CN102437097A

CN102437097A - 一种新的接触孔的制造方法

Info

Publication number: CN102437097A
Application number: CN2011102652699A
Authority: CN
Inventors: 傅昶; 胡友存; 张亮; 郑春生
Original assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Current assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2012-05-02

Abstract

一种新的接触孔的制造方法，在硅衬底中形成有接触晶体管有源区的金属硅化物，在硅衬底上依次淀积有通孔刻蚀阻挡层和氧化物层、低介电常数阻挡层、Low-K介质层，在氧化物层中形成一个贯穿通孔刻蚀阻挡层并接触金属硅化物的接触孔，在接触孔孔壁及孔底淀积有第一金属阻挡层，形成的钨栓填充在接触孔中，在Low-K介质层中形成一贯穿低介电常数阻挡层的凹槽，接触孔位于凹槽的底部，其特征在于，进行湿法刻蚀去除位于接触孔上部分的钨栓和接触孔阻挡层，之后在凹槽的内壁和底部以及接触孔上部分裸露的内壁上沉积一层第二金属阻挡层，第二金属阻挡层还覆盖在剩余的钨栓上，再在凹槽和接触孔上部分中填充金属铜。

Description

一种新的接触孔的制造方法

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，其中，尤其涉及新的接触孔的改造工艺。

背景技术

由于例如包括MOSFETS（金属氧化物半导体场效应晶体管）并且借助MOS或CMOS工艺制造的器件集成度得提高，这些器件的小型化正面临挑战。不仅器件的尺寸和区域需要降低其大小，而且在质量和成品率上仍有很高的期望。此种类型的器件的结涉及到掺杂的高活性，结深的良好控制等等的需求。同时，为了允许通过背面接触，需要通过硅化物的低电阻的接触。

从US5851891中可以得知一种生产包括具有低电阻的栅极的IGFET的方法，其中描述了IGFET（绝缘栅场效应晶体管）的制造，其中IGFET的栅电极由硅制成，并且通过使硅与施加于其上的金属反应以形成金属氧化物，在其中形成连接区。除了介质区附近之外，栅电极的硅被掺杂院子掺杂，例如硼原子。在形成金属硅化物时，这些掺杂原子被迫使朝向介质区但不穿透它。另一方面，在介质区附近中以此方式形成的高掺杂浓度确保了在栅极中不希望的耗尽层效应，因为这样的效应会增加介质区的有效厚度。形成硅化物界面之前掺杂原子的驱除被称作雪梨效应。

目前，在半岛提器件的后段工艺中，可根据不同需要设置多层金属互联层，每层金属互联层包括金属互联线和绝缘层，这就需要对上述绝缘层制造沟槽和连结孔，然后再上述沟槽和连结孔内沉积金属，沉积的金属即为金属互联线，一般选用铜作为金属互联线材料。现有技术中为了防止铜扩散进入绝缘层，更好地限制在沟槽和连接孔内，一般采用钽和氮化钽的叠层结构作为金属互联线和绝缘层之间的阻挡膜。

发明内容

本发明公开了一种新的接触孔的制造方法，本发明的目的是提供一种新制造工艺降低接触孔的接触电阻，采用一种的混合液体和其他碱性化合物，进行腐蚀去除部分钨栓和接触孔阻挡层，使其高度比原有高度有所降低，而降低的高度的钨栓被铜替代，因为低电阻率金属材料铜来替代接触孔中部分的钨栓，从而达到降低接触孔的接触电阻，以提高器件性能的目的。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

所述的一种新的接触孔的制造方法，其中，所述湿法刻蚀所采用的含有NH4OH，H2O2，H2O的混合液体。

所述的一种新的接触孔的制造方法，其中，所述钨栓顶部距第一阻挡层的高度降低至原来的高度的10%-90%。

所述的一种新的接触孔的制造方法，其中，所述第一阻挡层材料为钛或氮化钛或两种材料的组合。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1表示现有技术完成的示意图；

