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接觸孔結(jié)構(gòu)形成方法

文檔序號(hào):6929920閱讀:132來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:接觸孔結(jié)構(gòu)形成方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域,特別涉及一種接觸孔結(jié)構(gòu)形成方法。
背景技術(shù)
隨著集成電路的向超大規(guī)模集成電路發(fā)展,集成電路內(nèi)部的電路密度越來(lái)越大, 所包含的元件數(shù)量也越來(lái)越多,這種發(fā)展使得晶圓表面無(wú)法提供足夠的面積來(lái)制作所需的 互連線。為了滿足元件縮小后的互連線需求,兩層及兩層以上的多層金屬互連線的設(shè)計(jì) 成為超大規(guī)模集成電路技術(shù)所通常采用的一種方法。目前,不同金屬層或者金屬層與襯 墊層的導(dǎo)通是通過(guò)接觸孔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的,接觸孔結(jié)構(gòu)的形成包括在金屬層與金屬層之間 或者金屬層與襯墊層之間的介質(zhì)層形成一開口,在開口內(nèi)填入導(dǎo)電材料。在申請(qǐng)?zhí)枮?200610030809. 4的中國(guó)專利文件中能夠發(fā)現(xiàn)更多的關(guān)于現(xiàn)有的接觸孔的形成方案。參考圖1,現(xiàn)有的接觸孔結(jié)構(gòu)形成工藝具體包括如下步驟步驟SlOl,提供襯底;步驟S102,在所述襯底上形成金屬層;步驟S103,在所述襯底上形成覆蓋金屬層的介質(zhì)層;步驟S104,刻蝕所述介質(zhì)層,直至形成暴露金屬層的接觸孔;步驟S105,等離子體處理金屬層表面;步驟S106,在接觸孔的側(cè)壁和襯底表面形成阻擋層;步驟S107,用導(dǎo)電物質(zhì)填充接觸孔。上述形成接觸孔結(jié)構(gòu)工藝,會(huì)對(duì)介質(zhì)層的側(cè)壁形成損傷,導(dǎo)致接觸孔的接觸性能 下降,使得后續(xù)在接觸孔內(nèi)形成的導(dǎo)電插塞電阻增大,從而影響器件性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是保護(hù)了接觸結(jié)構(gòu)側(cè)壁的介質(zhì)層,不會(huì)對(duì)介質(zhì)層造成損傷。為解決上述問(wèn)題,本發(fā)明提供了一種接觸孔形成方法,包括提供襯底,所述襯底 表面形成有金屬層;在所述襯底表面形成覆蓋所述金屬層的介質(zhì)層;刻蝕所述介質(zhì)層,直 至形成暴露金屬層的接觸孔;在所述接觸孔側(cè)壁和暴露出的金屬層表面形成阻擋層;采用 濺射處理去除金屬層表面的阻擋層并濺射處理所述金屬層;用導(dǎo)電物質(zhì)填充接觸孔。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過(guò)引入阻擋層,采用濺射處理所 述金屬層,不但保護(hù)了介質(zhì)層,并且所述阻擋層與介質(zhì)層側(cè)壁有著很好的粘附性,并且為后 續(xù)在接觸孔內(nèi)形成的導(dǎo)電物質(zhì)與介質(zhì)層側(cè)壁之間提供比較好的粘附作用,提高了接觸孔形 成質(zhì)量,還用于阻止后續(xù)的形成的導(dǎo)電物質(zhì)與介質(zhì)層的硅反應(yīng),降低了接觸孔的電阻,另一 方面,所述濺射處理所述金屬層能夠有效去除CuO雜質(zhì)和顆粒,并且能夠?qū)饘賹悠鸨Wo(hù) 作用,所述濺射處理所述金屬層110與后續(xù)的導(dǎo)電物質(zhì)填充接觸孔工藝還可以采用同一設(shè) 備,節(jié)約了工藝步驟,提高了效率。


