間隙壁的製造方法及其蝕刻後的清洗方法與半導體元件的製作方法
2023-04-25 09:22:36 2
專利名稱：間隙壁的製造方法及其蝕刻後的清洗方法與半導體元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體元件與工藝，特別是涉及一種間隙壁的製造方法及其蝕刻後的清洗方法與半導體元件。
背景技術：
現有地，在金屬氧化物半導體電晶體(MOS)的製造過程中，會在柵極的側壁上形成間隙壁(spacer)，來幫助柵極與源極/漏極的隔離。最重要的，是要利用間隙壁與柵極所構成的整個結構，來進行源極/漏極的摻雜(doping)步驟。
一般而言，柵極間隙壁工藝在一半導體基底上依序形成一層柵氧化層與一層多晶矽層。然後，定義柵氧化層與多晶矽層以形成一柵極結構等步驟之後所進行。此工藝先形成一層氮化矽層完整覆蓋整個柵極結構，然後，進行一蝕刻步驟，以於柵極結構兩側壁形成氮化矽間隙壁，來完成。接下來，在間隙壁蝕刻工藝之後、進行後續工藝之前，會將整個晶片置於一清洗槽中，以進行清洗步驟，以移除附著於基底上的微粒以及蝕刻後所殘留的聚合物(polymer)。
然而，清洗步驟中所使用的化學清潔溶液，往往會造成間隙壁表面損傷(damage)，且會損耗間隙壁的膜層，而使間隙壁的寬度減少，進而將導致短通道效應和柵極-源極/漏極電容值的增加。另外，亦會造成間隙壁寬度不易控制等問題。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種間隙壁的製造方法，能夠保護間隙壁，以避免膜層表面損傷及損耗膜層而使其變薄的問題。
本發明的另一目的是提供一種間隙壁蝕刻後的清洗方法，能夠解決間隙壁寬度不易控制的問題。
本發明的又一目的是提供一種半導體元件，具有一間隙壁保護層，以保護間隙壁不受到損傷及損耗的問題。
本發明提出一種間隙壁的製造方法，此製造方法為，提供已形成有元件結構的基底，而元件結構包括柵極結構以及源極/漏極區。然後，於基底上方形成間隙壁材料層，以覆蓋基底與元件結構。接著，進行一蝕刻工藝，移除部分間隙壁材料層，以於柵極結構側壁形成間隙壁。之後，進行一等離子體處理步驟，於基底、間隙壁與元件結構表面形成間隙壁保護層。
依照本發明的實施例所述，上述的等離子體處理步驟的反應氣體例如是含氧氣體。含氧氣體例如是氧氣以及選自氮氣(N2)、氬氣(Ar)、氖氣(Ne)、氦氣(He)所組成的族群。等離子體處理步驟的反應時間介於20至40秒之間。
依照本發明的實施例所述，上述的間隙壁保護層例如是一氧化層。另外，間隙壁材料層的材料例如是氮化矽。
依照本發明的實施例所述，上述的蝕刻工藝的蝕刻氣體例如是六氟化碳/二氧化碳/氟化甲烷(C2F6/CO2/CH3F)。
依照本發明的實施例所述，上述的蝕刻步驟與等離子體處理步驟例如是在同一反應腔室中進行。
本發明還提出一種間隙壁蝕刻後的清洗方法，此方法為提供已形成有一元件結構的一基底，而元件結構包括柵極結構以及源極/漏極區，且柵極結構側壁已形成有間隙壁。然後，進行一等離子體處理步驟，以於基底、間隙壁與元件結構的表面形成間隙壁保護層。接著，對基底、間隙壁與元件結構進行至少一清洗步驟。
依照本發明的實施例所述，上述的等離子體處理步驟的反應氣體例如是含氧氣體。含氧氣體例如是氧氣以及選自氮氣、氬氣、氖氣、氦氣所組成的族群。等離子體處理步驟的反應時間介於20至40秒之間。
依照本發明的實施例所述，上述的間隙壁保護層例如是一氧化層。另外，間隙壁材料層的材料例如是氮化矽。
依照本發明的實施例所述，上述的蝕刻工藝的蝕刻氣體例如是六氟化碳/二氧化碳/氟化甲烷。
依照本發明的實施例所述，上述的蝕刻步驟與等離子體處理步驟例如是在同一反應腔室中進行。
