阻挡层的去除方法和半导体结构的形成方法技术

本发明专利技术揭示了一种阻挡层的去除方法，该阻挡层包括至少一层钌或钴，该阻挡层的去除方法包括：采用热流蚀刻方法去除形成在半导体结构的非凹进区域上包括钌或钴层的阻挡层。本发明专利技术还进一步揭示了一种半导体结构的形成方法，包括：提供一半导体结构，该半导体结构包括介质层、形成在介质层上的硬掩膜层、形成在硬掩膜层和介质层上的凹进区、形成在硬掩膜层上以及凹进区的侧壁和底部上且包括至少一层钌或钴的阻挡层、形成在阻挡层上并填满凹进区的金属层；去除形成在非凹进区域上的金属层和凹进区内的部分金属，并在凹进区内留下一定量的金属；采用热流蚀刻方法去除形成在非凹进区域上且包括钌或钴层的阻挡层和硬掩膜层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阻挡层的去除方法和半导体结构的形成方法
本专利技术涉及集成电路制造工艺，尤其涉及一种阻挡层的去除方法和半导体结构的形成方法。
技术介绍
在半导体结构中，形成电路的材料通常是铝。但是随着集成电路特征尺寸越来越小，铝由于其高电阻，不再适合用在半导体结构中形成电路。铜由于其具有良好的导电性而代替铝被用到集成电路中。然而，铜很容易扩散到SiO2，从而严重影响到集成电路的性能。因此，为了解决这个问题，需要使用阻挡层来阻止铜扩散到SiO2中。目前，阻挡层的材料通常采用钽、氮化钽、钛或氮化钛，且形成在半导体结构的非凹进区域上的阻挡层主要靠化学机械抛光(CMP)去除。对于20nm或低于20nm节点工艺，阻挡层的厚度必须足够薄。对于钽、氮化钽、钛或氮化钛阻挡层，如果钽、氮化钽、钛或氮化钛阻挡层的厚度太薄，就会降低阻挡层阻止铜扩散到SiO2中的能力。因此，钽、氮化钽、钛或氮化钛阻挡层无法满足20nm或低于20nm节点工艺的要求。因此，需要寻找一种新的材料用在20nm或低于20nm节点工艺中形成阻挡层。事实证明，钴或钌可以用来形成阻挡层。钴或钌阻止铜扩散到SiO2中的能力要远强于钽、氮化钽、钛和氮化钛。但是，当使用钴作为半导体结构中的阻挡层时，在化学机械抛光阻挡层的过程中，钴阻挡层接触到研磨液时，凹进区(例如槽、孔)侧壁上的钴阻挡层可能会被化学腐蚀。一旦铜和钴阻挡层之间形成原电池，凹进区的顶部会存在电化学腐蚀的问题。另外，相比较而言，钌的硬度更高，当对钌阻挡层进行化学机械抛光时，很容易产生划痕。综上，由于新材料的特性，阻挡层很难通过CMP去除，由此导致新材料产业化遭遇瓶颈。专利
技术实现思路
本专利技术提出一种阻挡层的去除方法，该阻挡层包括至少一层钌或钴，该阻挡层的去除方法包括：采用热流蚀刻方法去除形成在半导体结构的非凹进区域上包括钌或钴层的阻挡层。本专利技术还提出一种半导体结构的形成方法，包括：提供一半导体结构，该半导体结构包括介质层、形成在介质层上的硬掩膜层、形成在硬掩膜层和介质层上的凹进区、形成在硬掩膜层上以及凹进区的侧壁和底部上且包括至少一层钌或钴的阻挡层、形成在阻挡层上并填满凹进区的金属层；去除形成在非凹进区域上的金属层和凹进区内的部分金属，并在凹进区内留下一定量的金属；采用热流蚀刻方法去除形成在非凹进区域上且包括钌或钴层的阻挡层和硬掩膜层。在本专利技术中，采用热流蚀刻方法去除包括钌或钴层的阻挡层，克服了化学机械抛光钌或钴阻挡层时产生的弊端。除此以外，在半导体结构形成过程中，利用热流蚀刻去除阻挡层和硬掩膜层时不会产生机械力。而且，可以采用电抛光方法去除非凹进区域上的金属层，且不会产生机械力。由于在半导体结构形成过程中，没有机械力作用于介质层，因此，低k或超低k介质材料可以用在半导体结构中。附图说明图1-1至图1-3揭示了根据本专利技术的一示范性实施例的半导体结构形成过程的剖视图；图2揭示了根据本专利技术的一示范性实施例的半导体结构形成方法的流程图；图3-1至图3-4揭示了根据本专利技术的另一示范性实施例的半导体结构形成过程的剖视图；图4揭示了根据本专利技术的另一示范性实施例的半导体结构形成方法的流程图；图5-1至图5-4揭示了根据本专利技术的又一示范性实施例的半导体结构形成过程的剖视图；图6揭示了根据本专利技术的又一示范性实施例的半导体结构形成方法的流程图。具体实施方式本专利技术提出一种阻挡层的去除方法，该阻挡层包括至少一层钌或钴，该阻挡层的去除方法包括：采用热流蚀刻方法去除形成在半导体结构的非凹进区域上且包括钌或钴层的阻挡层。下述实施例将阐述本专利技术的阻挡层的去除方法和半导体结构的形成方法。参考图1-1至图1-3，揭示了根据本专利技术的一示范性实施例的半导体结构形成过程。半导体结构包括衬底101，例如晶圆。衬底101可能已经包含集成电路器件和必要的连接结构，这些没有在图中显示。在某些应用中，衬底101上有绝缘层102，绝缘层102可以是SiCN。介质层形成在绝缘层102上，如果衬底上没有绝缘层，那么介质层直接形成在衬底上。介质层可能包括的材料有SiO2、SiOC、SiOF、SiLK、BD、BDII、BDIII等。优选的，介质层选择低k介质材料来降低半导体器件内的半导体结构间的电容。根据不同的结构需求，介质层可以有两层或两层以上。如图所示的实施例中，介质层包括两层，第一介质层103形成在绝缘层102上，第二介质层104形成在第一介质层103上。第一介质层103可以是低k介质层，第二介质层104可以是TEOS。硬掩膜层105沉积在第二介质层104上，硬掩膜层105的材料可能包括氮化钛、氮化钽、钨或氮化钨。使用现有方法在硬掩膜层105、第二介质层104、第一介质层103和绝缘层102上制作凹进区，如沟、槽等。图中示意的凹进区108作为示例。