專利名稱：移除金屬氧化物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于在半導(dǎo)體基底上制造集成電路元件，且特別有關(guān)于形成接觸結(jié)構(gòu)的方法、以及所形成的接觸結(jié)構(gòu)和所應(yīng)用的裝置。
背景技術(shù)：
互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal oxidesemiconductor；CMOS)的技術(shù)已被普遍認(rèn)定為應(yīng)用在數(shù)字電子的領(lǐng)先科技，且特別是在許多計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的應(yīng)用上。而在互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體元件的微小化中，金屬接觸(contact)是已廣泛地應(yīng)用于此工業(yè)上。
圖1是顯示一接觸結(jié)構(gòu)的概略剖面圖式。此接觸結(jié)構(gòu)是包含基底100、介電層110、金屬接觸120以及金屬氧化物120a。介電層110是位于基底100上，金屬接觸120則位于介電層110中，而金屬氧化物120a則位于金屬接觸120的上方。
形成上述接觸結(jié)構(gòu)的方法是包括于介電層110中提供一接觸孔(未示)，將一金屬層(未示)填入此接觸孔中并且覆蓋于基底100上。接著施以一化學(xué)機(jī)械研磨制程(chemical-mechanicalpolishing；CMP)以移除高于介電層110表面的金屬層，以形成金屬接觸120。當(dāng)化學(xué)機(jī)械研磨制程結(jié)束后，則其所使用的研磨液中的化學(xué)成分將與金屬接觸120反應(yīng)，因此將于金屬接觸120上形成金屬氧化物120a。由于金屬氧化物120a是具有高電阻，因而將增加接觸結(jié)構(gòu)的電阻，并可能導(dǎo)致電路的故障。目前是于化學(xué)機(jī)械研磨后的接觸結(jié)構(gòu)中施以一化學(xué)品例如水或氨水(ammonia)，以移除金屬氧化物120a。
美國專利申請案號2002/0052115 A1中是揭露一種排除在研磨液中的凝聚(agglomerate)顆粒的方法。此方法包括將廢研磨液傳送至排出管，其中上述廢研磨液可能形成具有一凝聚顆粒尺寸的凝聚塊。此方法更包括將能量施予至廢研磨液以實(shí)質(zhì)減小凝聚顆粒的尺寸，以致將廢研磨液通暢地流經(jīng)排出管。
美國專利案號5,906,949中是揭露一種化學(xué)機(jī)械研磨制程。此制程是利用一種包含主要由硅亞隆(sialon)或勃姆石(boehmite)所制成的研磨顆粒(abrasive particle)的研磨液，其可增進(jìn)研磨速率且不會造成研磨處理表面的平面下陷，以及金屬雜質(zhì)的增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是提供一種將金屬氧化物自金屬層移除的方法，其是借使用溫度高于約10℃的水或溫度高于約15℃的化學(xué)品的液體或蒸氣(vapor)以增進(jìn)金屬氧化物的溶解度(solubility)。
本發(fā)明所述的移除金屬氧化物的方法，上述液體或蒸氣的溫度是增加上述金屬氧化物的溶解度的平衡常數(shù)。
本發(fā)明所述的移除金屬氧化物的方法，該化學(xué)品是包含一純極性溶液或一極性溶液和水。
本發(fā)明所述的移除金屬氧化物的方法，該極性溶液是包含銅或醇。
本發(fā)明所述的移除金屬氧化物的方法，上述水或化學(xué)品的溫度是介于大抵15至100℃。
本發(fā)明所述的移除金屬氧化物的方法，上述通過液體或蒸氣而增加金屬氧化物的溶解度的步驟的時(shí)間是不小于大抵5秒。
本發(fā)明所述的移除金屬氧化物的方法，上述通過液體或蒸氣而增加金屬氧化物的溶解度的步驟是于一pH值介于大抵4至10的條件下實(shí)施。
本發(fā)明所述的移除金屬氧化物的方法，該金屬氧化物是包含氧化鎢或氧化銅。
本發(fā)明所述的移除金屬氧化物的方法，上述增加金屬氧化物的溶解度的步驟是于一金屬化學(xué)機(jī)械研磨制程中實(shí)施。
本發(fā)明所述的移除金屬氧化物的方法，上述增加金屬氧化物的溶解度的步驟是于一化學(xué)機(jī)械研磨氧化物拋拭制程后實(shí)施。
本發(fā)明所述的移除金屬氧化物的方法，上述增加金屬氧化物的溶解度的步驟是于一化學(xué)機(jī)械研磨清洗制程后實(shí)施。
