本發(fā)明涉及一種具有自我對準間隙壁的晶體管的制作方法，特別是涉及一種具有雙層自我對準間隙壁的晶體管的制作方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)集成電路的集成度增加，使得芯片的表面無法提供足夠的面積來制作所需的內(nèi)連線(interconnects)時，為了配合MOS晶體管縮小后所增加的內(nèi)連線需求，兩層以上金屬層設(shè)計，便逐漸成為許多集成電路所必需采用的方式。特別是一些功能較復(fù)雜的產(chǎn)品，如微處理器，甚至需要更多層的金屬層，才能完成微處理器內(nèi)各個元件間的連接，而不同金屬層之間可以用導(dǎo)電插塞來連接。

通常，導(dǎo)電插塞的制作，是蝕刻一絕緣層以形成一接觸洞，之后將導(dǎo)電材料填入此接觸口，然而隨著半導(dǎo)體制作工藝中線寬的縮小，接觸洞的孔徑亦隨之縮小，因此就發(fā)展出自我對準接觸(Self-aligned contact,SAC)制作工藝來定義并縮短相鄰柵極的間距，以達到縮小芯片尺寸的目的。但傳統(tǒng)的自我對準接觸制作工藝在形成間隙壁時會傷害到下方的基材表面，影響元件的整體電性表現(xiàn)。因此如何改良現(xiàn)有自我對準接觸制作工藝實為一重要課題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供了一種具有自我對準間隙壁的鰭狀晶體管的制作方法來解決上述問題。

根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例，一種具有自我對準間隙壁的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法，包含首先提供一基材，至少二柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置于基材上，位于各個柵極結(jié)構(gòu)之間的基材曝露出來，然后形成一氧化硅層覆蓋曝露的基材，形成一含氮材料層覆蓋各個柵極結(jié)構(gòu)和氧化硅層，然后蝕刻含氮材料層形成一第一自我對準間隙壁于各個柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)壁，并且曝露出部分的氧化硅 層，其中各個側(cè)壁相對，移除曝露的氧化硅層以形成一第二自我對準間隙壁，其中第一自我對準間隙壁和第二自我對準間隙壁于該基材上定義出一凹槽，最后形成一接觸插塞于凹槽中。

根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例，一種具有自我對準間隙壁的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包含：一基材，二柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置于基材上，一復(fù)合自我對準間隙壁設(shè)置于各個柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)壁，其中各個側(cè)壁相對，各個復(fù)合自我對準間隙壁包含一含氮材料層和一氧化硅層，氧化硅層夾在基材和含氮材料層之間以及一接觸插塞設(shè)置于等復(fù)合自我對準間隙壁之間。

附圖說明

圖1至圖6為本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例所繪示的具有自我對準間隙壁的鰭狀晶體管的制作方法的示意圖；

圖1、圖7至圖9為本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例所繪示的具有自我對準間隙壁的鰭狀晶體管的制作方法的示意圖；

圖10a為本發(fā)明的第五優(yōu)選實施例所繪示的具有自我對準間隙壁的平面晶體管的示意圖；

圖10b為本發(fā)明的第六優(yōu)選實施例所繪示的具有自我對準間隙壁的平面晶體管的示意圖。

主要元件符號說明

10 基材 12 柵極結(jié)構(gòu)

14 外延層 16 柵極電極

18 柵極介電層 20 間隙壁

22 柵極上蓋層 24 淺溝槽隔離

26 介電層 28 介電層

30 接觸洞 32 氧化硅層

34 含氮材料層 36 第一自我對準間隙 壁

38 第二自我對準間隙 40 凹槽 壁

42 緩沖層 44 金屬層

50 復(fù)合自我對準間隙 52 接觸插塞 壁

100 具有自我對準間隙 200 具有自我對準間隙壁的鰭狀晶體管 壁的鰭狀晶體管

112 側(cè)壁 114 摻質(zhì)摻雜區(qū)

