專利名稱：具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器
件及其形成方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路的制作是極其復(fù)雜的過程，目的在于將特定電路所需的各種電子 組件和線路，縮小制作在小面積的晶片上。其中，各個組件必須藉由適當(dāng)?shù)膬?nèi)連導(dǎo)線作電性 連接，才能發(fā)揮所期望的功能。 由于集成電路的制作向超大規(guī)模集成電路(ULSI， Ultra Large Scalelntegration)發(fā)展，其內(nèi)部的電路密度越來越大，隨著芯片中所含元件數(shù)量不斷增 加，實(shí)際上就減少了表面連線的可用空間。這一問題的解決方法是采用多層金屬導(dǎo)線設(shè)計。 其中，底層的金屬導(dǎo)線層通過在層間介質(zhì)層內(nèi)形成的接觸孔，與位于其下層的金屬氧化物 半導(dǎo)體(MOS， Metal-Oxide Semiconductor)器件的導(dǎo)電區(qū)域相連接。 圖1至圖4為說明現(xiàn)有的接觸孔形成方法的器件剖面示意圖。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中 形成MOS器件后的器件剖面示意圖，如圖1所示，在襯底101上形成了 M0S器件，包括在襯底 101內(nèi)形成的、位于各器件之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI， Shallow Trench Isolation) 102 ; 位于襯底101上的柵氧化層103 (Gate Oxide)，位于柵氧化層103上的多晶硅柵極104 ;位 于各柵極側(cè)壁上的柵極側(cè)壁層105 ;以及在襯底101內(nèi)形成的、位于柵極兩側(cè)的源/漏極摻 雜區(qū)107和108。 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中形成刻蝕停止層后的器件剖面示意圖。如圖2所示，在已形成 MOS器件的襯底表面覆蓋一層接觸刻蝕停止層(CESL， ContactEtch Stop Layer) 110，該 接觸刻蝕停止層110與后面形成的層間介質(zhì)層相比，具有低得多的刻蝕速率，可以在后面 刻蝕層間介質(zhì)層以形成接觸孔開口時防止過刻蝕，保護(hù)位于其下的導(dǎo)電區(qū)域表面不受到損 傷。 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中沉積層間介質(zhì)層后的器件剖面示意圖。如圖3所示，在接觸刻蝕 停止層110表面再覆蓋一層層間介質(zhì)層120。在沉積該層間介質(zhì)層120后襯底表面會凹凸 不平， 一般還需要對其進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，使之平坦化(本圖中為平坦化后的結(jié)果)。
當(dāng)器件的關(guān)鍵尺寸已縮小至90nm以后，沉積該層間介質(zhì)層120時需要填充大量尺 寸很小的間隙，為達(dá)到較好的填充效果，該層間介質(zhì)層120常需要采用高密度等離子化學(xué) 氣相沉禾只(HDP-CVD， High density plasmachemical vapor deposition)方法形成。該方 法是同時進(jìn)行沉積和刻蝕的，其需要較高的等離子體密度及較大功率的射頻電源，通常所 用的射頻功率會大于4000W。 因利用HDP方法形成層間介質(zhì)層120時所用的等離子體密度高、功率大，實(shí)際生產(chǎn) 中常發(fā)現(xiàn)其對柵極結(jié)構(gòu)造成了損傷。如圖3中所示，在HDP工藝形成層間介質(zhì)層120時，高 密度、大功率的等離子體帶來的損傷(PID， Plasma Induced Damage)在柵氧化層102內(nèi)誘 發(fā)了缺陷150。該缺陷150會導(dǎo)致器件可靠性變差，并使得柵極漏電流明顯增大。
3
圖4為現(xiàn)有技術(shù)中形成接觸孔開口后的器件剖面示意圖。如圖4所示，利用光刻 及刻蝕技術(shù)在硅片的對應(yīng)位置處形成接觸孔開口 130。接著，再在該接觸孔開口 130內(nèi)填充 金屬，形成了連接金屬導(dǎo)線層與MOS器件導(dǎo)電區(qū)域的接觸孔。 于2004年9月1日公開的公開號為CN1525539的中國專利，公開了一種防止阻擋 層被過度刻蝕的方法。該方法為了解決刻蝕形成接觸孔時阻擋層不能起到應(yīng)起的保護(hù)作 用，易出現(xiàn)過刻蝕使得接觸孔被侵蝕的問題，而在阻擋層(即刻蝕停止層)與層間介質(zhì)層間 保形地沉積了一層保護(hù)介質(zhì)層，以減緩阻擋層在后續(xù)硼磷硅玻璃蒸汽步驟中厚度變薄的問 題，提高了接觸孔的形成質(zhì)量。但是該方法一方面不能有效解決上述在沉積層間介質(zhì)層時， 因高密度、大功率等離子體對柵氧化層造成損傷，而導(dǎo)致的器件性能發(fā)生漂移的問題，另一 方面其需要增加一步工藝步驟，會延長生產(chǎn)周期，加大生產(chǎn)成本。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件及其形成方法，以改善現(xiàn)有半
