CN102437099A - 一种降低接触孔电阻的接触孔结构形成方法 - Google Patents

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傅昶
胡友存
张亮
郑春生
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Abstract

本发明公开了一种降低电阻的接触孔结构形成方法，其通过采用湿法刻蚀去除接触孔上部的钨栓和接触孔阻挡层，降低了钨栓和接触孔阻挡层的高度，并用金属铜和铜阻挡层进行替代，因为金属铜与钨栓相比具有较低的电阻值，因而可以达到有效降低接触孔的接触电阻的目的，进而提高了半导体器件性能，工艺过程简单易控制。

Description

一种降低接触孔电阻的接触孔结构形成方法
技术领域
本发明涉及半导体制备技术领域，具体来说是涉及一种降低接触孔电阻的接触孔结构形成方法。
背景技术
在半导体的生产工艺中， 由于例如包括MOSFETS并且借助MOS或CMOS工艺制造的器件集成度的不断提高，半导体器件的小型化也正正面临着挑战。不仅器件的尺寸和区域需要降低其大小，而且在质量和成品率上仍有很高的期望。此种类型的器件的结深涉及到掺杂的高活性，结深的良好控制等等。同时，为了通过背面相接触，通常需要与金属硅化物之间的低电阻接触。
图1示出了现有技术中的一种接触孔结构，其具体的形成工艺包括以下的步骤：首先，在硅衬底上衬底10上沉积有刻蚀阻挡层20和氧化物层30，然后进行光刻，形成开口，并通过开口依次刻蚀氧化物层30和刻蚀阻挡层20，形成接触孔，并在接触孔的侧壁和底部内形成一接触孔阻挡层01，而后进行金属钨的生长，并进行化学机械研磨形成填充在接触孔中的钨栓02，随后，在氧化物层30之上从下至上依次淀积一层阻挡层40、一低介电常数介质层50和一低介电常数覆盖层60，而后在低介电常数覆盖层之上涂覆一层光刻胶，并进行光刻工艺，形成开口，并以光刻胶为掩膜，通过所形成的开口刻蚀低介电常数覆盖层60、低介电常数介质层50和阻挡层40，形成沟槽，然后，在低介电常数覆盖层60和沟槽的侧壁和底部形成一层铜阻挡层03，并采用电化学镀ECP工艺进行金属铜04的生长，然后，进行第二次机械化学研磨，使得金属铜04仅填充在具有铜阻挡层的沟槽内，低介电常数覆盖层60被磨完，且金属铜04的上表面与低介电常数介质层50的上表面保持水平。通过上述接触孔制备工艺所制得的结构中的金属铜04到硅衬底10的有源区之间的电阻，为钨栓02的电阻与接触孔侧壁上的接触孔阻挡层01的电阻三者并联后加上接触孔底部的接触孔阻挡层的电阻和沟槽底部的接触孔阻挡层的电阻。通过电阻值的分析可知，钨栓02的电阻值在决定接触电阻方面占有主导地位，而且，相比较而言，由于金属钨具有较大的电阻，因此决定了接触电阻也相应较大，严重影响了半导体器件的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低接触电阻的接触孔结构形成方法，其降低接触电阻，提高了半导体器件的性能。
为解决上述目的，本发明所提供的技术方案为：
一种降低接触电阻的接触孔结构形成方法，其中，包括以下的步骤：
步骤S1：提供一硅衬底，所述硅衬底上形成有接触有源区的金属硅化物，在所述硅衬底上从下至上依次沉积有刻蚀阻挡层、氧化物层、阻挡层、低介电常数介质层以及低介电常数覆盖层，一沟槽在竖直方向上贯穿低介电常数覆盖层、低介电常数介质层和阻挡层，一接触孔在竖直方向上贯穿氧化物层和刻蚀阻挡层，且接触孔位于沟槽的下方；
步骤S2：在氧化物层之上以及沟槽和接触孔的内壁和底部生长一层接触孔阻挡层，并生长金属钨，对所淀积的接触孔阻挡层和金属钨进行化学机械研磨工艺，去除部分金属钨和接触孔阻挡层，暴露出低介电常数覆盖层，并使得金属钨的上表面与低介电常数覆盖层的上表面保持水平；
步骤S3：对剩余的金属钨和接触孔阻挡层进行湿法刻蚀，去除沟槽内以及接触孔上部的金属钨和接触孔阻挡层，形成钨栓；
步骤S4：在低介电常数覆盖层之上、沟槽和接触孔上部的侧壁和底部以及钨栓和接触孔阻挡层之上生长一层铜阻挡层，并采用电化学镀ECP工艺在铜阻挡层之上以及生长有铜阻挡层的沟槽和接触孔的上部生长金属铜；
步骤S5：对金属铜和铜阻挡层进行化学机械研磨工艺，暴露出低介电常数介质层，使得金属铜的上表面与低介电常数介质层的上表面保持水平。
上述的方法，其中，构成阻挡层的材料为SiCN。
上述的方法，其中，构成低介电常数覆盖层的材料为SiO2。
上述的方法，其中，构成接触孔阻挡层的材料为Ti或者TiN或两种材料的组合。
上述的方法，其中，构成铜阻挡层的材料为Ta或者TaN或两种材料的组合。
上述的方法，其中，在所述步骤S6中，采用溶液进行湿法刻蚀。 
本发明公开了一种降低电阻的接触孔结构形成方法，采用一种的混合液体和其他碱性化合物，进行湿法刻蚀去除部分钨栓和接触孔阻挡层，降低钨栓和接触孔阻挡层的高度，并用金属铜和铜阻挡层进行替代，因为金属铜与钨栓相比具有较低的电阻值，因而可以达到有效降低接触孔的接触电阻的目的，进而提高了半导体器件性能，工艺过程简单易控制。
附图说明
图1为现有技术中的一种接触孔结构的结构示意图；
图2为本发明的一种降低接触电阻的接触孔结构形成方法的流程图；
