CN108288612B - 电接触结构及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供电接触结构及其形成方法，此方法包含形成薄膜材料层于衬底上，形成第一阻挡层于薄膜材料层上，形成金属层于第一阻挡层上，将金属层图案化以形成金属图案，形成间隔物于金属图案的侧壁上且覆盖第一阻挡层的一部分，刻蚀第一阻挡层，其中位于间隔物下方的第一阻挡层的此部分未被完全刻蚀，以及移除间隔物，暴露出金属图案的侧壁，以形成电接触结构于薄膜材料层上，其中第一阻挡层具有突出部超出金属图案的侧壁之外。通过实施本发明，可提高电接触结构的电性稳定性及可靠度，避免电接触结构的电阻变大。
Description
技术领域
本发明实施例是有关于电接触结构及其形成方法，且特别是有关于薄膜材料层上的电接触结构及其形成方法。
背景技术
半导体装置已广泛地使用于各种电子产品中，举例而言，诸如个人电脑、手机、以及数字相机等。半导体装置的制造通常是通过在半导体基板上依序沉积绝缘层或介电层材料、导电层材料以及半导体层材料，接着使用光刻工艺图案化所形成的各种材料层，藉以在此半导体基板之上形成电路零件及组件。
在半导体装置中，使用薄膜材料制造的元件例如薄膜电阻器或磁阻元件器等可缩小半导体装置的元件尺寸，且能展现元件的稳定性和所需要的电性效能，然而，目前在薄膜材料层上制造电接触结构仍遭遇许多问题，而造成电接触结构电阻增加及薄膜材料层的受损问题，因此电接触结构的制造方法仍有待进一步改善。
发明内容
根据本发明的一些实施例，提供电接触结构的形成方法，此方法包含形成薄膜材料层于衬底上，形成第一阻挡层于薄膜材料层上，形成金属层于第一阻挡层上，将金属层图案化以形成金属图案，形成间隔物于金属图案的侧壁上且覆盖第一阻挡层的一部分，刻蚀第一阻挡层，其中位于间隔物下方的第一阻挡层的此部分未被完全刻蚀，以及移除间隔物，暴露出金属图案的侧壁，以形成电接触结构于薄膜材料层上，其中第一阻挡层具有突出部超出金属图案的侧壁之外。
在其中一种实施例中，形成该间隔物包括形成一光刻胶层覆盖于该金属图案和该第一阻挡层上，以及实施一光刻胶回刻蚀工艺以形成该间隔物。
在其中一种实施例中，该薄膜材料层包括薄膜电阻材料或磁阻元件的薄膜材料，且该薄膜电阻材料包括硅铬、镍铬或氮化钽，该磁阻元件包括异向性磁阻或巨磁阻元件，且该磁阻元件的薄膜材料包括镍铁、钴铁、钴铁硼、铜、铂锰或铱锰。
在其中一种实施例中，刻蚀该第一阻挡层包括一湿刻蚀工艺，且该湿刻蚀工艺使用的一刻蚀剂包含过氧化氢。
在其中一种实施例中，更包括形成一护层于该薄膜材料层和该电接触结构上，且该护层具有一开口位于该金属图案的正上方。
在其中一种实施例中，更包括:
形成一第二阻挡层于该金属层之上；
形成一抗反射层于该第二阻挡层之上，且该第二阻挡层和该抗反射层在图案化该金属层的步骤中同时被图案化，以形成与该金属图案完全重叠的图案；以及
刻蚀该抗反射层暴露出该第二阻挡层的一上表面。
在其中一种实施例中，图案化该金属层包括一干刻蚀工艺，且该干刻蚀工艺停止于该第一阻挡层上。
根据本发明的一些实施例，提供电接触结构放置于衬底上的薄膜材料层上，包含第一阻挡层设置于薄膜材料层上，以及金属图案设置于第一阻挡层上，其中第一阻挡层具有突出部超出金属图案的侧壁之外。
在其中一种实施例中，更包括一护层设置于该薄膜材料层和该金属图案之上，且该护层具有一开口位于该金属图案的正上方。
在其中一种实施例中，更包括一第二阻挡层设置于该金属图案上，以及一抗反射层设置于该第二阻挡层上，其中该第二阻挡层包括钛钨、钛、氮化钛、钽或氮化钽，该抗反射层包括氮氧化硅或氮化硅，且该护层的该开口暴露出该第二阻挡层的一上表面。
通过实施本发明，可提高电接触结构的电性稳定性及可靠度，避免电接触结构的电阻变大。
附图说明
根据以下的详细说明并配合所附图式做完整揭露。应注意的是，根据本产业的一般作业，图示中的各种部件并未必按照比例绘制。事实上，可能任意的放大或缩小各种部件的尺寸，以做清楚的说明。
图1A-图1I显示根据一些实施例的形成电接触结构的方法的各阶段的剖面示意图。
图2显示图1F中的区域A的放大示意图。
附图标号
100～衬底；