導(dǎo)體器件形成過程中易損傷柵氧化層的現(xiàn)象。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的一種具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件的形成方 法，包括步驟 提供已形成至少一個柵極結(jié)構(gòu)的襯底； 將所述襯底放入沉積室內(nèi)進(jìn)行接觸刻蝕停止層的沉積； 原位對所述接觸刻蝕停止層進(jìn)行氧化處理，在所述接觸刻蝕停止層表面形成氧化 薄膜； 取出已形成氧化薄膜后的所述襯底； 利用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備在所述氧化薄膜上形成層間介質(zhì)層。
本發(fā)明具有相同或相應(yīng)技術(shù)特征的一種具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件，所述 半導(dǎo)體器件包括襯底、在所述襯底上形成的至少一個柵極結(jié)構(gòu)、位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的 源/漏區(qū)、覆蓋于所述柵極結(jié)構(gòu)上的接觸刻蝕停止層，覆蓋于所述接觸刻蝕停止層之上的 層間介質(zhì)層，以及穿過所述層間介質(zhì)層與所述柵極結(jié)構(gòu)、源/漏區(qū)相連通的金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)， 其中，所述接觸刻蝕停止層表面還具有氧化薄膜。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明的具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件及其形成方法，在形成接觸刻蝕停止 層后，原位利用含氧氣體對其進(jìn)行處理，在其上形成了氧化薄膜，該氧化薄膜具有一定的消 光系數(shù)，可以在后續(xù)進(jìn)行高密度等離子體沉積層間介質(zhì)層時吸收光子。有效地防止了該沉 積層間介質(zhì)層步驟中高密度、大功率等離子體對柵氧化層造成損傷，避免了器件性能漂移 及器件可靠性變差等現(xiàn)象的出現(xiàn)。
圖1至圖4為說明現(xiàn)有的接觸孔形成方法的器件剖面示意圖；
圖5為利用傳統(tǒng)方法形成的半導(dǎo)體器件的電性能測試結(jié)果； 圖6為利用傳統(tǒng)的HDP方法形成層間介質(zhì)層的半導(dǎo)體器件的電性能測試結(jié)果分布 圖7為利用無等離子體方法及HDP方法結(jié)合形成層間介質(zhì)層的半導(dǎo)體器件的電性 能測試結(jié)果分布圖； 圖8為本發(fā)明具體實(shí)施例中具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件的形成方法的流 程圖； 圖9至圖12為說明本發(fā)明具體實(shí)施例中具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件的形 成方法的器件剖面示意圖； 圖13為按照本發(fā)明具體實(shí)施例中方法在氮化硅層表面形成氧化薄膜后的剖面 圖； 圖14為利用傳統(tǒng)及本發(fā)明具體實(shí)施例方法形成的半導(dǎo)體器件的電性能測試結(jié) 果； 圖15為本發(fā)明的具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、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。 本發(fā)明的處理方法可以被廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域中，并且可利用許多適當(dāng)?shù)牟牧?br>
制作，下面是通過具體的實(shí)施例來加以說明，當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域
