一種避免通孔金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域，特別是涉及一種避免通孔金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電路的制造可以分為兩個主要的部分，首先，在晶片的表面制造出有源器件和無源器件，這稱為前線(FEOL);之后需要在芯片上用金屬系統(tǒng)來連接各個器件和不同的層，這稱為后線(BE0L)。
[0003]后線中的芯片金屬化是應(yīng)用化學(xué)或物理的處理方法在芯片上淀積導(dǎo)電金屬薄膜的過程。這一過程與介質(zhì)的淀積緊密相關(guān)，金屬線在IC電路中傳輸信號，介質(zhì)層則保證信號不受鄰近金屬線的影響。通孔是穿過各種介質(zhì)層從某一金屬層到毗鄰的另一金屬層之間形成電通路的開口，再在通孔中填充金屬薄膜，以便在兩金屬層之間形成電連接。
[0004]如圖1和圖2所示，現(xiàn)有的金屬化工藝過程為:首先，在半導(dǎo)體器件上依次形成金屬層和絕緣層；之后刻蝕所述絕緣層形成通孔，并在通孔中填充金屬材料鎢IA ;接著在絕緣層及鎢金屬上制備鋁銅合金材料層，刻蝕所述合金材料層形成鋁銅合金層2A。而在形成鋁銅合金層2A之前，需要先在鋁銅材料層上旋涂光刻膠層3A作為掩膜層，形成鋁銅合金層2A之后利用干法蝕刻將光刻膠層3A去除。但是，在干法去除光刻膠層3A的過程，一般會利用O2離子化后與光阻發(fā)生反應(yīng)(光阻的成分主要是碳C)，有些0+會附著在鋁銅合金層2A上，這樣，去除光刻膠層3A后鋁銅合金層2A會帶上正電荷，使通孔中的鎢金屬IA具有較高的電勢能，由于高勢能的存在，鎢金屬IA會在后續(xù)濕法的溶液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成鎢酸根離子，從而使通孔中的鎢金屬IA被腐蝕出現(xiàn)凹坑，甚至被全部掏空，如圖3和圖4所示。一旦出現(xiàn)鎢金屬IA腐蝕的情況，半導(dǎo)體器件的性能會受到嚴(yán)重影響，產(chǎn)品的產(chǎn)率降低。
[0005]因此，提供一種避免通孔金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的處理方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種避免通孔金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的處理方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中帶有正電荷的金屬層提供的高電勢導(dǎo)致通孔金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的問題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種避免通孔金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的處理方法，所述避免通孔金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的處理方法至少包括以下步驟:
[0008]首先,提供一金屬互連結(jié)構(gòu)，該金屬互連結(jié)構(gòu)包括第一金屬層、位于所述第一金屬層上并設(shè)有通孔的絕緣層以及位于所述絕緣層上的第二金屬層；所述通孔中填充有第三金屬層連通所述第一金屬層和第二金屬層；
[0009]接著，將所述金屬互連結(jié)構(gòu)置入反應(yīng)腔中，通入N2和H2O的混合氣體，等離子化所述N2和H2O的混合氣體使H2O離解形成氫原子，所述氫原子俘獲所述第二金屬層中的正電荷避免該正電荷引起電化學(xué)反應(yīng)腐蝕通孔中的第三金屬層。
[0010]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第二金屬層為鋁銅合金。
[0011]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第三金屬層材料為鎢。
[0012]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述通孔的截面為倒梯形。
[0013]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述N2氣體的流量范圍為700?950SCCm。
[0014]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述H2O氣體的流量范圍為25?45SCCm。
[0015]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第二金屬層的線寬范圍為0.14?0.50um。
[0016]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述處理方法在等離子刻蝕機(jī)中完成。
[0017]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在等離子刻蝕機(jī)中進(jìn)行處理時(shí)，射頻功率為800?1200瓦，壓力為1.0?1.9托，處理的時(shí)間為10?20秒。
[0018]如上所述，本發(fā)明的避免通孔金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的處理方法，具有以下有益效果:增加對金屬互連結(jié)構(gòu)中第二金屬層正電荷的處理步驟，該處理步驟包括:將金屬互連結(jié)構(gòu)置入反應(yīng)腔中，通入N2和H2O的混合氣體，等離子化所述N2和H2O的混合氣體使H2O離解形成氫原子，所述氫原子俘獲所述第二金屬層中的正電荷，避免該正電荷引起電化學(xué)反應(yīng)腐蝕通孔中的第三金屬層。
【附圖說明】