图2表示采用化学湿法反应去除部分钨栓和接触孔阻挡层步骤完成后示意图；

图3表示采用化学湿法反应去除部分钨栓和接触孔阻后续步骤完成示意图；

图4表示接触电阻的示意图。

具体实施方式

图1表示一种现有技术完成所有步骤后的示意图，如图1所示，在一种硅衬底材料1上，存在一个层金属硅化物2，所述金属硅化物2与晶体管有源区形成电接触，在金属硅化物2及硅衬底材料1上淀积一层通孔刻蚀阻挡层3，在阻挡层3的表面沉积一层氧化物4，在氧化物4的表面旋涂光刻胶，然后进行接触孔光刻，然后进行接触孔刻蚀，完成接触孔图形化步骤后，去除在氧化物层4上的多余光刻胶，然后在接触孔孔壁及孔底淀积一层阻挡层5，该阻挡层由钛或氮化钛组成，然后在该阻挡层围成的空间内完成金属钨栓的生长，形成钨栓9填充接触孔，使钨栓9完全填充该阻挡层围成的空间，并且采用机械抛光的方式，将填充物钨栓高出氧化物层的部分研磨掉，形成氧化物4的平面，在氧化物4的平面上淀积一层Low-K（低介电常数）阻挡层6，在阻挡层6上再淀积一层Low-K介质层7，在Low-K介质层7上淀积一层Low-K覆盖层8，然后在Low-K覆盖层8上旋涂光刻胶，旋涂光刻胶步骤完成后，进行金属层光刻，完成金属层光刻后，进行金属层刻蚀，完成图像化步骤后，将Low-K覆盖层8上多余的光刻胶清除，然后在刻蚀形成的空间壁体及底部淀积一层铜阻挡层11，该阻挡层由钽或氮化钽组成，完成后在铜阻挡层11的空间内进行铜电镀，形成形成填充物铜10，填充物铜10完全填充该阻挡层11围成的空间，然后，采用机械抛光的方式，将高出Low-K覆盖层8的凸起部分填充物铜10清除掉，形成了如图1所示的示意图。

图2表示采用化学湿法反应去除部分钨栓和接触孔阻挡层步骤完成后示意图，如图2所示，在一种硅衬底材料1上，存在一个层金属硅化物2，所述金属硅化物2与晶体管有源区形成电接触，在金属硅化物2及硅衬底材料1上淀积一层通孔刻蚀阻挡层3，在阻挡层3的表面沉积一层氧化物4，在氧化物4的表面旋涂光刻胶，然后进行接触孔光刻，然后进行接触孔刻蚀，完成接触孔图形化步骤后，去除在氧化物层4上的多余光刻胶，然后在接触孔孔壁及孔底淀积一层阻挡层5，该阻挡层由钛或氮化钛组成，然后在该阻挡层围成的空间内完成金属钨栓的生长，形成钨栓9填充接触孔，使钨栓9完全填充该阻挡层围成的空间，并且采用机械抛光的方式，将填充物钨栓高出氧化物层的部分研磨掉，形成氧化物4的平面，在氧化物4的平面上淀积一层Low-K（低介电常数）阻挡层6，在阻挡层6上再淀积一层Low-K介质层7，在Low-K介质层7上淀积一层Low-K覆盖层8，然后在Low-K覆盖层8上旋涂光刻胶，旋涂光刻胶步骤完成后，进行金属层光刻，完成金属层光刻后，进行金属层刻蚀，完成图像化步骤后，将Low-K覆盖层8上多余的光刻胶清除，上述步骤与现有技术基本相同，然后采用一种化学湿法去除部分钨栓9和接触孔阻挡层5，本发明中采用一种的混合液体和其他碱性化合物，进行腐蚀去除部分钨栓9和接触孔阻挡层5，该混合液体为含有NH4OH，H2O2，H2O的混合液体。该步骤是本发明的技术方案，是前述技术方案中所没有包含的工艺，形成乳图2的所示的图形。图2的所示的钨栓的高度只是一种图形化表示，不代表图2中钨栓的比例高度和近似高度，本发明的技术方案中，降低至钨栓高度至原来的高度的10%-90%,在此范围内，均落入本发明的保护范围之中。