內(nèi)的普通技術(shù)人員所熟知的一般的替換無疑地涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。 其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時，為了便于說
明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，不應(yīng)以此作為對本發(fā)明的限定，此
外，在實(shí)際的制作中，應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。 在制作半導(dǎo)體器件時，需要利用HDP工藝生長層間介質(zhì)層，而該工藝所用的高密 度、大功率的等離子體易對柵氧化層造成損傷，導(dǎo)致器件性能變差。為證實(shí)這一點(diǎn)，分別對 利用HDP工藝生長層間介質(zhì)層的半導(dǎo)體器件，以及利用無等離子體方法生長層間介質(zhì)層的 半導(dǎo)體器件的電性能進(jìn)行了測試。 圖5為利用傳統(tǒng)方法形成的半導(dǎo)體器件的電性能測試結(jié)果，如圖5所示，其橫坐標(biāo) 為柵極漏電流(Ig)的log值的負(fù)數(shù)，縱坐標(biāo)為器件測試結(jié)果的分布幾率(CDF，Cumulative Distribution Function)。該測試的條件為1. 1倍的工作電壓，即1. 1X2. 5 = 2. 75V。且 該測試結(jié)果應(yīng)該是越靠右越好，分布得越垂直越好。 圖中三角形數(shù)據(jù)點(diǎn)501為傳統(tǒng)方法中利用HDP方法形成8000A層間介質(zhì)層時測
得的器件電性能結(jié)果，菱形數(shù)據(jù)點(diǎn)502及方形數(shù)據(jù)點(diǎn)503為先利用無等離子體方法形成 2000A層間介質(zhì)層，再利用HDP方法形成6000A層間介質(zhì)層時測得的器件電性能結(jié)果?？?以看到，菱形數(shù)據(jù)點(diǎn)502、方形數(shù)據(jù)點(diǎn)503的測試結(jié)果要好得多，即采用無等離子體方式及 高密度等離子體結(jié)合方式形成的半導(dǎo)體器件在柵極漏電流方面會有明顯提高。這也證實(shí)了 現(xiàn)有方法中直接利用HDP方法形成層間介質(zhì)層確實(shí)會對器件柵氧化層造成一定的損傷，并 導(dǎo)致器件電性能變差。 圖6為利用傳統(tǒng)的HDP方法形成層間介質(zhì)層的半導(dǎo)體器件的電性能測試結(jié)果分布
圖，如圖6所示，圖中所示為利用傳統(tǒng)的HDP方法形成8000A的層間介質(zhì)層的一個晶片上的 各半導(dǎo)體器件的電性能(柵極漏電流的log值的負(fù)數(shù))的測試結(jié)果分布圖。其測試條件為1. 1倍的工作電壓，即1. 1X2. 5 = 2. 75V。其中各區(qū)域所列數(shù)據(jù)為柵極漏電流的log值的 負(fù)數(shù)在O. 1%幾率下的值，該值越大表明器件電性能最好。由圖中可以看到，采用傳統(tǒng)HDP 方法形成層間介質(zhì)層的晶片上，有部分區(qū)域的柵極漏電流特性不佳，表明其柵氧化層受到 了損傷。 圖7為利用無等離子體方法及HDP方法結(jié)合形成層間介質(zhì)層的半導(dǎo)體器件的電性 能測試結(jié)果分布圖，如圖7所示，圖中所示為先利用無等離子體方法形成2000A層間介質(zhì) 層，再利用HDP方法形成6000A層間介質(zhì)層的一個晶片上的各半導(dǎo)體器件的電性能(柵極 漏電流的log值的負(fù)數(shù))的測試結(jié)果分布圖。其測試條件為1. l倍的工作電壓，即l. 1X2.5 =2. 75V。其中各區(qū)域所列數(shù)據(jù)為柵極漏電流的log值的負(fù)數(shù)在O. 1%幾率下的值，其越大 最好。由圖中可以看到，由于其較靠近柵極的部分層間介質(zhì)層是利用無等離子體方式形成 的，其的柵氧化層未受到高密度、大功率等離子體的傷害，用該種方式形成的晶片上的半導(dǎo) 體器件的柵極電性能保持了較好的特性。 通過以上測試，證實(shí)了利用高密度、大功率等離子體進(jìn)行的層間介質(zhì)層的沉積確 實(shí)會對柵氧化層造成一定的損傷，進(jìn)而導(dǎo)致器件電性能變差。但是，如果不采用填充空隙能 力較好的HDP方式形成層間介質(zhì)層，或采用上述將無等離子體方法與HDP方法結(jié)合的方式 形成層間介質(zhì)層，將會導(dǎo)致各柵極間的層間介質(zhì)層存在大量空隙，對形成的半導(dǎo)體器件的 性能及可靠性同樣不利。 為此，本發(fā)明提供了一種新的具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件及其形成方法， 包括步驟 提供已形成至少一個柵極結(jié)構(gòu)的襯底； 將所述襯底放入沉積室內(nèi)進(jìn)行接觸刻蝕停止層的沉積； 原位對所述接觸刻蝕停止層進(jìn)行氧化處理，在所述接觸刻蝕停止層表面形成氧化 薄膜； 取出已形成氧化薄膜后的所述襯底； 利用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備在所述氧化薄膜上形成層間介質(zhì)層。
