專(zhuān)利名稱(chēng)：間隙壁的制造方法及其蝕刻后的清洗方法與半導(dǎo)體元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件與工藝，特別是涉及一種間隙壁的制造方法及其蝕刻后的清洗方法與半導(dǎo)體元件。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有地，在金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(MOS)的制造過(guò)程中，會(huì)在柵極的側(cè)壁上形成間隙壁(spacer)，來(lái)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(gòu)成的整個(gè)結(jié)構(gòu)，來(lái)進(jìn)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(dǎo)體基底上依序形成一層?xùn)叛趸瘜优c一層多晶硅層。然后，定義柵氧化層與多晶硅層以形成一柵極結(jié)構(gòu)等步驟之后所進(jìn)行。此工藝先形成一層氮化硅層完整覆蓋整個(gè)柵極結(jié)構(gòu)，然后，進(jìn)行一蝕刻步驟，以于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)壁形成氮化硅間隙壁，來(lái)完成。接下來(lái)，在間隙壁蝕刻工藝之后、進(jìn)行后續(xù)工藝之前，會(huì)將整個(gè)晶片置于一清洗槽中，以進(jìn)行清洗步驟，以移除附著于基底上的微粒以及蝕刻后所殘留的聚合物(polymer)。
然而，清洗步驟中所使用的化學(xué)清潔溶液，往往會(huì)造成間隙壁表面損傷(damage)，且會(huì)損耗間隙壁的膜層，而使間隙壁的寬度減少，進(jìn)而將導(dǎo)致短通道效應(yīng)和柵極-源極/漏極電容值的增加。另外，亦會(huì)造成間隙壁寬度不易控制等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的就是在提供一種間隙壁的制造方法，能夠保護(hù)間隙壁，以避免膜層表面損傷及損耗膜層而使其變薄的問(wèn)題。
本發(fā)明的另一目的是提供一種間隙壁蝕刻后的清洗方法，能夠解決間隙壁寬度不易控制的問(wèn)題。
本發(fā)明的又一目的是提供一種半導(dǎo)體元件，具有一間隙壁保護(hù)層，以保護(hù)間隙壁不受到損傷及損耗的問(wèn)題。
本發(fā)明提出一種間隙壁的制造方法，此制造方法為，提供已形成有元件結(jié)構(gòu)的基底，而元件結(jié)構(gòu)包括柵極結(jié)構(gòu)以及源極/漏極區(qū)。然后，于基底上方形成間隙壁材料層，以覆蓋基底與元件結(jié)構(gòu)。接著，進(jìn)行一蝕刻工藝，移除部分間隙壁材料層，以于柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成間隙壁。之后，進(jìn)行一等離子體處理步驟，于基底、間隙壁與元件結(jié)構(gòu)表面形成間隙壁保護(hù)層。
依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的等離子體處理步驟的反應(yīng)氣體例如是含氧氣體。含氧氣體例如是氧氣以及選自氮?dú)?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(yīng)時(shí)間介于20至40秒之間。
依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的間隙壁保護(hù)層例如是一氧化層。另外，間隙壁材料層的材料例如是氮化硅。
依照本發(fā)明的實(shí)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(fā)明的實(shí)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(yīng)腔室中進(jìn)行。
本發(fā)明還提出一種間隙壁蝕刻后的清洗方法，此方法為提供已形成有一元件結(jié)構(gòu)的一基底，而元件結(jié)構(gòu)包括柵極結(jié)構(gòu)以及源極/漏極區(qū)，且柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁已形成有間隙壁。然后，進(jìn)行一等離子體處理步驟，以于基底、間隙壁與元件結(jié)構(gòu)的表面形成間隙壁保護(hù)層。接著，對(duì)基底、間隙壁與元件結(jié)構(gòu)進(jìn)行至少一清洗步驟。
依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的等離子體處理步驟的反應(yīng)氣體例如是含氧氣體。含氧氣體例如是氧氣以及選自氮?dú)狻鍤?、氖氣、氦氣所組成的族群。等離子體處理步驟的反應(yīng)時(shí)間介于20至40秒之間。
依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的間隙壁保護(hù)層例如是一氧化層。另外，間隙壁材料層的材料例如是氮化硅。
依照本發(fā)明的實(shí)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(fā)明的實(shí)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(yīng)腔室中進(jìn)行。
