專利名稱：：清除鎢插塞合金化處理后表面形成的氧化層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制程中清除鴒插塞合金化處理之后形成的氧化層的方法，更具體的說，是清除鴒插塞合金化處理之后表面形成的氧化層的方法。
背景技術(shù)：
：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。因此，具有高電導(dǎo)率的鋁被用作金屬接觸處理中的金屬。但是，由于金屬鋁臺階覆蓋特性差，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，然后通過鋁淀積和刻圖工藝形成金屬導(dǎo)線。因為鎢具有優(yōu)異的臺階覆蓋特性，符合填充接觸孔金屬的性能要求，所以成為填充接觸孔的主要材料。參考閣1A和圖1B，為中國專利申請CN9612332]提供的一種鎢插塞的形成工藝形成的鴨插塞的結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合圖1A，在硅襯底l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的硅襯底1的整個結(jié)構(gòu)上形成絕緣層4并在絕緣層4上形成用于暴露導(dǎo)體層3的接觸孔5結(jié)合圖1B，在包括接觸孔5在內(nèi)的絕緣層4的整個結(jié)構(gòu)上形成阻擋金屬層6;通過鉤淀積工藝，在包括接觸孔5在內(nèi)的阻擋金屬層6上形成鎢層8并填充除鎢層8,直至阻擋金屬層6暴露，因此形成鎢插塞。鎢插塞形成之后，通過淀積和布圖工藝，在鉤插塞上形成金屬導(dǎo)線。通過化學(xué)機械拋光形成鎢插塞之后，形成金屬導(dǎo)線之前，為了去除前端工藝(frondendprocess)對晶圓表面的損傷，如化學(xué)氣相沉積和刻蝕工藝中造成的等離子體損傷，一詢殳要再進行一道合金化工藝(alloyprocess)過程，在400"C的環(huán)境中進行熱處理，以使晶圓表面的晶格進行重新排列，修復(fù)損傷，并確保晶園和鴒插塞之間形成良好的導(dǎo)電性能。但是進行合金化工藝的過程中，會導(dǎo)致鴒塞的表面氧化，從而導(dǎo)致鉤塞與隨后形成的布線之間接觸電阻增大，導(dǎo)致信號延遲。清除鎢塞表面的氧化物目前可用的兩種方法為濕式蝕刻清洗(WetBench)或者等離子體刻々蟲(plasmaetch)的方法。濕式蝕刻清洗使用的主要試劑為HF試劑，用浸泡工藝。由于鴒插塞與氣化層之間的阻擋金屬層為T1/TIN,容易受到H1'，試劑的腐蝕，因此，濕式蝕刻清洗容易影響金屬間的連接性能。等離子刻蝕主要試劑是S1'。干式蝕刻工藝。采用等離子蝕刻的方法選擇性不強，很容易直接蝕刻掉鎢插塞上的金屬鎢，導(dǎo)致鎢插塞的腐蝕。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明解決的問題是鴒插塞在合金化工藝處理之后表面上形成的鎮(zhèn)氧化物層導(dǎo)致鴉插塞和金屬導(dǎo)線之間接觸電阻增大的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種清除鉤插塞合金化處理之后表面形成的氣化層的方法，采用化學(xué)機械拋光的方法清除鴒插塞表面上形成的鶴氧化層上述的化學(xué)機械拋光法所用拋光液采用非氧化性研磨料，所述的研磨料為二氧化硅類研磨料、二氧化鈰(Ce()2)、氧化鋁(A1203)。所述的二氧化硅類研磨料為氣相二氧化硅(fomedsilica)研磨料或者膠體二氧化硅(ColloidalSilica)研磨料。所述研磨料在拋光液中的質(zhì)量百分比含量大于0小于等于30%，較好的是5%至25%。研磨料粒子的平均直徑為30nm至200nm。所述拋光液還包含添加劑，所述的添加劑為K()H或者NH4()H,較好的是NlU()ll。所述拋光液的pH值在7至11之間，較好的是10至11之間。本發(fā)明最優(yōu)選的拋光液為SS-25型拋光液，拋光液中研磨津十為Si()2，質(zhì)量百分比含量為25%，KOH的質(zhì)量百分比含量小于1%,pH介于10至U.2之間。