專利名稱：表面氧化物的去除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種表面氧化物的去除方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入65nm工藝以后，半導(dǎo)體器件的自對準(zhǔn)硅化物接觸開 始使用鎳硅材料，而鎳沉積之前對基底表面進(jìn)行清洗，去除自然氧化層(native oxide)成 為非常關(guān)鍵的工藝步驟。傳統(tǒng)的氬電漿轟擊工藝和氫氟酸沉浸工藝遇到了很多工藝問題。 氬電漿轟擊工藝由于是在電漿和粒子轟擊的環(huán)境中進(jìn)行的，會(huì)對基底材料造成損傷，特別 是進(jìn)入65nm工藝以后，這種損傷尤為嚴(yán)重。氫氟酸沉浸工藝對氧化硅和硅的選擇性較差， 會(huì)造成硅基底的損失和輪廓的變化，另外還會(huì)引起“尖峰缺陷”。因此，需要一種新的、低強(qiáng) 度的、具有更好的選擇性的表面氧化物去除方法來替代傳統(tǒng)的方法。已經(jīng)公開的申請?zhí)枮?00710170621. 4的中國專利申請公開了一種表面氧化物的 去除方法，主要包括兩個(gè)步驟首先進(jìn)行遠(yuǎn)程電漿刻蝕，刻蝕氣體包括氟化氮、氨氣，低功率 的電漿將氟化氮、氨氣轉(zhuǎn)化為氟化物，氟化物與表面氧化物反應(yīng)，生成硅酸鹽；之后進(jìn)行原 位加熱，將所述硅酸鹽加熱升華為氣態(tài)后抽去。圖1至圖3給出了上述表面氧化物的去除方法對應(yīng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，提供半導(dǎo)體基底100，所述半導(dǎo)體基底100上具有自然氧化層101。所述自然氧化層101的材料為氧化硅，厚度為25埃至45埃。如圖2所示，對所述半導(dǎo)體基底100進(jìn)行遠(yuǎn)程電漿刻蝕，刻蝕氣體包括氟化氮 (NF3)、氨氣(NH3),所述刻蝕氣體中還可以包括氫氣(H2)、氬氣(Ar)、氦氣(He)。在刻蝕過 程中，氟化氮和氨氣在電漿作用下轉(zhuǎn)化為氟化物，所述氟化物在所述半導(dǎo)體基底100表面 冷凝并優(yōu)先與半導(dǎo)體基底100表面的氧化物發(fā)生反應(yīng)，將氧化層101轉(zhuǎn)化為硅酸鹽層102。如圖3所示，對所述半導(dǎo)體基底100進(jìn)行原位加熱，所述硅酸鹽層102在原位加熱 過程中被加熱升華為氣態(tài)并被抽去，從而去除了所述氧化層101，使得所述半導(dǎo)體基底100 的表面成為清潔的表面。上述專利申請?zhí)峁┝?一種低強(qiáng)度的化學(xué)刻蝕方法來對表面氧化物進(jìn)行去除，由于 沒有電漿和粒子轟擊，降低了對半導(dǎo)體基底材料的損傷；另一方面與傳統(tǒng)氫氟酸沉浸工藝 相比，上述公開的方案具有更好的選擇性，降低了硅基底的損失和輪廓的變化。上述公開的技術(shù)方案中，對遠(yuǎn)程電漿刻蝕的控制是影響表面氧化物去除過程中的 刻蝕效果，以及去除過程后半導(dǎo)體基底的表面特性的重要因素，半導(dǎo)體基底表面特性變差， 會(huì)使得隨后形成在所述半島體基底上的膜層如金屬硅化物的電阻一致性(Rs Uniformity) 下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種表面氧化物的去除方法，改善表面氧化物去除過程 中的刻蝕效果，提高去除過程后半導(dǎo)體基底的表面特性。3
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種表面氧化物的去除方法，包括如下步驟提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底表面至少有一硅區(qū)域；對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行遠(yuǎn)程電漿刻蝕，刻蝕氣體包括氟化氮和氨氣；對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行原位加熱；所述遠(yuǎn)程電漿刻蝕過程中氟化氮的流量為kccm(毫升/分鐘)至lOsccm，氨氣的 流量為 80sccm 至 150sccm，反應(yīng)氣壓為 ^iTorr (毫托，ImTorr = 0. 133Pa)主 6mTorr。可選的，所述遠(yuǎn)程電漿刻蝕過程中電漿功率為25瓦至45瓦?？蛇x的，所述遠(yuǎn)程電漿刻蝕過程中所述半導(dǎo)體基底的溫度為低于40攝氏度?？蛇x的，所述原位加熱過程的溫度為140攝氏度至200攝氏度?？