CN101286473A - 半导体器件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种半导体器件的制造方法，包括：提供具有介质层的半导体衬底，在所述介质层中具有导电插塞；对所述介质层的表面和导电插塞的表面进行等离子体处理；在所述介质层和导电插塞上形成第一金属层；在所述第一金属层上形成第二金属层；图案化所述第二金属层，形成金属互连线；去除未被所述金属互连线覆盖的第一金属层，形成金属阻挡层。本发明能够改善介质层表面与金属阻挡层、接触塞或连接插塞的表面与金属阻挡层之间的粘附特性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种半导体器件的制造方法。
背景技术
在半导体制造工艺中，铝金属由于具有较低的电阻率、与二氧化硅等介质材料良好的附着特性和较为容易刻蚀等优点而被用作半导体集成电路制造中的金属互连材料。铝材质的金属互连线通过将铝金属层沉积在介质层上，并通过光刻和刻蚀工艺而形成。为了防止金属互连线中的铝向介质层中进行扩散，常常需要在金属互连线和介质层之间形成金属阻挡层，所述金属阻挡层可以是钛、钽、钛与氮化钛、钽与氮化钽中的一种。图1至图4为现有技术中一种具有金属阻挡层的金属互连线的制造方法各步骤相应的结构剖面示意图。
如图1所示，半导体衬底10中具有半导体器件(未示出)，例如金属氧化物半导体晶体管，在所述半导体衬底上具有介质层11，在所述介质层11中形成有接触孔12。
如图2所示，向所述接触孔12中和所述介质层11上沉积金属材料，例如金属钨，然后通过化学机械研磨平坦化去除所述介质层11上的金属材料，形成接触塞13。
如图3所示，完成所述化学机械研磨后，对所述介质层11和接触塞13的表面进行电子束扫描，检测化学机械研磨后的是否具有缺陷或残留或其它污染物。接着，在所述介质层11上形成阻挡层14，在所述阻挡层14上沉积金属层15。
在所述金属层15上形成光刻胶层(未示出)，通过曝光显影形成金属互连线图案，刻蚀未被所述金属互连线图案覆盖的金属层15和所述阻挡层14，形成如图4所示的金属互连线15a和金属阻挡层14a。
然而，上述的制造方法会引起金属阻挡层14a与所述介质层11和接触塞13的表面之间剥落(Peeling)的缺陷，该缺陷造成半导体器件电学性能变差，稳定性下降；如图5所示的金属阻挡层剥落缺陷16的示意图。
在专利号为00102784.0的中国专利中，还可以发现更多与上述技术方案相关的信息。
发明内容
本发明提供一种半导体器件的制造方法，该方法能够减少或消除金属阻挡层与介质层和导电插塞的表面之间剥落的缺陷。
本发明提供的一种半导体器件的制造方法，包括：
提供具有介质层的半导体衬底，在所述介质层中具有导电插塞；
对所述介质层的表面和导电插塞的表面进行等离子体处理；
在所述介质层和导电插塞上形成第一金属层；
在所述第一金属层上形成第二金属层；
图案化所述第二金属层，形成金属互连线；
去除未被所述金属互连线覆盖的第一金属层，形成金属阻挡层。
可选的，所述等离子体处理中产生等离子体的气体为惰性气体。
可选的，所述惰性气体为氩气，产生氩气等离子体的射频源功率为150至200W。
可选的，所述氩气的流量为20至80sccm。
可选的，所述等离子体处理中产生等离子体的气体为氧气。
可选的，所述等离子体处理中产生等离子体的气体为氮气。
可选的，所述等离子体处理的时间为10至50s。
可选的，完成所述等离子处理后对所述表面进行清洗。
可选的，所述清洗的清洗液为去离子水。
可选的，所述导电插塞为接触塞或连接插塞。
可选的，所述第一金属层为钛、钽、钛和氮化钛、钽和氮化钽中的一种。
可选的，所述第二金属层为铝或铝铜合金。
本发明还提供一种半导体器件的制造方法，包括：
提供具有介质层的半导体衬底；
在所述介质层中形成导电插塞；
对所述介质层和导电插塞表面进行电子束扫描，检测缺陷；
对所述介质层的表面和导电插塞的表面进行表面处理；
在所述介质层和导电插塞上形成第一金属层；
在所述第一金属层上形成第二金属层；
图案化所述第二金属层，形成金属互连线；
去除未被所述金属互连线覆盖的第一金属层，形成金属阻挡层。
可选的，所述表面处理为等离子体处理。
可选的，所述等离子体处理中产生等离子体的气体为惰性气体、氧气、氮气中的一种。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
通过等离子体对介质层的表面和导电插塞的表面进行处理，去除介质层和导电插塞的表面污染物，并使所述表面的性质发生变化，使得介质层的表面、接触塞表面或连接插塞的表面与金属阻挡层之间的粘结性增强，减少或消除金属阻挡层剥落的缺陷，增大制造的工艺窗口，提高器件的电性以及稳定性。