依照本發明的實施例所述，上述的清洗步驟的清洗液例如是硫酸(H2SO4)/過氧化氫(H2O2)/水(H2O)的混合液(標準清洗液SPM)、氯化氫(HCl)/過氧化氫(H2O2)/水(H2O)的混合液(標準清洗液HPM)或氨水(NH4OH)/過氧化氫(H2O2)/水(H2O)的混合液(標準清洗液APM)。
本發明又提出一種半導體元件，此半導體元件包括元件結構、間隙壁以及間隙壁保護層。其中，元件結構包括一柵極結構以及一源極/漏極區，而柵極結構配置於基底上，且源極/漏極區配置於柵極結構兩側的基底中。另外，間隙壁配置於柵極結構側壁，間隙壁保護層配置於基底、間隙壁與元件結構的表面。
依照本發明的實施例所述，上述的間隙壁的材料例如是氮化矽。另外，間隙壁保護層例如是氧化層。
本發明於間隙壁的蝕刻工藝後，進行一等離子體處理步驟，以形成一層間隙壁保護層，用以保護間隙壁。另一方面，在後續的清洗步驟中，由於間隙壁上覆蓋有一層間隙壁保護層，因此可避免現有清洗步驟會造成間隙壁表面損傷或使間隙壁變薄等問題。此外，也由於在間隙壁的蝕刻工藝後，進行等離子體處理步驟形成一層間隙壁保護層，因此可提高清洗步驟的等待時間(queue time，Q-time)，如此可有效節省工藝成本。
為讓本發明的上述和其它目的、特徵和優點能更明顯易懂，以下配合附圖以及優選實施例，以更詳細地說明本發明。
圖1A至圖1D為依照本發明實施例所繪示的間隙壁的製造流程剖面圖。
圖2為依照本發明實施例所繪示的間隙壁蝕刻後的清洗方法的流程圖。
簡單符號說明100基底102元件結構102a柵極結構102b源極/漏極區104氧化矽層106間隙壁材料層106a間隙壁108蝕刻步驟110等離子體處理步驟
112間隙壁保護層200、210、220步驟具體實施方式
圖1A至圖1D為依照本發明實施例所繪示的間隙壁的製造流程剖面圖。
首先，請參照圖1A，於一基底100上形成一元件結構102。其中，基底100例如是矽基底。元件結構102可例如是由柵極結構102a以及源極/漏極區102b所構成，而元件結構102的形成方法與材料為此領域的技術人員所熟知，於此不再贅述。
然後，請參照圖1B，於基底100上方形成一間隙壁材料層106，覆蓋整個基底100與元件結構102。間隙壁材料層106的材料例如是氮化矽，其形成方法例如是化學氣相沉積法。在一實施例中，於間隙壁材料層106形成前，可於基底100與元件結構102上形成一層氧化矽層104。上述氧化矽層104的形成方法例如是熱氧化法，而此氧化矽層104的作用是，作為後續的間隙壁蝕刻工藝的蝕刻終止層。
接著，請參照圖1C，進行一蝕刻步驟108，移除部分間隙壁材料層106，以於柵極結構102a側壁形成間隙壁106a。蝕刻步驟108例如是一各向異性蝕刻工藝，而其所使用的蝕刻氣體例如是六氟化碳/二氧化碳/氟化甲烷(C2F6/CO2/CH3F)或其它適合的蝕刻氣體。然而，在進行蝕刻步驟108期間，可能因為蝕刻氣體中所存在的有機化合物，而在間隙壁106a的側壁形成預期外的聚合物(polymer)等副產物(by-product)。
接著，請參照圖1D，本發明在蝕刻步驟108之後，以及後續預進行的清洗步驟前，進行一等離子體處理步驟110，以於基底100、間隙壁106a與元件結構102表面形成一間隙壁保護層112，而此間隙壁保護層112用以保護間隙壁106a。間隙壁保護層112例如是一氧化層。等離子體處理步驟110的操作參數例如是，壓力為50mtorr左右，功率為600W左右，反應氣體的流量例如是在8000sccm以下，優選是在180sccm左右，而反應時間為介於20至40秒之間。其中，等離子體處理步驟110的反應氣體例如是一含氧氣體，其例如是氧氣以及選自氮氣(N2)、氬氣(Ar)、氖氣(Ne)、氦氣(He)等鈍氣(inert gas)所組成的族群。