102～薄膜材料层；
104～第一阻挡层；
106～金属层；
106’～金属图案；
106S～侧壁；
108～第二阻挡层；
108’～图案化的第二阻挡层；
110～抗反射层；
110’～图案化的抗反射层；
112～光刻胶层；
114～间隔物；
116～护层；
118～开口；
120～导电部件；
122～电接触结构；
W1、W2、W3～宽度；
P～突出部；
A～区域。
具体实施方式
以下将详细说明本发明实施例的制作与使用方式。然应注意的是，本发明实施例提供许多可供应用的发明概念，其可以多种形式实施。文中所举例讨论的实施例仅为制造与使用本发明的示范方式，非用以限制本发明的范围。此外，在叙述中，第一工艺与第二工艺的进行，可包括第二工艺于第一工艺之后立刻进行的实施例，亦可包括其他附加工艺于第一工艺与第二工艺之间进行的实施例。许多元件可能被任意地绘制成不同的尺寸比例。这仅是为了图式的简化与清楚化。再者，当述及第一材料层位于第二材料层上或之上时，包括第一材料层与第二材料层直接接触或间隔有一个或更多个其他材料层的实施例。以下，叙述了实施例的一些变化。在不同的图式与实施例叙述中，相似的标号可用以标示相似的元件。应可理解的是，额外的操作步骤可实施于所述方法之前、之间或之后，且在所述方法的其他实施例中，可以取代或省略部分的操作步骤。
本发明的实施例的电接触结构的形成方法通过形成间隔物于金属图案的侧壁，以克服金属图案下方的阻挡层被过度刻蚀所产生的底切结构的问题，藉此提高电接触结构的电性稳定性及可靠度，避免电接触结构的电阻变大。
图1A-图1I显示根据一些实施例形成电接触结构的方法的各阶段的剖面示意图。
请参照图1A，提供衬底100，在一些实施例中，衬底100可为单晶硅衬底、磊晶硅衬底、硅锗衬底、绝缘层上覆硅(silicon on insulator，SOI)衬底、化合物半导体衬底或其他适合的半导体衬底。在衬底100上形成薄膜材料层102，薄膜材料层102的厚度范围在约
至约
之间，在一些实施例中，薄膜材料层102可包含薄膜电阻材料，例如硅铬(SiCr)、镍铬(NiCr)、氮化钽(TaN)或其他适合的薄膜电阻材料。在其他一些实施例中，薄膜材料层102可包含磁阻元件的薄膜材料，例如异向磁阻(anisotropic magnetoresistance，AMR)或巨磁阻(giant magnetoresistance，GMR)等磁阻元件的薄膜材料，上述磁阻元件的薄膜材料例如为镍铁(NiFe)、钴铁(CoFe)、钴铁硼(CoFeB)、铜(Cu)、铂锰(PtMn)、铱锰(IrMn)或其他适合的薄膜磁阻材料。在一些实施例中，薄膜材料层102可通过化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)法、物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)法、原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)法、等离子体辅助化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition，PECVD)法、高密度等离子体化学气相沉积(high-density plasma chemical vapor deposition，HDPCVD)法、有机金属化学气相沉积法(metal-organic chemical vapor deposition，MOCVD)法或脉冲激光沉积(pulsed LaserDeposition，PLD)等适合的工艺方法形成。
在一些实施例中，于衬底100及薄膜材料层102之上形成第一阻挡层104，第一阻挡层104覆盖且直接接触衬底100及薄膜材料层102的上表面。在一些实施例中，第一阻挡层104可包含钛钨(TiW)、氮化钛(TiN)、钛(Ti)或其他适合的材料。在一些实施例中，第一阻挡层104使用的钛钨(TiW)中的钛及钨的重量比例为1：9。在一些实施例中，第一阻挡层104可通过化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法、原子层沉积(ALD)法、等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)法、高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)法、有机金属化学气相沉积法(MOCVD)法或脉冲激光沉积(PLD)等适合的工艺方法形成。