通过对介质层的表面和导电插塞的表面进行处理，去除介质层和导电插塞的表面由于电子束扫描引起污染物，并消除由于电子束扫描引起的所述表面性质的变化，使得介质层的表面、接触塞表面或连接插塞的表面与金属阻挡层之间的粘结性增强，减少或消除金属阻挡层剥落的缺陷，增大制造的工艺窗口，提高器件的电性以及稳定性。
通过对等离子体处理的表面进行清洗，减少介质层的表面、接触塞表面或连接插塞的表面的污染物，尽可能减少或消除表面污染引起的粘结性差的缺陷。
附图说明
图1至图4为现有技术中一种具有金属阻挡层的金属互连线的制造方法各步骤相应的结构的剖面示意图；
图5为现有技术的具有金属阻挡层的金属互连线的制造方法造成金属阻挡层剥落的缺陷的示意图；
图6为本发明的半导体器件的制造方法第一实施例的流程图；
图7至图15为本发明的半导体器件的制造方法第一实施例的各步骤相应的结构的剖面示意图；
图16为本发明的半导体器件的制造方法第二实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在半导体器件的制造工艺中，通过接触塞将后段的金属互连线和前段的晶体管电连接，并通过连接插塞连接后段不同层的金属互连线。在完成接触塞或连接插塞的化学机械研磨后，需要通过电子束来检测缺陷。然而电子束扫描后会引起介质层的表面与金属互连线的金属阻挡层之间、接触塞或连接插塞的表面与金属阻挡层之间的粘结性变差，进而引起金属阻挡层剥落的缺陷，影响形成的半导体器件电性以及稳定性。本发明提供一种半导体器件的制造方法，本发明的方法能够改善介质层的表面与金属阻挡层之间、接触塞或连接插塞的表面与金属阻挡层之间的粘结性能。
图6为本发明的半导体器件的制造方法的第一实施例的流程图。
如图6所示的流程图，步骤S100，提供具有介质层的半导体衬底，在所述介质层中具有导电插塞。本实施例中所述导电插塞为接触塞。
如图7所示的剖面示意图，提供半导体衬底20，所述半导体衬底20可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅中的一种，也可以是绝缘层上硅(Silicon On Insulator，SOI)结构。所述半导体衬底20可以是P型衬底或N型衬底。
如图8所示的剖面示意图，在所述半导体衬底20中形成浅沟槽隔离区22；在所述半导体衬底20上形成栅极介质层23，所述栅极介质层23可以是氧化硅或氮氧化硅，厚度可以为5至100nm；在所述栅极介质层23上形成栅极24，所述栅极为多晶硅，所述栅极24的厚度可以为100nm至500nm，为降低所述栅极24的电阻率，可通过离子注入或扩散或原位离子注入工艺对所述栅极24进行掺杂；在所述栅极24两侧的半导体衬底20中形成源极21a和漏极21b；在所述栅极24以及栅极介质层23的侧壁形成侧墙(Spacer)25，所述侧墙25为氧化硅。在其它的实施例中，所述侧墙25可以是氧化硅-氮化硅结构或氧化硅-氮化硅-氧化硅结构。
在其它的实施例中，所述栅极24可以是金属，或可以是多晶硅与金属硅化物(例如硅化钛)的堆栈结构。
如图9所示的剖面示意图，在所述栅极24以及半导体衬底200上形成介质层26，所述介质层26可以为氧化硅或低介电常数材料，形成所述介质层26的方法可以是物理气相沉积或化学气相沉积。
在其它的实施例中，在形成所述介质层26之前，在所述源极21a、漏极21b和栅极24的表面形成金属硅化物接触层(例如硅化镍、硅化钴等)，所述金属硅化物接触层用以降低后续形成的接触塞与源极21a、漏极21b和栅极24之间的接触电阻。
如图10所示的剖面示意图，在所述介质层26中形成接触孔(ContactHole)27，所述接触孔27的底部露出源极21a或漏极21b或栅极24的表面，该接触孔27用于形成接触塞，所述接触塞用于连接所述源极21a或漏极21b或栅极24与后续形成的金属互连线。
在其中的一个实施例中，形成所述接触孔27的步骤如下：在所述介质层26上旋涂光刻胶(未示出)，通过曝光显影形成接触孔图案，所述接触孔图案的底部露出所述介质层26的表面；在其它的实施例中，也可以在旋涂光刻胶前先形成抗反射层，然后再在所述抗反射层上旋涂光刻胶，并通过曝光显影形成接触孔图案；刻蚀所述接触孔图案底部的介质层26，至所述源极21a或漏极21b或栅极24的表面露出时停止，将所述接触孔图案转移到所述介质层26中，形成接触孔27。若所述源极21a、漏极21b、栅极24的表面形成有金属硅化物接触层，则所述刻蚀至所述金属硅化物接触层表面露出时停止。
如图11所示，在所述接触孔27中填充导电材料，形成接触塞28。在其中的一个实施例中，所述导电材料为金属钨。在其中的一个实施例中，在金属钨与所述介质层26之间有阻挡材料(未示出)，所述阻挡材料可以是钛、钛和氮化钛、钽、钽和氮化钽中的一种，所述阻挡材料用于阻止金属钨向所述介质层26中的扩散。