蛇x的，所述退原位加熱過程的時(shí)間為40秒至80秒。可選的，所述原位加熱過程的氣氛為非氧化性氣體氣氛。可選的，所述非氧化性氣體選自氮?dú)?、氦氣、氬氣、氫氣中的一種。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述公開的技術(shù)方案有如下優(yōu)點(diǎn)上述公開的表面氧化物的去除方法中，對刻蝕過程中氟化氮和氨氣的流量和反應(yīng) 氣壓進(jìn)行了優(yōu)化，改善了表面氧化物去除過程中的刻蝕效果，提高了去除過程后半導(dǎo)體基 底的表面特性。經(jīng)過對原位加熱過程的優(yōu)化，進(jìn)一步提高了表面氧化物去除過程后半導(dǎo)體基底的 表面特性。


圖1至圖3是現(xiàn)有技術(shù)表面氧化層去除方法對應(yīng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4至圖9是遠(yuǎn)程電漿刻蝕速率與反應(yīng)物流量以及反應(yīng)氣壓的關(guān)系示意圖；圖10是本發(fā)明實(shí)施例表面氧化物去除方法的流程示意圖；圖11至圖17是本發(fā)明實(shí)施例半導(dǎo)體表面自對準(zhǔn)金屬硅化物的形成過程對應(yīng)的剖 面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種表面氧化物的去除方法，對刻蝕過程中氟化氮和氨氣的流量和 反應(yīng)氣壓進(jìn)行了優(yōu)化，改善了表面氧化物去除過程中的刻蝕效果，提高了去除過程后半導(dǎo) 體基底的表面特性。為使本發(fā)明的方法、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具 體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明?，F(xiàn)有的表面氧化物去除方法沒有限定刻蝕反應(yīng)氣體氟化氮和氨氣的流量及反應(yīng) 氣壓，而發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，氟化氮和氨氣的流量及反應(yīng)氣壓是影響刻蝕過程和刻蝕速率(etch rate)的主要因素，如果氟化氮和氨氣的流量以及反應(yīng)氣壓控制不當(dāng)，會(huì)使得刻蝕速率過快 從而導(dǎo)致刻蝕過程不穩(wěn)定，從而影響表面氧化物去除過程中的刻蝕效果，以及去除過程后 基底的表面特性。因此，需要調(diào)整氟化氮和氨氣的流量以及反應(yīng)氣壓來控制刻蝕速率。經(jīng)過發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，氟化氮和氨氣的流量以及反應(yīng)氣壓之間相互制約，共同影 響刻蝕速率。請參考圖4至圖9，圖4至圖6給出了在固定的氨氣流量下，刻蝕速率與氟化4氮流量以及反應(yīng)氣壓的關(guān)系，即在相同氨氣流量下，氟化氮流量越小，刻蝕速率越小；在 相同的氨氣和氟化氮流量下，反應(yīng)氣壓越大，刻蝕速率越小。圖7至圖9給出了在固定的氟 化氮流量下，刻蝕速率與氨氣流量以及反應(yīng)氣壓的關(guān)系，即在相同氟化氮流量下，氨氣流 量越大，刻蝕速率越??；在相同氟化氮和氨氣流量下，反應(yīng)氣壓越大，刻蝕速率越小。因此， 本發(fā)明綜合考慮三者的約束關(guān)系，在一定范圍內(nèi)降低氟化氮的流量，提高氨氣的流量并同 時(shí)提高反應(yīng)氣壓，以獲得相對較低的刻蝕速率，改善刻蝕效果。圖10給出了本發(fā)明實(shí)施例的表面氧化物的去除方法的流程示意圖。如圖10所示，執(zhí)行步驟Si，提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底表面至少有一硅區(qū) 域；執(zhí)行步驟S2，對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行遠(yuǎn)程電漿刻蝕，刻蝕氣體包括氟化氮和氨氣，氟 化氮的流量為kccm至lOsccm，氨氣的流量為80sccm至150sccm，反應(yīng)氣壓為4mTorr至 BmTorr0執(zhí)行步驟S3，對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行原位加熱。下面結(jié)合附圖，以半導(dǎo)體器件表面自對準(zhǔn)金屬硅化物的形成過程為例進(jìn)行詳細(xì)說 明，圖11至圖17給出了所述形成過程對應(yīng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖11至圖15為與圖 10所示表面氧化物去除方法的步驟對應(yīng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖11所示，提供半導(dǎo)體基底200，在所述半導(dǎo)體基底表面至少有一硅區(qū)域。