本發(fā)明所述的移除金屬氧化物的方法，上述增加金屬氧化物的溶解度的步驟是于一去離子水清洗制程后實(shí)施。
本發(fā)明是揭露形成接觸結(jié)構(gòu)的方法，其包括于一基底上形成一介電層，于上述介電層中形成一金屬結(jié)構(gòu)，而此金屬結(jié)構(gòu)上方則具有金屬氧化物。此方法可利用溫度高于約10℃的水或溫度高于約15℃的化學(xué)品的液體或蒸氣以增進(jìn)金屬氧化物的溶解度。
本發(fā)明揭露形成接觸結(jié)構(gòu)的方法，其包括于一基底上形成一介電層，于上述介電層中形成一鎢插塞(plug)，且此鎢插塞的上方是具有氧化鎢。此方法可利用溫度高于約10℃的水或溫度高于約15℃的化學(xué)品的液體或蒸氣以增進(jìn)氧化鎢的溶解度。
本發(fā)明揭露形成接觸結(jié)構(gòu)的方法，其包括提供一基底，其上方具有一介電層，而一接觸洞則位于此介電層中。于上述接觸洞中以及介電層上方形成一鎢金屬層，將位于介電層表面上方的鎢金屬層部分通過化學(xué)機(jī)械研磨步驟移除，以形成一位于接觸洞中的鎢插塞，并且具有氧化鎢位于其上方表面。此方法是執(zhí)行一化學(xué)機(jī)械研磨氧化物拋拭步驟，以及一去離子水清洗步驟，并可通過使用一溫度介于約15至100℃的水或化學(xué)品的液體或蒸氣不小于大抵5秒，以增進(jìn)氧化鎢的溶解度。
本發(fā)明是提供接觸結(jié)構(gòu)，其是根據(jù)上述形成接觸結(jié)構(gòu)的方法而形成。
一種化學(xué)機(jī)械研磨裝置的清潔設(shè)備(cleaner)，其包含一浸泡超音波震蕩元件(immersion megasonic module)、一刷洗站(brush scrubber station)、一旋轉(zhuǎn)清洗(spin rinse)元件、以及一提供熱液體或蒸氣的元件的相結(jié)合。上述提供熱液體或蒸氣的元件是用于供應(yīng)溫度高于約10℃的水或溫度高于約15℃的化學(xué)品的液體或蒸氣。
一種化學(xué)機(jī)械研磨裝置的清潔設(shè)備，其包含一輥輪(roller)、一清洗頭(pencil)、以及一提供熱液體或蒸氣的元件的相結(jié)合。上述提供熱液體或蒸氣的元件是用于供應(yīng)溫度不小于約15℃的水或化學(xué)品。


圖1是顯示一接觸結(jié)構(gòu)的概略剖面圖式；圖2A至圖2C為闡述形成接觸結(jié)構(gòu)的方法的一系列概略剖面圖式；圖3是闡述移除金屬接觸上方的氧化物的實(shí)施方法的流程；圖4是顯示移除金屬接觸上方的氧化物的實(shí)施方法的流程；圖5是顯示一實(shí)施例中，其化學(xué)機(jī)械研磨裝置的概略圖式；圖6為顯示另一實(shí)施例中，其化學(xué)機(jī)械研磨裝置的概略圖式。
具體實(shí)施例方式
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下圖2A至圖2C為闡述形成接觸結(jié)構(gòu)的方法的一系列概略剖面圖式。
圖2A中，于基底200上形成介電層210，并于介電層210中形成接觸洞220。
基底200可例如為硅基底、III-V族化合物基底、玻璃基底、液晶顯示板(LCD)基底、或其它與上述相似的基底。介電層210的材料可包含如未摻雜的硅玻璃(USG)、摻雜硼的硅玻璃(BSG)、摻雜磷的硅玻璃(PSG)、摻雜硼磷的硅玻璃(BPSG)、聚酰亞胺(polyimide；PI)、苯環(huán)丁烯(benzocyclobutene；BCB)、聚對二甲苯類高分子(parylene)、類鉆石碳(diamond-like carbon)、聚亞芳基醚(poly(arylene ethers))、賽克洛汀(cyclotene)、氟碳化物(fluorocarbon)、甲基倍半氧硅烷(methyl silsesquioxane)、氫倍半氧硅烷(hydrogen silsesquioxane)、多孔性氧化物(nanoporous oxide)、或摻碳的二氧化硅(carbon doped silicondioxide)。介電層210可利用如化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法、或旋轉(zhuǎn)涂布法(spin coating)而形成。接觸洞220可利用如微影(photolithographic)以及蝕刻制程而形成。于基底200上形成一介電層(未示)，利用一圖案化光致抗蝕劑層(未示)作為蝕刻掩膜，并且進(jìn)行蝕刻制程移除部分上述的介電層，以于介電層210中形成接觸洞220。