在一實施例中，上述的蝕刻步驟108與等離子體處理步驟110可例如是以臨場(in suit)的方式進行，亦即是在相同的反應腔室(chamber)中進行。在另一實施例中，蝕刻步驟108與等離子體處理步驟110亦可例如是在不同的反應腔室中進行。
承上述，本發明亦可應用於補償間隙壁(offset spacer)的製作上，其例如是以現有的工藝完成補償間隙壁的製作後，再進行一等離子體處理步驟，以形成一層氧化層，用以保護補償間隙壁。同樣地，其製造方法可如上所述，於此不再贅述。
在完成本發明的間隙壁的製造後，更可繼續進行清洗步驟，以移除在蝕刻步驟108期間，所形成的預期外的聚合物或其它微粒。以下，詳細說明蝕刻間隙壁106後的清洗步驟。圖2為依照本發明實施例所繪示的間隙壁蝕刻後的清洗方法的流程圖。
步驟200，提供一基底。此基底上已形成有元件結構，此元件結構包括柵極結構與源極/漏極區，且在柵極結構側壁已形成有間隙壁。
步驟210，進行一等離子體處理步驟。此等離子體處理步驟可於基底、間隙壁與元件結構的表面形成一間隙壁保護層。
步驟220，進行至少一次的清洗步驟，以移除附著於晶片上的聚合物與其它微粒。其中，此清洗步驟所使用的清洗液例如是硫酸(H2SO4)/過氧化氫(H2O2)/水(H2O)的混合液(標準清洗液SPM)、氯化氫(HCl)/過氧化氫(H2O2)/水(H2O)的混合液(標準清洗液HPM)或氨水(NH4OH)/過氧化氫(H2O2)/水(H2O)的混合液(標準清洗液APM)。
在一實施例中，清洗步驟例如是將基底、間隙壁與元件結構整個浸入裝有SPM清洗液的環境中。在另一實施例中，清洗步驟例如是先將基底、間隙壁與元件結構整個浸入裝有SPM清洗液的環境中。然後，再將其浸入裝有APM清洗液的環境中。當然，本發明並不對此清洗步驟的次數與清洗液做特別的限定。
值得注意的是，本發明的特點為在間隙壁的蝕刻工藝後，進行一等離子體處理步驟，以形成一層間隙壁保護層，用以保護間隙壁。另一方面，在後續的清洗步驟中，由於間隙壁上覆蓋有一層間隙壁保護層，因此清洗步驟的清洗液不會對間隙壁造成影響，亦即是可避免現有清洗步驟會造成間隙壁表面損傷或使間隙壁變薄等問題。特別是，也由於在間隙壁的蝕刻工藝後，進行等離子體處理步驟形成一層間隙壁保護層，保護間隙壁不會受清洗液侵蝕，因此可提高清洗步驟的等待時間(queue time，Q-time)，如此可有效節省工藝成本。上述，清洗步驟的等待時間是指經間隙壁的蝕刻工藝，並完成等離子體處理步驟後，到進行清洗步驟前的這一段時間。
接下來，為了詳述本發明，以下說明本發明的半導體元件的結構。
請再次參照圖1D，半導體元件的結構包括元件結構102、間隙壁106a以及間隙壁保護層112。其中，元件結構102包括一柵極結構102a以及一源極/漏極區102b，而柵極結構102a配置於基底100上，且源極/漏極區102b配置於柵極結構102a兩側的基底100中。間隙壁106a配置於柵極結構102a側壁，間隙壁106a的材料例如是氮化矽。另外，間隙壁保護層112配置於基底100、間隙壁106a與元件結構102的表面，而間隙壁保護層112例如是一氧化層。特別是，此間隙壁保護層112以一等離子體處理步驟形成，其用以保護間隙壁106a，於進行清洗步驟時，不受到清洗液侵蝕，而造成間隙壁表面損傷或使間隙壁變薄等問題。
綜上所述，本發明至少具有下列優點1.本發明在間隙壁上形成間隙壁保護層以保護間隙壁，不受到清洗液侵蝕，而造成膜層表面損傷或變薄等問題。
2.本發明在間隙壁蝕刻工藝之後、清洗步驟前，進行一等離子體處理步驟，以解決間隙壁寬度不易控制等問題。
3.本發明可提高清洗步驟的等待時間(Q-time)，以有效節省工藝成本。