依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的清洗步驟的清洗液例如是硫酸(H2SO4)/過(guò)氧化氫(H2O2)/水(H2O)的混合液(標(biāo)準(zhǔn)清洗液SPM)、氯化氫(HCl)/過(guò)氧化氫(H2O2)/水(H2O)的混合液(標(biāo)準(zhǔn)清洗液HPM)或氨水(NH4OH)/過(guò)氧化氫(H2O2)/水(H2O)的混合液(標(biāo)準(zhǔn)清洗液APM)。
本發(fā)明又提出一種半導(dǎo)體元件，此半導(dǎo)體元件包括元件結(jié)構(gòu)、間隙壁以及間隙壁保護(hù)層。其中，元件結(jié)構(gòu)包括一柵極結(jié)構(gòu)以及一源極/漏極區(qū)，而柵極結(jié)構(gòu)配置于基底上，且源極/漏極區(qū)配置于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的基底中。另外，間隙壁配置于柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁，間隙壁保護(hù)層配置于基底、間隙壁與元件結(jié)構(gòu)的表面。
依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的間隙壁的材料例如是氮化硅。另外，間隙壁保護(hù)層例如是氧化層。
本發(fā)明于間隙壁的蝕刻工藝后，進(jìn)行一等離子體處理步驟，以形成一層間隙壁保護(hù)層，用以保護(hù)間隙壁。另一方面，在后續(xù)的清洗步驟中，由于間隙壁上覆蓋有一層間隙壁保護(hù)層，因此可避免現(xiàn)有清洗步驟會(huì)造成間隙壁表面損傷或使間隙壁變薄等問(wèn)題。此外，也由于在間隙壁的蝕刻工藝后，進(jìn)行等離子體處理步驟形成一層間隙壁保護(hù)層，因此可提高清洗步驟的等待時(shí)間(queue time，Q-time)，如此可有效節(jié)省工藝成本。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下配合附圖以及優(yōu)選實(shí)施例，以更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。


圖1A至圖1D為依照本發(fā)明實(shí)施例所繪示的間隙壁的制造流程剖面圖。
圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例所繪示的間隙壁蝕刻后的清洗方法的流程圖。
簡(jiǎn)單符號(hào)說(shuō)明100基底102元件結(jié)構(gòu)102a柵極結(jié)構(gòu)102b源極/漏極區(qū)104氧化硅層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(hù)層200、210、220步驟具體實(shí)施方式
圖1A至圖1D為依照本發(fā)明實(shí)施例所繪示的間隙壁的制造流程剖面圖。
首先，請(qǐng)參照?qǐng)D1A，于一基底100上形成一元件結(jié)構(gòu)102。其中，基底100例如是硅基底。元件結(jié)構(gòu)102可例如是由柵極結(jié)構(gòu)102a以及源極/漏極區(qū)102b所構(gòu)成，而元件結(jié)構(gòu)102的形成方法與材料為此領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知，于此不再贅述。
然后，請(qǐng)參照?qǐng)D1B，于基底100上方形成一間隙壁材料層106，覆蓋整個(gè)基底100與元件結(jié)構(gòu)102。間隙壁材料層106的材料例如是氮化硅，其形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法。在一實(shí)施例中，于間隙壁材料層106形成前，可于基底100與元件結(jié)構(gòu)102上形成一層氧化硅層104。上述氧化硅層104的形成方法例如是熱氧化法，而此氧化硅層104的作用是，作為后續(xù)的間隙壁蝕刻工藝的蝕刻終止層。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1C，進(jìn)行一蝕刻步驟108，移除部分間隙壁材料層106，以于柵極結(jié)構(gòu)102a側(cè)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(jìn)行蝕刻步驟108期間，可能因?yàn)槲g刻氣體中所存在的有機(jī)化合物，而在間隙壁106a的側(cè)壁形成預(yù)期外的聚合物(polymer)等副產(chǎn)物(by-product)。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1D，本發(fā)明在蝕刻步驟108之后，以及后續(xù)預(yù)進(jìn)行的清洗步驟前，進(jìn)行一等離子體處理步驟110，以于基底100、間隙壁106a與元件結(jié)構(gòu)102表面形成一間隙壁保護(hù)層112，而此間隙壁保護(hù)層112用以保護(hù)間隙壁106a。間隙壁保護(hù)層112例如是一氧化層。等離子體處理步驟110的操作參數(shù)例如是，壓力為50mtorr左右，功率為600W左右，反應(yīng)氣體的流量例如是在8000sccm以下，優(yōu)選是在180sccm左右，而反應(yīng)時(shí)間為介于20至40秒之間。其中，等離子體處理步驟110的反應(yīng)氣體例如是一含氧氣體，其例如是氧氣以及選自氮?dú)?N2)、氬氣(Ar)、氖氣(Ne)、氦氣(He)等鈍氣(inert gas)所組成的族群。
