半导体元件的处理方法以及半导体元件的形成方法技术

本发明专利技术涉及一种半导体元件的处理方法以及半导体元件的形成方法，主要是在保护层形成于导电部分之前，先以溶液处理该导电部分的顶部表面，其中该溶液包括：清洁剂以及化学接枝前驱物。溶液中可包括整平湿润剂，用来改善该化学接枝前驱物覆盖的均匀度。上述的处理方法能使保护层均匀地覆盖在导体部分上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体元件，而特别涉及一种在金属化结构上形成保护层的方法。
技术介绍
半导体元件已广泛应用在各种电子产品，例如个人计算机、移动电话、数码相机或其它电子设备。半导体元件的制作通常包括，在半导体基底上连续沉积绝缘层、介电层、导电层以及半导体层，并图案化各层以形成各种电路。随着工艺技术发展，对于兼具小体积高效能的产品需求日益增加，因此，需要一种不同于传统的半导体工艺技术来满足上述需求。传统工艺中，铝及铝合金常用来作为金属化结构中的导线或介层插塞，而二氧化硅则常用来做为隔绝两导线或两介层插塞间的绝缘物质。然而，随着半导体元件尺寸缩小，由上述材料所形成的导电部分会造成信号传播延迟(propagation delay)的问题。随着元件尺寸缩小，阻容迟滞(RC delay)会限制集成电路的信号传播延迟(propagation delay)，阻容迟滞是指金属电阻与介电材料电容所造成的信号延迟。为了降低阻容迟滞时间，在工艺中常以低介电常数作为绝缘材料，并以铜取代铝作为内联机材料。由于铜电阻较低，可降低阻容迟滞，因此以铜取代铝作为内联机可增加半导体元件的执行速度。此外，铜相较于铝有较低的电阻以及电迁移阻抗(electromigration resistance)，较低的电阻可使铜在工艺中形成较薄的导线，以及降低导线的侧壁电容，而铜较高的电迁移阻抗可应用较高的电流密度。内联机的阻容迟滞会严重限制微处理器的时钟速度(microprocessorclock speed)，但借由铜来取代铝作为内联机可克服阻容迟滞的问题，然而，结合铜与低介电常数材料，还可进一步降低阻容迟滞，进而增加内联机速度。然而，以铜取代铝作为内联机材料，在工艺上仍有许多挑战需克服，例如，铜相对于铝在较低温下就会氧化，而在铜上所形成的氧化物并非如铝表面所形成的高品质氧化物，铜无法在其表面形成自我保护的氧化层。反而仍有部分铜内联机未被氧化物包覆，因此更加容易遭受腐蚀。此外，由于铜不易直接进行刻蚀，因此大多以镶嵌工艺来取代直接刻蚀。镶嵌工艺是先在晶片上沉积介电材料，接着图案化介电材料形成导线图案。导线图案一般包括多个沟槽，接着将沟槽填满导电材料，再以化学机械研磨工艺移除介电材料顶部表面多余的导电材料，留下介电材料内的导电材料作为导线。镶嵌工艺包括单镶嵌以及双镶嵌工艺。在单镶嵌工艺中，金属层是一次形成，其形成方式例如，图案化绝缘层并填满金属材料，再以化学机械研磨工艺形成单一的金属层。在双镶嵌工艺图案化两上下相邻的绝缘层，例如，利用两次图案化工艺将两层或单层绝缘层图案化并填满金属，再以化学机械研磨工艺移除多余的导电材料，在绝缘层中形成图案化的导电材料，其中图案化工艺包括在绝缘层部分形成导线，在下层的绝缘层部分形成介层插塞，利用介层插塞来连接导线与元件或下层结构的内联机，因此，在双镶嵌工艺中导线沟槽及介层窗是以一次步骤填满。由于铜相当容易氧化，因此必须对铜表面进行一些处理以避免氧化，通常是利用覆盖保护层的方式，但均匀且完整地将保护层覆盖在半导体元件的表面上也是需要克服的一大考验。因此，业界急需一种在半导体元件导电部分上形成均匀保护层的方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种保护半导体元件导电部分的方法，利用溶液对导电部分进行处理，用以改善导电部分顶部表面的黏着性，并改善保护层形成的选择性。例如，保护层可均匀且完全覆盖工作部件或个别晶粒全部表面上的导电部分。为达到上述目的，本专利技术提供一种半导体元件的处理方法，包括提供半导体元件，具有至少一导电部分；以及在该导电部分上形成保护层前，以溶液处理该导电部分的表面，其中该溶液包括清洁溶液以及化学接枝前驱物。本专利技术所述的半导体元件的处理方法，其中该清洁溶液包括硫酸或柠檬酸。本专利技术所述的半导体元件的处理方法，其中该化学接枝前驱物包括乙烯基吡啶、苯基重氮盐类或芳香基溴化物。本专利技术所述的半导体元件的处理方法，其中该溶液还包括整平湿润剂。本专利技术所述的半导体元件的处理方法，其中该整平湿润剂包括聚乙二醇、聚丙二醇或氧化丙烯以及环氧乙烯的嵌段共聚合物，且其中该整平湿润剂的分子量介于400至20000。本专利技术所述的半导体元件的处理方法，其中该整平湿润剂包括聚乙二醇，其分子量约100至3000而浓度约100至300ppm。本专利技术所述的半导体元件的处理方法，其中该导电部分置于绝缘层中，且该溶液处理该金属部分表面时还包括处理该绝缘层的顶部表面。为达到上述目的，本专利技术还提供一种形成半导体元件的方法，包括提供工作部件；在该工作部件上形成至少一导电部分；以溶液对该导电部分的顶部表面进行处理，该溶液包括清洁溶液以及化学接枝前驱物；以及在该导电部分上形成保护层。本专利技术所述的半导体元件的形成方法，其中该清洁剂包括硫酸或柠檬酸。本专利技术所述的半导体元件的处理方法，其中该化学接枝前驱物包括乙烯吡啶、苯基重氮盐类或芳香基溴化物。本专利技术所述的半导体元件的形成方法，其中该溶液还包括整平湿润剂。本专利技术所述的半导体元件的形成方法，其中该整平湿润剂包括聚乙二醇、聚丙二醇或氧化丙烯以及环氧乙烯的嵌段共聚合物，且其中该整平湿润剂的分子量约介于400至20000。本专利技术所述的半导体元件的形成方法，其中该整平湿润剂包括聚乙二醇，分子量约介于100至3000而浓度约介于100至300ppm。本专利技术所述的半导体元件的形成方法，其中该导电部分形成在绝缘层中，且以该溶液处理该导电部分顶部表面时，同时也对该绝缘层的顶部表面进行处理。本专利技术所述的半导体元件的形成方法，还包括在该导电部分上形成刻蚀停止层，接着在形成该第二导电部分之前，在该刻蚀停止层上形成绝缘层。本专利技术较佳实施例的优点，包括提供一种在半导体元件的导电部分上形成均匀保护层的方法。保护层可在化学机械研磨工艺前或之后形成在以镶嵌工艺或传统的金属刻蚀工艺所形成的导电部分上。借由本专利技术的溶液处理导电部分的表面，以改善导电部分表面的黏着性，并提高导电部分及绝缘层间保护层形成选择性，以在半导体元件表面形成均匀的保护层。为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。附图说明图1显示本专利技术较佳实施例的剖面图，其中当保护层形成在导电部分上时，半导体元件出现去湿润性的问题。图2为图1半导体晶片的上视图，显示在导电部分上形成保护层时，会在半导体工作部件的边缘产生去湿润性的问题。图3至图7显示本专利技术较佳实施例的剖面图，其中保护层以镶嵌工艺形成在导电部分之上。图8至图9显示本专利技术较佳实施例的剖面图，第二金属化层形成在图3至图7所示的金属化层上，并形成保护层。图10至图11显示本专利技术另一实施例，其中保护层以金属刻蚀工艺形成在导电部分上。其中，附图标记说明如下100半导体元件102、202工作部件104绝缘层106导电部分 108保护层 110区域112区域 114区域 116区域202工作部件 204、204’、304绝缘层 200半导体元件218沟槽 220、320导电材料层 206、206’、306导电部分224顶部表面 222、322溶液226、226’、326保护层具体实施方式本专利技术的较佳实施例可应用至具有导电部分的半导体元件，其中导电部分包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体元件的处理方法，包括：提供半导体元件，具有至少一导电部分；以及在该导电部分上形成保护层前，以溶液处理该导电部分的表面，其中该溶液包括清洁溶液以及化学接枝前驱物。

