CN101728229A

CN101728229A - 金属垫的形成方法

Info

Publication number: CN101728229A
Application number: CN200810202031A
Authority: CN
Inventors: 康芸; 何伟业; 杨瑞鹏; 聂佳相
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2028-10-31
Also published as: CN101728229B

Abstract

本发明揭露了一种金属垫的形成方法，包括如下步骤：提供晶圆；在预清洗室内对所述晶圆进行预清洗处理；在冷却室内对所述晶圆进行冷却处理；分别在第一反应室与第二反应室内于所述晶圆上依次淀积阻挡层与金属层，且在所述预清洗室或冷却室内增加晶圆闲置步骤。可见，以上金属垫的形成方法在进行阻挡层淀积之前增加了晶圆闲置步骤，从而使得前五片晶圆与后面的晶圆在进行阻挡层淀积之前都需经过一段闲置时间，从而避免了现有技术中由于等待时间不同而导致的接触窗电阻变异性问题。

Description

金属垫的形成方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及半导体制造工艺中金属垫的形成方法。

背景技术

晶圆测试在整个半导体制造工艺中起着十分重要的作用，直接关系着芯片的出产良率。例如，在半导体前段(Front End)制造过程之后，往往需要利用一系列的计算机控制测试设备，通过细小的探针与晶圆上的芯片金属垫接触，量测芯片的电性参数，以检验各段工艺流程是否符合标准。

然而现有的金属垫(以常见的铝垫为例)制造过程将导致晶圆测试结果中产生接触窗电阻Rc(contact Resistance)变异性(variatiom)的问题，具体如下：

请参考图1，其为现有工艺中金属垫的形成过程示意图。如图所示，首先，在预清洗室C内对晶圆进行预清洗处理，以去除晶圆表面的自生氧化层(nativeoxide)；完成预清洗处理后的晶圆需经过冷却室A后依次送入两个反应室2与4，分别进行阻挡层的淀积与金属层的淀积。经过后续处理，便可形成测试所需的金属垫。通常，在进行预清洗处理之前，晶圆是经过了前段工艺的处理，其上残留有一定的水汽，为了保证后续工艺，往往需将晶圆送入水汽去除室内进行水汽去除处理。现在常用的金属垫为铝垫，故金属层的淀积过程往往为铝的淀积过程。相应的，阻挡层的淀积通常是淀积氮化钽(TaN)的过程。此外，预清洗处理过程中，自生氧化层的去除通常是利用氩气(Ar)干法刻蚀而实现的。在整个过程中，金属层的形成过程相对于其他步骤需要更多的时间，以淀积TaN和淀积Al为例，水汽去除所需的时间约为90s，预清洗处理需要大约44s的时间，而冷却过程仅仅是晶圆传输过程中所需经历一个冷却室的时间，在1s左右。而后进行的阻挡层淀积与金属层淀积分别需要约54s与233s的时间。如此，金属层淀积便构成了整个过程中的瓶颈，即：在前5片晶圆的金属垫形成过程中，在完成晶圆预清洗后便可以立即进行淀积阻挡层和淀积金属层的操作，然而从第六片晶圆开始，必须要等待前面晶圆完成淀积阻挡层和淀积金属层的操作后才可以空出反应室进行淀积阻挡层的操作，而这个等待时间大约为4分钟，所以经过预清洗的表面可能会再度被氧化而导致后续测试中的接触窗电阻增加，出现接触窗电阻变异性较大的问题。

