專利名稱：在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體元件與其形成方法，且特別有關(guān)于一種清潔方法與結(jié)構(gòu)，以提供低接觸電阻。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體元件中常使用銅作為導(dǎo)電內(nèi)連線材料，因?yàn)樗商峁┛焖俚乃俣?；但銅難以被圖案化，因此常利用鑲嵌制程技術(shù)形成銅內(nèi)連線，此技術(shù)是先在介電質(zhì)中形成開口，再將銅沉積于開口內(nèi)與介電質(zhì)上，接著利用研磨/平坦化制程將介電質(zhì)上的銅移除，以留下開口中鑲嵌的銅，且此鑲嵌銅的上表面與介電質(zhì)的上表面共平面。銅內(nèi)連線技術(shù)的缺點(diǎn)是暴露的銅表面很容易被氧化，因此，現(xiàn)有制程技術(shù)在銅表面經(jīng)研磨而形成后，就會(huì)接著執(zhí)行保護(hù)或其它抗氧化處理來避免銅的氧化，但研磨后用來保護(hù)銅表面的材料常會(huì)與銅表面上的其它物質(zhì)作用而形成污染。
在銅表面上形成上方介電質(zhì)與其它選擇性材料后，再于上方介電質(zhì)中蝕刻出開口以露出銅表面，以作為與銅表面的接觸洞。蝕刻停止層可選擇性形成于經(jīng)研磨表面與其上方的介電質(zhì)間，在沉積此蝕刻停止層時(shí)，有機(jī)硅酸鹽(SiOCH)污染會(huì)形成在蝕刻停止層與經(jīng)保護(hù)銅表面的界面上，因?yàn)樵谖g刻停止層一開始沉積所使用的SiC會(huì)與銅的抗腐蝕保護(hù)表面作用形成有機(jī)硅酸鹽；若未使用蝕刻停止層，污染還是會(huì)在剛開始沉積介電質(zhì)時(shí)形成。接下來對(duì)介電質(zhì)與蝕刻停止層進(jìn)行蝕刻，以露出部分銅表面形成接觸洞，不論在銅表面上接續(xù)形成哪些層，如選擇性蝕刻停止層與/或介電層，都會(huì)再利用等離子制程蝕刻出開口以露出銅表面，而這會(huì)產(chǎn)生蝕刻殘留物與副產(chǎn)物，使暴露銅表面的品質(zhì)降低且使銅的電阻提高，所必須解決蝕刻處理后的銅表面完整度的問題，其中蝕刻殘留物常為聚合物且難以移除。
蝕刻殘留聚合物與副產(chǎn)物包括氟、碳、銅與其它物質(zhì)的多種組合，在半導(dǎo)體制造工藝中，常使用H2等離子來移除因蝕刻停止層或介電質(zhì)沉積或是在蝕刻處理露出銅表面時(shí)所產(chǎn)生的聚合副產(chǎn)物與殘留物，然而氫等離子對(duì)等離子反應(yīng)室的條件相當(dāng)敏感，所以難以使每批貨都達(dá)到一致的再現(xiàn)性。與銅表面接觸的介層洞的阻值因氫等離子的清潔程度而異，且很容易隨反應(yīng)室條件而改變且不穩(wěn)定，所以當(dāng)利用氫等離子用來做清潔處理時(shí)，尚需要執(zhí)行進(jìn)一步的清潔處理。
業(yè)界急需提出一種耐用的清潔程序，以確保在銅表面的清潔，以降低介層洞的電阻。

發(fā)明內(nèi)容
為解決這些與其它需求，本發(fā)明提供一種在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，包括以抗腐蝕溶劑處理銅表面；形成介電層于銅表面上；蝕刻開口穿過介電層且露出銅表面；以及以等離子進(jìn)行清潔，等離子包括等離子氣體，等離子氣體包括氫氣與具有原子量為15或以上的添加物，該添加物占該等離子氣體的體積約3～10％。
本發(fā)明尚提供一種在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，包括以抗腐蝕溶劑對(duì)銅表面進(jìn)行處理；形成介電層于銅表面上；蝕刻開口穿過介電層且露出銅表面；以及以等離子進(jìn)行清潔，等離子包括氮與氫，氮占等離子體積的約3～10％。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明提供一種在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，所述在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法包括以一抗腐蝕溶劑對(duì)一銅表面進(jìn)行處理；形成一介電層于該銅表面上；蝕刻一開口穿過該介電層且露出該銅表面；以及以一等離子進(jìn)行清潔，該等離子包括(1)氫與(2)氮或原子量為15以上的添加物，其中氮或該添加物占該等離子體積的約3～10％。
本發(fā)明所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，該抗腐蝕溶劑包括苯并三唑。
