專利名稱：一種使用雙大馬士革工藝同時(shí)形成銅接觸孔和第一層金屬的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種使用雙大馬士革工藝同時(shí)形成銅接觸孔和第一層金屬的方法。
背景技術(shù)：
如圖1所示，現(xiàn)今的集成電路制作工藝中，后道工藝(Back End Of Line，簡(jiǎn)稱 BEOL)集成方案一般采用鎢(W)作為接觸孔1的材料。隨著工藝的持續(xù)縮微，BEOL的延遲特性已經(jīng)超越器件的延遲特性成為主導(dǎo)因素，其中，由于鎢的電阻率和晶格常數(shù)都比較大， 由鎢材料作為主要導(dǎo)電材料的接觸孔結(jié)構(gòu)，對(duì)整個(gè)BEOL延遲的貢獻(xiàn)比例越來(lái)越大。美國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)朥S20090641945，一種銅接觸孔的生產(chǎn)方法(METHOD FOR PRODUCING A COPPER CONTACT))中雖然公開(kāi)了一種采用單大馬士革工藝的銅接觸孔的生產(chǎn)方法，但是他是采用單大馬士革工藝來(lái)完成銅接觸孔的形成，需要較多的工藝步驟來(lái)完成。2006 ip it % ^ ff Φ (Interuniversity Microelectronics Centre, IMEC)報(bào)道了 S. Demuynck等撰寫(xiě)的一種銅(copper)接觸孔(contact,簡(jiǎn)稱CT)的方案，該方案中采用TaN/Ta及Ti/TiN作為擴(kuò)散阻擋層的材料，但是文章同時(shí)表明，該方案極易發(fā)生銅 (Cu)的擴(kuò)散。而 2008 年國(guó)際電子器件大會(huì)anternational Electron Devices Meeting, 簡(jiǎn)稱IEDM)報(bào)道了 J. Kawahara等撰寫(xiě)的一種采用雙大馬士革工藝(dual-damascene，簡(jiǎn)稱 DD)的銅接觸孑L結(jié)構(gòu)(RF Performance Boostiong for 40nm_node CMOS Device by Low-k/ Cu Dual Damascene Contact)，其中使用的擴(kuò)散阻擋層材質(zhì)也為T(mén)aN/Ta，同樣極易發(fā)生銅的擴(kuò)散。美國(guó)專利(專利號(hào)US2003034560，WIRING STRUCTURE OF SEMICONDUCTOR DEVICE, ELECTRODE, AND METHOD FOR FORMING THEM)公開(kāi)了一種用于半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)，其使用的擴(kuò)散阻擋層的材質(zhì)為WSiN，互聯(lián)材料為Cu或W。而電化學(xué)學(xué)會(huì)雜志(journal of the electrochemical society)報(bào)道了 Μ. Τ. Wang等撰寫(xiě)的使用WSiN結(jié)構(gòu)對(duì)于Cu的擴(kuò)散阻擋特性的文章(Barrier Capabilities of Chemical Vapor Deposited W Films and WSiN/ WSix/ff Stacked Layers Against Cu Diffusion)，其文章中指出電學(xué)結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò) 750C 的高溫退火，采用WSiN擴(kuò)散阻擋層的樣品漏電沒(méi)有發(fā)生很大的變化，表明WSiN具有良好的對(duì)Cu擴(kuò)散阻擋特性。但文章使用的結(jié)構(gòu)為WSiN/Wsix/W結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在現(xiàn)在的深亞微米工藝中是不存在的。