圖1是現(xiàn)有的接觸孔形成工藝的流程示意圖;圖2是本發(fā)明接觸孔形成方法的流程示意圖;圖3至圖8是本發(fā)明接觸孔形成方法的過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施例方式由背景技術(shù)可知,現(xiàn)有的接觸孔形成工藝在形成接觸孔過(guò)程中,會(huì)對(duì)介質(zhì)層的側(cè) 壁形成損傷,本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)大量的創(chuàng)造性勞動(dòng),發(fā)現(xiàn)介質(zhì)層的側(cè)壁的損傷主要是由 于等離子處理金屬層表面引起的。具體地說(shuō)在半導(dǎo)體工藝達(dá)到65納米及以下工藝節(jié)點(diǎn) 時(shí),所述金屬層材料選自金屬銅(Cu),形成接觸孔的工藝中,金屬層會(huì)暴露在有氧環(huán)境中, 在這種情況下,金屬層會(huì)形成CuO雜質(zhì),另一方面,形成接觸孔工藝會(huì)在金屬層表面形成顆 粒,所述顆粒為一些刻蝕工藝中形成的聚合物顆粒。上述形成在金屬層表面或者金屬層內(nèi) 的CuO雜質(zhì)和顆粒會(huì)導(dǎo)致金屬層的性能弱化。有鑒于此,現(xiàn)有的工藝會(huì)引入等離子處理金 屬層表面,利用等離子體去除形成在金屬層表面或者金屬層內(nèi)的CuO雜質(zhì)和顆粒,但是等 離子體在去除形成在金屬層表面或者金屬層內(nèi)的CuO雜質(zhì)和顆粒的同時(shí),也會(huì)對(duì)接觸孔側(cè) 壁的介質(zhì)形成損傷。為此,本發(fā)明提供了一種接觸孔形成方法,圖2是本發(fā)明接觸孔形成方法的流程 示意圖,具體包括如下步驟步驟S201,提供襯底,所述襯底表面形成有金屬層;步驟S202,在所述襯底表面形成覆蓋所述金屬層的介質(zhì)層;步驟S203,刻蝕所述介質(zhì)層,直至形成暴露金屬層的接觸孔;步驟S204,在所述接觸孔側(cè)壁和暴露出的金屬層表面形成阻擋層;步驟S205,采用濺射處理去除金屬層表面的阻擋層并濺射處理所述金屬層;步驟S206,用導(dǎo)電物質(zhì)填充接觸孔。下面結(jié)合附圖,對(duì)本發(fā)明的接觸孔形成方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。參考圖3,提供襯底100,所述襯底100可以為多層基片(例如,具有覆蓋電介質(zhì)和 金屬膜的硅襯底)、分級(jí)基片、絕緣體上硅基片、外延硅基片、部分處理的基片(包括集成電 路及其他元件的一部分)、圖案化或未被圖案化的基片。所述襯底100表面形成有金屬層110,所述金屬層110材料選自鋁、銀、鉻、鉬、鎳、 鈀、鉬、鈦、鉭或者銅,或者選自鋁、銀、鉻、鉬、鎳、鈀、鉬、鈦、鉭或者銅的合金,所述金屬層 110厚度為2000埃至3000埃。在本實(shí)施例中,由于金屬銅具有高熔點(diǎn)、低電阻系數(shù)及高抗電子遷移的能力,優(yōu)選 用銅做示范性說(shuō)明,但是需要特別說(shuō)明的是,選用其他導(dǎo)電物質(zhì)形成的金屬層110在工藝 節(jié)點(diǎn)高于130納米技術(shù)中仍然可以工作,只是傳輸延遲比較大,在此特地說(shuō)明,不應(yīng)過(guò)分限 制本發(fā)明的保護(hù)范圍。所述金屬層110的形成工藝可以選用公知的物理氣相沉積工藝或者電鍍工藝,需 特別指出的是,上述金屬層110的形成工藝需根據(jù)金屬層110選用的材料不同而采用不同 的工藝,調(diào)整不同的工藝參數(shù),在此不作贅述。
參考圖4,在所述襯底100表面形成覆蓋所述金屬層110的介質(zhì)層200。所述介質(zhì)層200用于金屬互連線路之間的絕緣隔離,所述介質(zhì)層200可以為一層 結(jié)構(gòu)也可以兩層或者兩層以上的堆疊結(jié)構(gòu)。所述介質(zhì)層200在130納米及以下的工藝節(jié)點(diǎn)一般選用低介電常數(shù)的介電材料, 所述介質(zhì)層200的材料具體選自氟硅玻璃(FSG)、碳摻雜的氧化硅(Black Diamond)、以及 氮摻雜的碳化硅(BLOK)。形成介質(zhì)層200的工藝可以為化學(xué)氣相沉積工藝(Chemical Vapor Deposition, CVD),在本實(shí)施例中,以介質(zhì)層為碳摻雜的氧化硅做示范性說(shuō)明。