本發(fā)明所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，尚包括在該處理后形成一蝕刻停止層于該銅表面與該介電層間，且其中該蝕刻尚穿過該蝕刻停止層，該蝕刻停止層的形成會(huì)于該銅表面上產(chǎn)生一污染，且該清潔是將該污染移除。
本發(fā)明所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，該銅表面是經(jīng)過化學(xué)機(jī)械研磨。
本發(fā)明所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，該開口包括一介層洞。
本發(fā)明所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，該開口包括一雙鑲嵌開口，且該銅表面為形成于一下方介電材料中的另一開口里的銅材料的一上表面。
本發(fā)明所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，該蝕刻停止層是以碳化硅或氮化硅形成。
本發(fā)明所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，該清潔是于壓力約60mTorr，且功率約為150～400瓦下執(zhí)行。
本發(fā)明所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，該清潔包括約20sccm的氮?dú)饬髋c約400sccm的氫氣流。
本發(fā)明所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，尚包括形成一導(dǎo)電材料于該開口中與該銅表面接觸。
本發(fā)明所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，該蝕刻包括等離子蝕刻。
本發(fā)明所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，該蝕刻包括等離子蝕刻且產(chǎn)生一蝕刻殘留聚合物于該銅表面上，且該清潔是移除該蝕刻殘留聚合物。
本發(fā)明所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，可確保在銅表面的清潔，以降低介層洞的電阻。


圖1為一剖面圖，顯示鑲嵌于介電質(zhì)中的銅結(jié)構(gòu)；圖2為一剖面圖，顯示在圖1的結(jié)構(gòu)上形成蝕刻停止層與介電質(zhì)后的結(jié)構(gòu)；圖3為一剖面圖，顯示在圖2的結(jié)構(gòu)中形成開口以露出銅表面的結(jié)構(gòu)；圖4為一剖面圖，顯示在圖3的開口中填充導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
圖1為一剖面圖，顯示利用鑲嵌制程技術(shù)將銅結(jié)構(gòu)2鑲在介電質(zhì)4中的結(jié)構(gòu)，可利用研磨處理如化學(xué)機(jī)械研磨形成此結(jié)構(gòu)，以使銅結(jié)構(gòu)2的上表面6與介電質(zhì)4的上表面8共平面，其中介電質(zhì)4可為半導(dǎo)體制造中任何適用的介電質(zhì)，包括低介電常數(shù)材料與許多氧化物與氮氧化物。在如圖1所示的結(jié)構(gòu)形成后，銅結(jié)構(gòu)2的上表面6可利用一般技術(shù)加以保護(hù)，如利用現(xiàn)有的保護(hù)制程方法以抗腐蝕溶劑，如苯并三唑(benzotriazole，BTA)，進(jìn)行處理，且也可用在其它實(shí)施例中使用其它抗腐蝕溶劑與其它保護(hù)技術(shù)，甚至可不作任何保護(hù)處理。
圖2為圖1利用現(xiàn)有方式在上表面6與8上形成選擇性(optional)蝕刻停止層10與上方介電質(zhì)12的結(jié)構(gòu)，可利用化學(xué)氣相沉積(CVD)或其它形成技術(shù)形成選擇性蝕刻停止層10與上方介電質(zhì)12，上方介電層12可為任何可適用的介電質(zhì)，如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或低介電常數(shù)材料，而蝕刻停止層10的蝕刻特性與上方介電質(zhì)12不同，蝕刻停止層10較上方介電質(zhì)12難以被蝕刻。在一實(shí)施例中，蝕刻停止層10為碳化硅，且也可在其它實(shí)施例中使用其它材料如氮化硅。在某些形成蝕刻停止層10的實(shí)施例里，會(huì)在銅的上表面與蝕刻停止層10間的界面14形成有機(jī)硅酸鹽(SiOCH)物質(zhì)；在未使用蝕刻停止層10的實(shí)施例中，在形成上方介電質(zhì)12時(shí)，依然會(huì)有其它污染物質(zhì)形成。在上述各實(shí)施例中，污染物質(zhì)可能為保護(hù)銅表面的物質(zhì)與介電層12或蝕刻停止層10反應(yīng)的產(chǎn)物。