并且，其結(jié)果顯示，純W樣品在700C時(shí)依然有良好的電學(xué)特性，所以， 并不能完全說(shuō)明WSiN對(duì)于Cu的良好的擴(kuò)散阻擋特性。Qing-Tang Jiang等人公開(kāi)了 TaSiN材料對(duì)銅的擴(kuò)散阻擋特性的文章，其中指出由于TaSiN為一種非晶化的材料，以及TaSiN和銅(Cu)之間有較強(qiáng)的鍵和力，都表明了 TaSiN材料可以單獨(dú)作為具有良好黏附性的擴(kuò)散阻擋層材料使用
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種使用雙大馬士革工藝同時(shí)形成銅接觸孔和第一層金屬的方法， 其前層為完成器件形成及金屬硅化物淀積的晶圓，在一襯底中形成的阱區(qū)及STI隔離區(qū)的上方設(shè)置有第一、二柵極，并且在第一、二柵極的側(cè)壁上覆蓋有偏移側(cè)墻，金屬硅化物層覆蓋第一、二柵極的上表面及第一柵極的源漏極，且第一柵極和其阱區(qū)之間設(shè)置有一柵氧化層，其中，包括以下步驟
步驟Sl 淀積電介質(zhì)層以覆蓋薄氧化層金屬硅化物層、第一柵極的源漏極、第一柵極偏移側(cè)墻和第二柵極偏移側(cè)墻。步驟S2 采用雙大馬士革工藝，刻蝕位于第一柵極源漏極上方的電介質(zhì)層分別至第一柵極的源漏極上的金屬硅化物層，形成第一柵極源極接觸孔及其第一層金屬凹槽和第一柵極漏極接觸孔及其第一層金屬凹槽，同時(shí)刻蝕位于第二柵極上方的電介質(zhì)層至金屬硅化物層，形成第二柵極接觸孔及其第一層金屬凹槽。步驟S3 淀積粘附層，覆蓋第一柵極的源漏極接觸孔及其第一層金屬凹槽和第二柵極接觸孔及其第一層金屬凹槽的側(cè)壁及其底部；之后，淀積擴(kuò)散阻擋層覆蓋粘附層后，再淀積金屬銅并對(duì)其進(jìn)行平坦化處理。上述的使用雙大馬士革工藝同時(shí)形成銅接觸孔和第一層金屬的方法，其中，采用電化學(xué)鍍銅工藝淀積銅，以充滿第一柵極的源漏極接觸孔及其第一層金屬凹槽和第二柵極接觸孔及其第一層金屬凹槽。上述的使用雙大馬士革工藝同時(shí)形成銅接觸孔和第一層金屬的方法，其中，采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝對(duì)淀積的金屬銅進(jìn)行平坦化處理。上述的使用雙大馬士革工藝同時(shí)形成銅接觸孔和第一層金屬的方法，其中，所述雙大馬士革工藝中，制備接觸孔與第一金屬層凹槽的順序可以倒置。上述的使用雙大馬士革工藝同時(shí)形成銅接觸線和第一層金屬的方法，其中，所述粘附層材質(zhì)為T(mén)aN或TaSiN，所述擴(kuò)散阻擋層的材質(zhì)為WSiN，以形成TaN/WSiN或TaSiN/ WSiN阻擋層。綜上所述，由于采用了本發(fā)明一種使用雙大馬士革工藝同時(shí)形成銅接觸孔和第一層金屬的方法，通過(guò)雙大馬士革工藝同時(shí)形成接觸孔和第一金屬層，及使用銅取代鎢作為接觸孔的材質(zhì)，同時(shí)利用TaN/WSiN或者TaSiN/WSiN材料代替TaN/Ta作為阻擋層的材料， 不僅簡(jiǎn)化了工藝步驟，減小接觸孔的接觸電阻，以有效改善后道工藝的延遲特性，且有效的增加了阻擋層對(duì)于銅擴(kuò)散的阻擋能力，以避免銅擴(kuò)散對(duì)于半導(dǎo)體器件的損傷。


圖1是本發(fā)明背景技術(shù)中采用鎢作為接觸孔材料的傳統(tǒng)后道工藝的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2-7是本發(fā)明使用雙大馬士革工藝同時(shí)形成銅接觸孔和第一層金屬的方法的流程
示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(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
