專(zhuān)利名稱(chēng)：金屬層表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種金屬層表面處理方法。
背景技術(shù)：
在集成電路制造中，常應(yīng)用銅作為金屬互連線的材料。由于銅金屬互連可減小高 電阻，因此成為未來(lái)制造0. 18微米或更小尺寸的集成電路裝置的重要技術(shù)。一般而言，銅 金屬互連常利用鑲嵌或雙鑲嵌工藝來(lái)制作。銅金屬互連制程包括在鑲嵌開(kāi)口中沉積金屬 層、對(duì)所述金屬層進(jìn)行平坦化處理，以及在銅金屬層上沉積阻擋層，以避免銅金屬擴(kuò)散至上 層，所述阻擋層還可作為后續(xù)蝕刻制程的停止層。所述阻擋層包括但不局限于氮化硅層。通常，在利用化學(xué)機(jī)械研磨法研磨所述金屬層后，即使得所述金屬層具有平坦的 表面后，晶圓暴露在空氣中時(shí)，氧化銅會(huì)自然形成于所述金屬層表面。目前，業(yè)界通常在沉 積阻擋層前，使用氮?dú)馓幚硭鼋饘賹颖砻?，即使用氨氣將氧化銅還原為銅金屬，以提高后 續(xù)工藝沉積的阻擋層與銅金屬層的粘附性。但是，在實(shí)際的氮?dú)馓幚磉^(guò)程中，當(dāng)處理工藝結(jié)束時(shí)，仍存在大量的氧化銅殘留在 金屬層表面，而這些氧化銅殘留，將造成后續(xù)工藝沉積的阻擋層與銅的粘附性不理想，在金 屬層和阻擋層之間具有較多的氣泡(bubble)，這將導(dǎo)致形成較弱點(diǎn)(weak point)，銅可從 這些氣泡處擴(kuò)散至上層，造成電性能變化，嚴(yán)重時(shí)，這些氣泡將導(dǎo)致阻擋層脫落，使得半導(dǎo) 體器件的產(chǎn)率嚴(yán)重下降。如何減少氧化銅殘留，避免形成氣泡，是金屬互連制程中，本領(lǐng)域技術(shù)人員一直希 望解決但卻沒(méi)有解決的問(wèn)題之一。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種能夠有效去除氧化銅 殘留物，減少由于氧化銅殘留而造成的氣泡，提高金屬層和阻擋層的粘附性的金屬層表面 處理方法。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種金屬層表面處理方法，包括提供一具有金屬層 的半導(dǎo)體襯底；以及使用弱酸溶液清洗所述金屬層表面?？蛇x的，所述弱酸的PH值介于5 7?？蛇x的，所述弱酸為碳酸?？蛇x的，所述清洗時(shí)間為20秒 50秒?？蛇x的，在清洗所述金屬層表面后，還包括在所述金屬層上沉積阻擋層?？蛇x的，所述阻擋層為氮化硅層?？蛇x的，所述阻擋層的厚度為450埃 550埃。可選的，所述阻擋層通過(guò)物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積方式形成。可選的，所述金屬層具有平坦表面?？蛇x的，所述金屬層為銅金屬層。
可選的，所述金屬層的厚度為4000埃 5000埃?？蛇x的，所述金屬層通過(guò)物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積或電鍍方式形成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的金屬層表面處理方法具有以下有益效果1、弱酸溶液提供氫離子，可將氧化銅還原為銅金屬，進(jìn)而有效的去除金屬層表面 的氧化銅，減少氣泡的產(chǎn)生，解決了由于氣泡所造成的金屬層和阻擋層粘附性差，導(dǎo)致半導(dǎo) 體器件的產(chǎn)率下降等問(wèn)題，并且不會(huì)對(duì)金屬互連制程帶來(lái)任何副作用。2、使用弱酸溶液清洗金屬層表面，還可去除其它附著于金屬層表面的堿性雜質(zhì)， 提高半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能。