進行化學(xué)積4成拋光時施加在鴒插塞上的壓力為1至6PSI,優(yōu)選2至3PSI，拋光墊的速度在30至130RPM/min之間，優(yōu)選70至80RPM/min。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明采用化學(xué)機械拋光的方法去除鎢插塞在合金化工藝處理之后表面上形成的一薄層氧化物，工藝簡單，并且能有效清除鎢插塞上的氧化層。2、本發(fā)明采用非氧化性的研磨料如氣相二氧化硅(fumedsilica)、膠體二氧化硅(ColloidalSilica)、二氧化鈰(Ce02)以及氧化鋁(A1203),并保持拋光液的piI值在7至11之間，能有效的去除鴒插塞上的氧化層，同時并不3、采用本發(fā)明提供的化學(xué)機械拋光的方法清除鎢插塞表面的氧化層后，鎢插塞與金屬布線之間的接觸電阻明顯便小。拋光前，鎢插塞與金屬導(dǎo)線之間的平均接觸電阻在5至8歐姆之間，拋光之后，鉤插塞與金屬導(dǎo)線之間的平均接觸電阻為2至4歐姆。圖1A是半導(dǎo)體制程中形成鴒插塞的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖1B是半導(dǎo)體制程中形成鴒插塞的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明鴒插塞表面的氧化層去除前與金屬導(dǎo)線之間的掃描電子顯微鏡圖。圖3是本發(fā)明鎢插塞表面的氧化層去除后與金屬導(dǎo)線之間的掃描電子顯微鏡圖。圖4和圖5分別是不同樣本的鵠插塞表面的氧化層在去除之前、去除之后與金屬布線之間的接觸電阻。具體實施例方式針對本發(fā)明所采用的技術(shù)和方法設(shè)計，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的具體實施方式估支一個詳細的i兌明。在晶圓中形成鴒插塞之后，為了修復(fù)前端工藝(frondendprocess)對晶閱表面的損傷，如化學(xué)氣相沉積和刻蝕工藝中造成的等離子體損傷，一般要再進行一道合金化工藝(alloyprocess)過程，在400。C的環(huán)境中進行熱處理，以使晶圓表面的晶格進行重新排列，修復(fù)損傷，并確保晶圓和鎢插塞之間形成良好的導(dǎo)電性能。如圖2所示，鉤插塞在合金化的處理工程中，金屬鴒在40(TC的環(huán)境中會發(fā)生氧化，在鵠插塞的表面形成薄薄的一層氧化層，這層氧化層是金屬鎢的氧化物。圖2中，21為鴒插塞，22為形成的鴒氧化層，23為隨后形成的金屬布鏡(ScanningElectronMicroscope)檢測得到的。這層鴒氧化層如果不能去除，在鎢插塞上形成金屬布線之后，就會在增大鎢插塞和金屬布線之間的接觸電阻(contactresist)，從而產(chǎn)生信號延遲，導(dǎo)致芯片性能降低。因此，必須在不損傷鴒插塞的情況下去除。才、發(fā)明采用化學(xué)枳4成拋光的方法去除鴒插塞表面的《烏氧化物層。采用的拋光液主要包括非氧化性的研磨料。所述的研磨料主要是非氧化性的研磨料如二氧化硅類研磨料、二氣化鈰(Cc、()2)、氣化鋁(Ab()3)。采用這些非氧化性的研磨料在有效清除鎢插塞表面氧化層的同時，可以避免鶴塞被重新氧化。使用的二氧化硅Si()2磨料可以獲得低缺陷、穩(wěn)定的懸浮及更好的化學(xué)機械拋光后清洗效果，而且Si02磨料硬度較低，使用二氧化硅做研磨料不會對鴒插塞表而的金屬鉤造成損傷，并且較容易控制研磨終點。所述的二氣化硅類研磨料為氣相二氧化硅(fumedsilica)研磨料或者膠體二阜'、化硅(ColloidalSilica)研磨料。氣相二氧化硅為無機納米粉體材料，具有對拋光材料表面損傷小、研磨速率快的優(yōu)點。膠體二氧化硅質(zhì)點是由無序排列的硅氧四面體組成，粒子表面為羥基覆穩(wěn)定性程度也不同。因此，當(dāng)溶液pH值在7附近時膠凝最快，而在顯著的酸性和堿性范圍內(nèi)膠體處于穩(wěn)定狀態(tài)。本發(fā)明提供的堿性拋光液，溶液的pll值在7至11之間，硅溶膠能穩(wěn)定的存在，而且解決了凝膠問題。市售的二氧化鈰一般是稀土金屬氧化物的混合物，其最多量組分為二氧化鈰。其它組分可包括氧化銣、氧化釤和氧化鑭。