300 具有自我對準間隙 400 具有自我對準間隙壁的平面晶體管 壁的平面晶體管

具體實施方式

圖1至圖6為根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例所繪示的具有自我對準間隙壁的鰭狀晶體管的制作方法。如圖1所示，首先提供一基材10，基材10上設(shè)有至少兩個柵極結(jié)構(gòu)12，在二個柵極結(jié)構(gòu)12之間的基材10中，包含有一外延層14或者是一摻質(zhì)摻雜區(qū)(圖未示)，在圖1中以外延層14為例。在圖1中的基材10上包含有一鰭狀結(jié)構(gòu)，但不限于此，基材10也可以為一平面的基底(如圖10a及圖10b所示)，在本實施例中，基材10優(yōu)選為硅基底。此外基材10也可以為III-V族化合物基底或一硅鍺基底等，基材10可有選擇性地有其它的材料層，例如介電層或金屬層，設(shè)置于基材10其中或是其上，前述介電層或金屬層可用來形成其它元件。

柵極結(jié)構(gòu)12可以包含一柵極電極16和一柵極介電層18位于柵極電極16之下，另外一間隙壁20位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)，此外柵極電極16上可覆蓋一柵極上蓋層22。在最旁邊的柵極結(jié)構(gòu)12的一側(cè)的基材10中，設(shè)有一淺溝槽隔離24。一介電層26覆蓋基材10、外延層14和淺溝槽隔離24，一介電層28覆蓋介電層26和柵極結(jié)構(gòu)12。

外延層14為使用選擇性外延成長制作工藝(Selective Epitaxial Growth,SEG)形成的一或多層的半導(dǎo)體材料層，例如硅、鍺、鍺化硅等。在一優(yōu)選實施例中，外延層14為雙層結(jié)構(gòu)，下層為鍺化硅和上層為硅。柵極電極16可包含一或多層的導(dǎo)電材料層，例如鋁、鎢、鈦等。柵極介電層18可包含一或多層的絕緣材料層，例如氧化硅或高介電常數(shù)材料層。間隙壁20、柵極上蓋層22、淺溝槽隔離24、介電層26和介電層28可包含一或多層的絕緣材料層，例如氧化硅、氮化硅、氮碳化硅、氮氧化硅或氮碳氧化硅等。于一優(yōu)選實施例中，間隙壁20、柵極上蓋層22為氮化硅，淺溝槽隔離24、介電層26和介電層28為氧化硅。

如圖2所示，圖案化介電層26和介電層28，使得位于相鄰的柵極結(jié)構(gòu)12之間包含有外延層14的基材10曝露出來，也就是說在相鄰的柵極結(jié)構(gòu)12之間的形成一接觸洞30，前述圖案化介電層26和介電層28的步驟包含將部分的介電層26和部分的介電層28利用光刻暨蝕刻制作工藝移除，以在介電層26/28中形成一接觸洞30，可視情況需要，在間隙壁20上可以選擇性殘留一些介電層26/28，避免在形成接觸洞30時因為光刻暨蝕刻制作工藝的誤差，傷害到間隙壁20甚至柵極結(jié)構(gòu)12。本實施例中，接觸洞30以殘留在間隙壁20上的介電層26/28和外延層14的上表面定義而成。

如圖3所示，形成一氧化硅層32順應(yīng)地覆蓋介電層26/28和包含有外延層14的基材10，氧化硅層32的厚度需大于10埃，優(yōu)選大于20埃。詳細來說利用沉積制作工藝形成氧化硅層32順應(yīng)地填入接觸洞30并且接觸外延層14，然后形成一含氮材料層34順應(yīng)地覆蓋氧化硅層32，也就是說含氮材料層34覆蓋了氧化硅層32和在氧化硅層32之下的柵極結(jié)構(gòu)12、介電層26/28和外延層14。含氮材料層34包含有氮化硅、氮碳化硅、氮氧化硅或氮碳氧化硅等，但不限于此，其它的含氮材料也可以視情況使用。此外，含氮材料層34中可以包含有應(yīng)力，并且利用加熱的程序把應(yīng)力轉(zhuǎn)到外延層14中。值得注意的是本發(fā)明在形成接觸洞30之前，氧化硅層32和含氮材料層34都未形成。

