形成晶体管的接触和通孔开口的方法

专利名称：形成晶体管的接触和通孔开口的方法
形成晶体管的接触禾嗵孔开口的方法
背景技术：
在集成电路制紐程中，诸如晶体管的设备形成在硅晶片上，并使用多个金 属化层连接在一起。金属化层包括通孔和互连，如本领域众所周知的，该通孔 和互连作为互连器件的电气通路。通孔和互 常通过在介电层中蚀刻开口和 沟槽并用金属填充开口和沟槽来形成。
晶体管接触传^±通过以下步骤形成在晶体管上沉积层间电介质(ILD)，
进行第H:虫刻过程以在晶体管的源禾嗎区上的ILD中形淑勾槽开口，进行第二 蚀刻过程以在晶体管的栅极叠层上的ELD中形成一开口，并以金属填充开口。 但是，随着设备尺寸减小，这种形成电气接触的过程可能遭受如接触一栅极短 路之类的缺陷。这是因为源和漏区上的沟槽开口经过两次湿法清洗，并且第二 蚀刻过程后的湿法清洗由于除去过多的ILD材料，而可能会使这些沟槽开口降 级。这增加了沟槽开口的临界尺寸并导致缺陷。
此外，传统用于形成通孔开口的蚀刻工艺遭受另外的缺点。比如，在通孔开 口的蚀刻过程中，作为蚀刻工艺掩膜的光刻胶在应用大功率等离子体时可能会 退化，导致差的线边缘粗糙度，接触边缘的挤压，接触的夹断。这些缺陷往往 转化为成品率下降，如接触一栅极短路及开路。因此，需要用于形成晶体管接 触和用于形成通孔开口的改善的工艺。
附图简述


图1是根据本发明的实现形成对晶体管的接触的一种方法。 图2A至2F示出在执行图1的方法时形成的结构。 图3是根据本发明的实现形成通 L开口的一种方法。 图4A到4F示出在执行图3的方法时形成的结构。
详细说明
本文描述的是形成晶体管栅极和扩散接触以及集成电路的通 L接触的系统和方法。在下面的描述中，将利用本领域技术人员常用的术语来描述所示实现 的各方面，以将其工作实质传达给本领域的其它技术人员。然而，本领域的技 术人员显而易见的是，本发明可仅利用所述方面中的一些来实现。为了解释， 阐述了特定的数字、材料和结构，以便提供对所示实现的彻底理解。然而，本 领域技术人员显而易见的是，可没有这些特定细节实现本发明。在其他情况下， 公知特征被省略或简化，以免掩盖所示实现。
各项操作将以最有助于理解本发明的方式被描述为依次的多个分立操作，但 是，描述的顺序不应被理解为这表示操作是必须按照这个顺序的。特别是，某 些操作不需要按照描述的顺,行。
图1是根据本发明实现的形成对晶体管的接触的方法100。提供在半导体衬
底上形成的晶体管，方法100开始于在衬底的晶体管上沉积层间电介质(ILD) (图1工艺102 )。
半导体衬底100可以是大i央硅或绝缘体上硅的亚结构来形成。在其他实现 中，衬底可以使用替代材料，这可以也可以不结合硅，包括但不限于锗，锑化 铟，碲化铅，砷化铟，磷化铟，砷化镓，锑化镓，或其他m-v族材料。虽然 此处描述了可以形成半导体衬底的材料的几个例子，但任何可用作可在其上构 造半导体器件的基板的材料，在本发明的精神和范围内。
该ILD层可禾拥集成电路结构的介电层应用中熟知的合适材料形成，如低-k介电材料。这种介电材料包括但不限于诸如二氧化硅(Si02)和碳掺杂氧化物 (CDO)之类的氧化物、氮化硅、诸如全氟环丁烷或聚四氟乙烯之类的有机聚合 物、氟硅酸盐玻璃(FSG)及诸如硅倍半氧垸、硅氧烷或有机硅酸盐玻璃之类 的有机硅酸盐。介电层可以包括孔或其他孔洞以进一步降低其介电常数。
为了形自晶体管的电气接触，必须在ILD层上形成开口，其接触晶体管 的扩散区域(即源禾嗰区)和晶体管的栅极叠层。 一般来说，在ILD中蚀刻沟 槽开口，以形成对扩散区域的接触，同时在ILD中蚀刻沟槽开口或通孔开口， 以形成对栅极叠层的接触。正如本文中所使用的，术语"TCN开口"指的是接触 扩散区的沟槽开口，术语"GCN开口"指的是接触栅极叠层的沟槽或通孔开口。
在已知的现有技术工艺中，首先蚀刻TCN开口，其次是t駭ijGCN开口。 正如上文所述，TCN开口受到两次湿法清洗。第H^刻过程中，在TCN开口 被蚀刻后不久实施第一湿法清洗。第二蚀刻过程中，在GCN开口被蚀刻后不久实施第二湿法清洗。传统工艺中对TCN开口应用两次湿法清洗，可增加TCN 开口的临界尺寸，使得TCN开口意外与栅极叠层电接触，并造成接触一栅极短 路。这样的短路使得晶体管无法使用。
