TW201901896A - 半導體元件以及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種半導體元件，包括鎢接觸結構，形成在一基底上的第一介電層之中。該鎢接觸結構中有一接縫結構。氧化鎢層至少形成在該接縫結構的側壁。

Description

半導體元件以及其製造方法
本發明是有關於半導體製造技術，更是關於鎢接觸結構的製造。
在半導體元件的整體結構中，為達成所設計的積體電路的連接結構，半導體元件都會包含接觸結構，以連結不同高度的電路元件。接觸結構一般會採用鎢金屬當作其材料。
鎢接觸結構一般是形成在介電層之中，來達到在介電層上下兩層的電路元件的電性連接。在製造鎢接觸結構的過程中，介電層會先形成開口，而鎢材料會填入此開口中完成鎢接觸結構，進而達成介電層上與下電路元件之間的電性連接的作用。
鎢接觸結構的品質會影響介電層上與下電路元件之間的電性連接。因此在製造過程中需要避免對鎢接觸結構遭成損壞。
依據本發明的一實施例，本發明提供一種半導體元件，包括鎢接觸結構，形成在一基底上的第一介電層之中。該鎢接觸結構中有一接縫結構。氧化鎢層是至少形成在該接縫結構的側壁。
依據本發明的一實施例，對於所述半導體元件，該氧化鎢層的厚度是在25A(angstrom)到35A的範圍。
依據本發明的一實施例，對於所述半導體元件，該氧化鎢層的厚度是在27A到32A的範圍。
依據本發明的一實施例，對於所述半導體元件，在該鎢接觸結構尚未被濕式清潔前，該氧化鎢層也形成在該鎢接觸結構的上表面。
依據本發明的一實施例，對於所述半導體元件，該第一介電層是氧化矽層。
依據本發明的一實施例，對於所述半導體元件，更包括第二介電層，覆蓋過該鎢接觸結構與該第一介電層。插塞結構形成在該第二介電層中，在該鎢接觸結構上，且與該鎢接觸結構電性接觸。
依據本發明的一實施例，對於所述半導體元件，該第一介電層是多層疊置結構。
依據本發明的一實施例，對於所述半導體元件，該基底包含晶圓以及在該晶圓上完成的元件結構。
依據本發明的一實施例，本發明提供一種半導體元件製造方法，包括形成一第一介電層於一基底上方。一鎢接觸結構形成在該第一介電層中。對該鎢接觸結構進行含氧氣體電漿處理，以形成鎢氧化層於該鎢接觸結構的暴露表面。對該鎢接觸結構進行濕式清潔。
依據本發明的一實施例，對於所述的半導體元件製造方法，該氧化鎢層的厚度是在25A到35A的範圍。
依據本發明的一實施例，對於所述的半導體元件製造方法，該氧化鎢層的厚度是在27A到32A的範圍。
依據本發明的一實施例，對於所述的半導體元件製造方法，該鎢接觸結構中有一接縫結構。
依據本發明的一實施例，對於所述的半導體元件製造方法，於進行該濕式清潔前，該氧化鎢層是形成在該鎢接觸結構的上表面，以及在該接縫結構的側壁。
依據本發明的一實施例，對於所述的半導體元件製造方法，該第一介電層是氧化矽層。
依據本發明的一實施例，對於所述的半導體元件製造方法，更包括形成第二介電層於該鎢接觸結構與該第一介電層上方;以及形成一插塞結構在該第二介電層中，於該鎢接觸結構上，且與該鎢接觸結構電性接觸。
依據本發明的一實施例，對於所述的半導體元件製造方法，該第一介電層是多層疊置結構。
依據本發明的一實施例，對於所述的半導體元件製造方法，該基底包含晶圓以及在該晶圓上完成的元件結構。
本發明的鎢接觸結構，在進行濕式清潔前，對鎢接觸結構先進行含氧氣體電漿處理，除了在鎢接觸結構表面可以形成氧化鎢，也可以在接縫結構的側壁表面形成氧化鎢，如此可以有項避免鎢材料被H2 O2 的侵蝕，而損壞，其中接縫結構由於有氧化鎢的保護而可以有效避免擴大。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本發明是關於在半導體製造技術中鎢接觸結構的製造。
鎢接觸結構在形成過程中是從介電層的開口的側壁開始形成，因此難免對於一些鎢接觸結構會存在有接縫(seam)結構。鎢接觸結構完成後會對其進行濕式清潔製程，濕式清潔製程一般會使用包含過氧化氫(H2 O2 )的清潔液。此H2 O2 清潔液是會侵蝕鎢材料。如果鎢接觸結構存在有接縫結構時，此接縫結構會被H2 O2 侵蝕而擴大，導致在鎢接觸結構的上表面會有不可忽略的凹陷。此凹陷會影響後續的電性連接的效果。
本發明可以有效減少凹陷的擴大，使得後續形成的元件能維持較加的電性連接效果。
圖1是依照本發明一實施例，一種鎢接觸結構的剖面示意圖。參閱圖1，本發明提出在鎢接觸結構50的上表面，形成氧化鎢層52。此氧化鎢層52的厚度於一實施例，例如是在25A到35A的範圍，又或是在27A到32A的範圍，但是不限於此。氧化鎢層52的形成方式於一實施例，例如是對鎢表面施行含氧氣體(oxygen-containing gas)的電漿處理(plasma treatment)56，以形成氧化鎢層52在鎢接觸結構50的表面。之後，此具有氧化鎢層52的鎢接觸結構50在後續的濕式清潔54的過程中可以避免清潔液中的H2 O2 的侵蝕。