還可存在更微量的其它稀土元素。其優(yōu)點為顆粒較大，可以獲得較高的拋光速率和選擇性。夂;一種比較好的研磨料是八12()3,Al2()3研磨料的硬度較大，可以獲得較高的拋光速率和選擇性。所述研磨料在拋光液中的質(zhì)量百分比含量大于0小于等于30%,較好的是5%至25%。本發(fā)明對研磨料粒子的平均直徑?jīng)]有過多的限制，但比較優(yōu)選的粒子的平均直徑為30nm至200nm。所述拋光液選用的添加劑為KOH或者NH,OH,比較優(yōu)選的是NH4()11。所述拋光液中添加劑的作用是作為pH緩沖劑，這是由于拋光液的臨界電位小的時候，離子間的電性排斥力較小，容易產(chǎn)生晶粒沉積的現(xiàn)象，所以通過plf值緩沖劑來調(diào)節(jié)拋光液的pH值，使拋光液中的晶粒維持良好的懸浮穩(wěn)定性，本發(fā)明中，較好的添加劑是NH4OH，這是因為采用NH4OH除了可以避免鉀離子污染外，更加有利于后面晶圓的清洗。因為KOH溶液的離子強度較強，會使研磨料與晶圓之間的斥力范圍減小，促使其吸附與晶圓表面，因此必須增加后續(xù)的清洗步驟，才能去除鉀離子的污染，同時使用NH,4()H也能降j氐生產(chǎn)成衣。一般表說，不同的研磨料所采用的添加劑種類也不同，對于二氧化硅類的研松料，所采用的添加劑為KOH或者NH4OH，較好的是NH4()H。其中二氧化硅磨料的質(zhì)量百分比為大于0小于30%,較好的是5%至25%。本發(fā)明采用化學(xué)機械拋光方法清除鎢插塞表面的鎢氧化層所用拋光液的pll值在7至ll之間，較好的是l()至ll。由于4烏插塞表面的氧化膜層比較薄，一般厚度在1至20nm之間，因此化學(xué)機械拋光時在拋光液的種類和濃度確定的情況下，應(yīng)該控制研磨的工藝參數(shù)，防止再次損傷鉤插塞表面或者造成鴒插塞的過腐蝕。影響拋光效果的工藝參數(shù)主要指研磨速率和研磨時間，而研磨速率(RemoveRate)的理論計算公式為研磨速率二I^PfVg中!〈為常數(shù)，和拋光液的種類、濃度以及研磨料平均微粒直徑有關(guān)；P為拋光時對晶圓的壓力，本發(fā)明中指施加在鴒插塞上的壓力，數(shù)值范圍在1至6PSI之間(lPS卜6薩)a);V為拋光墊的速度，一般在30至130RPM/min之間，比較優(yōu)選的是在70至(S0RPM/min之間。代用^發(fā)明提供的方法對鎢插塞表面進行化學(xué)機械拋光之后，如圖3所示，鎢插塞21和隨后形成的金屬布線23之間不再有鵠氧化層22，鴒插塞表而的^化罷被完全清除。通過測量不同樣本的鎢插塞表面的氧化層在去除前和去除之后與金屬布線之問的接觸電阻發(fā)現(xiàn)，鉤插塞表面的接觸電阻明顯變小。如圖4所示，為鎢插》:表面的氧化層在去除前與金屬布線之間的接觸電阻，圖中橫坐標(biāo)表示不同"本，縱坐標(biāo)表示接觸電阻，單位為歐姆，從圖中可以看出，化學(xué)機械拋光〈前，鴒插塞與金屬導(dǎo)線之間的平均接觸電阻在5至8歐姆之間。如圖5所示，為鉤插塞表面的氧化層在拋光之后與金屬布線之間的接觸電阻，從圖姆。面用具體實施例實施本發(fā)明。s施例i冬發(fā)明最為優(yōu)選的一種非氧化性拋光液為Cabot微電子公司(CabotMicroelectronicsCorporation)生產(chǎn)的SS-25型拋光液，其主要研磨料為Si()2,含量為25%，KOH的含量小于ry。，pH介于10至ll之間。采用SS-25型拋光液，設(shè)定拋光墊的拋光速度為80RPM/min，對晶圓的壓力保持在3PSI,對鴒插塞進行化學(xué)機械拋光。采用上述的工藝方法拋光掉鶴插塞表面的氧化層之后，鉤插塞與金屬導(dǎo)線之W的微觀形貌如圖4所示,，閣4是通過日本日立有限公司(Hitachi)生產(chǎn)的型號為SW00的掃描電子顯微鏡(ScanningFJectronMicroscope)檢測得到的檢測得到的拋光前，鎮(zhèn)插塞與金屬導(dǎo)線之間的接觸電阻為6歐姆，拋光之后，鎢插塞與金應(yīng)布線之間的接觸電阻為2歐姆。實施例2至實施例5實施例2至實施例5中各拋光液的組成如表1所示，拋光時的具體工藝條件以及拋光前后接觸電阻的數(shù)值如表2所示，具體實施方式參照實施例l。