圖1為現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件沉積阻擋層后的剖面示意圖；圖2為采用本發(fā)明一實(shí)施例所提供的處理方法的半導(dǎo)體器件沉積阻擋層后的剖 面示意圖；圖3為采用本發(fā)明一實(shí)施例所提供的處理方法的步驟流程圖；圖4為現(xiàn)有的處理步驟之后與采用本發(fā)明一實(shí)施例所提供的處理方法之后的氣 泡的比較圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作 進(jìn)一步的說(shuō)明。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方 便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。請(qǐng)參考圖1，其為現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件沉積阻擋層后的剖面示意圖。在背景技術(shù)中已經(jīng)提及，在金屬互連制程中，半導(dǎo)體襯底11上沉積的銅金屬在進(jìn) 行平坦化處理后，形成了金屬層12，具有金屬層12的晶圓暴露在空氣中時(shí)，氧化銅會(huì)自然 形成于金屬層12的表面，目前，業(yè)界通常在沉積阻擋層13前，使用氮?dú)馓幚斫饘賹?2的表 面，即使用氨氣將氧化銅還原為銅金屬。但是，如圖1所示，在實(shí)際的氮?dú)馓幚磉^(guò)程中，當(dāng)處理工藝結(jié)束時(shí)，仍存在大量的 氧化銅14殘留在金屬層12表面，而這些殘留的氧化銅將導(dǎo)致后續(xù)工藝沉積的阻擋層13與 金屬層12的粘附性不理想，在金屬層12和氮化硅層13之間具有氣泡15，進(jìn)而導(dǎo)致形成弱 點(diǎn)(weak point)，銅可從這些氣泡處擴(kuò)散至上層，嚴(yán)重時(shí)，這些氣泡將導(dǎo)致阻擋層13脫落， 使得半導(dǎo)體器件的產(chǎn)率下降。業(yè)界曾嘗試通過(guò)增強(qiáng)氨氣處理的強(qiáng)度的方式，來(lái)減少氣泡的 產(chǎn)生，但仍不能有效的去除氧化銅，且氨氣處理的強(qiáng)度過(guò)大，還會(huì)影響半導(dǎo)體器件的電學(xué)性 能。本發(fā)明的核心思想在于，通過(guò)分析氣泡產(chǎn)生的原因，對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行改進(jìn)，有效的 去除金屬層表面的氧化銅，減少氣泡的產(chǎn)生，解決由于氣泡造成的金屬層和阻擋層粘附性 差，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的產(chǎn)率下降等問(wèn)題，并且不會(huì)對(duì)金屬互連制程帶來(lái)任何副作用。由于本發(fā)明主要涉及半導(dǎo)體器件的后段制程，即進(jìn)行金屬層的表面處理，以進(jìn)行 后續(xù)的阻擋層沉積工序，所以對(duì)在晶圓表面或者中間形成半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的過(guò)程不予介 紹，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)此應(yīng)是知曉的。
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下面將結(jié)合剖面示意圖對(duì)本發(fā)明提供的金屬層表面處理方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明， 而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛 知道，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。請(qǐng)參考圖2至圖3，其中，圖2為采用本發(fā)明一實(shí)施例所提供的處理方法的半導(dǎo)體 器件沉積阻擋層后的剖面示意圖，圖3為本發(fā)明一實(shí)施例所提供的金屬層表面處理方法的 流程圖。其中，圖2所示的實(shí)施例是采用銅金屬互連制程的半導(dǎo)體器件，其僅僅示出了一 層金屬層結(jié)構(gòu)，但是顯而易見(jiàn)，本發(fā)明所提供的金屬層表面處理方法可以適用于任何一層 的金屬層，尤其在實(shí)際中，多層互連結(jié)構(gòu)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，即本發(fā)明不限定所示的金 屬層為單層還是多層的金屬互連結(jié)構(gòu)。