如圖4所示，蝕刻含氮材料層34形成一第一自我對準間隙壁36于各個柵極結(jié)構(gòu)12的一側(cè)壁112，并且曝露出接觸外延層14的氧化硅層32。第一自我對準間隙壁36是由含氮材料層34構(gòu)成，其中各個側(cè)壁112相對，在蝕刻含氮材料時34優(yōu)選使用非等向性蝕刻，例如干蝕刻，并且以氧化硅層32作為蝕刻停止層，如此在形成第一自我對準間隙壁36時，外延層14被氧化硅層32保護，就不會被蝕刻劑傷害。此外，在間隙壁20上有選擇性殘留一些介電層26/28，因此在蝕刻含氮材料層34時，介電層26/28可以和間隙壁20和柵極上蓋層22一同保護柵極電極16，避免干蝕刻時發(fā)生位移或過度蝕刻損害柵極電極16。

如圖5所示，移除曝露的氧化硅層32以形成一第二自我對準間隙壁38，也就是說第二自我對準間隙壁38是由氧化硅層32構(gòu)成，第一自我對準間隙壁36和第二自我對準間隙壁38于位于接觸洞30內(nèi)的基材10上定義出一凹槽40，整個第二自我對準間隙壁38的截面為L形，此外，第二自我對準間 隙壁38夾在包含有外延層14的基材10和第一自我對準間隙壁36之間并且夾在柵極結(jié)構(gòu)12和第一自我對準間隙壁36之間。此外，介電層28覆蓋并重迭柵極上蓋層22，第一自我對準間隙壁36和第二我對準間隙壁38都接觸介電層28。移除曝露的氧化硅層的方式可以包含使用一預(yù)清洗制作工藝，例如為一SiCoNiTM預(yù)清洗制作工藝，SiCoNiTM預(yù)清洗制作工藝可以在由加利福尼亞州圣克拉拉市應(yīng)用材料公司所提供的腔室進行。詳細來說預(yù)清洗制作工藝一般而言是在不同制作工藝之間，用來去除原生氧化層的清洗制作工藝，為傳統(tǒng)半導(dǎo)體制作工藝中的一標準制作工藝，本發(fā)明將預(yù)清洗制作工藝用來移除曝露的氧化硅層32，如此就不需要為了移除曝露的氧化硅層32額外增加其它步驟。預(yù)清洗制作工藝使用等離子體進行，并且將待移除的氧化硅層32曝露在含有三氟化氮以及氨氣中，此外，視情況需要可以在等離子體增加氫氣或者氟化氫。

如圖6所示，形成一緩沖層42例如氮化鉭或氮化鈦等順應(yīng)地覆蓋凹槽40，之后再形成一金屬層44填滿凹槽42，之后平坦化緩沖層42和金屬層44以在凹槽40中用剩余的緩沖層42和金屬層44形成一接觸插塞52，接觸插塞52電連接外延層14，在外延層14的上表面可以選擇性形成一金屬硅化物。至此根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例所制作的具有自我對準間隙壁的鰭狀晶體管100業(yè)已完成。

圖1、圖7至圖9為根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例所繪示的具有自我對準間隙壁的鰭狀晶體管的制作方法，其中具有相同功能的元件以相同的符號標示。第二優(yōu)選實施例和第一優(yōu)選實施例之間的差別在于第二優(yōu)選實施例的氧化硅層32是利用硅基底的表面氧化而形成，然而第一優(yōu)選實施例中的氧化硅層32是利用沉積氧化硅層在基材表面而形成。其它制作工藝和材料，大致和第一優(yōu)選實施例相同，因此對于相同的制作工藝請參考前文對于第一優(yōu)選實施例的描述。本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例所繪示的具有自我對準間隙壁的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法如下，如圖1所示，首先提供一基材10，基材10上設(shè)有至少兩個柵極結(jié)構(gòu)12，在二個柵極結(jié)構(gòu)12之間的基材10中，包含有一外延層14或者是一摻質(zhì)摻雜區(qū)(圖未示)，摻質(zhì)摻雜區(qū)可以例如為一源極/漏極摻雜區(qū)，基材10包含有鰭狀結(jié)構(gòu)，但不限于此，基材10也可以為一平面的基底，柵極結(jié)構(gòu)12可以包含一柵極電極16和一柵極介電層18位于柵極電極16之下，另外一間隙壁20位于柵極結(jié)構(gòu)12兩側(cè)，此外柵極電極20 上可覆蓋一柵極上蓋層22。在最旁邊的柵極結(jié)構(gòu)12的一側(cè)的基材10中，設(shè)有一淺溝槽隔離24。一介電層26覆蓋基材10、外延層14和淺溝槽隔離24，一介電層28覆蓋介電層26和柵極結(jié)構(gòu)12。