本 實(shí)施例中以具有金屬氧化物場效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體基底200為例。所述金屬氧化物場效應(yīng) 管包括源極201、漏極202和柵極203 ；在所述柵極203下方有柵極氧化層204，所述柵極氧 化層204的材料為氧化硅；在所述柵極203的兩側(cè)形成有側(cè)墻(spacer) 205，所述側(cè)墻的材 料可以是氧化硅、氮化硅中的一種；在所述金屬氧化物場效應(yīng)的周邊形成有隔離區(qū)210，隔 離區(qū)210的材料為絕緣介質(zhì)如氧化硅、氮化硅、碳化硅中的一種或是它們的組合；所述柵極 203為多晶硅材料。由于所述源極201、漏極202是對硅材料進(jìn)行摻雜形成的，其表面的硅材料與氧氣 分子接觸會(huì)形成自然氧化層，如圖12所示，源極201的表面形成有自然氧化層201a，漏極 202的表面形成有自然氧化層20 ；同理，所述柵極203為多晶硅材料，表面也會(huì)形成有自 然氧化層203a。所述自然氧化層201a、202a、203a的厚度為25埃至45埃。所述自然氧化 層201a、202a、203a在隨后的過程中會(huì)影響金屬材料與硅材料之間的反應(yīng)，使得金屬硅化 物的接觸電阻增大，降低器件的性能。因此，在形成自對準(zhǔn)金屬硅化物之前，需要對所述半 導(dǎo)體基底200表面的氧化物進(jìn)行去除，去除所述自然氧化層201120 和203a。如圖13所示，對所述半導(dǎo)體基底200進(jìn)行遠(yuǎn)程電漿刻蝕，刻蝕反應(yīng)氣體為氟化氮 (NF3)和氨氣(NH3)。氟化氮和氨氣在電漿的作用下發(fā)生反應(yīng)，生成氟化物刻蝕劑，所述氟化 物刻蝕劑在半導(dǎo)體基底200表面冷凝，并優(yōu)先與所述自然氧化層201a、202a和203a發(fā)生反 應(yīng)，生成含氟硅酸鹽層201b、202b和203b。所述氟化氮和氨氣在電漿作用下反應(yīng)生成氟化物刻蝕劑的過程如下NF3+NH3 — NH4F+NH4F · HF所述氟化物刻蝕劑與自然氧化層反應(yīng)過程如下NH4F/NH4F · HF+Si02 — (NH4) 2SiF6+H20所述含氟硅酸鹽層201b、202b和20 的材料就是上述化學(xué)方程式中的(NH4)2SiF6。在所述遠(yuǎn)程電漿刻蝕過程中，氟化氮和氨氣的流量以及反應(yīng)氣壓是影響氟化物刻蝕劑與自然氧化層反應(yīng)的主要因素。為了保證自然氧化層能夠被均勻、完全的刻蝕清除，需 要嚴(yán)格控制反應(yīng)氣體的流量和反應(yīng)氣壓，從而得到較低的刻蝕速率，改善刻蝕效果。本發(fā)明中所述遠(yuǎn)程電漿刻蝕過程中氟化氮的流量為kccm(毫升/分鐘)至 lOsccm，氨氣的流量為80SCCm至150SCCm，在這一反應(yīng)條件下，刻蝕速率較小，可以顯著改 善刻蝕效果。本實(shí)施例中優(yōu)選的氟化氮的流量為^ccm，氨氣的流量為lOOsccm。所述遠(yuǎn)程 電漿刻蝕過程中反應(yīng)氣壓為4mTorr至6mTorr，本實(shí)施例中優(yōu)選的反應(yīng)氣壓為5mTorr。另 外，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述遠(yuǎn)程電漿刻蝕過程中的刻蝕氣體還可以包括氫氣、氬氣 和氦氣。所述遠(yuǎn)程電漿刻蝕過程中電漿功率為25瓦至45瓦，本實(shí)施例中優(yōu)選的功率為30 瓦。所述遠(yuǎn)程電漿刻蝕過程中半導(dǎo)體基底200的溫度為低于40攝氏度。在此溫度范 圍內(nèi)，氟化物刻蝕劑NH4F/NH4F · HF能夠在所述半導(dǎo)體基底200的表面發(fā)生冷凝，保證刻蝕 過程的進(jìn)行，溫度過高或者過低都會(huì)造成氟化物刻蝕劑在半導(dǎo)體基底200表面的冷凝速率 下降甚至不發(fā)生冷凝，進(jìn)而影響刻蝕效果。本實(shí)施例中優(yōu)選的溫度為35攝氏度。需要說明的是，為了改善刻蝕效果，提高刻蝕過程后基底的表面特性，本發(fā)明的刻 蝕速率相對較低，遠(yuǎn)程電漿刻蝕過程的持續(xù)時(shí)間會(huì)相對較長。但是，由于自然氧化層的厚度 一般較小，所述遠(yuǎn)程電漿刻蝕過程的持續(xù)時(shí)間在整個(gè)表面氧化物去除過程中所占的比例較 小，主要的時(shí)間消耗在于后續(xù)的原位加熱過程，因此本發(fā)明對產(chǎn)能的影響并不大。