另外，圖2所示的實(shí)施例中沒(méi)有示出金屬層之下的具體的器件結(jié)構(gòu)(例如，具體的 電容器或者晶體管結(jié)構(gòu))，本發(fā)明不涉及該部分的改進(jìn)，因此，本發(fā)明對(duì)此不再贅述。如圖2所示，半導(dǎo)體襯底21上沉積的銅金屬在進(jìn)行平坦化處理后，形成了金屬層 22，使用弱酸溶液清洗金屬層22表面后，有效的去除了金屬層22表面的氧化銅，因此，后續(xù) 工藝沉積的阻擋層23和金屬層22之間沒(méi)有氣泡產(chǎn)生，解決了半導(dǎo)體器件的產(chǎn)率下降的問(wèn) 題，并且不會(huì)對(duì)金屬互連制程帶來(lái)任何副作用。詳細(xì)的，本發(fā)明一實(shí)施例所提供的金屬層表面處理方法包括以下步驟步驟31，提供一具有金屬層的半導(dǎo)體襯底。所述金屬層可以通過(guò)物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積或電鍍方式形成，由于銅金屬 互連可減小高電阻，所述金屬層優(yōu)選為銅金屬層。在沉積銅金屬層后，可以通過(guò)化學(xué)機(jī)械研 磨方式對(duì)所述金屬層進(jìn)行平坦化處理，使其具有平坦表面，用以保證后續(xù)光刻制程順利進(jìn) 行。所述金屬層的厚度根據(jù)實(shí)際的半導(dǎo)體器件需要設(shè)定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過(guò)實(shí) 驗(yàn)獲得具體的工藝參數(shù)，例如，金屬層厚度為4000埃 5000埃。步驟32，使用弱酸溶液清洗所述金屬層表面。在本發(fā)明一實(shí)施例中，將表面沉積有金屬層的晶圓放置于晶圓擦洗裝置(wafer scrubber)中清洗，并在清洗過(guò)程中不斷地向去離子水中通入二氧化碳，形成PH值介于5 7之間的碳酸。較佳的，還可將所述弱酸溶液的PH值控制在6 7以內(nèi)，可更好的去除氧化 銅殘留。由于碳酸電解產(chǎn)生氫離子=H2CO3 — H++HCCV，氫離子將所述氧化銅還原為銅金屬， 在清洗過(guò)程中，直接被去離子水沖洗掉，可以有效的去除金屬層表面的氧化銅殘留。所述清洗時(shí)間根據(jù)需要達(dá)到的去除效果設(shè)定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得 具體的工藝參數(shù)，例如，清洗時(shí)間為20秒 50秒。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，所采用的弱酸不限于碳酸，只要是滿足PH值的范圍要 求即可，且清洗步驟也可在其它清洗裝置中進(jìn)行，例如晶圓清洗槽(tank)。另外，通過(guò)弱酸溶液清洗的方式，還可以去除附著在金屬層表面的其他堿性雜質(zhì)， 且使用弱酸溶液清洗金屬層表面，不會(huì)對(duì)金屬互連制程帶來(lái)任何副作用。本發(fā)明一實(shí)施例所提供的表面處理方法還包括
步驟33，在所述金屬層上沉積阻擋層。由于銅的擴(kuò)散速度很快，很容易在電介質(zhì)內(nèi)部移動(dòng)使半導(dǎo)體器件“中毒”，因此， 在清洗金屬層表面后，在所述金屬層表面沉積一層阻擋層，以避免銅擴(kuò)散至上層，且所述阻 擋層可作為后續(xù)蝕刻制程的停止層，所述阻擋層為氮化硅層。所述阻擋層的厚度可為450 埃 550埃，所述阻擋層可以通過(guò)物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積方式形成。由于使用弱酸清洗所述金屬層表面，可以有效的去除金屬層表面的氧化銅，因此 在沉積阻擋層后，大大減少了氣泡，氮化硅具有較好的粘附性，可有效的防止銅擴(kuò)散，提高 了半導(dǎo)體器件的良率，本發(fā)明一實(shí)施例所提供的表面處理方法進(jìn)行較小的改進(jìn)，就可以杜 絕由于氣泡造成的產(chǎn)率下降等問(wèn)題，并且不會(huì)對(duì)金屬互連制程帶來(lái)任何副作用。