请参照图1B，根据一些实施例，接着，形成金属层106于第一阻挡层104之上，在一些实施例中，金属层106包括例如铝铜(AlCu)或铝硅铜(AlSiCu)等适合的材料。接着，形成第二阻挡层108于金属层106之上，在一些实施例中，第二阻挡层108可包含与第一阻挡层104相同的材料，例如钛钨(TiW)、钛(Ti)或氮化钛(TiN)。在一些实施例中，第二阻挡层108可包含与第一阻挡层104不同的材料，例如钽(Ta)或氮化钽(TaN)等适合的材料。
在一些实施例中，接着形成抗反射层110于第二阻挡层108上，抗反射层110可包含例如氮氧化硅(SiON)或氮化硅(SiN)等材料。在一些实施例中，金属层106、第二阻挡层108、抗反射层110可通过化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法、原子层沉积(ALD)法、等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)法、高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)法、有机金属化学气相沉积法(MOCVD)法或脉冲激光沉积(PLD)等适合的工艺方法分别地形成。
请参照图1C，在一些实施例中，接续实施图案化工艺，将金属层106、第二阻挡层108和抗反射层110同时图案化。在一些实施例中，此图案化工艺包括形成遮罩图案(未绘示)在抗反射层110上，并使用遮罩图案对金属层106、第二阻挡层108和抗反射层110实施干刻蚀工艺或其他适合的刻蚀工艺，以形成如图1C所示的金属图案106’、图案化的第二阻挡层108’和图案化的抗反射层110’，之后将图案化的抗反射层110’上方的遮罩图案去除。在一些实施例中，干刻蚀工艺例如为反应性离子刻蚀(reactive-ion etching，RIE)、等离子体刻蚀(plasma etching)工艺，且此干刻蚀工艺停止于第一阻挡层104上，且暴露出第一阻挡层104的上表面及金属图案106’、图案化的第二阻挡层108’和图案化的抗反射层110’的侧壁。由于此干刻蚀工艺属于异向性刻蚀(an-isotropic etching)，异向性刻蚀只在垂直方向进行刻蚀，水平方向则不会刻蚀，故金属图案106’、图案化的第二阻挡层108’和图案化的抗反射层110’具有完全上下重叠的图案，如图1C所示。
请参照图1D，形成光刻胶层112于第一阻挡层104、金属图案106’、图案化的第二阻挡层108’及图案化的抗反射层110’之上，且光刻胶层112填入金属图案106’、图案化的第二阻挡层108’和图案化的抗反射层110’之间所形成的空间。光刻胶层112可通过例如旋转涂布工艺(spin coating)、喷涂(spray coating)工艺、其他适合的工艺或前述的组合形成。
请参照图1E，在一些实施例中，实施光刻胶回刻蚀工艺，以刻蚀光刻胶层112，形成间隔物114于金属图案106’、图案化的第二阻挡层108’和图案化的抗反射层110’的侧壁上，且间隔物114也接触第一阻挡层104的上表面，且覆盖第一阻挡层104的一部分，在一些实施例中，光刻胶回刻蚀工艺采用干刻蚀工艺，例如，反应性离子刻蚀或等离子体刻蚀等，在一些实施例中，间隔物114底部的宽度W1范围为大约0.1μm至大约0.3μm之间。