为了更好的理解，请合并参考图2，其示出了现有工艺中金属垫的形成过程中各个步骤之间的等待时间与晶圆序号之间的关系。其中，横坐标代表晶圆序号，纵坐标代表时间，E代表水汽去除室，于其内完成晶圆的水汽去除操作；C代表预清洗室，于其内完成自生氧化层的去除操作；2代表阻挡层淀积室；4代表金属层淀积室。则图中曲线E-＞C代表从水汽去除室E到预清洗室C的时间与晶圆序号的关系曲线；C-＞2代表从预清洗室C到阻挡层淀积室2的时间与晶圆序号的关系曲线，当然其中包含了冷却时间；2-＞4代表从阻挡层淀积室2到金属层淀积室4的时间与晶圆序号的关系曲线。从关系曲线C-＞2可以看出，从第六片晶圆开始相对于前五片晶圆在进行阻挡层淀积前所需的等待时间较长。从而，出现了图3所示的晶圆验收测试(WAT)结果，其中横坐标表示晶圆序号，纵坐标表示WAT测试结果中接触窗电阻的大小。那么对于每个晶圆上的所有测试金属垫进行测试得到图3所示的示意图：其中，对应于每个晶圆，上横线表示所得到的最大接触窗电阻值，下横线表示所得到的最小接触窗电阻值，三角标号表示通过晶圆上所有金属垫所得的测试平均值，方框表示出现在平均值±85％左右的概率。从图中可看出，平均值差异较大(即所有三角标号所对应的纵坐标差异较大)，同时方框也出现了较大的越度(如图中箭头所示)，也就是说，测试结果中出现了接触窗电阻变异性较大的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种金属垫的形成方法，以减小晶圆测试结果中接触窗电阻的变异性。

为解决以上技术问题，本发明提供一种金属垫的形成方法，包括如下步骤：提供晶圆；在预清洗室内对所述晶圆进行预清洗处理；在冷却室内对所述晶圆进行冷却处理；分别在第一反应室与第二反应室内于所述晶圆上依次淀积阻挡层与金属层，且在所述预清洗室或冷却室内增加晶圆闲置步骤。

进一步的，所述晶圆闲置时间大于或等于180秒。

进一步的，所述晶圆闲置时间小于阻挡层淀积时间与金属层淀积时间之和。

进一步的，所述晶圆闲置时间为240秒。

进一步的，在对所述晶圆进行预清洗之前还包括：在水汽去除室内对所述晶圆进行水汽去除处理。

可见，以上金属垫的形成方法在进行阻挡层淀积之前增加了晶圆闲置步骤，从而使得前五片晶圆与后面的晶圆在进行阻挡层淀积之前都需经过一段闲置时间，从而避免了现有技术中由于等待时间不同而导致的接触窗电阻变异性问题。

附图说明

图1为现有工艺中金属垫的形成过程示意图；

图2为现有工艺中金属垫的形成过程中各个步骤之间的等待时间与晶圆序号之间的关系曲线图；

图3为采用现有金属垫形成工艺所得到的晶圆验收测试(WAT)结果示意图；

图4为本发明一实施例所提供的金属垫的形成过程示意图；

图5为本发明一实施例中金属垫的形成过程中各个步骤之间的等待时间与晶圆序号之间的关系曲线图；

图6为采用本发明一实施例所提供的金属垫形成工艺所得到的晶圆验收测试(WAT)结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术特征更明显易懂，下面结合附图与实施例，对本发明做进一步的描述。

从背景技术的描述可知，造成晶圆验收测试(WAT)结果中出现接触窗电阻(Rc)变异性问题的原因是金属垫制造工艺开始阶段，前五片晶圆与后面晶圆在进行阻挡层淀积前的等待时间不同造成的，反应于图2中C-＞2曲线的弯曲部分。为此，只要使C-＞2曲线的弯曲部分变平，即使所有晶圆在进行阻挡层淀积前具有相同的等待时间，便可以改善Rc变异性问题。为此，本发明于阻挡层淀积前增加晶圆闲置步骤，使前五片晶圆与后面的晶圆在进行阻挡层淀积之前都需经过一段闲置时间，达到平衡等待时间的目的。具体如下：

请参考图4，其为本发明一实施例所提供的金属垫的形成过程示意图。当然，首先要提供经过前段处理的晶圆，而后于晶圆上制作金属垫。从图中可以看出制作过程中，晶圆闲置步骤被增加在预清洗室C或冷却室A内。具体由以下两种方式实现：