图3表示采用化学湿法反应去除部分钨栓和接触孔阻后续步骤完成示意图，如图3所示，完成图2中技术方案中的后续步骤后形成的示意图，前述工艺方案步骤与图2中一致，在一种硅衬底材料1上，存在一个层金属硅化物2，所述金属硅化物2与晶体管有源区形成电接触，在金属硅化物2及硅衬底材料1上淀积一层通孔刻蚀阻挡层3，在阻挡层3的表面沉积一层氧化物4，在氧化物4的表面旋涂光刻胶，然后进行接触孔光刻，然后进行接触孔刻蚀，完成接触孔图形化步骤后，去除在氧化物层4上的多余光刻胶，然后在接触孔孔壁及孔底淀积一层阻挡层5，该阻挡层由钛或氮化钛组成，然后在该阻挡层围成的空间内完成金属钨栓的生长，形成钨栓9填充接触孔，使钨栓9完全填充该阻挡层围成的空间，并且采用机械抛光的方式，将填充物钨栓高出氧化物层的部分研磨掉，形成氧化物4的平面，在氧化物4的平面上淀积一层Low-K（低介电常数）阻挡层6，在阻挡层6上再淀积一层Low-K介质层7，在Low-K介质层7上淀积一层Low-K覆盖层8，然后在Low-K覆盖层8上旋涂光刻胶，旋涂光刻胶步骤完成后，进行金属层光刻，完成金属层光刻后，进行金属层刻蚀，完成图像化步骤后，将Low-K覆盖层8上多余的光刻胶清除，上述步骤与现有技术基本相同，然后针对钨栓9采用一种化学湿法去除部分钨栓9和接触孔阻挡层5，本发明中采用一种的混合液体和其他碱性化合物，进行腐蚀去除部分钨栓9和接触孔阻挡层5，该混合液体为含有NH4OH，H2O2，H2O的混合液体。使用含有NH4OH，H2O2，H2O混合溶液去除部分钨栓9和接触孔阻挡层5完成后，在形成的空间壁体及底部淀积一层铜阻挡层11，完成后在铜阻挡层11的空间内进行铜电镀，形成填充物铜10，填充物铜10完全填充该阻挡层11围成的空间，然后，采用机械抛光的方式，将高出Low-K覆盖层8的凸起部分填充物铜10清除掉，形成了如图3所示的示意图。

图4表示接触电阻的示意图，以此图来说明采用混合溶液去除部分钨栓9和接触孔阻挡层5完成后，金属层到硅的有源区的接触电阻的变化情况，R1表示钨栓9形成的电阻，R2表示钨栓9两侧的接触孔阻挡层5形成的电阻，R3表示钨栓9接触孔底壁形成的电阻，R4表示为金属阻挡层11形成的电阻，电阻的大小与器件材料以及材料宽度、厚度、高度相关，同种材料的电阻大小厚度、高度成正比关系，如图4所示，因为工艺的关系，R4代表的金属阻挡层11的的厚度以及R3表示钨栓9接触孔底壁的厚度不可变化，R1表示钨栓9以及 R2表示钨栓9两侧的接触孔阻挡层的高度可以变化，本发明采用含有NH4OH，H2O2，H2O混合溶液去除部分钨栓9和接触孔阻挡层5，降低钨栓9和接触孔阻挡层5的高度至原来的高度的10%-90%，随着钨栓9和接触孔阻挡层5的高度的降低，R1和 R2的数值也会大幅降低，而降低的高度的钨栓被铜替代，因为低电阻率金属材料铜来替代接触孔中部分的钨栓，从而达到降低接触孔的接触电阻，以提高器件性能的目的。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何对该进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims

1.一种新的接触孔的制造方法，在硅衬底中形成有接触晶体管有源区的金属硅化物，在硅衬底上依次淀积有通孔刻蚀阻挡层和氧化物层、低介电常数阻挡层、Low-K介质层，在氧化物层中形成一个贯穿通孔刻蚀阻挡层并接触金属硅化物的接触孔，在接触孔孔壁及孔底淀积有第一金属阻挡层，形成的钨栓填充在接触孔中，在Low-K介质层中形成一贯穿低介电常数阻挡层的凹槽，接触孔位于凹槽的底部，其特征在于，进行湿法刻蚀去除位于接触孔上部分的钨栓和接触孔阻挡层，之后在凹槽的内壁和底部以及接触孔上部分裸露的内壁上沉积一层第二金属阻挡层，第二金属阻挡层还覆盖在剩余的钨栓上，再在凹槽和接触孔上部分中填充金属铜。

2.如权利要求1所述的一种新的接触孔的制造方法，其特征在于，所述湿法刻蚀所采用的含有NH4OH，H2O2，H2O的混合液体。

3.如权利要求1所述的一种新的接触孔的制造方法，其特征在于，所述钨栓顶部距第一阻挡层的高度降低至原来的高度的10%-90%。

4.如权利要求1所述的一种新的接触孔的制造方法，其特征在于，所述第一阻挡层材料为钛或氮化钛或两种材料的组合。