如圖7所示，圖案化介電層26和介電層28，使得位于相鄰的柵極結(jié)構(gòu)12之間包含有外延層14的基材10曝露出來，也就是說在相鄰的柵極結(jié)構(gòu)12之間的形成一接觸洞30，之后利用氧化制作工藝，氧化曝露的外延層14表面，若是基材10中沒有外延層14，則會直接氧化基材10的表面，以在外延層14或基材10的上表面形成一氧化硅層32，氧化制作工藝的操作溫度優(yōu)選小于600℃，而氧化硅層32的厚度需大于10埃，優(yōu)選大于20埃。接著形成一含氮材料層34順應(yīng)地覆蓋氧化硅層32，也就是說含氮材料層34覆蓋了氧化硅層32和在氧化硅層32之下的柵極結(jié)構(gòu)12、介電層26/28和外延層14。含氮材料層34包含有氮化硅、氮碳化硅、氮氧化硅或氮碳氧化硅等，但不限于此，其它的含氮材料也可以視情況使用。

如圖8所示，以氧化硅層32為蝕刻停止層，蝕刻含氮材料層34形成一第一自我對準間隙壁36于各個柵極結(jié)構(gòu)12的一側(cè)壁112，直至曝露出接觸外延層14的氧化硅層32。

接著如圖9所示，移除曝露的氧化硅層32，使得下層包含有外延層14的基材10曝露出來，剩余的氧化硅層32形成一第二自我對準間隙壁38，第一自我對準間隙壁36和第二自我對準間隙壁38于位于接觸洞30內(nèi)的基材10上定義出一凹槽40，整個第二自我對準間隙壁38的截面為梯形，此外，第二自我對準間隙壁38夾在包含有外延層14的基材10和第一自我對準間隙壁36之間，但在柵極結(jié)構(gòu)12和第一自我對準間隙壁36之間并沒有第二自我對準間隙壁38。此外，移除曝露的氧化硅層32的方式可以使用一預(yù)清洗制作工藝，預(yù)清洗制作工藝使使用等離子體進行，并且將待移除的氧化硅層32曝露在含有三氟化氮以及氨氣中，此外，視情況需要可以在等離子體內(nèi)增加氫氣或者氟化氫。然后形成一緩沖層42例如氮化鉭或氮化鈦等順應(yīng)地覆蓋凹槽40，之后再形成一金屬層44填滿凹槽40，之后平坦化緩沖層42和金屬層40以在凹槽40中用剩余的緩沖層42和金屬層44形成一接觸插塞52，在形成接觸插塞之前，外延層14的上表面可選擇性地形成一金屬硅化物。至此根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例所制作的具有自我對準間隙壁的鰭狀晶體管200業(yè)已完成。

本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例和第二優(yōu)選實施例的方法不只可適用于第一優(yōu)選實施例和第二優(yōu)選實施例中所舉例的鰭狀晶體管，同時也可使用在制作平面晶體管，圖10a的態(tài)樣和圖10b的態(tài)樣，分別為利用本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例和第二優(yōu)選實施例的方法所制作出的具有自我對準間隙壁的平面晶體管300/400。

圖6為根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實施例所繪示的具有自我對準間隙壁的鰭狀晶體管的示意圖。如圖6所示一種具有自我對準間隙壁的鰭狀晶體管100包含一基材10，基材10包含一鰭狀結(jié)構(gòu)，但不限于此，基材10也可以為一平面的基底，至少二柵極結(jié)構(gòu)12設(shè)置于基材10上，柵極結(jié)構(gòu)12可以包含一柵極電極16和一柵極介電層18位于柵極電極16之下，另外一間隙壁20位于柵極結(jié)構(gòu)12兩側(cè)，此外柵極電極16上可覆蓋一柵極上蓋層22。在最旁邊的柵極結(jié)構(gòu)12的一側(cè)的基材10中，設(shè)有一淺溝槽隔離24。在二個柵極結(jié)構(gòu)12之間的基材10中，包含有一外延層14或者是一摻質(zhì)摻雜區(qū)(圖未示)，在圖6中以外延層14為例。