所述形成碳摻雜的氧化硅的介質(zhì)層200的具體工藝參數(shù)為反應(yīng)溫度為300攝氏 度至400攝氏度,腔室壓力為4托至6托,反應(yīng)間距為5毫米至9毫米,功率為400瓦至600 瓦,氧氣流量為每分鐘100標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘300標(biāo)準(zhǔn)立方厘米,氦氣流量為每分鐘 800標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘1200標(biāo)準(zhǔn)立方厘米,八甲基環(huán)化四硅氧烷流量為每分鐘2000標(biāo) 準(zhǔn)立方厘米至每分鐘4000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米,直至形成3000埃至5000埃厚度的介質(zhì)層200。 但是需要特別說(shuō)明的是,選用其他介電材料的介質(zhì)層200仍然可以工作,在此特地說(shuō)明,不 應(yīng)過(guò)分限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。參考圖5,刻蝕所述介質(zhì)層200,直至形成暴露金屬層110的接觸孔111。所述形成接觸孔111的工藝可為刻蝕工藝,具體步驟包括在所述介質(zhì)層200上形 成與接觸孔111對(duì)應(yīng)的光刻膠圖形,以所述光刻膠圖形為掩膜,刻蝕介質(zhì)層200直至形成接 觸孔111。所述形成光刻膠圖形的工藝具體可以為在所述介質(zhì)層200表面旋涂光刻膠,接 著通過(guò)曝光將掩膜版上的與接觸孔111相對(duì)應(yīng)的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上,然后利用顯影液將 相應(yīng)部位的光刻膠去除,以形成光刻膠圖形。刻蝕介質(zhì)層200的工藝可以為等離子體刻蝕工藝,具體包括選用電感耦合等離 子體型刻蝕設(shè)備,刻蝕設(shè)備腔體壓力為10毫托至50毫托,頂部射頻功率為200瓦至500瓦, 底部射頻功率為150瓦至300瓦,C4F8流量為每分鐘10標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(10SCCM)至每分鐘 50標(biāo)準(zhǔn)立方厘米,CO流量為每分鐘100標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘200標(biāo)準(zhǔn)立方厘米,Ar流量 為每分鐘300標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘600標(biāo)準(zhǔn)立方厘米,O2流量為每分鐘10標(biāo)準(zhǔn)立方厘米 至每分鐘50標(biāo)準(zhǔn)立方厘米,刻蝕介質(zhì)層200直至形成暴露金屬層110的接觸孔111。所述 刻蝕工藝還可以在其他刻蝕設(shè)備中進(jìn)行,如電容耦合等離子體型刻蝕設(shè)備、感應(yīng)耦合等離 子刻蝕設(shè)備。在現(xiàn)有的接觸孔形成工藝中,形成了暴露金屬層110的接觸孔111后,金屬層110 會(huì)暴露在氧環(huán)境中,在這種情況下,金屬層會(huì)形成CuO雜質(zhì),另一方面,形成接觸孔工藝會(huì) 在金屬層表面形成顆粒,所述顆粒為一些刻蝕工藝中形成的聚合物顆粒。上述形成在金屬 層表面或者金屬層內(nèi)的CuO雜質(zhì)和顆粒會(huì)導(dǎo)致金屬層的性能弱化,現(xiàn)有的工藝會(huì)直接處理 金屬層110表面,去除形成在金屬層表面或者金屬層內(nèi)的CuO雜質(zhì)和顆粒,但是在去除形成 在金屬層表面或者金屬層內(nèi)的CuO雜質(zhì)和顆粒的同時(shí),所述處理金屬層110工藝也會(huì)對(duì)接 觸孔側(cè)壁的介質(zhì)形成損傷。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)大量創(chuàng)造性勞動(dòng),提出一種改進(jìn)工藝,參考圖6,在所述接觸 孔111側(cè)壁和暴露的金屬層Iio表面形成阻擋層300。