如圖2-7所示，一種使用雙大馬士革工藝同時(shí)形成銅接觸孔和第一層金屬的方法，在襯底2中形成的阱區(qū)206的上方設(shè)置第一柵極201、在襯底2中形成的STI隔離區(qū)28上設(shè)置第二柵極202，且在第一柵極201和第二柵極202的側(cè)壁上覆蓋有第一柵極偏移側(cè)墻203 和第二柵極偏移側(cè)墻204，金屬硅化物(silicide) 205覆蓋第一柵極201、第二柵極202的上表面及第一柵極的源漏極，其中，第一柵極201和第一柵極201的阱區(qū)206之間設(shè)置柵氧化層207，見(jiàn)圖2。淀積電介質(zhì)層(dielectric) 208，以覆蓋金屬硅化物層205、第一柵極201的源漏極、第一柵極偏移側(cè)墻203和第二柵極偏移側(cè)墻204，見(jiàn)圖3 ；之后，采用雙大馬士革工藝 (dual-damascene，簡(jiǎn)稱DD)，刻蝕位于第一柵極源漏極上方的電介質(zhì)層分別至第一柵極的源漏極上的金屬硅化物205\2052，形成第一柵極源極接觸孔210及其第一層金屬凹槽209 和第一柵極漏極接觸孔212及其第一層金屬凹槽211，同時(shí)刻蝕位于第二柵極202上方的電介質(zhì)層，形成第二柵極接觸孔孔214及其第一層金屬凹槽213。其中，通過(guò)控制刻蝕工藝保證接觸孔210，212，214停在金屬硅化物層205上工藝中，可以先制備第一柵極源極接觸孔210、第一柵極漏極接觸孔212和第二柵極接觸孔214，之后制備第一柵極源極接觸孔210 的第一層金屬凹槽209、第一柵極漏極接觸孔孔212的第一層金屬凹槽211和第二柵極接觸孔孔214的第一層金屬凹槽213 ；也可先制備第一柵極源極接觸孔210的第一層金屬凹槽 209、第一柵極漏極接觸孔孔212的第一層金屬凹槽211和第二柵極接觸孔214的第一層金屬凹槽213 ；后，再制備第一柵極源極接觸孔210、第一柵極漏極接觸孔212和第二柵極接觸孔214，見(jiàn)圖4。之后，淀積粘附層215，以覆蓋剩余的電介質(zhì)層2081的上表面、第一柵極源極接觸孔210及其第一層金屬凹槽209、第一柵極漏極接觸孔212及其第一層金屬凹槽211和第二柵極接觸孔214及其第一層金屬凹槽213的側(cè)壁及其底部上刻蝕剩余的電介質(zhì)層后，淀積擴(kuò)散阻擋層216覆蓋粘附層215 ；其中，粘附層215的材質(zhì)為T(mén)aN或TaSiN，擴(kuò)散阻擋層216 的材質(zhì)為WSiN，以形成TaN/WSiN或TaSiN/WSiN阻擋層，見(jiàn)圖5。^ffl(electrochemical plating copper process,
ECP)淀積銅(Cu) 217，以充滿覆蓋有擴(kuò)散阻擋層216和粘附層215的第一柵極源極接觸孔 2101及其第一層金屬凹槽2091、第一柵極漏極接觸孔2121及其第一層金屬凹槽2111和第二柵極接觸孔2141及其第一層金屬凹槽2131，見(jiàn)圖6 ；采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝(Chemical Mechanical Polishing,簡(jiǎn)稱CMP)對(duì)淀積的金屬銅217進(jìn)行平坦化處理，去除剩余的電介質(zhì)層2081的上表面上方的金屬銅、擴(kuò)散阻擋層和粘附層，形成第一柵極源極互連線218、第一柵極漏極互連線219、第二柵極互連線220和接觸孔221、222、223，見(jiàn)圖7。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出用雙大馬士革工藝同時(shí)形成銅接觸孔和第一層金屬的方法及結(jié)構(gòu)，通過(guò)采用雙大馬士革工藝同時(shí)形成接觸孔和第一金屬層，及使用銅取代鎢作為接觸孔的材質(zhì)，同時(shí)利用TaN/WSiN或者TaSiN/WSiN材料代替TaN/ Ta作為阻擋層的材料，不僅簡(jiǎn)化了工藝步驟，減小接觸孔的接觸電阻，以有效改善后道工藝的延遲特性，且有效的增加了阻擋層對(duì)于銅擴(kuò)散的阻擋能力，以避免銅擴(kuò)散對(duì)于半導(dǎo)體器件的損傷。