在一實(shí)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(chǎng)(in suit)的方式進(jìn)行，亦即是在相同的反應(yīng)腔室(chamber)中進(jìn)行。在另一實(shí)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(yīng)腔室中進(jìn)行。
承上述，本發(fā)明亦可應(yīng)用于補(bǔ)償間隙壁(offset spacer)的制作上，其例如是以現(xiàn)有的工藝完成補(bǔ)償間隙壁的制作后，再進(jìn)行一等離子體處理步驟，以形成一層氧化層，用以保護(hù)補(bǔ)償間隙壁。同樣地，其制造方法可如上所述，于此不再贅述。
在完成本發(fā)明的間隙壁的制造后，更可繼續(xù)進(jìn)行清洗步驟，以移除在蝕刻步驟108期間，所形成的預(yù)期外的聚合物或其它微粒。以下，詳細(xì)說(shuō)明蝕刻間隙壁106后的清洗步驟。圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例所繪示的間隙壁蝕刻后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(jié)構(gòu)，此元件結(jié)構(gòu)包括柵極結(jié)構(gòu)與源極/漏極區(qū)，且在柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁已形成有間隙壁。
步驟210，進(jìn)行一等離子體處理步驟。此等離子體處理步驟可于基底、間隙壁與元件結(jié)構(gòu)的表面形成一間隙壁保護(hù)層。
步驟220，進(jìn)行至少一次的清洗步驟，以移除附著于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(guò)氧化氫(H2O2)/水(H2O)的混合液(標(biāo)準(zhǔn)清洗液SPM)、氯化氫(HCl)/過(guò)氧化氫(H2O2)/水(H2O)的混合液(標(biāo)準(zhǔn)清洗液HPM)或氨水(NH4OH)/過(guò)氧化氫(H2O2)/水(H2O)的混合液(標(biāo)準(zhǔn)清洗液APM)。
在一實(shí)施例中，清洗步驟例如是將基底、間隙壁與元件結(jié)構(gòu)整個(gè)浸入裝有SPM清洗液的環(huán)境中。在另一實(shí)施例中，清洗步驟例如是先將基底、間隙壁與元件結(jié)構(gòu)整個(gè)浸入裝有SPM清洗液的環(huán)境中。然后，再將其浸入裝有APM清洗液的環(huán)境中。當(dāng)然，本發(fā)明并不對(duì)此清洗步驟的次數(shù)與清洗液做特別的限定。
值得注意的是，本發(fā)明的特點(diǎn)為在間隙壁的蝕刻工藝后，進(jìn)行一等離子體處理步驟，以形成一層間隙壁保護(hù)層，用以保護(hù)間隙壁。另一方面，在后續(xù)的清洗步驟中，由于間隙壁上覆蓋有一層間隙壁保護(hù)層，因此清洗步驟的清洗液不會(huì)對(duì)間隙壁造成影響，亦即是可避免現(xiàn)有清洗步驟會(huì)造成間隙壁表面損傷或使間隙壁變薄等問(wèn)題。特別是，也由于在間隙壁的蝕刻工藝后，進(jìn)行等離子體處理步驟形成一層間隙壁保護(hù)層，保護(hù)間隙壁不會(huì)受清洗液侵蝕，因此可提高清洗步驟的等待時(shí)間(queue time，Q-time)，如此可有效節(jié)省工藝成本。上述，清洗步驟的等待時(shí)間是指經(jīng)間隙壁的蝕刻工藝，并完成等離子體處理步驟后，到進(jìn)行清洗步驟前的這一段時(shí)間。
接下來(lái)，為了詳述本發(fā)明，以下說(shuō)明本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)。
請(qǐng)?jiān)俅螀⒄請(qǐng)D1D，半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)包括元件結(jié)構(gòu)102、間隙壁106a以及間隙壁保護(hù)層112。其中，元件結(jié)構(gòu)102包括一柵極結(jié)構(gòu)102a以及一源極/漏極區(qū)102b，而柵極結(jié)構(gòu)102a配置于基底100上，且源極/漏極區(qū)102b配置于柵極結(jié)構(gòu)102a兩側(cè)的基底100中。間隙壁106a配置于柵極結(jié)構(gòu)102a側(cè)壁，間隙壁106a的材料例如是氮化硅。另外，間隙壁保護(hù)層112配置于基底100、間隙壁106a與元件結(jié)構(gòu)102的表面，而間隙壁保護(hù)層112例如是一氧化層。特別是，此間隙壁保護(hù)層112以一等離子體處理步驟形成，其用以保護(hù)間隙壁106a，于進(jìn)行清洗步驟時(shí)，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(wèn)題。
綜上所述，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明在間隙壁上形成間隙壁保護(hù)層以保護(hù)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(wèn)題。
2.本發(fā)明在間隙壁蝕刻工藝之后、清洗步驟前，進(jìn)行一等離子體處理步驟，以解決間隙壁寬度不易控制等問(wèn)題。
3.本發(fā)明可提高清洗步驟的等待時(shí)間(Q-time)，以有效節(jié)省工藝成本。
