接觸槽的清潔工藝和接觸層的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種接觸槽的清潔工藝和接觸 層的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在集成電路制造中，常常需要在接觸層（contact，CT)的金屬塞與硅表面之間設(shè) 置金屬硅化物以增加導(dǎo)電性能。如果金屬硅化物形成于接觸層之前，為先金屬硅化物工藝 (silicide-firstprosess);如果金屬娃化物形成于接觸層之后，則為后金屬娃化物工藝 (silicide-lastprosess)〇
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，SiCoNi預(yù)清工藝一般被用作先金屬硅化物工藝中對(duì)金屬硅化物表面 進(jìn)行清潔。但在后金屬硅化物工藝中，由于蝕刻后的用于形成金屬硅化物的硅表面是不清 潔且不光滑的，采用SiCoNi預(yù)清工藝不足以對(duì)形成金屬硅化物的硅表面進(jìn)行表面處理。
[0004] 圖1是后金屬硅化物工藝中采用SiCoNi預(yù)清工藝對(duì)形成金屬硅化物的硅表面進(jìn) 行表面處理后，所形成的金屬硅化物與相應(yīng)的有源區(qū)和接觸層的掃描電鏡圖。如圖1所示， 其中，金屬硅化物20'（如NiPtSi金屬硅化物）設(shè)置于有源區(qū)10'的硅表面和接觸層的金 屬塞30'之間，但是，由于在形成金屬硅化物20'之前僅采用SiCoNi預(yù)清工藝對(duì)硅表面進(jìn) 行表面處理，因此，與有源區(qū)10'的硅表面之間凸凹不平，這導(dǎo)致金屬硅化物20'與有源區(qū) 10'的接觸電阻增加，從而對(duì)半導(dǎo)體元器件的電氣性能產(chǎn)生不利影響。
[0005]另外，隨著CMOS(ComplementaryMetalOxideSemi-conductor，互補(bǔ)型金屬氧化 物半導(dǎo)體）的特征尺寸達(dá)到2〇nm及以下，高k金屬柵后柵工藝（HighkMetalGatelast) 被推廣應(yīng)用,但是高k介質(zhì)材料沉積后需要退火處理以改善高k介質(zhì)材料的質(zhì)量。退火處理 時(shí)的高溫會(huì)對(duì)NiPtSi金屬硅化物產(chǎn)生影響，因此，為了避免這一影響，在接觸層的金屬塞 與硅表面之間的金屬硅化物需在金屬柵形成之后形成，且形成該金屬硅化物時(shí)需沉積NiPt 或W于ILD(interlayerdielectric,層間介質(zhì)）的接觸槽內(nèi)。
[0006] 正常情況下，NiPtSi金屬娃化物的形成工藝中，通過(guò)層間介質(zhì)CMP(Chemical Mechanical Polishing,化學(xué)機(jī)械拋光）、光刻膠覆蓋、蝕刻層間介質(zhì)等步驟界定接觸槽后， 需對(duì)接觸槽進(jìn)行清潔，清潔后再在接觸槽的底部表面上形成NiPtSi金屬硅化物?，F(xiàn)有技術(shù) 中，清潔接觸槽時(shí)采用的清潔工藝為先用DHF清潔工藝對(duì)接觸槽進(jìn)行清潔，再用SiCoNi預(yù) 清工藝對(duì)接觸槽進(jìn)行清潔。
[0007] 圖2A至圖2C是現(xiàn)有技術(shù)的后柵工藝中形成接觸層的主要流程節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意 圖。