其中，所述氧化處理利用含氧氣體的等離子體實(shí)現(xiàn)，所述含氧氣體為&0、02、03、0) 或C02氣體中的任一種或任意組合，且所述含氧氣體的流量在1000sccm至8000sccm之間。
其中，所述氧化處理利用射頻電源引入了能量，且所述射頻電源的功率在IOOW至 500W之間。所述氧化處理過程中還加入了載氣體，且所述載氣體為氦氣或氬氣中的任一種。 且所述載氣體的流量在1000sccm至8000sccm之間。
其中，所述接觸刻蝕停止層由氮化硅材料形成。 本發(fā)明還相應(yīng)地提供了一種具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件 包括襯底、在所述襯底上形成的至少一個柵極結(jié)構(gòu)、位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源/漏區(qū)、覆 蓋于所述柵極結(jié)構(gòu)上的接觸刻蝕停止層，覆蓋于所述接觸刻蝕停止層之上的層間介質(zhì)層， 以及穿過所述層間介質(zhì)層與所述柵極結(jié)構(gòu)、源/漏區(qū)相連通的金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，其中，所述接 觸刻蝕停止層表面還具有氧化薄膜。 其中，所述接觸刻蝕停止層為氮化硅層，且所述接觸刻蝕停止層的厚度在300A至 500A之間。其中，所述氧化薄膜的厚度在l 5 A至50 A之間。
其中，所述層間介質(zhì)層為利用高密度等離子體沉積方式形成的摻磷的二氧化硅層。 可以看到，本發(fā)明所提供的方法及器件中，在形成接觸刻蝕停止層后，原位利用含 氧氣體對該接觸刻蝕停止層進(jìn)行氧化處理，形成氧化薄膜。該氧化薄膜具有一定的消光系 數(shù)，可以在后續(xù)利用HDP方法沉積層間介質(zhì)層時吸收其產(chǎn)生的光子。有效地防止了該沉積 層間介質(zhì)層步驟中高密度、大功率等離子體對柵氧化層造成損傷，避免了上述器件性能漂 移及器件可靠性變差等問題的出現(xiàn)。 圖8為本發(fā)明具體實(shí)施例中具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件的形成方法的流 程圖，圖9至圖12為說明本發(fā)明具體實(shí)施例中具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件的形成方 法的器件剖面示意圖，下面結(jié)合圖8至圖12對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)介紹。
步驟801:提供襯底。 該襯底可以為未形成任何結(jié)構(gòu)的襯底，也可以為已形成金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管 (MOS)的襯底，本實(shí)施例中所提供的襯底為已形成至少一個柵極結(jié)構(gòu)的襯底。
圖9為本發(fā)明具體實(shí)施例中提供的襯底的剖面示意圖，如圖9所示，本實(shí)施例 中的襯底901已形成了至少一個柵極結(jié)構(gòu)，包括位于襯底901上的柵氧化層903 (Gate Oxide)，位于柵氧化層903上的多晶硅柵極904、以及位于各柵極側(cè)壁上的柵極側(cè)壁層905 ; 另外，在襯底901內(nèi)還形成了位于各器件之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI， Shallow Trench Isolation)902，以及在襯底901內(nèi)形成的、位于柵極兩側(cè)的源/漏極摻雜區(qū)907和908。
本實(shí)施例中還在各個柵極的頂部及源、漏極區(qū)需要導(dǎo)電的區(qū)域表面形成了自對準(zhǔn) 的金屬硅化物層(本圖中未示出)，以進(jìn)一步改善其與位于其上的金屬導(dǎo)線層(本圖中未示 出)間的接觸電特性。 步驟802 :將所述襯底放入沉積室內(nèi)進(jìn)行接觸刻蝕停止層的沉積。 本實(shí)施例中所用的薄膜沉積設(shè)備為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD， Plasma