接著利用現(xiàn)有技術(shù)在上方介電質(zhì)12上形成光致抗蝕劑膜16，且使銅結(jié)構(gòu)2的上表面6與開口18對(duì)準(zhǔn)，然后再利用現(xiàn)有蝕刻技術(shù)形成開口以露出上表面6，以提供電性接觸。
圖3為圖2利用現(xiàn)有等離子蝕刻處理或連續(xù)的等離子處理對(duì)上方介電質(zhì)12與選擇性蝕刻停止層10進(jìn)行蝕刻，以露出銅結(jié)構(gòu)2的部分上表面6，且移除圖2中的光致抗蝕劑膜的結(jié)構(gòu)圖，其中開口20是通過等離子蝕刻形成，且常會(huì)在上表面6上形成聚合殘留物質(zhì)與蝕刻副產(chǎn)物物質(zhì)，且這些物質(zhì)會(huì)增加接觸電阻，其中聚合殘留物質(zhì)與蝕刻副產(chǎn)物物質(zhì)包括氟、碳、銅與其它物質(zhì)所形成的組合，如會(huì)形成CFx化合物。開口20可為一單純的介層洞或是單鑲嵌結(jié)構(gòu)或雙鑲嵌溝槽，且在其它實(shí)施例中也可形成其它開口，以露出銅結(jié)構(gòu)2的上表面6。
通過蝕刻處理而形成圖3的結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明提供一種清潔處理，以有效地將殘留物與副產(chǎn)物從開口20與上表面5移除，此清潔處理可有效地將形成于界面14與上表面6上的有機(jī)硅酸鹽(SiOCH)除，也可將蝕刻殘留物與副產(chǎn)物如CFx與其它包括氟、碳、銅或其它物質(zhì)移除，此清潔程序?yàn)橐坏入x子清潔處理，其包括氫與原子量15以上的微量氣體，在一實(shí)施例中，微量氣體為氮?dú)?，且在其它?shí)施例中也可使用其它合適的微量氣體，如使用體積比為10∶1～50∶1的氫氣與微量氣體，而在其它實(shí)施例中也可使用其它比例的混合氣體，而微量氣體約占等離子氣體的體積約2～10％或3～10％，且可利用原子量為15或更大的元素在清潔操作中產(chǎn)生濺擊，在一實(shí)施例中，清潔處理包括20∶1的氫與氮，如在壓力為60mTorr、電源功率為400瓦且偏壓功率為150瓦的誘導(dǎo)偶合等離子中使用400sccm的H2與20sccm的N2氣體流，或是使用10～200mTorr的清潔反應(yīng)室壓力，或使用100～2000瓦的功率來執(zhí)行清潔處理，由于濺擊現(xiàn)象是與微量氣體相關(guān)，所以清潔處理對(duì)清潔反應(yīng)室的條件不會(huì)太過敏感。
在經(jīng)過等離子清潔處理之后，接著于開口20中形成導(dǎo)電材料，以與經(jīng)清潔處理過的上表面6接觸，圖4顯示圖3開口20在填充導(dǎo)電材料22后的剖面圖，其中導(dǎo)電材料22為銅或其它合適的導(dǎo)電材料，且其上表面24與上方介電質(zhì)12的上表面26共平面，此結(jié)構(gòu)可由鑲嵌制程技術(shù)中的研磨處理所形成，但在其它實(shí)施例中也可使用其它方法形成此結(jié)構(gòu)。
以上僅為說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的精神與范圍設(shè)計(jì)出許多不同的方式，再者，上述所有的例子與條件都只是用以解說，以使讀者了解本發(fā)明與本發(fā)明的貢獻(xiàn)，并非用以限定本發(fā)明，且可利用等效的結(jié)構(gòu)與功能完成的本發(fā)明的重點(diǎn)、特點(diǎn)與實(shí)施例，且等效的結(jié)構(gòu)與功能包括現(xiàn)行與未來的等效結(jié)構(gòu)與功能，就是無論其結(jié)構(gòu)，只要是可執(zhí)行相同功能的元件皆屬本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明的實(shí)施例請(qǐng)與附圖一起配合閱讀，在敘述中所使用的相對(duì)性用詞，如“較低”、“較上”、“水平”、“垂直”、“以上”、“以下”、“上”、“下”、“頂”、“底”等可參閱所敘述所指的方向或圖示，這些相對(duì)性用詞是為了描述方便且并不需確實(shí)以此方向建構(gòu)。