一復(fù)合自我對準間隙壁50設(shè)置于各個柵極結(jié)構(gòu)12的一側(cè)壁112，其中各個側(cè)壁112相對，各個復(fù)合自我對準間隙壁50包含一第一自我對準間隙壁36和一第二自我對準間隙壁38，第一自我對準間隙壁36為一含氮材料層，第二自我對準間隙壁38為一氧化硅層，第二自我對準間隙壁38的厚度需大于10埃，優(yōu)選需大于20埃，含氮材料層包含有氮化硅、氮碳化硅、氮氧化硅或氮碳氧化硅等，但不限于此，其它的含氮材料也可以視情況使用。第二自我對準間隙壁38夾在包含有外延層14的基材10和第一自我對準間隙壁36之間并且夾在柵極結(jié)構(gòu)12和第一自我對準間隙壁36之間，此外，整個第二自我對準間隙壁38的截面為L形。在復(fù)合自我對準間隙壁50和間隙壁20之間可選擇性地保留介電層26/28。再者一接觸插塞52設(shè)置于復(fù)合自我對準間隙壁50之間并且接觸外延層14。

圖9為根據(jù)本發(fā)明的第四優(yōu)選實施例所繪示的具有自我對準間隙壁的鰭狀晶體管的示意圖。第四優(yōu)選實施例和第三優(yōu)選實施例的不同之處在于第四優(yōu)選實施例的整個第二自我對準間隙壁38為梯形，并且第二自我對準間隙壁38僅夾在包含有外延層14的基材10和第一自我對準間隙壁36之間，但在柵極結(jié)構(gòu)12和第一自我對準間隙壁36之間并沒有第二自我對準間隙壁38，再者，基材10一定要是硅基材。其余的元件位置和材料，大致和第三 優(yōu)選實施例相同，在此不再贅述。

圖10a為根據(jù)本發(fā)明的第五優(yōu)選實施例所繪示的具有自我對準間隙壁的平面晶體管的示意圖。和第三優(yōu)選實施例的不同之處在于第五優(yōu)選實施例是平面晶體管，也就是說，基材10為平面的基底，并且在柵極結(jié)構(gòu)12之間的基材10中沒有外延層，而是摻質(zhì)摻雜區(qū)114。其余的元件位置和材料，大致和第三優(yōu)選實施例相同，在此不再贅述。

圖10b為根據(jù)本發(fā)明的第六優(yōu)選實施例所繪示的具有自我對準間隙壁的平面晶體管的示意圖。和第五優(yōu)選實施例的不同之處在于第六優(yōu)選實施例中整個第二自我對準間隙壁38為梯形，并且第二自我對準側(cè)壁38子僅夾在包含有摻質(zhì)摻雜區(qū)114的基材10和第一自我對準間隙壁36之間，但在柵極結(jié)構(gòu)12和第一自我對準間隙壁36之間并沒有第二自我對準側(cè)壁38。其余的元件位置和材料，大致和第五優(yōu)選實施例相同，在此不再贅述。

在第一優(yōu)選實施例和第二優(yōu)選實施例中，利用氧化硅層32作為蝕刻含氮材料層34的蝕刻停止層，之后再用預(yù)清洗制作工藝移除氧化硅層32，其優(yōu)點在于預(yù)清洗制作工藝本來就是在不同的制作工藝之間會使用的預(yù)清洗步驟，因此，不需為了移除氧化硅層32額外增加其它步驟，再者，預(yù)清洗制作工藝針對硅基底和氧化硅的選擇比極高，通常氧化硅比硅基底的選擇比大于20:1，因此在移除氧化硅層32時，完全不會傷害到氧化硅層32下方的硅基底或外延層14。傳統(tǒng)其它以氮化硅作為蝕刻停止層的情況，由于移除氮化硅需使用熱磷酸，但是熱磷酸對硅基底和氮化硅的選擇比不高，因此在移除氮化硅的同時，會傷害到硅基底或外延層的表面。因此本發(fā)明使用氧化硅作為蝕刻停止層可避免傷害到硅基底或外延層的表面的情況。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，都應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。