本發(fā)明涉及半導(dǎo)體，特別涉及一種擴(kuò)大金屬鎢的沉積窗口的方法。

背景技術(shù)：

1、在芯片制造工藝中，金屬鎢(w)作為導(dǎo)線和接觸通孔的填充材料具有廣泛的應(yīng)用意義。如在動態(tài)隨機(jī)存儲存儲器和三維nand閃存器件等存儲器件的制備工藝中，金屬鎢材料被廣泛應(yīng)用于銅制程之后的互聯(lián)結(jié)構(gòu)中。

2、在后續(xù)的金屬鎢與銅制程之后的互聯(lián)工藝中，金屬鎢以及銅沉積之前，需要對前層金屬層，或銅制程之后形成的金屬銅層，進(jìn)行預(yù)清洗來清除前層氧化物。當(dāng)前層氧化物是金屬氧化物時，使用氬氣濺射的清洗方式會造成銅金屬層體積的損失，從而造成銅金屬層表面凹凸不平。金屬的體積損失和接觸面凹凸不平造成接觸面失效，都會造成金屬接觸電阻的增加。因此，對預(yù)清洗和金屬鎢/銅沉積工藝之前的預(yù)清洗要求高。此外，氬氣濺射對側(cè)壁的再濺射容易造成側(cè)壁過掛，從而最終導(dǎo)致金屬薄膜沉積工藝窗口較窄。

3、需要說明的是，公開于該發(fā)明背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對本發(fā)明一般背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種擴(kuò)大金屬鎢的沉積窗口的方法，以解決在金屬層表面形成的通孔，在沉積金屬鎢時，金屬層體積損失、金屬層表面存在凹凸不平，以及工藝窗口變窄的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種擴(kuò)大金屬鎢的沉積窗口的方法，包括：

3、提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面形成有通孔和第一隔離層，所述通孔的底部形成有金屬氧化物層，所述第一隔離層包括硅的氧化物層和阻擋層；

4、使用氫等離子體對所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕；

5、刻蝕之后，對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)實(shí)施siconi預(yù)清洗；

6、在所述通孔的內(nèi)壁和所述第一隔離層的表面沉積第二隔離層之后，在所述通孔填充金屬鎢。

7、優(yōu)選地，使用氫等離子體對所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕的反應(yīng)式如下：

8、h/h*+yox→y+h2o……(1)，

9、siox+h/h*→sih4+h2o……(2)，

10、sih4+h2o→sio2+h2……(3)。

11、優(yōu)選地，使用氫等離子體對所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕時進(jìn)行加熱處理，且加熱的溫度范圍為25℃～100℃。

12、優(yōu)選地，所述對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)實(shí)施siconi預(yù)清洗的反應(yīng)式為：

13、nf3+nh3(rps)→nh4f+nh4f.hf……(4)，

14、nh4f+nh4f.hf+sio2(heat)→(nh4)2sif6+h2o……(5)，

15、(nh4)2sif6+h2o(heat)→sif4+nh3……(6)。

16、優(yōu)選地，對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)實(shí)施siconi預(yù)清洗時，反應(yīng)氣體為nf3和nh3的混合氣體，且混合氣體的流量為1000sccm～2000sccm，反應(yīng)溫度范圍為150℃～210℃。

17、優(yōu)選地，使用氫等離子體對所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕和對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)實(shí)施siconi預(yù)清洗與沉積鈦和氮化鈦層使用同一機(jī)臺完成。

18、優(yōu)選地，使用氫等離子體對所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕和對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)實(shí)施siconi預(yù)清洗與沉積鈦和氮化鈦層使用不同機(jī)臺完成。

19、優(yōu)選地，所述第二隔離層包括鈦層，以及沉積沉積在鈦層表面的氮化鈦層。

20、優(yōu)選地，所述阻擋層所使用的材料為氮化硅。

21、優(yōu)選地，所述第一隔離層包括第一硅氧化物層，沉積在第一硅氧化物層表面的氮化硅層，以及沉積在所述氮化硅層表面的第二硅氧化物層。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的擴(kuò)大金屬鎢的沉積窗口的方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