雖然本發明以優選實施例揭露如上，然而其並非用以限定本發明，本領域的技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍應當以後附的權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種間隙壁的製造方法，包括提供已形成有一元件結構的一基底，該元件結構包括一柵極結構以及一源極/漏極區；於該基底上方形成一間隙壁材料層，覆蓋該基底與該元件結構；進行一蝕刻工藝，移除部分該間隙壁材料層，以於該柵極結構側壁形成一間隙壁；以及進行一等離子體處理步驟，以於該基底、該間隙壁與該元件結構表面形成一間隙壁保護層。
2.如權利要求1所述的間隙壁的製造方法，其中該等離子體處理步驟的反應氣體包括一含氧氣體。
3.如權利要求2所述的間隙壁的製造方法，其中該含氧氣體包括氧氣以及選自氮氣、氬氣、氖氣、氦氣所組成的族群。
4.如權利要求1所述的間隙壁的製造方法，其中該等離子體處理步驟的反應時間介於20至40秒之間。
5.如權利要求1所述的間隙壁的製造方法，其中該間隙壁保護層包括一氧化層。
6.如權利要求1所述的間隙壁的製造方法，其中該蝕刻工藝的蝕刻氣體包括六氟化碳/二氧化碳/氟化甲烷。
7.如權利要求1所述的間隙壁的製造方法，其中該間隙壁材料層的材料包括氮化矽。
8.如權利要求1所述的間隙壁的製造方法，其中該蝕刻步驟與該等離子體處理步驟包括在同一反應腔室中進行。
9.一種間隙壁蝕刻後的清洗方法，包括提供已形成有一元件結構的一基底，其中該元件結構包括一柵極結構以及一源極/漏極區，且該柵極結構側壁已形成有一間隙壁；進行一等離子體處理步驟，以於該基底、該間隙壁與該元件結構的表面形成一間隙壁保護層；以及對該基底、該間隙壁與該元件結構進行至少一清洗步驟。
10.如權利要求9所述的間隙壁蝕刻後的清洗方法，其中該等離子體處理步驟的反應氣體包括一含氧氣體。
11.如權利要求10所述的間隙壁蝕刻後的清洗方法，其中該含氧氣體包括氧氣以及選自於由氮氣、氬氣、氖氣、氦氣所組成的族群的其中之一。
12.如權利要求9所述的間隙壁蝕刻後的清洗方法，其中該等離子體處理步驟的反應時間介於20至40秒之間。
13.如權利要求9所述的間隙壁蝕刻後的清洗方法，其中該間隙壁保護層包括一氧化層。
14.如權利要求9所述的間隙壁蝕刻後的清洗方法，其中該蝕刻工藝的蝕刻氣體包括六氟化碳/二氧化碳/氟化甲烷。
15.如權利要求9所述的間隙壁蝕刻後的清洗方法，其中該間隙壁的材料包括氮化矽。
16.如權利要求9所述的間隙壁蝕刻後的清洗方法，其中該蝕刻步驟與該等離子體處理步驟包括在同一反應腔室中進行。
17.如權利要求9所述的間隙壁蝕刻後的清洗方法，其中該清洗步驟的清洗液包括硫酸/過氧化氫/水的混合液、氯化氫/過氧化氫/水的混合液或氨水/過氧化氫/水的混合液。
18.一種半導體元件，包括一元件結構，該元件結構包括一柵極結構以及一源極/漏極區，其中該柵極結構配置於一基底上，且該源極/漏極區配置於該柵極結構兩側的該基底中；一間隙壁，配置於該柵極結構側壁；以及一間隙壁保護層，配置於該基底、該間隙壁與該元件結構的表面。
19.如權利要求18所述的半導體元件，其中該間隙壁的材料包括氮化矽。
20.如權利要求18所述的半導體元件，其中該間隙壁保護層包括氧化層。
全文摘要
一種間隙壁的製造方法，此製造方法為，提供已形成有元件結構的基底，而元件結構包括柵極結構以及源極/漏極區。然後，於基底上方形成間隙壁材料層，以覆蓋基底與元件結構。接著，進行一蝕刻工藝，移除部分間隙壁材料層，以於柵極結構側壁形成間隙壁。之後，進行一等離子體處理步驟，於基底、間隙壁與元件結構表面形成間隙壁保護層。
文檔編號H01L29/66GK1933111SQ20051010386
公開日2007年3月21日 申請日期2005年9月16日 優先權日2005年9月16日
發明者王傳凱, 陳薏新, 劉家瑞, 陳瓀懿, 林明邑 申請人:聯華電子股份有限公司