所述阻擋層300為單層結(jié)構(gòu)或多層疊加結(jié)構(gòu),所述阻擋層300厚度為20納米至 200納米,所述阻擋層300用于保護(hù)所述接觸孔111側(cè)壁和暴露的金屬層110表面,使得所 述接觸孔111側(cè)壁和暴露的金屬層110表面在后續(xù)的去除CuO雜質(zhì)和顆粒工藝中不會(huì)產(chǎn)生 損傷。需特別指出的是,本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn),所述阻擋層300的材料可以 選自鉭、氮化鉭、鈦或者氮化鈦,所述阻擋層300不但能夠保護(hù)所述接觸孔111側(cè)壁和暴露 的金屬層110表面,還與介質(zhì)層200側(cè)壁有著很好的粘附性,并且為后續(xù)在接觸孔111內(nèi)形 成的導(dǎo)電物質(zhì)與介質(zhì)層200側(cè)壁之間提供比較好的粘附作用,提高了接觸孔111形成質(zhì)量, 還用于阻止后續(xù)的形成的導(dǎo)電物質(zhì)與介質(zhì)層200的硅反應(yīng),降低了接觸孔的電阻。所述阻擋層300的形成工藝可以為物理氣相沉積,所述阻擋層300選擇為鉭與 氮化鉭疊加結(jié)構(gòu),所述形成工藝可以為采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)工藝形成氮化鉭,然后采用物理氣相沉積工藝在氮化 鉭表面形成一層鉭。參考圖7,采用濺射處理去除金屬層110表面的阻擋層300并濺射處理所述金屬層 110。所述濺射處理能夠?qū)⒔饘賹?10表面的阻擋層轟擊去除,并進(jìn)而去除CuO雜質(zhì)和 顆粒,在這個(gè)過(guò)程中,由于所述接觸孔111側(cè)壁有阻擋層300保護(hù),并不會(huì)對(duì)介質(zhì)層200造 成損傷。需特別指出的是,為了節(jié)約工藝步驟,提高效率,所述濺射處理工藝與阻擋層的沉 積工藝對(duì)應(yīng),所述濺射處理與阻擋層300沉積工藝可以選用物理氣相沉積工藝,在同一腔 室中進(jìn)行,并且由于濺射處理與阻擋層300沉積選用同樣的物理氣相沉積設(shè)備,在去除CuO 雜質(zhì)和顆粒同時(shí),所述形成阻擋層的金屬離子形成在金屬層110表面,提高了金屬層110的 抗氧化能力。所述濺射處理具體參數(shù)為直流功率為500瓦至2000瓦,交流功率為800瓦至 1500瓦,直流線圈功率為500瓦至1500瓦,射頻線圈功率為600瓦至2000瓦,氬氣流量為 每分鐘4標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(SCCM)至每分鐘20標(biāo)準(zhǔn)立方厘米。參考圖8,用導(dǎo)電物質(zhì)填充接觸孔111,形成導(dǎo)電層400。所述用導(dǎo)電物質(zhì)填充接觸孔111工藝可以為物理氣相沉積工藝,所述導(dǎo)電物質(zhì)材 料選自鋁、銀、鉻、鉬、鎳、鈀、鉬、鈦、鉭或者銅,或者選自鋁、銀、鉻、鉬、鎳、鈀、鉬、鈦、鉭或者 銅的合金,在本實(shí)施例中,以導(dǎo)電物質(zhì)材料為鋁做示范性說(shuō)明。具體工藝條件包括反應(yīng)溫度為250攝氏度至500攝氏度,腔室壓力為10毫托至 18毫托,直流功率為10000瓦至40000瓦,氬氣流量為每分鐘2標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘20 標(biāo)準(zhǔn)立方厘米,直至填充接觸孔111。為了節(jié)約工藝步驟,所述用導(dǎo)電物質(zhì)填充接觸孔111工藝可以與所述阻擋層的沉 積工藝、所述濺射處理工藝選用同一刻蝕設(shè)備,在同一腔室內(nèi)完成。本發(fā)明通過(guò)引入阻擋層300,采用濺射處理所述金屬層110,不但保護(hù)了介質(zhì)層 200,并且所述阻擋層300與介質(zhì)層200側(cè)壁有著很好的粘附性,并且為后續(xù)在接觸孔111 內(nèi)形成的導(dǎo)電物質(zhì)與介質(zhì)層200側(cè)壁之間提供比較好的粘附作用,提高了接觸孔111形成 質(zhì)量,還用于阻止后續(xù)的形成的導(dǎo)電物質(zhì)與介質(zhì)層200的硅反應(yīng),降低了接觸孔的電阻,另一方面,所述濺射處理所述金屬層110能夠有效去除CuO雜質(zhì)和顆粒,并且能夠?qū)饘賹?110起保護(hù)作用,所述濺射處理所述金屬層110與后續(xù)的導(dǎo)電物質(zhì)填充接觸孔111工藝還可 以采用同一設(shè)備,節(jié)約了工藝步驟,提高了效率。 