【技术特征摘要】
US 2005-2-1 11/047,8361.一种半导体元件的处理方法，包括提供半导体元件，具有至少一导电部分；以及在该导电部分上形成保护层前，以溶液处理该导电部分的表面，其中该溶液包括清洁溶液以及化学接枝前驱物。2.如权利要求1所述的半导体元件的处理方法，其中该清洁溶液包括硫酸或柠檬酸。3.如权利要求1所述的半导体元件的处理方法，其中该化学接枝前驱物包括乙烯基吡啶、苯基重氮盐类或芳香基溴化物。4.如权利要求1所述的半导体元件的处理方法，其中该溶液还包括整平湿润剂。5.如权利要求4所述的半导体元件的处理方法，其中该整平湿润剂包括聚乙二醇、聚丙二醇或氧化丙烯以及环氧乙烯的嵌段共聚合物，且其中该整平湿润剂的分子量介于400至20000。6.如权利要求4所述的半导体元件的处理方法，其中该整平湿润剂包括聚乙二醇，其分子量约100至3000而浓度约100至300ppm。7.如权利要求1所述的半导体元件的处理方法，其中该导电部分置于绝缘层中，且该溶液处理该金属部分表面时还包括处理该绝缘层的顶部表面。8.一种半导体元件的形成方法，包括提供工作部件；在该...

【专利技术属性】
技术研发人员：石健学，苏鸿文，蔡明兴，
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：71[中国|台湾]