在其中的一个实施例中，形成接触塞28的步骤如下：首先在所述接触孔27底部以及侧壁、所述介质层26表面形成一钛层，形成所述钛层的方法为物理气相沉积；接着，在所述钛层上形成一氮化钛层，形成所述氮化钛层的方法为高温氮化反应法或物理气相沉积法；然后，在所述氮化钛层上沉积金属钨，所述金属钨至少填满所述接触孔27；由于在接触孔27中形成钛层、氮化钛、金属钨的过程中，在所述介质层26的表面也同时形成了钛层、氮化钛、金属钨，因而需要通过化学机械研磨平坦化的工艺去除所述介质层26表面的钛层、氮化钛、金属钨。完成化学机械研磨平坦化之后，形成接触塞28。
完成所述化学机械研磨平坦化工艺后，需要通过电子束扫描检测所述介质层26以及所述接触塞28表面是否具有缺陷或污染物。然而，电子束扫描会对所述介质层26以及接触塞28的表面产生影响，使得所述表面与后续形成的金属层之间的粘结性变差。电子束对所述表面的影响之一是在所述表面上形成含碳的污染物，所述含碳的污染物会影响所述表面与所述表面上形成的金属层之间的粘结性。
在其它的实施例中，所述介质层也可以为金属间介质层，所述介质层中的导电插塞为连接插塞，所述连接插塞的形成方法与所述的接触塞28的形成方法相同。同样的，完成化学机械研磨后，需要用电子束扫描所述金属间介质层和连接插塞的表面，所述电子束扫描会引起该金属间介质层和连接插塞的表面与后续的金属层之间粘结性差的问题。
如图6所示的流程图，步骤S110，对所述介质层的表面和所述导电插塞的表面进行等离子体处理。本实施例中所述导电插塞为接触塞。
在其中的一个实施例中，如图12所示的剖面示意图，对所述介质层26和接触塞28的表面进行等离子体处理。通过所述等离子体处理可去除所述表面含碳的污染物，并使得所述表面性质发生变化，进而使得所述表面与该表面上形成的金属层具有很好的粘结性。
在其中的一个实施例中，所述等离子体处理中产生等离子体的气体为惰性气体，例如为氦气或氖气或氩气或氪气。本实施例中为氩气，产生氩气等离子体的射频源功率为150至200W；所述氩气的流量为20至80sccm；所述等离子体处理的时间为10至50s；通过所述氩气等离子体对所述介质层26和接触塞28的表面进行处理，可去除所述表面的含碳的污染物，同时去除了其它的污染物，并使所述表面的性质发生变化，从而使得所述表面与该表面上形成的金属层之间的粘结性增强，减少或消除金属阻挡层在所述表面剥落的缺陷，增大制造的工艺窗口，提高器件的电性以及稳定性。
在其它的实施例中，所述等离子体处理中产生等离子体的气体为氧气，所述等离子体处理的时间为10至50s。
在其它的实施例中，所述等离子体处理中产生等离子体的气体为氮气，所述等离子体处理的时间为10至50s。
完成等离子体处理后，对所述介质层26和接触塞27的表面进行清洗，所述清洗的清洗液为去离子水。
如图6所示的流程图，步骤S120，在所述介质层和导电插塞上形成第一金属层。
在其中的一个实施例中，如图13所示的剖面图，在所述介质层26和接触塞28上形成第一金属层29，所述第一金属层29为钛、钽、钛和氮化钛、钽和氮化钽中的一种。本实施例中，所述第一金属层29为钛和氮化钛。所述第一金属层29作为后续形成的第二金属层与所述介质层26之间的阻挡层。
如图5所示的流程图，步骤S130，在所述第一金属层上形成第二金属层。
在其中的一个实施例中，如图14所示的剖面示意图，在所述第一金属层29上形成第二金属层30，所述第二金属层30为铝或铝铜合金，在所述第二金属层30中还可以掺入硅。
如图6所示的流程图，步骤S140，图案化所述第二金属层，形成金属互连线。
如图6所示的流程图，步骤S150，去除未被所述金属互连线覆盖的第一金属层，形成金属阻挡层。
如图15所示的剖面示意图，刻蚀所述第二金属层30和第一金属层29形成互连金属层30a和金属阻挡层29a，由于本发明的实施例中对所述介质层26和接触塞28表面做了等离子体处理，因而可增强所述金属阻挡层29a与所述介质层26表面、金属阻挡层29a与接触塞28表面的粘附性，减少或消除金属阻挡层29a剥落的缺陷，增大制造的工艺窗口，提高器件的电性以及稳定性。
图16为本发明半导体器件的制造方法的第二实施例的流程图。如图16所示：
步骤S200，提供具有介质层的半导体衬底。
步骤S210，在所述介质层中形成导电插塞；所述导电插塞可以是接触塞或连接插塞。
形成导电插塞的步骤如下：首先在所述介质层中形成通孔或连接孔；接着在所述通孔或连接孔中填充导电材料，例如金属钨；然后通过化学机械研磨去除所述介质层表面多于的导电材料，形成导电插塞。
步骤S220，对所述介质层和导电插塞表面进行电子束扫描，检测化学机械研磨后的缺陷或污染物。