對鎢接觸結構50施行含氧氣體的電漿處理56的方式，其對於鎢接觸結構50存在有接縫結構的保護效果會更為顯著。以下舉鎢接觸結構50有接縫結構的實施例來說明。
圖2是依照本發明一實施例，一種鎢接觸結構含有接縫結構的剖面示意圖。參閱圖2。鎢接觸結構62是形成在基底40上的介電層60之中。於本實施例，以鎢接觸結構62中有一接縫結構64為例來說明。基底40例如包含晶圓以及在該晶圓上已經完成的元件結構。此元件結構需要藉由鎢接觸結構62往上與其他電路元件電性連接，其中高度是由介電層60來提供。因此，鎢接觸結構62是形成在介電層60中。介電層60於一實施例也可以是單層或是多層疊置結構。多層疊置結構例如由多個介電層60a、60b的疊置，但是不限於此。接縫結構64的形狀例如是下窄上寬(V型)、下窄中間寬上窄(紡錘型)、或是長方型等，但是不限於此。
鎢接觸結構62的上表面是暴露的狀態。如此，對鎢接觸結構62的上表面進行含氧氣體的電漿處理68。經過電漿處理68後，氧化鎢層66會形成在鎢接觸結構62的上表面。於此，含氧氣體例如是O2 、O3 或N2 O，但是不限於此。
圖3是依照本發明一實施例，一種鎢接觸結構含有接縫結構經過氧氣體電漿處理的剖面示意圖。參閱圖3，由於本發明採用含氧氣體的電漿處理68，由於氣體的流動性佳，如果鎢接觸結構62存在有接縫結構64，氧化鎢層66也會在接縫結構64的側壁上形成。也就是，氧化鎢層66也會有效覆蓋接縫結構64的表面。
由於氧化鎢層66也會有效覆蓋接縫結構64的表面，在後續的濕式清潔的過程中，氧化鎢層66可以抵抗清潔液中的H2 O2 的侵蝕。如此，氧化鎢層66更可以有效避免接縫結構64被H2 O2 的侵蝕而擴大，也因此避免造成鎢接觸結構62在表面有凹陷。
本發明經實際樣品的驗證，鎢接觸結構62經含氧氣體的電漿處理68後，確實可以減少鎢接觸結構62在表面的凹陷。
半導體元件的後續製程，依照電路的設計會繼續形成其他電路元件，而藉由此鎢接觸結構62與在基底40的電路元件電性連接。
圖4是依照本發明一實施例，一種含有鎢接觸結構的半導體元件的剖面示意圖。參閱圖4，於一實施例，在鎢接觸結構62製造後，例如可以在繼續形成接觸插塞72，以連接更上層的元件。插塞72的材料例如是銅。而插塞72的形成方式例如在形成另一個介電層70，其例如是氧化矽層。又，如果需要配合在其他部位的元件的製造，介電層70有可以如介電層60相似，是疊層的疊置。在介電層70也會先形成開口，暴露鎢接觸結構62，其中部分的氧化鎢層66也會被移除。之後，銅材料被填入開口而完成插塞72。插塞72與鎢接觸結構62電性接觸，而達成電性連接的路徑。
形成開口的過程中，會先在介電層70上形成圖案化光阻層(圖未示)定義開口位置，接著利用乾蝕刻製程在介電層70中蝕刻出開口，直至暴露鎢接觸結構62，然後會利用濕式清潔移除蝕刻製程中的聚合物、殘餘物和副產物等。此時，濕式清潔液中的H2 O2 若直接接觸到暴露鎢接觸結構62，有可能會侵蝕鎢接觸結構62，更甚者進一步侵蝕擴大接縫結構64。本發明由於氧化鎢層66也會有效覆蓋接縫結構64的表面，在濕式清潔的過程中，氧化鎢層66可以抵抗清潔液中的H2 O2 的侵蝕。如此，氧化鎢層66更可以有效避免接縫結構64被H2 O2 的侵蝕而擴大。
以上圖4的實施例是以介電層70之開口小於鎢接觸結構62為例進行說明，銅材料被填入開口之前，會額外進行清潔製程(乾式蝕刻清潔)，移除開口暴露部分表面的氧化鎢層66，以降低鎢接觸結構62與插塞72間之接觸電阻。接縫結構64中的氧化鎢層66，由於與蝕刻劑接觸面積小，有可能有部分殘留，如圖4所示。於其他實施例中，若介電層70之開口大於鎢接觸結構62時，表面的氧化鎢層66則會被全部移除，接縫結構64中的氧化鎢層66，仍有可能有部分殘留。
以上圖4的實施例是以鎢接觸結構62存在有接縫結構64的情形。接縫結構64在製造時有很大的機率會發生。然而，對於一些鎢接觸結構62，其接縫結構64可能很小而不明顯，又或是可能完全填滿而沒有接縫結構64。
圖5是依照本發明一實施例，一種含有鎢接觸結構的半導體元件的剖面示意圖。參閱圖5，對於鎢接觸結構62沒有接縫結構64的情形下，插塞72與鎢接觸結構62是直接接觸，不會包含接縫結構64。然而，就製造方法而言，含氧氣體的電漿處理68不需要區分鎢接觸結構62是否有接縫結構64。
圖6是依照本發明一實施例，一種半導體元件製造方法的步驟流程示意圖。參閱圖6，以下再舉一實施例，其是一種半導體元件製造方法。半導體元件製造方法包括步驟S100，形成一第一介電層於一基底上方。於步驟S102，一鎢接觸結構形成在該第一介電層中。於步驟S104，對該鎢接觸結構進行含氧氣體電漿處理，以形成鎢氧化層於該鎢接觸結構的暴露表面。於步驟S106，對該鎢接觸結構進行濕式清潔。於步驟S108，繼續形成後續的元件結構。如此，步驟S104中的含氧氣體電漿處理無需區分鎢接觸結構62是否有接縫結構64。如果鎢接觸結構62是否有接縫結構64，其接縫結構64會被保護，不會實質上造成擴大。
