用于金属氧化物还原的预处理方法和所形成的器件技术

本发明专利技术提供了一种形成半导体器件的方法，该方法包括：在第一模块中对晶圆实施远程等离子体处理，以通过还原反应从晶圆中去除氧化物层。该方法还包括在真空下，将预处理后的晶圆从第一模块传送至第二模块。该方法还包括在第二模块中，在晶圆上方形成蚀刻停止层。本发明专利技术提供了一种金属氧化物还原的预处理方法及其所形成的器件。

【技术实现步骤摘要】
用于金属氧化物还原的预处理方法和所形成的器件
本专利技术总体涉及半导体领域，更具体地，涉及金属氧化物还原的预处理方法及其形成的器件。
技术介绍
半导体器件包括在半导体器件中的多种有源器件之间提供电连接的互连结构。互连结构包括由绝缘材料环绕的导线和通孔，以降低电信号无意地从一个导电线或通孔转移到另一个导电线或通孔的风险。不同金属液面上的连接的导线或通孔之间的电阻是确定半导体器件的功率消耗和速度的要素。当连接的导线或通孔之间的电阻增加时，功率消耗增加，而半导体器件的速度减小。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种形成半导体器件的方法，包括：在晶圆上形成互连结构，互连结构包括位于其顶表面上的金属氧化物层；对晶圆实施远程等离子体处理，以通过还原反应来还原互连结构的金属氧化物层；在晶圆上方形成介电层；以及使半导体器件保存在真空条件下，其中，在远程等离子体处理之后，使半导体器件保存在真空条件下，直至形成介电层为止。优选地，该方法还包括：在实施远程等离子体处理之前，预热晶圆。优选地，该方法还包括：在预热晶圆之后，将半导体器件保存在真空条件下，直至形成介电层为止。优选地，对晶圆实施远程等离子体处理包括：在与容纳晶圆的处理室分离的等离子体生成室中，生成含氢反应气体；使用导管将反应气体传送到处理室；以及使用含氢反应气体还原晶圆上的氧化物层。优选地，生成含氢反应气体包括：以第一流速率将处理气体引入等离子体生成室内，处理气体包括氨（NH3）、硅烷（SiH4）、甲烷（CH4）、氢气（H2）和磷烷（PH4）中的至少一种；以及激发处理气体以生成反应气体。优选地，激发处理气体包括将微波引入等离子体生成室内。优选地，还原晶圆上的氧化物层包括：在约1.5托至约2.5托之间的压力下，还原氧化物层。优选地，对晶圆实施远程等离子体处理提高围绕氧化物层的介电材料的表面部分的介电常数，并且表面部分提高后的介电常数小于3.0。优选地，对晶圆实施远程等离子体处理将围绕氧化物层的介电材料的整个表面部分中的碳浓度保持在等于或大于介电材料的碳芯浓度的浓度。根据本专利技术的另一方面，提供了一种在集成系统中形成半导体器件的方法，包括：在晶圆上形成导电层；预热晶圆；在集成系统的第一模块中，对晶圆实施远程等离子体处理，以通过还原反应从导电层中去除金属氧化物层；在真空条件下，将晶圆从集成系统的第一模块传送到集成系统的第二模块；以及在第二模块中，在导电层上方形成介电层。优选地，实施远程等离子体处理包括：以第一流速率将处理气体引入等离子体生成室内，处理气体包括氨（NH3）、硅烷（SiH4）、甲烷（CH4）、氢气（H2）和磷烷（PH4）中的至少一种；以第二流速率将载气引入等离子体生成室内，载气包括氮气（N2）、氩气（Ar）和氦气（He）中的至少一种；以及激发处理气体以生成用于还原氧化物层的反应气体。优选地，该方法还包括：在真空条件下将晶圆从集成系统的第三模块传送到第一模块，其中，在第三模块中预热晶圆。优选地，实施远程等离子体处理提高围绕氧化物层的介电材料的表面部分的介电常数，并且表面部分提高后的介电常数小于3.0。优选地，实施远程等离子体处理将围绕氧化物层的介电材料的整个表面部分中的碳浓度保持在等于或大于介电材料的碳芯浓度的浓度。优选地，在第一模块中预热晶圆。根据本专利技术的又一方面，提供了一种半导体器件，包括：衬底；金属间介电（IMD）层，形成在衬底上，IMD层是连续层；导电层，形成在IMD层中；以及蚀刻停止层，位于IMD层和导电层上方，蚀刻停止层具有等于或大于4的介电常数，其中，IMD层的表面部分比IMD层中远离蚀刻停止层的部分具有更高的介电常数，并且IMD层的表面部分具有小于3.0的介电常数。优选地，IMD层包括含碳材料，并且整个表面部分中的碳浓度等于或大于IMD层的碳芯浓度。优选地，表面部分具有约为100埃的深度。优选地，该器件还包括位于IMD层和导电层之间的衬里层。优选地，表面部分的介电常数和IMD层中远离蚀刻停止层的部分的介电常数之间的差小于约15%。附图说明以实例的方式示出了一个或多个实施例，并且其目的不在于限制，在附图的图中，其中，在整个说明书中具有相同参考数字标号的元件表示类似元件。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件不必按比例绘制，并且仅用于说明目的。事实上，为了论述的清楚起见，图中的多种特征的尺寸可以被任意地增加或减小。图1A至图1D是根据一个或多个实施例的处于不同生产阶段的晶圆的横截面图；图2是根据一个或多个实施例的用于还原晶圆上的金属氧化物层的远程等离子体处理装置的示意图；图3是根据一个或多个实施例的金属间介电（IMD）层的介电常数的图表；图4是根据一个或多个实施例的IMD层和蚀刻停止层之间的粘附力的图表；图5是根据一个或多个实施例的晶圆的碳浓度深度分布的图表；图6是根据一个或多个实施例的还原晶圆上的金属氧化物层的方法的流程图；以及图7是根据一个或多个实施例的用于实施图6的方法的装置的框图。具体实施方式以下披露提供用于实施本专利技术的不同部件的多个不同实施例或实例。以下描述了组件和布置的具体实例，以简化本专利技术。这些是实例并且不用于限制。绝缘材料的介电常数还影响半导体器件的RC延迟。半导体器件的各层之间的粘附强度还影响器件的可靠性和寿命。在金属用于形成导电线或通孔的情况下，由于金属和周围环境中的氧之间的化学氧化反应，导致在暴露于空气或水的金属线或通孔的表面上形成氧化物层。金属氧化物在连接的金属线或通孔之间比元素金属或金属合金提供更高的电阻。图1A是根据一个或多个实施例的处于第一生产阶段的晶圆100的截面图。晶圆100包括衬底110和位于衬底上方的第一蚀刻停止层112。金属间介电（IMD）层114位于第一蚀刻停止层112上方。两个开口120位于每一个IMD层114和第一蚀刻停止层112中。每一个开口120均包括上部116和下部118。在一些实施例中，上部116用于形成导线，而下部118用于形成导电通孔。衬底110用于形成半导体器件。在一些实施例中，在衬底110中或上形成有源器件。在一些实施例中，衬底110是半导体衬底，例如，具有或不具有外延层的硅衬底；绝缘体上硅（SOI）衬底；合金衬底，诸如，硅锗（SiGe）；或者另一种合适的衬底。半导体器件包括包含例如晶体管、二极管、电阻器、电容器、电感器或其他有源或无源电路的器件。在一些实施例中，在衬底110中形成导电区域。第一蚀刻停止层112用于控制形成开口120的工艺的终点。在一些实施例中，第一蚀刻停止层112包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅或其他合适的蚀刻停止材料。在一些实施例中，介电常数（k）大于4.0。在一些实施例中，第一蚀刻停止层112的厚度范围在约10埃至约之间。在一些实施例中，第一蚀刻停止层112是多层蚀刻停止层。在一些实施例中，多层蚀刻停止层的层中的至少一层包括正硅酸乙酯（TEOS）。在一些实施例中，通过低压化学汽相沉积（LPCVD）、常压CVD（APCVD）、等离子体增强CVD（PECVD）、物理汽相沉积（PVD）、溅射或另一种合适的形成技术来形成第一蚀刻停止层112。IMD层114是低k介电材料。低k是指IMD层114具有3.0以下的介电常数（k）。在一些实施例中，IMD层1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成半导体器件的方法，所述方法包括：在晶圆上形成互连结构，所述互连结构包括位于其顶表面上的金属氧化物层；对所述晶圆实施远程等离子体处理，以通过还原反应来还原所述互连结构的所述金属氧化物层；在所述晶圆上方形成介电层；以及使所述半导体器件保存在真空条件下，其中，在所述远程等离子体处理之后，使所述半导体器件保存在所述真空条件下，直至形成所述介电层为止。