如圖14所示，對所述半導(dǎo)體基底200進(jìn)行原位加熱。所述源極、漏極和柵極表面 的含氟硅酸鹽層201b、202b和20 在70攝氏度以上受熱分解為氣態(tài)生成物，并被抽離，露 出所述源極201、漏極202和柵極203的表面，完成表面氧化物的去除過程。所述含氟硅酸鹽層受熱分解的過程如下(NH4)2SiF6 ^ SiF4 +NH3 +HF 個(gè)所述含氟硅酸鹽層分解后的產(chǎn)物都為氣態(tài)，所述原位加熱后，使用氣體排出裝置 如排氣泵將所述氣態(tài)產(chǎn)物抽離排出。本實(shí)施例中所述加熱過程為原位加熱，與之前的遠(yuǎn)程電漿刻蝕過程是在同一半導(dǎo) 體設(shè)備中完成的。所述原位加熱過程的加熱溫度為140攝氏度至200攝氏度，本實(shí)施例中優(yōu)選的加 熱溫度為150攝氏度至180攝氏度。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在此溫度范圍內(nèi)，所述含氟硅酸鹽層201b、 202b和20 受熱分解的速率較為均勻，可以進(jìn)一步提高表面氧化物去除過程后基底的表 面特性。溫度過高或者過低會(huì)使含氟硅酸鹽層的分解速率過快或過慢，使得基底的表面特 性變差。所述原位加熱過程的氣氛為非氧化性氣體氣氛，選自氮?dú)?、氦氣、氬氣、氫氣中?一種，本實(shí)施中優(yōu)選的加熱氣氛為氫氣。所述原位加熱過程的時(shí)間為40秒至80秒，本實(shí)施例中優(yōu)選的加熱時(shí)間為60秒。 經(jīng)過所述原位加熱過程，使得源極、漏極和柵極表面的含氟硅酸鹽層201b、202b和20 全 部受熱分解，露出所述源極201、漏極202和柵極203的表面。如圖15所示，在所述半導(dǎo)體基底表面形成金屬層206和帽層207。所述金屬層206的材料選自鎳或者鎳合金，鎳合金中的合金元素選自鉭(Ta)、鋯(Zr), It (Ti)、鉿(Hf)、鎢(W)、鈷(Co)、鉬(Pt)、鉬(Mo)、鈀(Pd)、釩(V)和鈮(Nb)中的任 意一種，本實(shí)施例中金屬層206的材料為鎳鉬合金，形成方法為濺射法。所述帽層207的材料為氮化鈦(TiN)，所述帽層207可以防止金屬層206接觸空氣 被氧化，所述帽層207的形成是可選的，這一步驟可以省去。如圖16所示，對所述半導(dǎo)體基底200進(jìn)行第一步退火，生成金屬硅化物201c、202c 和 203c。所述第一步退火過程的溫度為260攝氏度至350攝氏度，退火持續(xù)時(shí)間為30秒至 60秒，退火氣氛選自氦氣、氮?dú)?、氬氣，本?shí)施例中優(yōu)選的退火溫度為300攝氏度，退火時(shí)間 為40秒，退火氣氛為氮?dú)?。所述第一步退火過程中，所述金屬層206中的金屬材料向源極201、漏極202和柵 極203上表面的硅或者多晶硅材料中擴(kuò)散，并與硅材料發(fā)生反應(yīng)，生成金屬硅化物201c、 202c和203c。由于之前進(jìn)行了表面氧化物去除，自然氧化層已經(jīng)被去除，因此不會(huì)影響金 屬材料的擴(kuò)散和反應(yīng)。如圖17所示，對所述半導(dǎo)體基底200的表面進(jìn)行選擇性刻蝕(selective etch)， 將所述帽層207和金屬層206中沒有和硅材料發(fā)生反應(yīng)的金屬刻蝕去除，露出所述金屬硅 化物201c、202c和203c。本實(shí)施例中選擇的刻蝕溶液為硫酸(SPMj2SO4 = H2O)，包含約70% 至80%體積的硫酸、約20%至30%體積的水；之后再使用鹽酸(HPM，HCl:H2O2)去除殘留的 金屬。在刻蝕結(jié)束之后，將所述半導(dǎo)體基底200進(jìn)行漂洗和干燥以去除微量的殘留刻蝕溶 液。在選擇性刻蝕之后，對所述半導(dǎo)體基底200進(jìn)行第二步退火，完成金屬硅化物的 形成過程。第二步退火過程的溫度高于第一步退火過程，為370攝氏度至420攝氏度，經(jīng)過 第二步退火過程，進(jìn)一步降低所述金屬硅化物201c、202c和203c的接觸電阻。為了驗(yàn)證本發(fā)明表面氧化物去除方法的效果，發(fā)明人進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)，采用上述 實(shí)施例中公開的技術(shù)方案對半導(dǎo)體基底A和B分別進(jìn)行金屬硅化物的形成過程，區(qū)別在 于在表面氧化物去除過程中，半導(dǎo)體基底A選用的氟化氮和氨氣的流量和反應(yīng)氣壓參考 上述實(shí)施例中給定的優(yōu)選數(shù)值；而半導(dǎo)體基底B選用的氟化氮流量為Hsccm，氨氣的流量 為70sCCm，反應(yīng)氣壓為3mTorr。