Enhanced Chemical Vapor D印osition)設(shè)備，本步中將襯底放入對應(yīng)的PECVD沉積室內(nèi)進(jìn)
行接觸刻蝕停止層的沉積。 圖10為本發(fā)明具體實(shí)施例中形成刻蝕停止層后的器件剖面示意圖。如圖10所示， 在已形成柵極結(jié)構(gòu)的襯底表面覆蓋了一層接觸刻蝕停止層910。 本實(shí)施例中的接觸刻蝕停止層910選用了氮化硅材料，其與后面形成的層間介質(zhì) 層(常為氧化硅材料)相比，具有低得多的刻蝕速率，可以在后面刻蝕層間介質(zhì)層以形成 接觸孔開口時起到刻蝕停止的作用，令刻蝕較為均勻一致地停止于該接觸刻蝕停止層910 內(nèi)，防止過刻蝕，保護(hù)下面的導(dǎo)電區(qū)域表面不受損傷。 本實(shí)施例中選用常規(guī)工藝條件沉積了該氮化硅層，如可以選用硅烷與氨氣作為反
應(yīng)氣體，在40(TC左右的溫度下利用等離子體在晶片表面形成氮化硅層。 步驟803 :原位對所述接觸刻蝕停止層進(jìn)行氧化處理，在所述接觸刻蝕停止層表
面形成氧化薄膜。 圖11為本發(fā)明具體實(shí)施例中形成氧化薄膜后的器件剖面示意圖。如圖11所示， 通過氧化處理，在接觸刻蝕停止層910上形成了一層氧化薄膜950。 本實(shí)施例中，接觸刻蝕停止層為氮化硅材料(SiN)，在經(jīng)過上述氧化處理后，在其 表面形成的氧化薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)榈趸璨牧?SiON)。該氮氧化硅薄膜的厚度可以在15A至
750A左右，如為20A、 30A、 35A、 40A或50A等。 原來的氮化硅材料的消光系數(shù)為0，其對等離子體產(chǎn)生的光子不具有吸收作用，在 利用HDP方式的高密度、大功率等離子體沉積層間介質(zhì)層時，所產(chǎn)生的光子易穿過氮化硅 層到達(dá)柵氧化層，并損傷柵氧化層，導(dǎo)致器件電性能發(fā)生漂移。 本實(shí)施例中，在該氮化硅材料上又形成了氧化薄膜(SiON)，其的消光系數(shù)為0. 4， 對光子具有吸收作用。這樣，在后續(xù)利用HDP方式的高密度、大功率等離子體沉積層間介質(zhì) 層時，所產(chǎn)生的光子可以部分被該氧化薄膜所吸收，減少了其對柵氧化層的損傷，也有效防 止了器件電性能的漂移。 本實(shí)施例中的氧化處理實(shí)現(xiàn)步驟如下 在沉積完氮化硅層后，維持晶片在沉積室內(nèi)不動，向腔室內(nèi)通入含氧氣體，利用該 含氧氣體的等離子體實(shí)現(xiàn)對接觸刻蝕停止層的氧化處理，在所述接觸刻蝕停止層表面形成 氧化薄膜。其中，所用的含氧氣體可以為^0、02、03、0)或0)2氣體中的任一種或其組合，本 實(shí)施例中選用了易解離、毒性小的N20氣體。 本步中可將^0流量設(shè)置在1000至8000sccm之間，如為1000、2000、5000、6000或 8000sccm等。本步氧化處理中還利用射頻電源引入了能量，該射頻電源的功率可以設(shè)置在 IOOW至500W之間，如為100W、300W、400W或500W等。另外，還可將設(shè)置晶片的載片臺與等 離子體入口間的距離設(shè)置在0. 2至0. 5英寸之間，以達(dá)到較好的均勻的氧化效果。將溫度 及沉積室壓力設(shè)置得與前面沉積氮化硅薄膜時所用的相同。 在本步氧化處理中還可以同時通入載氣體，所用載氣體可以為氦氣、氬氣等，本實(shí) 施例中所用的載氣體為氦氣，其流量可以設(shè)置在1000至8000sccm之間，如為1000、2000、 5000、6000或8000sccm等。 圖13為按照本發(fā)明具體實(shí)施例中方法在氮化硅層表面形成氧化薄膜后的剖面 圖，如圖13所示，在氮化硅層1302上形成了氧化薄膜1301，證實(shí)本實(shí)施例所用方法是可行 的。 步驟804 :取出已形成氧化薄膜后的所述襯底。 氧化處理后，停止通入^0氣體，停止能量引人。改為通入大量惰性氣體，如氬氣、 氮?dú)獾?，令沉積室用壓力與大氣壓相同，再打開沉積室，取出襯底。 步驟805 :利用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備在所述氧化薄膜上形成層間介 質(zhì)層。 圖12為本發(fā)明具體實(shí)施例中形成層間介質(zhì)層后的器件剖面示意圖。如圖12所示， 利用HDP方法在接觸刻蝕停止層910表面再覆蓋一層層間介質(zhì)層920。本實(shí)施例中的層間 介質(zhì)層為氧化硅層，該層間介質(zhì)層920既可以在電學(xué)上隔離器件和金屬導(dǎo)線層，又可以在 物理上將器件與可移動粒子等雜質(zhì)源隔離開。