图2A-2F为图2示的本发明的一种降低接触电阻的接触孔结构形成方法的各个步骤所形成的器件结构的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式来对本发明的一种降低接触电阻的接触孔结构形成方法做进一步详细地说明。
如图2和图2A-2F所示，本发明的一种降低接触电阻的接触孔结构形成方法，其中，包括以下的步骤：
步骤S1：提供一硅衬底101，硅衬底101上形成有接触有源区的金属硅化物101a，在硅衬底101上从下至上依次沉积有刻蚀阻挡层102、氧化物层103、阻挡层104、低介电常数介质层105以及低介电常数覆盖层116，一沟槽100在竖直方向上贯穿低介电常数覆盖层116、低介电常数介质层105和阻挡层104，一接触孔100在竖直方向上贯穿氧化物层103和刻蚀阻挡层102，且接触孔200位于沟槽100的下方；
步骤S2：在氧化物层103之上以及沟槽100和接触孔200的内壁和底部生长一层接触孔阻挡层106，并生长金属钨107，对所淀积的接触孔阻挡层106和金属钨107进行化学机械研磨工艺，去除部分金属钨107和接触孔阻挡层106，暴露出低介电常数覆盖层116，并使得研磨后的金属钨107’的上表面与低介电常数覆盖层116的上表面保持水平；
步骤S3：采用含有NH4OH、H2O2和H2O的溶液对研磨后的金属钨105’和接触孔阻挡层104’进行湿法刻蚀，去除沟槽100内以及接触孔200上部的金属钨和接触孔阻挡层，形成钨栓107a；
步骤S4：在低介电常数覆盖层116之上、沟槽100和接触孔上200部的侧壁和底部以及钨栓107a和接触孔阻挡层106’之上生长一层铜阻挡层108，并采用电化学镀ECP工艺在铜阻挡层108之上以及生长有铜阻挡层108的沟槽100和接触孔200的上部生长金属铜109；
步骤S5：对金属铜109和铜阻挡层108进行化学机械研磨工艺，去除部分金属铜109和铜阻挡层108，暴露出低介电常数介质层105，使得研磨后的金属铜109’的上表面与在低介电常数介质层105的上表面保持水平。
进一步地，构成阻挡层的材料分别为SiCN。
进一步地，构成低介电常数覆盖层的材料为SiO2。
进一步地，构成接触孔阻挡层的材料为Ti或者TiN或两种材料的组合。
进一步地，构成铜阻挡层的材料为Ta或者TaN或两种材料的组合。
综上，本发明公开了一种降低电阻的接触孔结构形成方法，采用湿法刻蚀去除接触孔上部的钨栓和接触孔阻挡层，降低了钨栓(降低至现有技术中的钨栓高度的90％到10％)和接触孔阻挡层的高度，并用金属铜和铜阻挡层进行替代，因为金属铜与钨栓相比具有较低的电阻值，因而可以达到有效降低接触孔的接触电阻的目的，进而提高了半导体器件性能，工艺过程简单易控制。
应当指出的是，上述内容只是本发明的具体实施例的列举，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；且上述具体实施例并非用来限制本发明的实施范围，即凡依本发明专利申请内容所作的等效变换与修饰，都落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种降低接触电阻的接触孔结构形成方法，其特征在于，包括以下的步骤：
步骤S1：提供一硅衬底，所述硅衬底上形成有接触有源区的金属硅化物，在所述硅衬底上从下至上依次沉积有刻蚀阻挡层、氧化物层、阻挡层、低介电常数介质层以及低介电常数覆盖层，一沟槽在竖直方向上贯穿低介电常数覆盖层、低介电常数介质层和阻挡层，一接触孔在竖直方向上贯穿氧化物层和刻蚀阻挡层，且接触孔位于沟槽的下方；
步骤S2：在氧化物层之上以及沟槽和接触孔的内壁和底部生长一层接触孔阻挡层，并生长金属钨，对所淀积的接触孔阻挡层和金属钨进行化学机械研磨工艺，去除部分金属钨和接触孔阻挡层，暴露出低介电常数覆盖层，并使得金属钨的上表面与低介电常数覆盖层的上表面保持水平；
步骤S3：对剩余的金属钨和接触孔阻挡层进行湿法刻蚀，去除沟槽内以及接触孔上部的金属钨和接触孔阻挡层，形成钨栓；
步骤S4：在低介电常数覆盖层之上、沟槽和接触孔上部的侧壁和底部以及钨栓和接触孔阻挡层之上生长一层铜阻挡层，并采用电化学镀ECP工艺在铜阻挡层之上以及生长有铜阻挡层的沟槽和接触孔的上部生长金属铜；
步骤S5：对金属铜和铜阻挡层进行化学机械研磨工艺，暴露出低介电常数介质层，使得金属铜的上表面与低介电常数介质层的上表面保持水平。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，构成阻挡层的材料为SiCN。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，构成低介电常数覆盖层的材料为SiO2。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，构成接触孔阻挡层的材料为Ti或者TiN或两种材料的组合。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，构成铜阻挡层的材料为Ta或者TaN或两种材料的组合。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S6中，采用溶液进行湿法刻蚀。
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