參照圖2B，形成一金屬層230于圖2A所示的接觸洞220中，并且覆蓋于介電層210。
金屬層230可例如為鎢、鋁、鋁銅或銅，而在此實(shí)施例中，金屬層230為鎢。金屬層230可利用如化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法、電鍍法(electroplate)、無電鍍法(electroless plating)、或上述方法的組合而形成。
參照圖2C，將高于介電層210表面的金屬層230的部分移除以形成金屬接觸230a，而金屬接觸230a則具有金屬氧化物230b位于其上方。移除部分金屬層230的步驟可利用如化學(xué)機(jī)械研磨法、回蝕(etch-back)步驟、反電鍍處理方式(anti-electricprocessor)、或上述方法的組合而達(dá)成，而此實(shí)施例中是利用化學(xué)機(jī)械研磨法。于化學(xué)機(jī)械研磨后，金屬接觸230a的上表面是受到研磨液中的化學(xué)成份的影響，當(dāng)研磨液的pH值夠低時(shí)，例如為4，則金屬接觸230a將與研磨液中的化學(xué)品反應(yīng)，以致形成金屬氧化物230b。而在某些情況下，金屬氧化物230b則可由于金屬接觸230a暴露于大氣中超過等待時(shí)間(Q-time)而形成。
圖3是闡述移除金屬接觸上方的氧化物的實(shí)施方法的流程。此流程是包括步驟S301，金屬層的沉積；S303，金屬的化學(xué)機(jī)械研磨；S305，金屬氧化物拋拭制程；S307，去離子水刷洗步驟；S309，熱液體或蒸氣制程。其中金屬層的沉積步驟S301以及金屬的化學(xué)機(jī)械研磨步驟S305是分別與上述圖2B及圖2C中所述相近，故此處不再重復(fù)。
金屬氧化物拋拭制程S305可用于移除先前金屬化學(xué)機(jī)械研磨制程中所留下的刮痕、以及包含刮痕中的殘留物。在此實(shí)施例中，金屬氧化物拋拭制程S305可利用如包含氫氧化鉀(KOH)或氫氧化銨(NH4OH)的研磨液而將氧化鎢移除，且金屬氧化物拋拭制程S305亦可經(jīng)時(shí)間或終點(diǎn)而設(shè)定，而本領(lǐng)域技術(shù)人員經(jīng)此實(shí)施例的上述說明后，將可明了如何執(zhí)行金屬氧化物拋拭制程S305。去離子水或化學(xué)品刷洗步驟S307是用于清潔金屬接觸230a的表面，如圖2C中所示。一般去離子水刷洗步驟S307是使用溫度高于約10℃的去離子水或溫度高于約15℃的化學(xué)品，且去離子水刷洗步驟S307可通過例如輥式海綿(roller sponge)而執(zhí)行。
熱液體或蒸氣制程S309是為增進(jìn)金屬氧化物230b的溶解度。在此實(shí)施例中，液體或蒸氣的溫度是高于例如約15℃，而由于液體或蒸氣在此溫度范圍下，金屬氧化物230b的溶解度的平衡常數(shù)(equilibrium constant)增加，以致于金屬氧化物230b的溶解度增加。上述液體或蒸氣可包含例如水或化學(xué)品，在某些實(shí)施例中，化學(xué)品可包含一純極性溶液(polaf solution)或一極性溶液和水，其中上述極性溶液可包含例如酮(ketone)或醇(alcohol)。在此實(shí)施例中，上述液體或蒸氣是為水，其具有溫度介于約15至100℃間。再者，此熱液體或蒸氣制程S309的處理時(shí)間是不少于例如約5秒。由于液體或蒸氣的加入，熱液體或蒸氣制程S309是于一pH條件約4至10之間執(zhí)行，而在此熱液體或蒸氣制程S309結(jié)束后，金屬氧化物230b則大抵被移除，并因此減低金屬接觸230a的接觸電阻(contact resistance)。對于金屬接觸230a的接觸電阻的要求是根據(jù)集成電路的設(shè)計(jì)，只要金屬接觸230a的接觸電阻通過集成電路的規(guī)格，則部分金屬氧化物230b可殘留于金屬接觸230a的表面。本領(lǐng)域技術(shù)人員經(jīng)此實(shí)施例上述揭露的內(nèi)容，將可明了如何修飾上述熱液體或蒸氣制程S309的處理時(shí)間，亦或如何控制制程條件。
圖4是顯示移除金屬接觸上方的氧化物的實(shí)施方法的流程。此流程是包括步驟S401，金屬層的沉積；S403，金屬的化學(xué)機(jī)械研磨；S405，金屬氧化物拋拭制程；S407，熱液體或蒸氣制程；以及S409，去離子水刷洗步驟。其中圖4所示的金屬層沉積步驟401、金屬化學(xué)機(jī)械研磨步驟S403、以及金屬氧化物拋拭制程S405是與圖3中參考標(biāo)號加上100所述的步驟相同，故此處不再重復(fù)贅述。而熱液體或蒸氣制程步驟S407以及去離子水刷洗步驟S409則分別與熱液體或蒸氣制程步驟S309以及去離子水刷洗步驟S307相似，故此處亦不再重復(fù)。