因此，不同于巳知方法，本发明的实现改变蚀刻流程并在形成TCN开口之 前形成至栅极叠层的GCN开口。由此，沉积ILD后，方法100随后是蚀刻接 触晶体管栅极叠层的GCN开口(工艺104 )。传统的蚀刻工艺可用于形成GCN 开口。例如，沉积光亥贩材料并图案化以形成限定GCN开口的掩膜，然后可采 用熟知的湿法或干法刻蚀工艺来蚀刻ELD并形成接触栅极叠层的GCN开口。 随后以常用方 娃除光亥帔掩膜。
蚀刻过程后是第一湿法清洗过程以清洁GCN开口 (工艺106)。这是发生的 第一次湿法清洗，也由于还没有形成TCN开口而不会影响该TCN开口。本领
域公知的常规湿法清洁化学试齐诉B有机溶齐阿用于清^1孔开口 。
可将牺牲层沉积在ILD上，以i真补GCN开口 (工艺108)。牺牲层可由牺 牲光吸收材料(SLAM)或本领域公知的其他材料组成。此处可使用的SLAM 的一些示例可包括但不仅限于旋涂玻璃(SOG)或SOG类材料，如亚利桑那州 腾比市(Tempe)的霍尼韦尔电子材料公司(Honeywell Electronic Materials)出 产的DUO，旋涂牺牲材料。
一旦至栅极叠层的GCN开口被填充，实施第二蚀刻过程以形成接触晶体管 的扩散区诸如源和漏区的TCN开口 (工艺110)。再次，传统的蚀刻工艺可用于 形成至扩散区域的TCN开口。例如，沉积光刻胶材料并图案化以形成限定沟槽 的掩膜，然后可采用熟知的湿法或干法刻蚀工艺来蚀刻正D并形成至扩散区的 TCN开口。随后以常用方法去除该 。
现在可应用第二湿法清洗过程，既去除牺牲层，又清洗TCN开口和GCN 开口(工艺112)。在形成TCN开口后，这种湿法清洗从GCN开口去除诸如SLAM 之类的牺牲层。该湿法清洗过程是关于TCN开口的第一湿法清洗，因ltkil常不 会产生接触一栅极短路。并且虽然这种湿法清洗过程是关于GCN接触的第二湿 法清洗，但GCN临界尺寸的任何增加带来最小的负面影响，并通常不导致缺陷。 本领域公知的常规湿法清洁化学试齐诉口有机溶齐阿以在此使用。
最后，可使用传统工艺来用一种或多种金属i真补沟槽开口和通孔开口以形成 对晶体管的接触(工艺114)。在一些实现中，用于所有开口的金属可能是相同的金属或相同的金属组合。在其他的实现中，可将不同的金属用于沟槽开口和 通孔开口。用在这里的金属是本领域公知的，包括但不限于铜、铝、钩、钴、 银、钛、钽和它们的合金。
通过但啭传统的工艺流程和根据本发明的实现首先蚀刻GCN开口取得几
个方面的优势。如前所述， 一个好处是减少或消除TCN开口损坏所引起的接触 -栅极短路。另一个优点是，由于GCN开口的小的宽高比，SLAM相对易于移 除。在现有技术中，因为首先形成TCN开口，在蚀刻GCN开口的过程中必须 将SLAM沉积在TCN开口中。由于TCN开口具有大的宽高比，所以SLAM难 以去除。
当GCN开口阶段必须MX时产生最后一个好处。正如本领域公知的，MX 指的是光刻胶剥离和重新图案化以修改不符合诸如临界尺寸或对准之类的合格 标准的开口。在现有技术中，如果在蚀刻GCN开口后需要返工，则TCN开口 将受到进一步的湿法清洗和进一步的氧化损失。现在，在本发明的实5见中，因 为最后形成TCN开口 ，所以任何GCN开口的返工都不会影响TCN开口 。此外， 如果需要在TCN开口上返工，则对GCN开口产生的影响最小，因为GCN开 口的临界尺寸增加通常不会导致缺陷。
图2A至2F示出在实施图1的方法100时形成的结构。从图2A起，示出 其上形成晶体管202的半导f料寸底200。晶体管包括栅极叠层202 A和扩散区域 202B。 ILD层204淀积在衬底200和晶体管202上。
转到图2B ，实施第一蚀刻过程，其中将GCN开口 206蚀刻SA ILD层204 。 一直向下蚀刻GCN开口 206以到达栅极叠层202 A。现在转到图2C，在清洗 GCN开口 206后，将SLAM层208沉积在ILD层204上，以填充GCN开口 206。