[0019]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的鋁銅合金層上未去除光刻膠層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為現(xiàn)有技術(shù)的去除光刻膠層后鋁銅合金層中帶有正電荷的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3為現(xiàn)有技術(shù)的通孔中鎢金屬被部分腐蝕的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4為現(xiàn)有技術(shù)的通孔中鎢金屬被全被腐蝕掏空的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖5為本發(fā)明的避免通孔金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的處理方法的流程圖。
[0024]圖6為經(jīng)過本發(fā)明的避免通孔金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的處理方法處理后去除第二金屬層中正電荷的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖7為經(jīng)過本發(fā)明的避免通孔金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的處理方法處理后第二金屬層未被腐蝕的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]元件標(biāo)號說明
[0027]SI, S2步驟
[0028]IA鎢金屬
[0029]I第三金屬層
[0030]2A鋁銅合金層
[0031]2第二金屬層
[0032]3A光刻膠層
[0033]4絕緣層
[0034]5第一金屬層
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0036]請參閱附圖。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0037]實(shí)施例一
[0038]本發(fā)明提供一種避免通孔金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的處理方法，如圖5所示，所述避免通孔金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的處理方法至少包括步驟:
[0039]首先執(zhí)行步驟SI，提供一金屬互連結(jié)構(gòu)，該金屬互連結(jié)構(gòu)包括第一金屬層、位于所述
[0040]第
[0041]一金屬層上并設(shè)有通孔的絕緣層以及位于所述絕緣層上的第二金屬層；所述通孔中填充有第三金屬層連通所述第一金屬層和第二金屬層；
[0042]接著執(zhí)行步驟S2，將所述金屬互連結(jié)構(gòu)置入反應(yīng)腔中，通入N2和H2O的混合氣體，等離子化所述N2和H2O的混合氣體使H2O離解形成氫原子，所述氫原子俘獲所述第二金屬層中的正電荷避免該正電荷引起電化學(xué)反應(yīng)腐蝕通孔中的第三金屬層。
[0043]所述金屬互連結(jié)構(gòu)形成于半導(dǎo)體器件表面，下面結(jié)合附圖具體描述形成金屬互連結(jié)構(gòu)的過程，其過程為:
[0044]第一步，先在半導(dǎo)體器件的表面依次制備第一金屬層5和絕緣層4，如圖6所示。制備第一金屬層5的工藝可以是真空蒸發(fā)、濺射淀積或者金屬化學(xué)氣相沉積等等，也可以是其他合適的工藝。通常采用高密度等離子體沉積方式、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)或增強(qiáng)等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)等來形成絕緣層4。
[0045]第二步，采用刻蝕工藝刻蝕所述絕緣層4形成通孔，在所述通孔中填充滿第三金屬層I?？涛g所述絕緣層4可以采用干法刻蝕或者濕法刻蝕等常規(guī)工藝，在此不限。所述通孔的形狀可以是長方形或者倒梯形，但不限于此。另外，在通孔中填充第三金屬層I前，可以在通孔內(nèi)壁上形成氮化鈦薄層(未予以圖示)作為粘附層，以防止第三金屬層I與下層第一金屬層5發(fā)生剝離。所示第一金屬層為鋁、銅或者鋁銅合金等。作為示例，所述第三金屬層為鋁銅合金。所示第三金屬層的材料包括但不限于鎢或者銅等。作為示例，所述第三金屬層材料為鶴。
[0046]第三步，在所述絕緣層4表面形成第二金屬材料層，并在所述第二金屬材料層上旋涂光刻膠層，圖形化所述光刻膠后刻蝕所述第二金屬材料層形成第二金屬層2，所述第二金屬層2全部或者部分覆蓋于第三金屬層I。作為示例，所述第二金屬層2部分覆蓋第三金屬層1，如圖6所示。形成第二金屬材料層的方式可以是是真空蒸發(fā)、濺射淀積或者金屬化學(xué)氣相沉積等等。所示第二金屬層2為鋁、銅或者鋁銅合金等。作為示例，所述第二金屬層2為鋁銅合金。最后采用干法腐蝕方式去除所述光刻膠層，在去除光刻膠的過程中，第二金屬層2會帶上正電荷。該正電荷形成的高電勢會對通孔中的第三金屬層I造成非常嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕，使第三金屬層I轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的金屬離子或金屬酸根離子而流失，比如，通孔中的鎢金屬會發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殒u酸根離子而流失掉，其具體發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)方程式為:
[0047]ff(s)+40r — WO2 (s) +4e_+2H20，W02(s)+0H_ — W03H(s)+e_。第三金屬層 I 被腐蝕將直接導(dǎo)致整個器件癱瘓，造成不可挽回的損失。
[0048]作為本發(fā)明的一種優(yōu)化的方案，本發(fā)明的避免通孔金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的處理工藝可以在等離子刻蝕機(jī)的反應(yīng)腔室中完成，晶圓被置入反應(yīng)腔的載座上，并由真空系統(tǒng)將反應(yīng)腔內(nèi)部壓力降低，所述壓力范圍為可以調(diào)整到1.1?1.9托之間，在真空建立起來后，將反應(yīng)腔中充入N2和H2O的混合氣體，N2和H2O的混合氣體將金屬互連結(jié)構(gòu)包圍，之后開啟電源，給反應(yīng)腔中的平行板電極之