步骤S230，对所述介质层的表面和导电插塞的表面进行表面处理；本实施例中所述表面处理为等离子体处理，所述等离子体处理中产生等离子体的气体为惰性气体、氧气、氮气中的一种。
步骤S240，在所述介质层和导电插塞上形成第一金属层。
步骤S250，在所述第一金属层上形成第二金属层。
步骤S260，图案化所述第二金属层，形成金属互连线。
步骤S270，去除未被所述金属互连线覆盖的第一金属层，形成金属阻挡层。
本实施例中通过等离子体对介质层的表面和导电插塞的表面进行处理，去除介质层和导电插塞的表面由于电子束扫描引起污染物，并消除由于电子束扫描引起的所述表面性质的变化，使得介质层的表面、接触塞表面或连接插塞的表面与金属阻挡层之间的粘结性增强，减少或消除金属阻挡层剥落的缺陷，增大制造的工艺窗口，提高器件的电性以及稳定性。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
Claims (15)
1、 一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：
提供具有介质层的半导体衬底，在所述介质层中具有导电插塞；
对所述介质层的表面和导电插塞的表面进行等离子体处理；
在所述介质层和导电插塞上形成第一金属层；
在所述第一金属层上形成第二金属层；
图案化所述第二金属层，形成金属互连线；
去除未被所述金属互连线覆盖的第一金属层，形成金属阻挡层。
2、 如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述等离子体处理中产生等离子体的气体为惰性气体。
3、 如权利要求2所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气，产生氩气等离子体的射频源功率为150至200W。
4、 如权利要求3所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述氩气的流量为20至80sccm。
5、 如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述等离子体处理中产生等离子体的气体为氧气。
6、 如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述等离子体处理中产生等离子体的气体为氮气。
7、 如权利要求2至6中任一权利要求所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述等离子体处理的时间为10至50s。
8、 如权利要求2至6中任一权利要求所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：完成所述等离子处理后对所述表面进行清洗。
9、 如权利要求8所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述清洗的清洗液为去离子水。
10、 如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述导电插塞为接触塞或连接插塞。
11、 如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述第一金属层为钛、钽、钛和氮化钛、钽和氮化钽中的一种。
12、 如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述第二金属层为铝或铝铜合金。
13、 一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：
提供具有介质层的半导体衬底；
在所述介质层中形成导电插塞；
对所述介质层和导电插塞表面进行电子束扫描，检测缺陷；
对所述介质层的表面和导电插塞的表面进行表面处理；
在所述介质层和导电插塞上形成第一金属层；
在所述第一金属层上形成第二金属层；
图案化所述第二金属层，形成金属互连线；
去除未被所述金属互连线覆盖的第一金属层，形成金属阻挡层。
14、 如权利要求13所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述表面处理为等离子体处理。
15、 如权利要求14所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述等离子体处理中产生等离子体的气体为惰性气体、氧气、氮气中的一种。
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