下一步，如图2D所示，实施第二蚀刻过程以形成向下至扩散区域202B的 TCN开口 210 。如上所述，TCN开口 210倾向于是沟槽开口。转到图2E， SLAM 层208层被去除以暴露GCN开口 206。最后，转到图2F，用金属212填充GCN 开口 206和TCN开口 210，以形成对晶体管202的电气接触。
在通孔和沟槽图案中出现的另一种类型的缺陷与开口的线边缘粗糙度有关。 在传统工艺中，通常利用光刻胶材料作为掩膜皿行蚀刻。但是，在高功率等 离子蚀刻下光刻胶很容易退化和变形。这会导致诸多问题，如差的线边纟tffi糙度、开口边缘的挤压和开口的夹断。这些缺点转化为成品率下降。
图3描述了一种根据该发明的实现的缺陷可能性减少的形成开口的新颖方
法300。该方法300开始于提供半导体衬底(302)。以上提供了可供使用的半导 体材料的例子。半导体衬底可包括由诸如晶体管的器件构成的器件层、其中形 成通孔的至少一个ILD层。ILD层可以在该器件层之上，或者可以是在一个或
多个金属化层^J:。
接下来，将SLAM层沉积在半导体衬底的ILD上(304)。这里使用的SLAM 材料的例子可以包括但不限于SOG或SOG类材料，例如如上所述的DUO，旋 涂牺牲材料。SLAM层提供多种功能。SLAM层保护光刻胶图案以避免受其下 表面形态变化影响。SLAM层在之后的图3的方法300中也用作硬掩膜。在进 一步的实现中，替代的牺牲材料可用于代替SLAM层。例如，这里所用的材料 可以包括，但不仅限于，有m^部抗反躭凃层(BARC)材料。
将光刻胶层沉积在SLAM上(306)。这里可使用的光刻胶材料包括但不限 于正光刻胶。光刻胶层之后被图案化以形成用于通孔蚀刻工艺的掩膜(308)。 用于光刻胶材料的图案化工艺是本领域公知的。
接下来，进行蚀刻工艺，4顿等离子体和光亥帔掩模至少部射虫刻SLAM 层(310)。所使用的等离子体可以是低功率等离子体，如使用SF6基化学试剂 的1千瓦等离子体。蚀刻SLAM层形成了图案化的SLAM层。在本发明的各实 现中，SLAM层可以被部^ti刻，或者SLAM层可被完^t虫刻。如果等离子蚀 刻完全通过SLAM层，其下的ELD层也会被部分被蚀刻。
使用光刻胶掩膜，下面的ILD层被不完全蚀刻。这是因为刻蚀过程中使用 大功率等离子体会破坏图案化的光刻胶材料。如上所述，对光刻胶材料的损坏 会导致形成通孔开口中的缺陷。因此，在蚀刻SLAM层之后，进行原位灰化工 艺以灰化和去除图案光刻胶层(312)。灰化工艺的目的是^t光刻胶层在通孔开 口中引起缺陷之前去除图案化的光刻胶层。
在去除光刻胶层后，现在在等离子体刻蚀工艺中继续使用图案化SLAM层 作为硬掩膜以在ILD层中蚀刻通孔开口 (314)。由于SLAM层是硬掩膜，所以 在大功率等离子体下它不会退化。等离子体刻tfcl程因此继续^^ SLAM硬掩 模直到在ILD中完全蚀亥咄通孔开口。如果有必要，蚀刻通孔开口后，可去除 SLAM层(316)。通孔开口也可育g会受到湿法清洗。因此，该方法300的结果是形成一个通孔开口，其避免由于光刻胶掩膜退
化而出现的缺陷。图4A至4F示出实施方法300形成的结构。从图4A开始， 示出半导体衬底400具有沉积在其表面上的ELD层402。 SLAM层404之后沉 积在ILD层402上，且光刻胶层406之后沉积在SLAM层404上。
接下来，如图4B所示，光刻胶层406 j柳本领域公知的技术图案化。该图 案化的光刻胶层406形成一个光刻胶掩膜408 。
然后应用低功率等离子体蚀刻，从而利用光刻胶 408部分蚀刻该结构， 如图4C所示。这里，该部分蚀刻使SLAM层404图案化，形成SLAM硬掩膜 410，并蚀刻ELD层402的微小部分。在替代的实现中，只有部分的SLAM层 404被图案化并且ELD层402在该阶段不被蚀刻。
转到图4D，在部分蚀刻后，进行灰化工艺以去除光刻胶掩膜408，留下图 案化的SLAM硬掩模410。转到图4E，等离子体刻蚀过程然后继续进行，使用 SLAM硬掩膜410蚀刻ILD层402并形j^I孔开口412。最后，如果需要的话， SLAM硬掩膜410可能会被去除，如图4F所示。