相較于圖3中所示的流程，圖4中的流程是將熱液體或蒸氣制程步驟以及去離子水刷洗步驟交換，因此熱液體或蒸氣制程步驟S407是于金屬氧化物拋拭制程S405后執(zhí)行。由于制程步驟的交換亦可達(dá)至相同功效，故本領(lǐng)域技術(shù)人員經(jīng)此實(shí)施例上述揭露的內(nèi)容，將可明了此熱液體或蒸氣制程亦可于任何步驟間執(zhí)行，只要金屬接觸230a的接觸電阻可達(dá)到集成電路設(shè)計(jì)的需求。
在某些實(shí)施例中，上述流程亦可包含氫氧化銨浸泡制程、氫氧化銨刷洗制程、旋轉(zhuǎn)清洗干燥制程(spin rinse dry)、氫氟酸(HF)水刷洗清潔制程、或上述方法的組合。上述步驟的應(yīng)用是根據(jù)接觸電阻、制造成本、制程時(shí)間等而決定，而本領(lǐng)域技術(shù)人員經(jīng)此實(shí)施例上述的說明，將可明了并且決定上述流程的組合。
圖5是顯示一實(shí)施例中，其化學(xué)機(jī)械研磨裝置的概略圖式。
此化學(xué)機(jī)械研磨裝置是包含一研磨設(shè)備(polisher)500以及一與其結(jié)合的清潔設(shè)備(cleaner)510。清潔設(shè)備510是包含液體槽(tank)511、刷洗站513、旋轉(zhuǎn)清洗器515，以及熱溶液或蒸氣元件517，而上述元件是相連結(jié)。研磨器500是提供金屬化學(xué)機(jī)械研磨制程S303以及S403步驟使用，其亦可提供金屬氧化物拋拭制程S305以及S405使用。液體槽511可例如為氫氧化銨浸泡制程使用，而刷洗站513則可例如為去離子水刷洗制程S307以及S409、氫氧化氨刷洗制程、或氫氟酸水刷洗制程所使用。旋轉(zhuǎn)清洗器515可例如為旋轉(zhuǎn)清洗干燥制程所使用。熱溶液或蒸氣元件517則可提供如熱溶液或蒸氣制程S309以及S407之用。在某些實(shí)施例中，熱溶液或蒸氣元件517可包含一濕式清洗槽。液體槽511、刷洗站513、旋轉(zhuǎn)清洗器515、以及熱溶液或蒸氣元件517是不需實(shí)際地連接，在某些實(shí)施例中，上述的元件可經(jīng)由一控制系統(tǒng)而相連接，因此化學(xué)機(jī)械研磨過后的晶圓可流暢地穿梭于上述元件間，而不會阻礙制造過程。
圖6為顯示另一實(shí)施例中，其化學(xué)機(jī)械研磨裝置的概略圖式。
此化學(xué)機(jī)械研磨裝置是包含一研磨設(shè)備(polisher)600以及一與其結(jié)合的清潔設(shè)備(cleaner)610。清潔設(shè)備610是包含一輥輪611、清洗頭613、以及一熱液體或蒸氣元件615，而上述元件是相結(jié)合。研磨設(shè)備600是提供金屬化學(xué)機(jī)械研磨制程S303以及S403步驟使用，其亦可提供金屬氧化物拋拭制程S305以及S405使用。輥輪611可作為例如去離子水刷洗制程所使用。清洗頭613可作為例如去離子水清洗頭清洗制程以及旋轉(zhuǎn)清洗干燥制程所使用。熱溶液或蒸氣元件615是提供為例如熱溶液或蒸氣制程S309以及S407之用。在某些實(shí)施例中，熱溶液或蒸氣元件617可包含一濕式清洗槽。輥輪611、清洗頭613、以及熱液體或蒸氣元件615是不需實(shí)際地連接，在某些實(shí)施例中，上述的元件可經(jīng)由一控制系統(tǒng)而相連接，因此化學(xué)機(jī)械研磨過后的晶圓可流暢地穿梭于上述元件間，而不會阻礙制造過程。
清潔設(shè)備510及610的元件排列是并非必需與圖5及圖6中所示相同，而是可依照清潔設(shè)備510及610的空間限制、以及制程的流暢度而定。而根據(jù)上述對清潔設(shè)備元件的要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員將可明了如何排列上述元件。
以上所述僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟悉本項(xiàng)技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可在此基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)和變化，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以本申請的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