雖然本發(fā)明以?xún)?yōu)選實(shí)施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種間隙壁的制造方法，包括提供已形成有一元件結(jié)構(gòu)的一基底，該元件結(jié)構(gòu)包括一柵極結(jié)構(gòu)以及一源極/漏極區(qū)；于該基底上方形成一間隙壁材料層，覆蓋該基底與該元件結(jié)構(gòu)；進(jìn)行一蝕刻工藝，移除部分該間隙壁材料層，以于該柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成一間隙壁；以及進(jìn)行一等離子體處理步驟，以于該基底、該間隙壁與該元件結(jié)構(gòu)表面形成一間隙壁保護(hù)層。
2.如權(quán)利要求1所述的間隙壁的制造方法，其中該等離子體處理步驟的反應(yīng)氣體包括一含氧氣體。
3.如權(quán)利要求2所述的間隙壁的制造方法，其中該含氧氣體包括氧氣以及選自氮?dú)狻鍤?、氖氣、氦氣所組成的族群。
4.如權(quán)利要求1所述的間隙壁的制造方法，其中該等離子體處理步驟的反應(yīng)時(shí)間介于20至40秒之間。
5.如權(quán)利要求1所述的間隙壁的制造方法，其中該間隙壁保護(hù)層包括一氧化層。
6.如權(quán)利要求1所述的間隙壁的制造方法，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(quán)利要求1所述的間隙壁的制造方法，其中該間隙壁材料層的材料包括氮化硅。
8.如權(quán)利要求1所述的間隙壁的制造方法，其中該蝕刻步驟與該等離子體處理步驟包括在同一反應(yīng)腔室中進(jìn)行。
9.一種間隙壁蝕刻后的清洗方法，包括提供已形成有一元件結(jié)構(gòu)的一基底，其中該元件結(jié)構(gòu)包括一柵極結(jié)構(gòu)以及一源極/漏極區(qū)，且該柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁已形成有一間隙壁；進(jìn)行一等離子體處理步驟，以于該基底、該間隙壁與該元件結(jié)構(gòu)的表面形成一間隙壁保護(hù)層；以及對(duì)該基底、該間隙壁與該元件結(jié)構(gòu)進(jìn)行至少一清洗步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的間隙壁蝕刻后的清洗方法，其中該等離子體處理步驟的反應(yīng)氣體包括一含氧氣體。
11.如權(quán)利要求10所述的間隙壁蝕刻后的清洗方法，其中該含氧氣體包括氧氣以及選自于由氮?dú)?、氬氣、氖氣、氦氣所組成的族群的其中之一。
12.如權(quán)利要求9所述的間隙壁蝕刻后的清洗方法，其中該等離子體處理步驟的反應(yīng)時(shí)間介于20至40秒之間。
13.如權(quán)利要求9所述的間隙壁蝕刻后的清洗方法，其中該間隙壁保護(hù)層包括一氧化層。
14.如權(quán)利要求9所述的間隙壁蝕刻后的清洗方法，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(quán)利要求9所述的間隙壁蝕刻后的清洗方法，其中該間隙壁的材料包括氮化硅。
16.如權(quán)利要求9所述的間隙壁蝕刻后的清洗方法，其中該蝕刻步驟與該等離子體處理步驟包括在同一反應(yīng)腔室中進(jìn)行。
17.如權(quán)利要求9所述的間隙壁蝕刻后的清洗方法，其中該清洗步驟的清洗液包括硫酸/過(guò)氧化氫/水的混合液、氯化氫/過(guò)氧化氫/水的混合液或氨水/過(guò)氧化氫/水的混合液。
18.一種半導(dǎo)體元件，包括一元件結(jié)構(gòu)，該元件結(jié)構(gòu)包括一柵極結(jié)構(gòu)以及一源極/漏極區(qū)，其中該柵極結(jié)構(gòu)配置于一基底上，且該源極/漏極區(qū)配置于該柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的該基底中；一間隙壁，配置于該柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁；以及一間隙壁保護(hù)層，配置于該基底、該間隙壁與該元件結(jié)構(gòu)的表面。
19.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其中該間隙壁的材料包括氮化硅。
20.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其中該間隙壁保護(hù)層包括氧化層。
全文摘要
一種間隙壁的制造方法，此制造方法為，提供已形成有元件結(jié)構(gòu)的基底，而元件結(jié)構(gòu)包括柵極結(jié)構(gòu)以及源極/漏極區(qū)。然后，于基底上方形成間隙壁材料層，以覆蓋基底與元件結(jié)構(gòu)。接著，進(jìn)行一蝕刻工藝，移除部分間隙壁材料層，以于柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成間隙壁。之后，進(jìn)行一等離子體處理步驟，于基底、間隙壁與元件結(jié)構(gòu)表面形成間隙壁保護(hù)層。
文檔編號(hào)H01L29/66GK1933111SQ20051010386
公開(kāi)日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2005年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月16日
發(fā)明者王傳凱, 陳薏新, 劉家瑞, 陳瓀懿, 林明邑 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司