第一种方式，包括如下步骤：

在预清洗室C内对晶圆进行预清洗处理，以去除晶圆表面的自生氧化层(native oxide)，并增加闲置步骤；

在冷却室A内对晶圆进行冷却处理；

而后分别在第一反应室(阻挡层淀积室)2与第二反应室(金属层淀积室)4内依次淀积阻挡层与金属层。

第二种方式，包括如下步骤：

在预清洗室C内对晶圆进行预清洗处理，以去除晶圆表面的自生氧化层；

在冷却室A内对晶圆进行冷却处理并增加闲置步骤；

而后分别在第一反应室2与第二反应室4内依次淀积阻挡层与金属层。

在实际应用中，金属垫通常为铝垫，则金属层为铝层，则在第二反应室内淀积金属层的个过程往往为长铝的过程。另外，阻挡层可以是氮化钽(TaN)，那么在第一反应室2内进行的淀积阻挡层的过程变为长氮化钽的过程。由实验测得，预清洗处理所需的时间大约为44s；晶圆传输经过冷却室的时间在1s左右；淀积阻挡层的时间大约为54s；且淀积金属层的时间大约为233s。调整晶圆闲置时间，制作对应于不同闲置时间的金属垫，进行WAT测试，发现当晶圆闲置时间≥180s时，接触窗电阻变异性得到抑制，满足需求。当然，闲置时间不利于无限放大，这样会降低晶圆制造效率，通常另晶圆闲置时间小于阻挡层淀积时间与金属层淀积时间之和。且经实验发现，较佳的闲置时间为240s。

此外，在对晶圆进行预清洗之前同样还包括：在水汽去除室内对晶圆进行水汽去除处理。

请合并参考图2与图5，其示出了以上实施例中金属垫的形成过程中各个步骤之间的等待时间与晶圆序号之间的关系。其中，横坐标代表晶圆序号，纵坐标代表时间，E代表水汽去除室，C代表预清洗室，2代表阻挡层淀积室；4代表金属层淀积室。则图中曲线E-＞C代表从水汽去除室E到预清洗室C的时间与晶圆序号的关系曲线；C-＞2代表从预清洗室C到阻挡层淀积室2的时间与晶圆序号的关系曲线，当然其中包含了冷却时间；2-＞4代表从阻挡层淀积室2到金属层淀积室4的时间与晶圆序号的关系曲线。相对于现有技术，关系曲线C-＞2没有过大的起伏，即每片晶圆在进行阻挡层淀积前所需的等待时间较为平均。从而，出现了图6所示的WAT测试结果，其中横坐标表示晶圆序号，纵坐标表示WAT测试结果中接触窗电阻的大小。那么对于每个晶圆上的所有测试金属垫进行测试得到图6所示的示意图：其中，对应于每个晶圆，上横线表示所得到的最大接触窗电阻值，下横线表示所得到的最小接触窗电阻值，三角标号表示通过晶圆上所有铝垫所得的测试平均值，方框表示出现在平均值±85％左右的概率。从图中可看出，相对于现有技术，其平均值差异较小(即所有三角标号所对应的纵坐标差异较小)，同时方框也没有出现过大的越度，也就是说，测试结果中出现了接触窗电阻变异性问题得到了很好的改善。

以上仅为举例，并非用以限定本发明，本发明的保护范围应当以权利要求书所涵盖的范围为准。

Claims

1.一种金属垫的形成方法，包括如下步骤：

提供晶圆；

在预清洗室内对所述晶圆进行预清洗处理；

在冷却室内对所述晶圆进行冷却处理；

分别在第一反应室与第二反应室内于所述晶圆上依次淀积阻挡层与金属层，

其特征是，在所述预清洗室或冷却室内增加晶圆闲置步骤。

2.根据权利要求1所述的金属垫的形成方法，其特征是，其中所述晶圆闲置时间大于或等于180秒。

3.根据权利要求2所述的金属垫的形成方法，其特征是，其中所述晶圆闲置时间小于阻挡层淀积时间与金属层淀积时间之和。

4.根据权利要求2所述的金属垫的形成方法，其特征是，其中所述晶圆闲置时间为240秒。

5.根据权利要求1所述的金属垫形成方法，其特征是，在对所述晶圆进行预清洗之前还包括：

在水汽去除室内对所述晶圆进行水汽去除处理。