附圖中符號的簡單說明如下100基底110介電層120金屬接觸120a金屬氧化物200基底210介電層220接觸洞230金屬層230a金屬接觸
230b金屬氧化物S301金屬層的沉積S303金屬的化學(xué)機(jī)械研磨S305金屬氧化物拋拭制程S307去離子水刷洗步驟S309熱液體或蒸氣制程S401金屬層的沉積S403金屬的化學(xué)機(jī)械研磨S405金屬氧化物拋拭制程S407熱液體或蒸氣制程S409去離子水刷洗步驟500研磨設(shè)備510清潔設(shè)備511液體槽513刷洗站515旋轉(zhuǎn)清洗器517熱溶液或蒸氣元件600研磨設(shè)備610清潔設(shè)備611輥輪613清洗頭615熱液體或蒸氣元件
權(quán)利要求
1.一種移除金屬氧化物的方法，上述金屬氧化物是來自一基底上的金屬層，包括使用一溫度高于10℃的水或一溫度高于15℃的化學(xué)品的液體或蒸氣以增加上述金屬氧化物的溶解度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移除金屬氧化物的方法，其特征在于上述液體或蒸氣的溫度是增加上述金屬氧化物的溶解度的平衡常數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移除金屬氧化物的方法，其特征在于該化學(xué)品是包含一純極性溶液或一極性溶液和水。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的移除金屬氧化物的方法，其特征在于該極性溶液是包含銅或醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移除金屬氧化物的方法，其特征在于上述水或化學(xué)品的溫度是介于15至100℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的移除金屬氧化物的方法，其特征在于上述通過液體或蒸氣而增加金屬氧化物的溶解度的步驟的時(shí)間是不小于5秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移除金屬氧化物的方法，其特征在于上述通過液體或蒸氣而增加金屬氧化物的溶解度的步驟是于一pH值介于4至10的條件下實(shí)施。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移除金屬氧化物的方法，其特征在于該金屬氧化物是包含氧化鎢或氧化銅。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移除金屬氧化物的方法，其特征在于上述增加金屬氧化物的溶解度的步驟是于一金屬化學(xué)機(jī)械研磨制程中實(shí)施。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的移除金屬氧化物的方法，其特征在于上述增加金屬氧化物的溶解度的步驟是于一化學(xué)機(jī)械研磨氧化物拋拭制程后實(shí)施。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的移除金屬氧化物的方法，其特征在于上述增加金屬氧化物的溶解度的步驟是于一化學(xué)機(jī)械研磨清洗制程后實(shí)施。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的移除金屬氧化物的方法，其特征在于上述增加金屬氧化物的溶解度的步驟是于一去離子水清洗制程后實(shí)施。
全文摘要
本發(fā)明提供一種移除金屬氧化物的方法，包括于一基底上形成一介電層，于此介電層中形成一金屬接觸，而此金屬接觸是具有一金屬氧化物位于其上方，以及借使用溫度高于約10℃的水或溫度高于約15℃的化學(xué)品以增進(jìn)金屬氧化物的溶解度。
文檔編號H01L21/311GK1741255SQ200510088730
公開日2006年3月1日 申請日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月25日
發(fā)明者彭雙能, 陳俊宏, 黃循康, 方文良 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司