一種鎢插塞與金屬布線的制作方法
【專利摘要】一種鎢插塞和金屬布線的制作方法，該制作方法通過在對光刻膠進(jìn)行干法去膠工藝之后，使用水蒸氣烘烤，以釋放干法去膠工藝中積累在金屬層和接觸孔中的電荷，以此降低濕法去膠時，鎢在酸液環(huán)境下引發(fā)的原電池反應(yīng)，從而使得接觸孔中鎢插塞得以保留。因此大大提高了半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)良率。
【專利說明】一種鎢插塞與金屬布線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作工藝領(lǐng)域，具體地說，是一種鎢插塞與金屬布線的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于半導(dǎo)體器件日益高度集成化，接觸孔的尺寸趨于縮小。隨著接觸孔的尺寸縮小，使得在金屬接觸處理過程中，金屬不能良好填充在接觸孔內(nèi)。因此，產(chǎn)生了接觸電阻增大的問題。通常，具有高電導(dǎo)率的鋁被廣泛地用作金屬接觸處理中的金屬。但是，盡管鋁具有優(yōu)異的電導(dǎo)率，但由于其臺階覆蓋特性差，所以不能令人滿意地填充于小尺寸的接觸孔內(nèi)。作為解決此問題的辦法，首先用臺階覆蓋特性優(yōu)異的金屬來填充接觸孔內(nèi)部，然后通過鋁淀積和圖形化工藝形成金屬布線。因為鎢具有優(yōu)異的臺階覆蓋特性，所以主要用來填充接觸孔。鎢是高熔點的耐熱金屬，具有與硅的優(yōu)異熱穩(wěn)定性，具有較低的電阻率。
[0003]圖1A-1D是一種現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝制作得到的器件的剖面圖，用以展示形成半導(dǎo)體器件的鎢插塞(W plug)的傳統(tǒng)方法。
[0004]參見圖1A，在硅襯底I的一部分上形成場氧化層2，在場氧化層2的一部分上形成導(dǎo)體層3。在包括場氧化層2和導(dǎo)體層3的硅底底I的整個結(jié)構(gòu)上形成絕緣層4。采用接觸孔掩模，通過光刻和腐蝕工藝，對絕緣層4的選擇部位進(jìn)行蝕刻，從而形成用于暴露導(dǎo)體層3的接觸孔5。
[0005]在上述說明之中，由于在硅襯底I上形成的場氧化層2和導(dǎo)體層3，絕緣層4的表面不是平坦的。
[0006]參看圖1B，在包括接觸孔5在內(nèi)的絕緣層4的整個結(jié)構(gòu)上薄薄地形成阻擋金屬層
6。通過鎢沉積工藝，在包括接觸孔5在內(nèi)的阻擋金屬層6上厚厚地形成鎢層8。通過厚厚地形成鎢層8，用鎢填充接觸孔5的內(nèi)部。
[0007]參見圖1C，通過各向異性蝕刻工藝，去除表面鎢層8，直至阻擋金屬層6暴露，因此形成鎢插塞7，這相應(yīng)于填充于接觸孔5之內(nèi)的鎢層8。
[0008]參見圖1D，在鎢插塞7形成之后，通過鋁沉積和圖形化工藝，形成與鎢插塞7相連接的金屬布線9。
[0009]然而現(xiàn)有的工藝中，在對外層金屬進(jìn)行刻蝕形成金屬布線9時，因黃光機臺能力限制，晶片邊緣的定位精度(Alignment Accurancy)會比晶片中心的差。這就會造成金屬布線9末端不能很好的覆蓋下層接觸孔5，使下層接觸孔5中的鎢插塞7會暴露出來。當(dāng)后段金屬進(jìn)行光刻膠去除時，所用到的酸性溶液，例如EKC270型溶劑會順著金屬的邊界流入下層的金屬通孔中與鎢發(fā)生原電池反應(yīng)。
[0010]原電池反應(yīng)中，較活潑的電極是負(fù)極(陽極)，較不活潑的電極是正極(陰極)。溶劑中某陽離子為陰極，得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，鎢為陽極被腐蝕，失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，造成該通孔中的鎢丟失，如圖2中圈線所示。這種通孔丟失會使半導(dǎo)體器件中的芯片電路斷路造成芯片失效。