请参照图1F，在一些实施例中，实施湿刻蚀工艺以刻蚀第一阻挡层104，此湿刻蚀工艺为等向性刻蚀(isotropic etching)，并且对于薄膜材料层102具有很高的刻蚀选择比。当湿刻蚀工艺刻蚀第一阻挡层104时，被间隔物114覆盖的第一阻挡层104的一部分未被完全刻蚀，故在此湿刻蚀工艺结束之后，第一阻挡层104具有突出部P超出金属图案106’的侧壁106S之外。在一些实施例中，湿刻蚀工艺中使用的刻蚀剂例如为以过氧化氢(H2O2)为主的刻蚀剂。前述第一阻挡层104的材料，例如为钛钨(TiW)、氮化钛(TiN)或钛(Ti)。前述薄膜材料层102可包含薄膜电阻材料，例如硅铬(SiCr)、镍铬(NiCr)、氮化钽(TaN)或其他适合的薄膜电阻材料。在其他一些实施例中，薄膜材料层102可包含磁阻元件的薄膜材料，例如异向磁阻(anisotropicmagnetoresistance，AMR)或巨磁阻(giant magnetoresistance，GMR)等磁阻元件的薄膜材料。上述磁阻元件的薄膜材料例如为镍铁(NiFe)、钴铁(CoFe)、钴铁硼(CoFeB)、铜(Cu)、铂锰(PtMn)、铱锰(IrMn)或其他适合的薄膜磁阻材料。
请参照图2，图2显示根据一些实施例的图1F中的区域A的放大示意图，突出部P从金属图案106’的侧壁106S开始向外突出，突出部P的底部具有宽度W2，且突出部P的顶部具有宽度W3，在一些实施例中，宽度W3的范围在大于0μm(例如约0.01μm)至约0.2μm之间，宽度W2的范围在大于0μm(例如约0.01μm)至约0.2μm之间，在一些实施例中，宽度W3可大于宽度W2，在一些实施例中，宽度W3可小于宽度W2，在一些实施例中，宽度W3可等于宽度W2。
在本发明的实施例中，由于间隔物114覆盖金属图案106’的侧壁106S，在刻蚀第一阻挡层104的过程中，间隔物114可以保护金属图案106’、图案化的第二阻挡层108’和图案化的抗反射层110’，并且使得第一阻挡层104不会被过度刻蚀至内缩于金属图案106’的侧壁106S以内而产生底切(under cut)结构。因此本发明实施例的电接触结构具有提高电性稳定度及可靠度，避免电接触结构的电阻增加的好处。
请参照图1G，接着移除间隔物114，以形成电接触结构122于薄膜材料层102上，电接触结构122包括第一阻挡层104、金属图案106’、图案化的第二阻挡层108’及图案化的抗反射层110’。在一些实施例中，移除间隔物114之后，第一阻挡层104自金属图案106’的侧壁106S向外突出的突出部P暴露出来，突出部P超出金属图案106’的侧壁106S之外。
请参照图1H，在一些实施例中，形成护层116于衬底100之上，覆盖薄膜材料层102和电接触结构122，且护层116接触薄膜材料层102的上表面、第一阻挡层104的突出部P和金属图案106’、图案化的第二阻挡层108’及图案化的抗反射层110’的侧壁。在一些实施例中，护层116具有开口118位于电接触结构122的部分金属图案106’的正上方，并移除开口118所暴露出的部分图案化的抗反射层110’，暴露出图案化的第二阻挡层108’的部分上表面。在一些实施例中，护层116中具有的开口118作为之后形成电连接至外部电路的导电部件例如导电凸块之用。在一些实施例中，护层116可包含以低温或高温沉积的氮化硅物或氧化硅物等适合的材料，例如以250℃或400℃沉积的氮化硅(SiN)或二氧化硅(SiO2)。护层116可通过化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法、原子层沉积(ALD)法、等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)法、高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)法、有机金属化学气相沉积法(MOCVD)法或脉冲激光沉积(PLD)等适合的工艺方法形成。
请参照图1I，在一些实施例中，接着可形成导电部件120于开口118中且于部分护层116之上，以电连接电接触结构122至外部电路，导电部件120可通过化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法、原子层沉积(ALD)法、等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)法、高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)法、有机金属化学气相沉积法(MOCVD)法或脉冲激光沉积(PLD)等适合的工艺方法沉积后再实施图案化工艺形成。