23、本發(fā)明提供的擴(kuò)大金屬鎢的沉積窗口的方法，在通孔沉積金屬鎢/銅之前，首先對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)使用氫等離子體對所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕處理。由于，氫等離子體與前層金屬中的硅氧化物反應(yīng)，在金屬層表面生成還原的金屬和二氧化硅。接著，將刻蝕處理之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)實(shí)施siconi預(yù)清洗，以去除金屬層表面的二氧化硅。最后，再在通孔沉積金屬鎢，將金屬層與金屬鎢互連。這樣的工藝方式不會造成前層金屬層體積的損失，使得金屬層與金屬鎢/銅接觸面更加光滑，同時不會造成側(cè)壁的頂部過掛，增大了后續(xù)金屬鎢沉積的工藝窗口。

技術(shù)特征：

1.一種擴(kuò)大金屬鎢的沉積窗口的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)大金屬鎢的沉積窗口的方法，其特征在于，使用氫等離子體對所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕的反應(yīng)式如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的擴(kuò)大金屬鎢的沉積窗口的方法，其特征在于，使用氫等離子體對所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕時進(jìn)行加熱處理，且加熱的溫度范圍為25℃～100℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)大金屬鎢的沉積窗口的方法，其特征在于，所述對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)實(shí)施siconi預(yù)清洗的反應(yīng)式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的擴(kuò)大金屬鎢的沉積窗口的方法，其特征在于，對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)實(shí)施siconi預(yù)清洗時，反應(yīng)氣體為nf3和nh3的混合氣體，且混合氣體的流量為1000sccm～2000sccm，反應(yīng)溫度范圍為150℃～210℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)大金屬鎢的沉積窗口的方法，其特征在于，使用氫等離子體對所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕和對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)實(shí)施siconi預(yù)清洗與沉積鈦和氮化鈦層使用同一機(jī)臺完成。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)大金屬鎢的沉積窗口的方法，其特征在于，使用氫等離子體對所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕和對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)實(shí)施siconi預(yù)清洗與沉積鈦和氮化鈦層使用不同機(jī)臺完成。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)大金屬鎢的沉積窗口的方法，其特征在于，所述第二隔離層包括鈦層，以及沉積沉積在鈦層表面的氮化鈦層。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)大金屬鎢的沉積窗口的方法，其特征在于，所述阻擋層所使用的材料為氮化硅。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的擴(kuò)大金屬鎢的沉積窗口的方法，其特征在于，所述第一隔離層包括第一硅氧化物層，沉積在第一硅氧化物層表面的氮化硅層，以及沉積在所述氮化硅層表面的第二硅氧化物層。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種擴(kuò)大金屬鎢的沉積窗口的方法，屬于半導(dǎo)體領(lǐng)域。該擴(kuò)大金屬鎢的沉積窗口的方法包括提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面形成有通孔和第一隔離層，所述通孔的底部形成有金屬氧化物層，所述第一隔離層包括硅的氧化物層和阻擋層。使用氫等離子體對所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕?？涛g之后，對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)實(shí)施SiCoNi預(yù)清洗。在所述通孔的內(nèi)壁和所述第一隔離層的表面沉積第二隔離層之后，在所述通孔填充金屬鎢。本發(fā)明通過使用氫等離子體對所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕處理，并實(shí)施SiCoNi預(yù)清洗，這樣的工藝方式不會造成金屬層體積的損失，使得金屬層與金屬鎢接觸面更加光滑，同時不會造成通孔側(cè)壁的過掛，增大了后續(xù)金屬鎢沉積的工藝窗口。

技術(shù)研發(fā)人員：孫佳欣
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海華力集成電路制造有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19