[0011]因此，對于鎢插塞和金屬層的制作工藝，如何降低鎢的缺失已經(jīng)成為一個難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種半導(dǎo)體器件中鎢插塞和金屬布線的制作方法，通過工藝的改變，可以防止接觸孔中的鎢插塞由于原電池反應(yīng)而被分解的問題。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的目的提出的一種鎢插塞與金屬布線的制作方法，包括步驟:鎢插塞制作工藝、金屬布線制作工藝以及光刻膠去除工藝，所述鎢插塞制作工藝是在半導(dǎo)體襯底上制作接觸孔并填充形成鎢插塞，所述金屬布線制作工藝將所述接觸孔通過金屬布線覆蓋，使得位于接觸孔下方的半導(dǎo)體襯底與位于接觸孔上方的該金屬布線通過鎢插塞相連接，所述光刻膠去除工藝是將殘余在金屬布線上的光刻膠去除，所述去除光刻膠工藝包括步驟:
[0014]干法去膠，利用等離子體對光刻膠進(jìn)行轟擊；
[0015]水蒸氣烘烤，將上述干法去膠過程中積累在金屬布線和接觸孔中的電荷進(jìn)行釋放；
[0016]濕法去膠，利用清洗液去除剩余光刻膠。
[0017]優(yōu)選的，所述水蒸汽烘烤采用干法去膠工藝中使用的等離子體反應(yīng)腔體。
[0018]優(yōu)選的，所述水蒸汽烘烤采用100攝氏度以上的水蒸汽，烘烤時間為30秒至60秒。
[0019]優(yōu)選的，所述鎢插塞制作工藝包括步驟:
[0020]提供一半導(dǎo)體襯底；
[0021]在所述半導(dǎo)體襯底上沉積第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層；
[0022]在該第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層中形成接觸孔；
[0023]在該接觸孔中沉積鎢，形成鎢插塞。
[0024]優(yōu)選的，所述第一介質(zhì)層為低k材料或超低k材料。
[0025]優(yōu)選的，所述第二介質(zhì)層為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種。
[0026]優(yōu)選的，所述鎢插塞制作工藝還包括步驟在接觸孔形成以后，在該具有接觸孔圖形的襯底表面沉積一層阻擋層。
[0027]優(yōu)選的，所述阻擋層為鈦和氮化鈦的復(fù)合層。
[0028]優(yōu)選的，所述金屬布線制作工藝包括步驟:
[0029]在制作完鎢插塞的半導(dǎo)體襯底上沉積一層金屬層；
[0030]在該金屬層上旋涂一層光刻膠；
[0031]對所述光刻膠進(jìn)行圖形化工藝，使該光刻膠形成金屬布線所需的圖形；
[0032]以光刻膠上的圖形為掩模，對金屬層進(jìn)行刻蝕，將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到金屬層上，形成金屬布線。
[0033]優(yōu)選的，所述金屬層為鋁、銅、銀或鎳中的一種。
[0034]本發(fā)明提出的一種鎢插塞與金屬布線的制作方法，通過在對光刻膠進(jìn)行干法去膠工藝之后，使用水蒸氣烘烤，以釋放干法去膠工藝中積累在金屬層和接觸孔中的電荷，以此降低濕法去膠時，鎢在酸液環(huán)境下引發(fā)的原電池反應(yīng)，從而使得接觸孔中鎢插塞得以保留。因此大大提高了半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)良率?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0035]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0036]圖1A-1D是一種現(xiàn)有的鎢插塞制作方法制得的器件剖面圖；
[0037]圖2是鎢插塞缺失的電子顯微鏡圖；
[0038]圖3本發(fā)明制作鎢插塞和金屬布線的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0039]正如【背景技術(shù)】中提到的，現(xiàn)有的金屬層和鎢插塞工藝中，在制作金屬層時，由于工藝精度的問題，容易是金屬層沒能完全覆蓋住接觸孔，此時，在金屬層后續(xù)的刻蝕工藝中，由于使用的濕法刻蝕中，存在能與鎢插塞進(jìn)行原電池反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)，容易使得接觸孔中的鎢插塞被反應(yīng)分解，從而造成接觸孔中鎢缺失的問題，嚴(yán)重影響器件的品質(zhì)。