依据本发明的一些实施例，提供电接触结构及其形成方法，于形成电接触结构的方法中，在刻蚀金属图案下方的阻挡层的过程中，于电接触结构的侧壁形成间隔物提供保护之用，不仅可避免电接触结构的侧壁在阻挡层刻蚀工艺期间被侧向刻蚀，亦可避免金属图案与下方的阻挡层产生底切结构，藉此提高电接触结构的电性稳定度及可靠度，避免电接触结构的电阻增加。另外，形成间隔物不需使用额外的光罩，因此不会增加制造成本。
前述内文概述了许多实施例的部件，使本领域技术人员可以从各个方面更加了解本发明实施例。本领域技术人员应可理解，且可轻易地以本发明实施例为基础来设计或修饰其他工艺及结构，幷以此达到相同的目的及/或达到与在此介绍的实施例相同的优点。本领域技术人员也应了解这些相等的结构并未背离本发明实施例的发明精神与范围。在不背离本发明实施例的发明精神与范围的前提下，可对本发明实施例进行各种改变、置换或修改。
Claims (10)
1.一种电接触结构的形成方法，其特征在于，包括：
形成一薄膜材料层于一衬底上；
形成一第一阻挡层于该薄膜材料层上，其中该第一阻挡层直接接触该衬底及该薄膜材料层的上表面且覆盖该薄膜材料层的一侧壁；
形成一金属层于该第一阻挡层上；
将该金属层图案化，以形成一金属图案；
形成一间隔物于该金属图案的一侧壁上且覆盖该第一阻挡层的一部分；
以一湿刻蚀工艺刻蚀该第一阻挡层，其中位于该间隔物下方的该第一阻挡层的该部分被部分刻蚀但未被完全刻蚀；以及
移除该间隔物，暴露出该金属图案的该侧壁，以形成一电接触结构于该薄膜材料层上，其中该薄膜材料层保持未被刻蚀，其中该第一阻挡层具有一突出部超出该金属图案的该侧壁之外。
2.如权利要求1所述的电接触结构的形成方法，其特征在于，形成该间隔物包括形成一光刻胶层覆盖于该金属图案和该第一阻挡层上，以及实施一光刻胶回刻蚀工艺以形成该间隔物。
3.如权利要求1所述的电接触结构的形成方法，其特征在于，该薄膜材料层包括薄膜电阻材料或磁阻元件的薄膜材料，且该薄膜电阻材料包括硅铬、镍铬或氮化钽，该磁阻元件包括异向性磁阻或巨磁阻元件，且该磁阻元件的薄膜材料包括镍铁、钴铁、钴铁硼、铜、铂锰或铱锰。
4.如权利要求1所述的电接触结构的形成方法，其特征在于，该湿刻蚀工艺使用的一刻蚀剂包含过氧化氢。
5.如权利要求1所述的电接触结构的形成方法，其特征在于，更包括形成一护层于该薄膜材料层和该电接触结构上，且该护层具有一开口位于该金属图案的正上方。
6.如权利要求1所述的电接触结构的形成方法，其特征在于，更包括:
形成一第二阻挡层于该金属层之上；
形成一抗反射层于该第二阻挡层之上，且该第二阻挡层和该抗反射层在图案化该金属层的步骤中同时被图案化，以形成与该金属图案完全重叠的图案；以及
刻蚀该抗反射层暴露出该第二阻挡层的一上表面。
7.如权利要求1所述的电接触结构的形成方法，其特征在于，图案化该金属层包括一干刻蚀工艺，且该干刻蚀工艺停止于该第一阻挡层上。
8.一种电接触结构，设置于一衬底上的一薄膜材料层上，其特征在于，包括：
多个第一阻挡层，设置于该薄膜材料层上，其中该多个第一阻挡层直接接触该衬底及该薄膜材料层的上表面且覆盖该薄膜材料层的一侧壁，其中该薄膜材料层在该多个第一阻挡层之间以水平方向连续延伸；以及
多个金属图案，分别设置于该多个第一阻挡层上，其中该多个第一阻挡层各具有一突出部超出该多个金属图案的一侧壁之外。
9.如权利要求8所述的电接触结构，其特征在于，更包括一护层设置于该薄膜材料层和该多个金属图案之上，且该护层具有一开口位于该多个金属图案其中之一的正上方。
10.如权利要求9所述的电接触结构，其特征在于，更包括多个第二阻挡层设置于该多个金属图案上，以及多个抗反射层设置于该多个第二阻挡层上，其中该多个第二阻挡层包括钛钨、钛、氮化钛、钽或氮化钽，该多个抗反射层包括氮氧化硅或氮化硅，且该护层的该开口暴露出该多个第二阻挡层其中之一的一上表面。
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