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種使用雙大馬士革工藝同時(shí)形成銅接觸孔和第一層金屬的方法，其前層為完成器件形成及金屬硅化物淀積的晶圓，在一襯底中形成的阱區(qū)及STI隔離區(qū)的上方設(shè)置有第一、二柵極，并且在第一、二柵極的側(cè)壁上覆蓋有偏移側(cè)墻，金屬硅化物層覆蓋第一、二柵極的上表面及第一柵極的源漏極，且第一柵極和其阱區(qū)之間設(shè)置有一柵氧化層，其特征在于， 包括以下步驟步驟Sl 淀積電介質(zhì)層以覆蓋薄氧化層金屬硅化物層、第一柵極的源漏極、第一柵極偏移側(cè)墻和第二柵極偏移側(cè)墻；步驟S2 采用雙大馬士革工藝，刻蝕位于第一柵極源漏極上方的電介質(zhì)層分別至第一柵極的源漏極上的金屬硅化物層，形成第一柵極源極接觸孔及其第一層金屬凹槽和第一柵極漏極接觸孔及其第一層金屬凹槽，同時(shí)刻蝕位于第二柵極上方的電介質(zhì)層至金屬硅化物層，形成第二柵極接觸孔及其第一層金屬凹槽；步驟S3 淀積粘附層，覆蓋第一柵極的源漏極接觸孔及其第一層金屬凹槽和第二柵極接觸孔及其第一層金屬凹槽的側(cè)壁及其底部；之后，淀積擴(kuò)散阻擋層覆蓋粘附層后，再淀積金屬銅并對(duì)其進(jìn)行平坦化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用雙大馬士革工藝同時(shí)形成銅接觸孔和第一層金屬的方法，其特征在于，采用電化學(xué)鍍銅工藝淀積銅，以充滿第一柵極的源漏極接觸孔及其第一層金屬凹槽和第二柵極接觸孔及其第一層金屬凹槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用雙大馬士革工藝同時(shí)形成銅接觸孔和第一層金屬的方法，其特征在于，采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝對(duì)淀積的金屬銅進(jìn)行平坦化處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用雙大馬士革工藝同時(shí)形成銅接觸孔和第一層金屬的方法，其特征在于，所述雙大馬士革工藝中，制備接觸孔與第一金屬層凹槽的順序可以倒置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用雙大馬士革工藝同時(shí)形成銅接觸線和第一層金屬的方法，其特征在于，所述粘附層材質(zhì)為T(mén)aN或TaSiN，所述擴(kuò)散阻擋層的材質(zhì)為WSiN，以形成 TaN/WSiN 或 TaSiN/WSiN 阻擋層。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種使用雙大馬士革工藝同時(shí)形成銅接觸孔和第一層金屬的方法。本發(fā)明公開(kāi)了一種使用雙大馬士革工藝同時(shí)形成銅接觸孔和第一層金屬的方法，通過(guò)雙大馬士革工藝同時(shí)形成接觸孔和第一金屬層，及使用銅取代鎢作為接觸孔的材質(zhì)，同時(shí)利用TaN/WSiN或者TaSiN/WSiN材料代替TaN/Ta作為阻擋層的材料，不僅簡(jiǎn)化了工藝步驟，減小接觸孔的接觸電阻，以有效改善后道工藝的延遲特性，且有效的增加了阻擋層對(duì)于銅擴(kuò)散的阻擋能力，以避免銅擴(kuò)散對(duì)于半導(dǎo)體器件的損傷。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102437100SQ201110265308
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者曹永峰 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司