICP)就是可選的等離子體源，因為它們具有高度各向異性的蝕刻能力和很高的蝕刻速率。因此，本發(fā)明意圖包含落在所包括的權(quán)利要求精神和范圍內(nèi)的所有這種選擇、修改和變化。這里陳述的或在附圖中顯示的所有事物都應(yīng)當(dāng)按照一種示意性的和非限制性的含義解釋。
權(quán)利要求
1.制造半導(dǎo)體時在半導(dǎo)體晶片[12]的層間電介質(zhì)層[26]和電介質(zhì)蝕刻停止層[22]中的半導(dǎo)體接觸[20]上形成一個開孔的一種方法，包括下列步驟利用第一種相對電介質(zhì)蝕刻停止層[22]而言對層間電介質(zhì)層[26]具有高蝕刻選擇性的化學(xué)選擇蝕刻方法，按照一個預(yù)定結(jié)構(gòu)蝕刻層間電介質(zhì)層[26]的一部分，形成開孔的第一個部分；上述第一種高蝕刻選擇性化學(xué)物質(zhì)采用一種具有很高碳-氟比例的碳氟化合物等離子體，由此發(fā)生聚合效應(yīng)，在上述開孔第一部分上形成一種聚合物[30]；從層間電介質(zhì)層[26]中的上述開孔第一部分清除上述聚合物[30]；利用第二種相對半導(dǎo)體接觸[20]而言對電介質(zhì)蝕刻停止層[22]具有高蝕刻選擇性的化學(xué)選擇蝕刻方法，按照上述預(yù)定結(jié)構(gòu)蝕刻電介質(zhì)蝕刻停止層[22]的一部分，形成對半導(dǎo)體接觸[20]敞開的開孔第二部分。
2.權(quán)利要求1所述的方法，包括下列步驟在層間電介質(zhì)層[26]上沉積一層光刻膠[28]；對上述光刻膠[28]進行光刻曝光和顯影，在那里形成一個開孔；通過上述開孔蝕刻層間電介質(zhì)層[26]的上述第一部分；利用一種氟活性成分清除上述聚合物[30]。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其中清除上述聚合物[30]的上述步驟是利用一個蒸汽除灰過程進行的。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其中清除上述聚合物[30]的上述步驟包括在一個臭氧環(huán)境里加熱半導(dǎo)體晶片。
5.權(quán)利要求1所述的方法，其中清除上述聚合物[30]的上述步驟采用一種工作在無線電頻率的順流氧等離子體。
6.權(quán)利要求1所述的方法，其中清除上述聚合物[30]的上述步驟采用一種工作在微波頻率的順流氧等離子體。
7.權(quán)利要求1所述的方法，其中蝕刻上述第一部分和清除上述聚合物[30]的上述步驟提供了一個蝕刻上述第二部分的處理時間窗口，該窗口從70到110秒。
8.權(quán)利要求1所述的方法，其中上述蝕刻步驟采用一種雙頻等離子體反應(yīng)器，用一個激勵頻率產(chǎn)生更高密度的等離子體，用另一個激勵頻率增強離子轟擊能量。
9.權(quán)利要求1所述的方法，其中蝕刻層間電介質(zhì)層[26]和電介質(zhì)蝕刻停止層[22]的上述部分的步驟采用一種雙頻等離子體反應(yīng)器，用一個很高的激勵頻率產(chǎn)生高密度等離子體，用一個較低的激勵頻率增強離子轟擊能量。
10.權(quán)利要求1所述的方法，其中蝕刻上述第一部分的步驟采用一種氣體混合物等離子體，該氣體混合物具有預(yù)定比例的碳氟化合物、一氧化碳和氬。
全文摘要
提出了一種減小半導(dǎo)體(10)中接觸電阻的方法。在采用碳氟化合物等離子體對二氧化硅(SiO
文檔編號H01L21/311GK1304552SQ00800874
公開日2001年7月18日 申請日期2000年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月15日
發(fā)明者V·庫, D·帕克斯 申請人:皇家菲利浦電子有限公司