在硬掩膜层105上以及凹进区108的侧壁和底部上沉积阻挡层106。阻挡层106的材料至少包括钌或钴以满足20nm或低于20nm节点工艺的需求。为了提高阻挡层106与硬掩膜层105、第二介质层104、第一介质层103、绝缘层102之间的粘合性，阻挡层106最好包括两层，即第一阻挡层和第二阻挡层。第一阻挡层形成在硬掩膜层105上以及凹进区108的侧壁和底部上，第一阻挡层的材料可以是钛、氮化钛、钽或氮化钽。第二阻挡层形成在第一阻挡层上，第二阻挡层的材料可以是钌或钴。通常，如果第二阻挡层为钴，第一阻挡层最好选择氮化钛；如果第二阻挡层是钌，第一阻挡层最好是氮化钽。金属层107形成在阻挡层106上并填满凹进区108。在某些应用中，在沉积金属层107之前，先在阻挡层106上沉积金属种子层。金属种子层可以包括和金属层107相同的材料以便于金属层107沉积、粘合在阻挡层106上。如图1-1，金属层107填满凹进区108并覆盖非凹进区域。金属层107优选为铜层。参考图1-2，去除非凹进区域上的金属层107和凹进区内的部分金属，并在凹进区内保留一定量的金属。在本实施例中，凹进区108内的金属层表面与第二介质层104的上表面齐平。采用CMP方法、电抛光方法或者CMP与电抛光相结合的方法去除非凹进区域上的金属层107和凹进区内的部分金属。优选的，采用CMP方法去除大部分的金属层107，保留500-1000埃连续的金属层107覆盖在半导体结构上，然后采用电抛光方法去除非凹进区域上剩余的金属层107和凹进区内的部分金属。在CMP工艺过程中，芯片内的台阶高度差将减到最小。在专利申请号为PCT/CN2012/075990中揭示了电抛光的方法及装置，其内容在这里引入作为参考。参考图1-3，采用热流蚀刻方法去除非凹进区域上的阻挡层106和硬掩膜层105。热流蚀刻也可以被称之为热气相化学刻蚀。热流蚀刻所使用的化学气体从以下气体中择一或是包含以下至少一种气体的混合气体：XeF2、XeF4、XeF6。以XeF2为例，XeF2和钌或钴的化学反应式为：Ru+3XeF2→RuF6(挥发)+3Xe(气体)Co+2XeF2→CoF4(挥发)+2Xe(气体)热流蚀刻含钌的阻挡层106的温度为0-400℃，100-350℃较佳。热流蚀刻含钌的阻挡层106的压力为10豪托-20托。XeF2的流速为0-50sccm，且流速可以通过质量流量控制器来控制。在这些条件下，钌的蚀刻速率与钽、氮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻挡层的去除方法，其特征在于，该阻挡层包括至少一层钌或钴，该阻挡层的去除方法包括：采用热流蚀刻方法去除形成在半导体结构的非凹进区域上包括钌或钴层的阻挡层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种阻挡层的去除方法，其特征在于，该阻挡层包括至少一层钌或钴，该阻挡层的去除方法包括：采用热流蚀刻方法去除形成在半导体结构的非凹进区域上包括钌或钴层的阻挡层。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，热流蚀刻所使用的化学气体从以下气体中择一或是包含以下至少一种气体的混合气体：XeF2、XeF4、XeF6。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，热流蚀刻含钌阻挡层的温度为0-400℃。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，热流蚀刻含钌阻挡层的温度为100-350℃。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，热流蚀刻含钌阻挡层的温度为50-120℃。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，热流蚀刻含钌阻挡层的压力为10豪托-20托。7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，化学气体的流速为0-50sccm。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，热流蚀刻含钴阻挡层的温度为120-600℃。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，热流蚀刻含钴阻挡层的温度为200-400℃。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该阻挡层还包括另一层材料为钛、氮化钛、钽或氮化钽的阻挡层。11.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供一半导体结构，该半导体结构包括介质层、形成在介质层上的硬掩膜层、形成在硬掩膜层和介质层上的凹进区、形成在硬掩膜层上以及凹进区的侧壁和底部上且包括至少一层钌或钴的阻挡层、形成在阻挡层上并填满凹进区的金属层；去除非凹进区域上的金属层和凹进区内的部分金属，并在凹进区内留下一定量的金属；采用热流蚀刻方法去除非凹进区域上且包括钌或钴层的阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾照伟，肖东风，王坚，王晖，
申请(专利权)人：盛美半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31