表l實施例2至實施例5拋光液的組成<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表2實施例2至實;^例54燭光時的具體工藝條^牛以及4妻觸電阻<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>雖然^發(fā)明己以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本觀風(fēng)技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。權(quán)利要求1、一種清除鎢插塞合金化處理后表面形成的氧化層的方法，其特征在于采用化學(xué)機械拋光法清除鎢插塞表面的氧化層。2、根掂權(quán)利要求1所述的清除鉤插塞合金化處理后表面形成的氣化層的3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的清除鎮(zhèn)插塞合金化處理后表面形成的氧化層的方法，其特征在于所述的研磨料為非氧化性研磨料為二氧化硅類研磨料、二氧化鈰、氧化鋁。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的清除鴒插塞合金化處理后表面形成的氣化層的方法，其特征在于所述的二氧化硅類研磨料包括氣相二氧化硅和膠體二氧化硅,，5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的清除鉤插塞合金化處理后表面形成的氧化層的方法，其特征在于所述研磨料在拋光液中的質(zhì)量百分比含量大于0小于等于30%。6、根掂權(quán)利要求5所述的清除鴒插塞合金化處理后表面形成的氧化層的方法，其特征在于所述研磨料在拋光液中的質(zhì)量百分比含量為5%至25%%。7、根據(jù)權(quán)利要求2所述的清除鉤插塞合金化處理后表面形成的氧化層的方法，其特征在于所述石開磨津+粒子的平均直徑為30nm至200nm。8、方法，其5恭力口齊要求1所述的清除鵠插塞合金化處理后表面形成的氧化層的9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的清除鉤插塞合金化處理后表面形成的氧化層的10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的清除鴒插塞合金化處理后表面形成的氧化層11、根據(jù)權(quán)利要求1所述的清除鴒插塞合金化處理后表面形成的氧化層的方法，其特征在于所述化學(xué)機械拋光法所用拋光液為SS-25型拋光液，拋光液中研磨料為Si02,質(zhì)量百分比含量為25%,KOH的質(zhì)量百分比含量小于1%,pH介于10至11之間。12、根據(jù)權(quán)利要求1所述的清除鴒插塞合金化處理后表面形成的氧化層的方法，其特征在于化學(xué)機械拋光時在鵠插塞上的壓力為1至6PSI，拋光墊的速度在30至130RPM/min之間。13、根據(jù)權(quán)利要求1所述的清除鴒插塞合金化處理后表面形成的氧化層的方法，其特征在于化學(xué)機械拋光時在鴒插塞上的壓力為2至3PSI，拋光墊的速度在70至80RPM/min之間。全文摘要本發(fā)明提供了一種清除鎢插塞合金化處理之后表面形成的氧化層的方法，采用化學(xué)機械拋光的方法清除鎢插塞表面上形成的氧化物，所述拋光液采用非氧化性研磨料包括氣相二氧化硅、膠體二氧化硅、二氧化鈰(CeO₂)、氧化鋁(Al₂O₃)研磨料。所述研磨料在拋光液中的質(zhì)量百分比含量大于0小于30％，較好的是5％至25％。采用本發(fā)明提供的方法工藝簡單，并且能有效清除鎢插塞上的氧化層，同時并不會對鎢插塞造成污染和損傷。拋光之后，鎢插塞與金屬導(dǎo)線之間的接觸電阻明顯變小。文檔編號B24C1/08GK101104936SQ200610028778公開日2008年1月16日申請日期2006年7月10日優(yōu)先權(quán)日2006年7月10日發(fā)明者張傳民,靜文,李陽柏,軍林申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司