以上所述僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟悉本項(xiàng)技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可在此基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)和變化，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
附圖中符號(hào)的簡單說明如下2銅結(jié)構(gòu)4介電質(zhì)6銅結(jié)構(gòu)的上表面8介電質(zhì)的上表面10蝕刻停止層12上方介電質(zhì)14界面16光致抗蝕劑膜18、20開口22導(dǎo)電材料24導(dǎo)電材料的上表面26上方介電質(zhì)的上表面
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，其特征在于所述在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法包括以一抗腐蝕溶劑對(duì)一銅表面進(jìn)行處理；形成一介電層于該銅表面上；蝕刻一開口穿過該介電層且露出該銅表面；以及以一等離子進(jìn)行清潔，該等離子包括(1)氫與(2)氮或原子量為15以上的添加物，其中氮或該添加物占該等離子體積的3～10％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，其特征在于該抗腐蝕溶劑包括苯并三唑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，其特征在于尚包括在該處理后形成一蝕刻停止層于該銅表面與該介電層間，且其中該蝕刻尚穿過該蝕刻停止層，該蝕刻停止層的形成會(huì)于該銅表面上產(chǎn)生一污染，且該清潔是將該污染移除。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，其特征在于該銅表面是經(jīng)過化學(xué)機(jī)械研磨。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，其特征在于該開口包括一介層洞。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，其特征在于該開口包括一雙鑲嵌開口，且該銅表面為形成于一下方介電材料中的另一開口里的銅材料的一上表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，其特征在于該蝕刻停止層是以碳化硅或氮化硅形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，其特征在于該清潔是于壓力60mTorr，且功率為150～400瓦下執(zhí)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，其特征在于該清潔包括20sccm的氮?dú)饬髋c400sccm的氫氣流。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，其特征在于尚包括形成一導(dǎo)電材料于該開口中與該銅表面接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，其特征在于該蝕刻包括等離子蝕刻。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，其特征在于該蝕刻包括等離子蝕刻且產(chǎn)生一蝕刻殘留聚合物于該銅表面上，且該清潔是移除該蝕刻殘留聚合物。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，具體為一種利用氫等離子與微量氣體添加物作蝕刻后銅清潔的方法，以清潔因蝕刻而使銅暴露的表面，其中微量氣體添加物約占等離子體積的3～10％，且可為氮?dú)饣蚱渌恿繛?5以上的物質(zhì)。微量氣體添加物可為等離子清潔中的濺擊物質(zhì)，來移除蝕刻時(shí)的高分子副產(chǎn)物或沉積介電材料或蝕刻停止層時(shí)所形成的副產(chǎn)物與其它殘留物。在形成介電材料與蝕刻停止層前，可利用抗腐蝕溶劑來保護(hù)銅表面。本發(fā)明所述的在半導(dǎo)體元件中形成銅接觸的方法，可確保在銅表面的清潔，以降低介層洞的電阻。
文檔編號(hào)H01L21/3213GK1819139SQ20051009016
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2005年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月8日
發(fā)明者蔡震南, 許妙如, 陶宏遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司