[0040] 申請人:針對上述問題，經(jīng)過研究后發(fā)現(xiàn)，在金屬層的刻蝕工藝中，由于在光刻膠的干法刻蝕過程中，會對金屬層以及接觸孔積累大量的電荷，而在后續(xù)濕法刻蝕過程中，引入酸液時，在上述大量電荷的作用下使得酸液中存在大量的陽離子。此時在一些金屬層未能覆蓋的接觸孔上，酸液與接觸孔中的鎢接觸，導(dǎo)致性質(zhì)相對活潑的鎢會在該酸液環(huán)境中大量的被氧化分解，最終使得這些沒有被金屬覆蓋的接觸孔形成空洞，對產(chǎn)品的電性能產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響。
[0041]因此，本發(fā)明在上述研究結(jié)論的基礎(chǔ)上，提出了一種能夠降低在金屬干法刻蝕過程中引入大量電荷的方法，使得后續(xù)濕法刻蝕過程中，酸液對鎢的氧化能力減弱，從而使接觸孔中的鎢插塞得以保留。
[0042]對于上述思路的一種具體做法是，對于金屬層刻蝕工藝中，當(dāng)光刻膠被干法刻蝕之后，加入一步水蒸汽烘烤的步驟，將原本積累在金屬層中的電荷被釋放，然后再進(jìn)行濕法刻蝕，這樣一來，就大大降低了刻蝕酸液中對鎢的氧化性，使得鎢能夠保留在接觸孔中不被反應(yīng)。
[0043]下面將通過具體的實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0044]請參見圖3，圖3是本發(fā)明的金屬布線和鎢插塞制作方法的流程示意圖。如圖所示，本發(fā)明的方法包括步驟:
[0045]S1:鎢插塞制作工藝
[0046]該工藝是在半導(dǎo)體襯底上制作接觸孔并填充形成鎢插塞，該步驟具體包括:首先提供一半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底可以是單晶硅、硅鍺化合物、絕緣體上硅、藍(lán)寶石、氮化鎵等半導(dǎo)體材料。在一些工藝中，該半導(dǎo)體襯底已經(jīng)是經(jīng)過多層外延工藝之后的半導(dǎo)體襯底，即在該半導(dǎo)體襯底上已經(jīng)制作了各種外延層，比如氧化層、介質(zhì)層、金屬層等等。
[0047]在該半導(dǎo)體襯底上沉積第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層,其中第一介質(zhì)層位于該半導(dǎo)體襯底上，第二介質(zhì)層位于該第一介質(zhì)層上。所述的第一介質(zhì)層可以是半導(dǎo)體工藝中常用的層間介質(zhì)層(ILD)材料,在一種實施方式中，該第一介質(zhì)層比如是氟娃玻璃(FSG),摻碳氧化娃(SiOC)等低k材料,也可以是納米孔二氧化娃(NPS)等超低k材料。所述第二介質(zhì)層的材料也可以是常用的層間介質(zhì)層材料，優(yōu)選的，該第二介質(zhì)層的材質(zhì)與第一介質(zhì)層的材質(zhì)不同，比如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等材質(zhì)。
[0048]利用接觸孔掩模，通過光刻和腐蝕工藝，對第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層的選定部分進(jìn)行蝕刻，由此在該第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層中形成接觸孔，使得接觸空底部的襯底得以暴露。其中對第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的刻蝕工藝可以在一次刻蝕中進(jìn)行，也可以分兩步進(jìn)行，即首先通過掩模在第二介質(zhì)層上刻蝕出圖形，然后通過刻蝕將第二介質(zhì)層上的圖形轉(zhuǎn)移到第一介質(zhì)層上。