【技术特征摘要】
2013.06.26 US 13/927,5701.一种形成半导体器件的方法，所述方法包括：在晶圆上形成互连结构，所述互连结构包括位于其顶表面上的金属氧化物层；对所述晶圆实施远程等离子体处理，以通过还原反应来还原所述互连结构的所述金属氧化物层；在所述晶圆上方形成介电层；以及使所述半导体器件保存在真空条件下，其中，在所述远程等离子体处理之后，使所述半导体器件保存在所述真空条件下，直至形成所述介电层为止；其中，对所述晶圆实施所述远程等离子体处理提高围绕所述金属氧化物层的介电材料的表面部分的介电常数，并且所述表面部分提高后的介电常数小于3.0；其中，对所述晶圆实施所述远程等离子体处理将围绕所述金属氧化物层的介电材料的整个表面部分中的碳浓度保持在等于或大于所述介电材料的核心碳浓度的浓度。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在实施所述远程等离子体处理之前，预热所述晶圆。3.根据权利要求2所述的方法，其中，在预热所述晶圆之后，将所述半导体器件保存在所述真空条件下，直至形成所述介电层为止。4.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述晶圆实施所述远程等离子体处理包括：在与容纳所述晶圆的处理室分离的等离子体生成室中，生成含氢反应气体；使用导管将所述反应气体传送到所述处理室；以及使用所述含氢反应气体还原所述晶圆上的所述金属氧化物层。5.根据权利要求4所述的方法，其中，生成所述含氢反应气体包括：以第一流速率将处理气体引入所述等离子体生成室内，所述处理气体包括氨(NH3)、硅烷(SiH4)、甲烷(CH4)、氢气(H2)和磷烷(PH4)中的至少一种；以及激发所述处理气体以生成所述反应气体。6.根据权利要求5所述的方法，其中，激发所述处理气体包括将微波引入所述等离子体生成室内。7.根据权利要求4所述的方法，其中，还原所述晶圆上的所述金属氧化物层包括：在1.5托至2.5托之间的压力下，还原所述金属氧化物层。8.一种在集成系统中形成半导体器件的方法，所述方法包括：在晶圆上形成导电层；预热所述晶圆；在所述集成系统的第一模块中，对所述晶圆实施远程等离子体处理，以通过还原反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈莉，林志男，孙锦峰，吕伯雄，刘定一，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71