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上,但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),均可作各種更動(dòng)與修改,因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種接觸孔結(jié)構(gòu)形成方法,包括提供襯底,所述襯底表面形成有金屬層;在所述襯底表面形成覆蓋所述金屬層的介質(zhì)層;刻蝕所述介質(zhì)層,直至形成暴露金屬層的接觸孔;其特征在于,還包括在所述接觸孔側(cè)壁和暴露出的金屬層表面形成阻擋層;采用濺射處理去除金屬層表面的阻擋層并濺射處理所述金屬層;用導(dǎo)電物質(zhì)填充接觸孔。
2.如權(quán)利要求1所述的接觸孔結(jié)構(gòu)形成方法,其特征在于,所述阻擋層為單層結(jié)構(gòu)或 多層疊加結(jié)構(gòu),所述阻擋層材料選自鉭、氮化鉭、鈦或者氮化鈦。
3.如權(quán)利要求2所述的接觸孔結(jié)構(gòu)形成方法,其特征在于,所述阻擋層為氮化鉭和鉭 的疊加結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的接觸孔結(jié)構(gòu)形成方法,其特征在于,所述阻擋層厚度為20納米 至200納米。
5.如權(quán)利要求1所述的接觸孔結(jié)構(gòu)形成方法,其特征在于,所述濺射處理工藝與阻擋 層的沉積工藝對(duì)應(yīng),在同一腔室里完成。
6.如權(quán)利要求5所述的接觸孔結(jié)構(gòu)形成方法,其特征在于,所述濺射處理工藝具體參 數(shù)為直流功率為500瓦至2000瓦,交流功率為800瓦至1500瓦,直流線圈功率為500瓦 至1500瓦,射頻線圈功率為600瓦至2000瓦,氬氣流量為每分鐘4標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘 20標(biāo)準(zhǔn)立方厘米。
7.如權(quán)利要求1所述的接觸孔結(jié)構(gòu)形成方法,其特征在于,所述導(dǎo)電物質(zhì)填充接觸孔 工藝為物理氣相沉積工藝。
8.如權(quán)利要求1所述的接觸孔結(jié)構(gòu)形成方法,其特征在于,所述阻擋層的沉積工藝、所 述濺射處理工藝和所述導(dǎo)電物質(zhì)填充接觸孔工藝為物理氣相沉積工藝,并選用同一刻蝕設(shè) 備,在同一腔室內(nèi)完成。
9.如權(quán)利要求1所述的接觸孔結(jié)構(gòu)形成方法,其特征在于,所述金屬層材料為銅。
10.如權(quán)利要求1所述的接觸孔結(jié)構(gòu)形成方法,其特征在于,所述介質(zhì)層材料選自氟硅 玻璃、碳摻雜的氧化硅、以及氮摻雜的碳化硅。
全文摘要
一種接觸孔結(jié)構(gòu)形成方法,包括提供襯底,所述襯底表面形成有金屬層;在所述襯底表面形成覆蓋所述金屬層的介質(zhì)層;刻蝕所述介質(zhì)層,直至形成暴露金屬層的接觸孔;在所述接觸孔側(cè)壁和暴露出的金屬層表面形成阻擋層;采用濺射處理去除金屬層表面的阻擋層并濺射處理所述金屬層;用導(dǎo)電物質(zhì)填充接觸孔。本發(fā)明能夠有效保護(hù)介質(zhì)層不被損傷,提高了接觸孔形成質(zhì)量,所述濺射處理所述金屬層與后續(xù)的導(dǎo)電物質(zhì)填充接觸孔工藝還可以采用同一設(shè)備,節(jié)約了工藝步驟,提高了效率。
文檔編號(hào)H01L21/768GK101989570SQ20091005602
公開日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2009年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月6日
發(fā)明者聶佳相 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司
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