[0049]可選的，在該具有接觸孔圖形的襯底表面沉積一層薄的阻擋層，該薄的阻擋層比如是鈦和氮化鈦的復(fù)合層，其厚度應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于接觸孔的直徑，比如在50nm至IOOnm左右。當(dāng)后續(xù)鎢插塞制作完成后，可以將該暴露在接觸孔外部的多余阻擋層去除，也可以保留，視不同的應(yīng)用情況而定。
[0050]然后通過鎢沉積工藝，在經(jīng)過阻擋層制作的襯底上沉積一層鎢，要求接觸孔中應(yīng)該填充滿鎢。該鎢沉積工藝比如是采用SiH4氣體和WF6氣體的沉積工藝，形成的鎢層厚度應(yīng)該滿足填充滿整個接觸孔為宜，比如在500nm至lOOOnm。
[0051]最后通過刻蝕工藝或者研磨工藝，將表面的鎢層去除，只保留接觸孔至的鎢，從而形成鎢插塞。
[0052]S2:金屬布線制作工藝
[0053]該步驟是將接觸孔通過金屬布線覆蓋，使得位于接觸孔下方的半導(dǎo)體襯底或者襯底上的其它具有導(dǎo)電功能的外延層與位于接觸孔上方的該金屬布線通過鎢插塞相連接。
[0054]首先在制作完鎢插塞的半導(dǎo)體襯底上沉積一層金屬層，該金屬層可以是鋁，也可以是銅、銀、鎳等其它金屬層，沉積方法可以是金屬有機化學(xué)氣相沉積、等離子增強化學(xué)氣相沉積、電化學(xué)鍍、原子層沉積等方法。
[0055]在該金屬層上旋涂一層光刻膠，該光刻膠可以是正膠材料，例如酚醛樹脂、聚甲基丙烯酸酯、聚丁烯I砜等材料，也可以是負(fù)膠材料，例如聚異戊二烯、α氰乙基丙烯酸等。
[0056]對光刻膠進(jìn)行圖形化工藝，以金屬布線圖形掩模對該光刻膠進(jìn)行曝光，使得曝光區(qū)域的光刻膠發(fā)生性質(zhì)轉(zhuǎn)變，再利用顯影液清洗光刻膠，使得光刻膠形成金屬布線所需圖形。以光刻膠上的圖形為掩模，對金屬層進(jìn)行刻蝕，將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到金屬層上，形成金屬布線。
[0057]S3:光刻膠去除工藝
[0058]該步驟是將上述金屬層經(jīng)過圖形化形成金屬布線之后，殘余在金屬布線上的光刻月父去除。
[0059]首先是干法去膠，利用等離子體對光刻膠進(jìn)行轟擊，該干法刻蝕步驟通過物理化學(xué)作用，能夠?qū)⒈砻娼^大多數(shù)光刻膠去除。但是為了避免對光刻膠下面的金屬布線造成損害，應(yīng)當(dāng)在金屬布線露出時停止干法刻蝕。該干法去膠所使用的等離子體由微波、射頻和臭氧源共同作用下產(chǎn)生的，其去膠原理如下:
[0060]CxHy (光刻膠)+02 (等離子能)一CO (氣體)+C02 (氣體)+Η20
[0061]然后將干法刻蝕后的襯底至于烘烤設(shè)備中，進(jìn)行水蒸氣烘烤。該烘烤設(shè)備可以是一種專門的密閉腔體，能夠通入100度以上的水蒸氣，此時需要將襯底從干法去膠的腔體中移入該烘烤設(shè)備中。該烘烤設(shè)備也可以運用上述的干法去膠工藝中使用的等離子體反應(yīng)腔體，此時只需要在干法去膠完成后，直接通入水蒸氣進(jìn)行烘烤即可。烘烤時間在30秒至60秒。由于上述高能等離子體在轟擊光刻膠時，會在金屬層以及那些未被金屬層覆蓋住的接觸孔中形成大量的電荷，這些大量積累的電荷在后續(xù)的濕法刻蝕引入酸液后，即可與鎢形成原電池反應(yīng)。而通入水蒸氣之后，通過靜電釋放，將這些積累的電荷進(jìn)行去除。從而降低鎢在酸液中的氧化反應(yīng)。
[0062]最后，進(jìn)行濕法去膠。利用清洗液去除剩余光刻膠。該濕法去膠工藝所使用的清洗液可以為硫酸(H2SO4)和氧化劑的混合液(SPM)。由于上述水蒸氣烘烤之后，金屬層和接觸孔中的積累電荷被釋放，因此在該濕法去膠中即便露出的鎢會浸入酸液環(huán)境，但是酸液中的陽離子數(shù)量大大減少，使得鎢不容易發(fā)生氧化反應(yīng)，如此接觸孔中的鎢得以保留，使得金屬布線層上的光刻膠去除之后，整個半導(dǎo)體器件能夠正常工作。