其中，圖2A是現(xiàn)有技術(shù)的后柵工藝中接觸層形成過(guò)程中，接觸槽蝕刻完畢的結(jié)構(gòu)示意 圖；圖2B是現(xiàn)有技術(shù)的后柵工藝中，接觸層形成過(guò)程中接觸槽清潔完畢后的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2C是現(xiàn)有技術(shù)的后柵工藝中，接觸層形成過(guò)程中形成金屬硅化物（如NiPtSi)并沉積金 屬塞材料（如鎢）后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008] 圖2A至圖2C中，各標(biāo)號(hào)分別代表：1為硅襯底，2為STI(ShallowTrench Isolation，淺溝槽隔離），3為摻雜區(qū)（如N+區(qū)或P+區(qū)），4為高K金屬柵，5為SiN層，6 為ILD層（如PEOX，等離子體加強(qiáng)式硅氧化物），7為粗糙硅表面，8為光滑硅表面，9為金屬 硅化物，11為接觸層的金屬塞，19為接觸槽。
[0009] 圖2A至圖2C所示的現(xiàn)有技術(shù)中，由于在SiCoNi預(yù)清工藝之前采用DHF清潔工 藝對(duì)接觸槽進(jìn)行清潔，DHF清洗工藝采用HF溶液作為清洗液，而HF對(duì)形成ILD的氧化物具 有較高的蝕刻率，不但對(duì)接觸槽的底部表面進(jìn)行清洗，還同時(shí)將接觸槽的側(cè)向和頂部的ILD 氧化物部分去除，這將導(dǎo)致接觸層的金屬塞的關(guān)鍵尺寸變大，也導(dǎo)致接觸層的金屬塞變短。 從而使得半導(dǎo)體元器件的電氣性能變差，對(duì)于線寬為20nm以下的半導(dǎo)體元器件來(lái)說(shuō)，甚至 可能嚴(yán)重到造成相鄰電極之間短路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本申請(qǐng)目的在于提供一種接觸槽的清潔工藝和接觸層的形成方法，旨在提高半導(dǎo) 體兀器件的電氣性能。
[0011] 本申請(qǐng)第一方面提供一種接觸槽的清潔工藝，所述清潔工藝包括如下步驟：步驟 S1 :采用SCI清洗液清潔所述接觸槽的底部表面，移除所述底部表面的顆粒；步驟S2 :在所 述步驟S1后，采用臭氧化去離子水清潔所述底部表面，氧化所述底部表面并在所述底部表 面形成氧化物使所述底部表面趨于平滑；步驟S3:在所述步驟S2后，采用SiCoNi預(yù)清工藝 清潔所述底部表面，移除在所述步驟S2中形成的所述氧化物。
[0012] 進(jìn)一步地，在所述步驟S1中，所述SCI清洗液中各成分的體積比為NH40H:H202 : H20 = 1 :1 ~4 :50 ~200。
[0013] 進(jìn)一步地，在所述步驟S1中，采用的清洗溫度為室溫23°C至25°C。
[0014] 進(jìn)一步地，在所述步驟S1中，清洗持續(xù)的時(shí)間為30s至120s。
[0015] 進(jìn)一步地，在所述步驟S2中，所述臭氧化去離子水中03的濃度為lOppm至80ppm。
[0016] 進(jìn)一步地，在所述步驟S2中，采用的清洗溫度為室溫23°C至25°C。
[0017] 進(jìn)一步地，在所述步驟S2中，清洗持續(xù)的時(shí)間為30s至120s。
[0018] 進(jìn)一步地，在所述步驟S3中，所述氧化物的移除量為20~3ΘΑ,
[0019] 本申請(qǐng)第二方面提供一種接觸層的形成方法，所述形成方法包括如下步驟：步驟 S20 :對(duì)層間介質(zhì)進(jìn)行刻蝕以形成接觸槽；步驟S40 :在所述步驟S20后，采用根據(jù)本申請(qǐng)第 一方面中任一項(xiàng)所述接觸槽的清潔工藝對(duì)所述接觸槽的底部表面進(jìn)行清潔；步驟S60:在 所述步驟S40后，在所述接觸槽的底部表面上沉積第一金屬并形成金屬硅化物；步驟S80: 在所述步驟S60后，在所述接觸槽內(nèi)沉積第二金屬以形成接觸層。
[0020] 進(jìn)一步地，所述步驟S60包括：子步驟S62 :在所述接觸槽的底部表面上沉積所述 第一金屬；子步驟S64:進(jìn)行熱退火，形成金屬硅化物；子步驟S66:去除未反應(yīng)的所述第一 金屬。