本發明提出在形成鎢接觸結構62的過程中，於進行濕式清潔前，先對鎢接觸結構62進行含氧氣體電漿處理，如此當接縫結構64存在時，可以有效避免接縫結構64被H2 O2 侵蝕而擴大，造成表面的凹陷。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
40‧‧‧基底
50‧‧‧鎢接觸結構
52‧‧‧鎢氧化層
54‧‧‧濕式清潔
56‧‧‧電漿處理
60、60a、60b‧‧‧介電層
62‧‧‧鎢接觸結構
64‧‧‧接縫結構
66‧‧‧鎢氧化層
68‧‧‧電漿處理
70‧‧‧介電層
72‧‧‧插塞
S100；S102、S104、S106、S108‧‧‧步驟
圖1是依照本發明一實施例，一種鎢接觸結構的剖面示意圖。 圖2是依照本發明一實施例，一種鎢接觸結構含有接縫結構的剖面示意圖。 圖3是依照本發明一實施例，一種鎢接觸結構含有接縫結構經過氧氣體電漿處理的剖面示意圖。 圖4是依照本發明一實施例，一種含有鎢接觸結構的半導體元件的剖面示意圖。 圖5是依照本發明一實施例，一種含有鎢接觸結構的半導體元件的剖面示意圖。 圖6是依照本發明一實施例，一種半導體元件製造方法的步驟流程示意圖。

Claims (17)

  1. 一種半導體元件，包括： 鎢接觸結構，形成在一基底上的第一介電層之中，其中該鎢接觸結構中有一接縫結構; 以及 氧化鎢層，至少形成在該接縫結構的側壁。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體元件，其中該氧化鎢層的厚度是在25A到35A的範圍。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的半導體元件，其中該氧化鎢層的厚度是在27A到32A的範圍。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的半導體元件，其中在該鎢接觸結構尚未被濕式清潔前，該氧化鎢層也形成在該鎢接觸結構的上表面。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的半導體元件，其中該第一介電層是氧化矽層。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的半導體元件，更包括: 第二介電層，覆蓋過該鎢接觸結構與該第一介電層; 以及 插塞結構，形成在該第二介電層中，在該鎢接觸結構上，且與該鎢接觸結構電性接觸。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的半導體元件，其中該第一介電層是多層疊置結構。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的半導體元件，其中該基底包含晶圓以及在該晶圓上完成的元件結構。
  9. 一種半導體元件製造方法，包括: 形成一第一介電層於一基底上方; 形成一鎢接觸結構在該第一介電層中; 對該鎢接觸結構進行含氧氣體電漿處理，以形成鎢氧化層於該鎢接觸結構的暴露表面; 以及 對該鎢接觸結構進行濕式清潔。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的半導體元件製造方法，其中該氧化鎢層的厚度是在25A到35A的範圍。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的半導體元件製造方法，其中該氧化鎢層的厚度是在27A到32A的範圍。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的半導體元件製造方法，其中該鎢接觸結構中有一接縫結構。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的半導體元件製造方法，其中於進行該濕式清潔前，該氧化鎢層是形成在該鎢接觸結構的上表面，以及在該接縫結構的側壁。
  14. 如申請專利範圍第9項所述的半導體元件製造方法，其中該第一介電層是氧化矽層。
  15. 如申請專利範圍第9項所述的半導體元件製造方法，更包括: 形成第二介電層於該鎢接觸結構與該第一介電層上方; 以及 形成一插塞結構在該第二介電層中，於該鎢接觸結構上，且與該鎢接觸結構電性接觸。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的半導體元件製造方法，其中該第一介電層是多層疊置結構。
  17. 如申請專利範圍第9項所述的半導體元件製造方法，其中該基底包含晶圓以及在該晶圓上完成的元件結構。
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