在沉積該層間介質(zhì)層920后晶片表面會凹凸 不平， 一般還需要對該層間介質(zhì)層920進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，使之平坦化(本圖中為平坦 化后的結(jié)果)。 形成層間介質(zhì)層920后，再利用光刻及刻蝕技術(shù)在該層內(nèi)形成接觸孔開口。接著， 再在該接觸孔開口內(nèi)填充金屬，形成了在金屬導(dǎo)線層與MOS器件的導(dǎo)電區(qū)域(通常包括柵 極結(jié)構(gòu)頂部及源、漏區(qū))之間實(shí)現(xiàn)電連接的接觸孔結(jié)構(gòu)。 雖然本實(shí)施例中的層間介質(zhì)層仍直接利用HDP方法形成，其所用的仍為高密度、大功率的等離子體，但由于本實(shí)施例中在接觸刻蝕停止層表面形成了具有吸收光子作用的氧化薄膜，有效地防止了在該HDP沉積層間介質(zhì)層的過程中所產(chǎn)生的光子對柵氧化層造成的損傷。 圖14為利用傳統(tǒng)及本發(fā)明具體實(shí)施例方法形成的半導(dǎo)體器件的電性能測試結(jié)果，如圖14所示，其橫坐標(biāo)為柵極漏電流(Ig)的log值的負(fù)數(shù)，縱坐標(biāo)為器件測試結(jié)果的分布幾率(CDF，Cumulative DistributionFunction)。該測試的條件為1. l倍的工作電壓，即1. 1X2. 5 = 2. 75V。且該測試結(jié)果應(yīng)該是越靠右越好、分布越垂直越好。
圖中菱形數(shù)據(jù)點(diǎn)1401為采用傳統(tǒng)方法形成接觸刻蝕停止層、利用HDP方法形成8000A層間介質(zhì)層時測得的器件電性能結(jié)果，方形數(shù)據(jù)點(diǎn)1402為采用本實(shí)施例方法形成接觸刻蝕停止層、利用HDP方法形成8000A層間介質(zhì)層時測得的器件電性能結(jié)果?？梢钥吹?，方形數(shù)據(jù)點(diǎn)1402的測試結(jié)果要好得多，表明采用本實(shí)施例方法形成的具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件在柵極漏電流方面會有明顯提高。 另外，對二者的柵極漏電流的log值的負(fù)數(shù)在O. 1%幾率下的值進(jìn)行了比較，采用傳統(tǒng)方法形成的半導(dǎo)體器件為11. 7417，采用本實(shí)施例形成的半導(dǎo)體器件為12. 7384，從具體數(shù)值上也進(jìn)一步證實(shí)了采用本實(shí)施例方法后，器件在電性能方法有了明顯的改善。
本發(fā)明還提供了相應(yīng)的一種具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件。圖15為本發(fā)明的具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件剖面示意圖，如圖15所示，該半導(dǎo)體器件包括襯底1501，在所述襯底上形成的至少一個柵極結(jié)構(gòu)、位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源/漏區(qū)、覆蓋于所述柵極結(jié)構(gòu)上的接觸刻蝕停止層1510，覆蓋于所述接觸刻蝕停止層1510之上的層間介質(zhì)層1520，以及穿過所述層間介質(zhì)層1520與所述柵極結(jié)構(gòu)、源/漏區(qū)相連通的金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，(圖中未示出)，其中，在所述接觸刻蝕停止層1510表面還具有氧化薄膜1550。
其中，所述接觸刻蝕停止層1510可以為氮化硅層，其厚度通?？梢栽?00A至500A之間，該接觸刻蝕停止層1510表面形成的氧化薄膜1550的厚度可以在15A至50A之間，如為15A 、 25A 、 35A或50A。 其中的層間介質(zhì)層1520可以為利用高密度等離子體沉積方式形成的摻磷的二氧化硅層，也可以為摻磷硼的二氧化硅層等。 本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，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)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
9
權(quán)利要求