本发明实现的以上描述一包括摘要中的描述并非详尽无遗或将本发明限 于所公开的确切形式。而出于示例目的，描述了本发明具体的实现以及示例， 多种等价修改在该发明的范围内是可能的，正如本领域技术人员将会认识到的。
可鉴于以上详细描述对该发明的进行修改。在下列权利要求中所使用的术语 不应被理解为将本发明限制成说明书和权利要求书所公开的具体实现。相反， 该发明的范围完全由下列权禾腰求确定，它们要按照权禾腰求的确定解释理解。
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权利要求
1、一种方法包括在具有晶体管的衬底上沉积介电层；在所述介电层中蚀刻接触所述晶体管的栅极叠层的第一开口；在所述第一开口中沉积牺牲材料；以及以及在所述介电层中蚀刻接触所述晶体管的源和漏区的第二和第三开口，其中在蚀刻所述第一开口后蚀刻所述第二和第三开口。
2. 根据权利要求1臓的方法，还包括AA^M第一开口去除戶;M牺牲材料；以及在戶，第一开口 、所述第二开口以及戶;M第三开口中沉积一种或多种金属。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底包括半导体晶片，且所述介电层包含从由二氧化硅、碳掺皿化物、氮化硅、全氟环丁烷、聚四 氟乙烯、氟硅酸盐玻璃、硅倍半氧烷、硅氧烷以及有机硅酸盐玻璃构成的组中 选出的一种材料。
4. 根据权利要求1戶，的方法，其特征在于，执行戶，第H^lj过程包括 在戶，介电层上沉积光刻胶材料；图案化戶，光刻胶层以形成限定所述第一幵口的光刻胶掩膜；4顿戶，光刻胶 1:顿」戶，介电层；以及去除光刻胶掩膜。
5. 根据权利要求1戶皿的方法，其特征在于，执行戶，第二蚀刻过程包括在戶;M介电层上沉积光刻胶材料；图案化戶，光刻胶层以形成限定所述第二和第三开口的光刻皿膜；^ffl戶;M光刻M^i蚀刻戶;f^^电层；以及 去除臓光刻胶鹏。
6. 根据权利要求1戶，的方法，其特征在于，戶;f3S牺牲材料包括SLAM。
7. 根据权利要求1所述的方法，还包括在 妒，第一开口之后对戶，衬 底应用第一湿法清洗。
8. 根据权利要求1戶腿的方法，还包括在蚀刻戶脱第二和第三开口后对所 述衬底应用第二湿法清洗，其中所述第二湿法清洗/A^ 述第一开口去除牺牲材料并清洗^W第一、第二和第三开口。
9. 根据权利要求8戶脱的方法，其特征在于，戶;M第二湿法清洗包括, 机溶剂施加到衬底。
10. —种方法，包括在介电层上沉积牺^M;在臓牺牲层上沉积光刻胶材料；图案化戶，光刻胶材料以形成光刻胶 ;4OT戶，光刻胶^M少蚀刻戶;M牺牲层以形^ffi牲硬^;去除光刻胶掩膜；以及^ffl牺牲硬撤莫蚀刻戶;M介电层以在戶，介电层中形成开口。
11. 根据权利要求10戶脱的方法，辦征在于，牺牲材料包括SL細。
12. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，使用灰化工艺去除光刻胶 掩膜。
13. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述介电层形成在半导体 衬底上。
14. 根据权利要求10戶腿的方法，其特征在于，在形成介电层中的开口后去除臓牺牲硬撤莫。
15. 根据权利要求10所逸的方法，，征在于，戶脱开口包^I孔以及沟槽开口。
全文摘要
一种形成对晶体管的接触的方法包括在具有晶体管的衬底上沉积介电层，在介电层中蚀刻接触晶体管的栅极叠层的第一开口，在第一开口中沉积牺牲材料，以及在介电层中蚀刻接触晶体管的源和漏区的第二和第三开口，其中在蚀刻第一开口后蚀刻第二和第三开口。通过首先蚀刻到栅极叠层的开口，诸如接触-栅极短路的缺陷减少或消失。
文档编号H01L21/02GK101617389SQ200880001501
公开日2009年12月30日 申请日期2008年2月20日 优先权日2007年2月22日
发明者N·拉豪尔-欧拉比 申请人:英特尔公司