請(qǐng)繼續(xù)參考圖4，其為現(xiàn)有的處理步驟之后與采用本發(fā)明一實(shí)施例所提供的處理 方法之后的氣泡分布的比較圖，其中，圖4a為現(xiàn)有的處理步驟完成之后的氣泡的分布圖， 圖4b是采用本發(fā)明一實(shí)施例所提供的處理方法之后的氣泡的分布圖。圖4是通過(guò)電子顯微鏡觀察所得，比較圖4a和圖4b可以明顯看出，采用本發(fā)明一 實(shí)施例所提供的表面處理方法的效果是非常突出的，由于去除了所有的氧化物，因此幾乎 沒(méi)有氣泡出現(xiàn)?？梢缘弥?，本發(fā)明雖然進(jìn)行較小的改進(jìn)，但是由于找到了問(wèn)題發(fā)生的根本原 因，所以達(dá)到了極佳的表面處理效果，并且不會(huì)對(duì)金屬互連制程帶來(lái)任何副作用，還可去除 其它附著于金屬層表面的堿性雜質(zhì)，提高了半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能。綜上所述，本發(fā)明所提供的金屬層表面處理方法包括提供一具有金屬層的半導(dǎo) 體襯底；以及使用弱酸溶液清洗所述金屬層表面，本發(fā)明可以有效的去除金屬層表面的氧 化銅，減少氣泡的產(chǎn)生，解決了由于氣泡造成的半導(dǎo)體器件產(chǎn)率下降的問(wèn)題，并且不會(huì)對(duì)金 屬互連制程帶來(lái)任何副作用，本發(fā)明還可去除其它附著于金屬層表面的堿性雜質(zhì)，提高了 半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
一種金屬層表面處理方法，包括提供一具有金屬層的半導(dǎo)體襯底；以及使用弱酸溶液清洗所述金屬層表面。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬層表面處理方法，其特征在于，所述弱酸的PH值介于5 7。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬層表面處理方法，其特征在于，所述弱酸為碳酸。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬層表面處理方法，其特征在于，所述清洗時(shí)間為20秒 50秒。
5.如權(quán)利要求1所述的金屬層表面處理方法，其特征在于，在清洗所述金屬層表面后， 還包括在所述金屬層上沉積阻擋層。
6.如權(quán)利要求1所述的金屬層表面處理方法，其特征在于，所述阻擋層為氮化硅層。
7.如權(quán)利要求1所述的金屬層表面處理方法，其特征在于，所述阻擋層的厚度為450埃 550埃。
8.如權(quán)利要求1所述的金屬層表面處理方法，其特征在于，所述阻擋層通過(guò)物理氣相 沉積或化學(xué)氣相沉積方式形成。
9.如權(quán)利要求1所述的金屬層表面處理方法，其特征在于，所述金屬層具有平坦表面。
10.如權(quán)利要求1所述的金屬層表面處理方法，其特征在于，所述金屬層為銅金屬層。
11.如權(quán)利要求1所述的金屬層表面處理方法，其特征在于，所述金屬層的厚度為4000 埃 5000埃。
12.如權(quán)利要求1所述的金屬層表面處理方法，其特征在于，所述金屬層通過(guò)物理氣相 沉積、化學(xué)氣相沉積或電鍍方式形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金屬層表面處理方法，包括提供一具有金屬層的半導(dǎo)體襯底；以及使用弱酸溶液清洗所述金屬層表面，本發(fā)明可以有效的去除金屬層表面的氧化銅，避免氣泡的產(chǎn)生，解決了由于氣泡造成的半導(dǎo)體器件產(chǎn)率下降的問(wèn)題，并且不會(huì)對(duì)金屬互連制程帶來(lái)任何副作用，本發(fā)明還可去除其它附著于金屬層表面的堿性雜質(zhì)，提高了半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能。
文檔編號(hào)H01L21/3213GK101872722SQ20091004999
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者周俊, 李彬, 譚宇琦, 趙東濤 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司