經(jīng)過測量，半導(dǎo)體基底A的金屬硅化物的電阻一致性為 0. 881%，而半導(dǎo)體基底B的金屬硅化物的電阻一致性為1. 471%，可見，半導(dǎo)體基底A的金 屬硅化物電阻一致性得到了有效的改善，提高了 40. 125% (電阻一致性參數(shù)越小，表明電 阻分布一致性越好)。雖然上述實(shí)施例以自對準(zhǔn)金屬硅化物的形成過程為例，但本發(fā)明提供的表面氧化 物去除方法還可以用于其他硅或者含硅表面的清理，如在接觸孔中填充形成鎢栓塞之前對 晶圓表面的清理。綜上，本發(fā)明提供了一種表面氧化層的去除方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明對刻蝕 過程中氟化氮和氨氣的流量和反應(yīng)氣壓進(jìn)行了優(yōu)化，相對降低了刻蝕速率，改善了表面氧 化物去除過程中表面氧化物的刻蝕效果，提高了去除過程后半導(dǎo)體基底的表面特性。另外，經(jīng)過對原位加熱過程的優(yōu)化，進(jìn)一步提高了表面氧化物去除過程后半導(dǎo)體 基底的表面特性。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種表面氧化物的去除方法，包括提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底表面至少有一硅區(qū)域； 對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行遠(yuǎn)程電漿刻蝕，刻蝕氣體包括氟化氮和氨氣； 對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行原位加熱；其特征在于，所述遠(yuǎn)程電漿刻蝕過程中氟化氮的流量為2SCCm至lOsccm，氨氣的流量 為 80sccm 至 150sccm,反應(yīng)氣壓為 4mTorr 至 6mTorr。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述表面氧化物的去除方法，其特征在于所述遠(yuǎn)程電漿刻蝕過程 中電漿功率為25瓦至45瓦。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述表面氧化物的去除方法，其特征在于所述遠(yuǎn)程電漿刻蝕過程 中所述半導(dǎo)體基底的溫度為低于40攝氏度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述表面氧化物的去除方法，其特征在于所述原位加熱過程的溫 度為140攝氏度至200攝氏度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述表面氧化物的去除方法，其特征在于所述原位加熱過程的時(shí) 間為40秒至80秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述表面氧化物的去除方法，其特征在于所述原位加熱過程的氣 氛為非氧化性氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述表面氧化物的去除方法，其特征在于所述非氧化性氣體選自氮?dú)?、氦氣、氬氣、氫氣中的一種。
全文摘要
一種表面氧化物的去除方法，包括提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底表面至少有一硅區(qū)域；對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行遠(yuǎn)程電漿刻蝕，刻蝕氣體包括氟化氮和氨氣，氟化氮的流量為2sccm至10sccm，氨氣的流量為80sccm至150sccm，反應(yīng)氣壓為4mTorr至6mTorr；對所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行原位加熱。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明改善了表面氧化物的刻蝕效果，提高了表面氧化物去除過程后半導(dǎo)體基底的表面特性。
文檔編號(hào)H01L21/311GK102054687SQ20091019859
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者保羅, 胡宇慧 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司