一種具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，包括步驟提供已形成至少一個柵極結(jié)構(gòu)的襯底；將所述襯底放入沉積室內(nèi)進(jìn)行接觸刻蝕停止層的沉積；原位對所述接觸刻蝕停止層進(jìn)行氧化處理，在所述接觸刻蝕停止層表面形成氧化薄膜；取出已形成氧化薄膜后的所述襯底；利用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備在所述氧化薄膜上形成層間介質(zhì)層。
2. 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述氧化處理利用含氧氣體的等離子 體實(shí)現(xiàn)。
3. 如權(quán)利要求2所述的形成方法，其特征在于所述含氧氣體為N20、 02、 03、 CO或C02 氣體中的任一種或任意組合。
4. 如權(quán)利要求2所述的形成方法，其特征在于所述含氧氣體的流量在lOOOsccm至 8000sccm之間。
5. 如權(quán)利要求2所述的形成方法，其特征在于所述氧化處理利用射頻電源引入了能 量，且所述射頻電源的功率在100W至500W之間。
6. 如權(quán)利要求2所述的形成方法，其特征在于所述氧化處理過程中還加入了載氣體， 且所述載氣體為氦氣或氬氣中的任一種。
7. 如權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于所述載氣體的流量在1000sccm至 8000sccm之間。
8. 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述接觸刻蝕停止層由氮化硅材料形成。
9. 如權(quán)利要求1或8所述的形成方法，其特征在于所述接觸刻蝕停止層的厚度在300人至500A之間。
10. 如權(quán)利要求l所述的形成方法，其特征在于所述氧化薄膜的厚度在15A至50A之間。
11. 一種具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括襯底、在所述襯底上 形成的至少一個柵極結(jié)構(gòu)、位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源/漏區(qū)、覆蓋于所述柵極結(jié)構(gòu)上的 接觸刻蝕停止層，覆蓋于所述接觸刻蝕停止層之上的層間介質(zhì)層，以及穿過所述層間介質(zhì)層與所述柵極結(jié)構(gòu)、源/漏區(qū)相連通的金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，其特征在于所述接觸刻蝕停止層表 面還具有氧化薄膜。
12. 如權(quán)利要求ll所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述接觸刻蝕停止層為氮化硅層。
13. 如權(quán)利要求11或12所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述接觸刻蝕停止層的厚度在300A至500A之間。
14. 如權(quán)利要求11或12所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述氧化薄膜的厚度在15A至50A之間。
15. 如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述層間介質(zhì)層為利用高密度等 離子體沉積方式形成的摻磷的二氧化硅層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件的形成方法，包括步驟提供已形成至少一個柵極結(jié)構(gòu)的襯底；將所述襯底放入沉積室內(nèi)進(jìn)行接觸刻蝕停止層的沉積；原位對所述接觸刻蝕停止層進(jìn)行氧化處理，在所述接觸刻蝕停止層表面形成氧化薄膜；取出已形成氧化薄膜后的所述襯底；利用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備在所述氧化薄膜上形成層間介質(zhì)層。本發(fā)明還公開了一種相應(yīng)的具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的具有接觸刻蝕停止層的半導(dǎo)體器件及其形成方法，可以有效地防止在沉積層間介質(zhì)層步驟中因使用高密度、大功率等離子體而對柵氧化層造成損傷，避免了器件性能漂移及器件可靠性變差等現(xiàn)象的出現(xiàn)。
文檔編號H01L21/82GK101740498SQ20081022717
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月24日
發(fā)明者吳永玉, 徐強(qiáng), 李敏 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司