[0021] 進(jìn)一步地，所述第一金屬為NiPt或W。
[0022] 進(jìn)一步地，所述子步驟S62中沉積的所述第一金屬為NiPt;所述子步驟S64包括： 分步驟S641，進(jìn)行一次熱退火以生成Ni2PtSi;分步驟S643,在所述分步驟S641后進(jìn)行二 次熱退火以生成NiPtSi金屬硅化物；所述子步驟S66在所述分步驟S641和所述分步驟 S643之間進(jìn)行。
[0023]進(jìn)一步地，所述一次熱退火為低溫?zé)嵬嘶?，低溫?zé)嵬嘶鸬臏囟葹?30°C至300°C， 退火時(shí)間為20s至40s;所述二次熱退火為高溫?zé)嵬嘶?，高溫?zé)嵬嘶鸬臏囟葹?50°C至 600°C，退火時(shí)間為20s至40s，或者所述二次熱退火采用激光退火，激光退火的溫度為 800°C至 900°C。
[0024] 進(jìn)一步地，所述子步驟S66中，采用硫酸和雙氧水的混合物對(duì)所述第一金屬進(jìn)行 濕法剝離。
[0025] 根據(jù)本申請(qǐng)的接觸槽的清潔工藝和接觸層的形成方法，由于采用SCI清洗液清潔 接觸槽的底部表面，移除該底部表面的顆粒，以及采用臭氧化去離子水清潔該底部表面，氧 化該底部表面并在該底部表面形成氧化物使該底部表面趨于平滑，再用SiCoNi預(yù)清工藝 清潔底部表面，移除之前的清潔過(guò)程中形成的氧化物，可以提高接觸層的金屬塞與硅表面 之間的金屬硅化物與硅表面之間接觸程度，從而減少接觸電阻，提高半導(dǎo)體元器件的電氣 性能。另外，采用以上清潔工藝代替后柵工藝中形成接觸層時(shí)的DHF清潔工藝與SiCoNi預(yù) 清工藝聯(lián)合使用的傳統(tǒng)清潔工藝，可以改善接觸層的金屬塞的關(guān)鍵尺寸，從而提高半導(dǎo)體 元器件的電氣性能。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí) 施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0027] 圖1是在后金屬硅化物工藝中，采用SiCoNi預(yù)清工藝，對(duì)形成金屬硅化物的硅表 面進(jìn)行表面處理后，所形成的金屬硅化物與相應(yīng)的有源區(qū)和接觸層的掃描電鏡圖；
[0028] 圖2A是現(xiàn)有技術(shù)的后柵工藝中接觸層形成過(guò)程中，接觸槽蝕刻完畢的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0029] 圖2B是現(xiàn)有技術(shù)的后柵工藝中接觸層形成過(guò)程中，接觸槽清潔完畢后的結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0030] 圖2C是現(xiàn)有技術(shù)的后柵工藝中接觸層形成過(guò)程中，形成金屬硅化物并沉積金屬 塞材料后的結(jié)構(gòu)意圖；
[0031] 圖3A是本申請(qǐng)優(yōu)選實(shí)施例的接觸槽的清潔工藝中，采用SCI清洗液對(duì)接觸槽進(jìn)行 清潔的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3B是本申請(qǐng)優(yōu)選實(shí)施例的接觸槽的清潔工藝中，采用臭氧化去離子水對(duì)接觸 槽進(jìn)行清潔的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖3C是本申請(qǐng)優(yōu)選實(shí)施例的接觸槽的清潔工藝中，采用SiCoNi預(yù)清工藝對(duì)接觸 槽進(jìn)行清潔的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖3D是采用本申請(qǐng)優(yōu)選實(shí)施例的接觸槽的清潔工藝后，形成了金屬