[0063]上述的鎢插塞制作工藝、金屬布線制作工藝以及光刻膠去除工藝中的干法去膠和濕法去膠，都是各種常規(guī)工藝中一種，應(yīng)當(dāng)注意的是，根據(jù)具體器件的不同，有可能對上述各種工藝中的某一步驟進(jìn)行替換，比如在某些器件中，需要對鎢塞進(jìn)行高溫氧化處理，或者對于形成接觸孔的第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層用單一的絕緣層進(jìn)行替換。再比如某些器件中需要多層金屬層，并且利用鎢插塞進(jìn)行電連接，此時可以將上述的方法拓展成多層金屬和多個插塞的制作工藝中。
[0064]綜上所述。本發(fā)明提出了一種鎢插塞和金屬布線的制作方法，該制作方法通過在對光刻膠進(jìn)行干法去膠工藝之后，使用水蒸氣烘烤，以釋放干法去膠工藝中積累在金屬層和接觸孔中的電荷，以此降低濕法去膠時，鎢在酸液環(huán)境下引發(fā)的原電池反應(yīng)，從而使得接觸孔中鎢插塞得以保留。因此大大提高了半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)良率。
[0065]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鎢插塞與金屬布線的制作方法，包括步驟:鎢插塞制作工藝、金屬布線制作工藝以及光刻膠去除工藝，所述鎢插塞制作工藝是在半導(dǎo)體襯底上制作接觸孔并填充形成鎢插塞，所述金屬布線制作工藝將所述接觸孔通過金屬布線覆蓋，使得位于接觸孔下方的半導(dǎo)體襯底與位于接觸孔上方的該金屬布線通過鎢插塞相連接，所述光刻膠去除工藝是將殘余在金屬布線上的光刻膠去除，其特征在于:所述去除光刻膠工藝包括步驟: 干法去膠，利用等離子體對光刻膠進(jìn)行轟擊； 水蒸氣烘烤，將上述干法去膠過程中積累在金屬布線和接觸孔中的電荷進(jìn)行釋放； 濕法去膠，利用清洗液去除剩余光刻膠。
2.如權(quán)利要求1所述的鎢插塞與金屬布線的制作方法，其特征在于:所述水蒸汽烘烤采用干法去膠工藝中使用的等離子體反應(yīng)腔體。
3.如權(quán)利要求1所述的鎢插塞與金屬布線的制作方法，其特征在于:所述水蒸汽烘烤采用100攝氏度以上的水蒸汽，烘烤時間為30秒至60秒。
4.如權(quán)利要求1所述的鎢插塞與金屬布線的制作方法，其特征在于:所述鎢插塞制作工藝包括步驟: 提供一半導(dǎo)體襯底； 在所述半導(dǎo)體襯底上沉積第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層； 在該第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層中形成接觸孔； 在該接觸孔中沉積鶴，形成鶴插塞。
5.如權(quán)利要求4所述的鎢插塞與金屬布線的制作方法，其特征在于:所述第一介質(zhì)層為低k材料或超低k材料。
6.如權(quán)利要求4所述的鎢插塞與金屬布線的制作方法，其特征在于:所述第二介質(zhì)層為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種。
7.如權(quán)利要求4所述的鎢插塞與金屬布線的制作方法，其特征在于:所述鎢插塞制作工藝還包括步驟在接觸孔形成以后，在該具有接觸孔圖形的襯底表面沉積一層阻擋層。
8.如權(quán)利要求7所述的鎢插塞與金屬布線的制作方法，其特征在于:所述阻擋層為鈦和氮化鈦的復(fù)合層。
9.如權(quán)利要求1所述的鎢插塞與金屬布線的制作方法，其特征在于:所述金屬布線制作工藝包括步驟: 在制作完鶴插塞的半導(dǎo)體襯底上沉積一層金屬層； 在該金屬層上旋涂一層光刻膠； 對所述光刻膠進(jìn)行圖形化工藝，使該光刻膠形成金屬布線所需的圖形； 以光刻膠上的圖形為掩模，對金屬層進(jìn)行刻蝕，將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到金屬層上，形成金屬布線。
10.如權(quán)利要求9所述的鎢插塞與金屬布線的制作方法，其特征在于:所述金屬層為鋁、銅、銀或鎳中的一種。
【文檔編號】H01L21/768GK103811412SQ201210454044
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月13日
【發(fā)明者】王者偉 申請人:無錫華潤上華科技有限公司