制造接触插塞的方法技术

本发明专利技术公开了一种制造接触插塞的方法。介电层形成于具有导电区半导体基底上。接触开口形成于该介电层上并露出该导电区于该接触开口内。第一顺形金属层形成于该介电层与该接触开口的侧壁与底部上。第二顺形金属层形成于该第一顺形金属层上。进行一第一电浆处理以将该第二顺形金属层转换成第一金属氮化物阻障层。进行一热处理以形成金属硅化物于该导电区上。第三顺形金属层形成于该第一金属氮化物阻障层上。进行第二电浆处理以将该第三顺形金属层转换成一第二金属氮化物阻障层。导电金属层形成于所得结构上，且接着该顶表面被平坦化以移除该导电金属层，第二金属氮化物阻障层，第一金属氮化物阻障层与该第一顺形金属层的部分，直到露出该介电层。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是有关于一种半导体，且特别是有关于一种。接触插塞形成以在下层装置与上层内连接导线间形成固态电子连接。接触插塞的制造一般牵涉到形成开口于介电层，且此开口由如铝或钨等金属层所填满或插入。然而，接触插塞的铝或钨离子可经过掺杂区而迁移入硅基底中，而造成对基底的短路。为将短路最小化，某些制作工艺在沉积铝或钨之前会沉积阻障层。阻障材质之一是TiN。虽然TiN具良好阻障能力，其必需足够厚以有效当成阻障层。甚至，当集成电路装置定义得更微小，接触插塞的直径变小且更关键。因此，厚TiN阻障金属层在高集成电路中不想要的。可发现在TiN中的氮改善阻障功能，也就是，当于TiN中的氮含量增加，阻障效应也增加。方法之一是布植氮至TiN中以增加阻障效应且减少TiN阻障金属层的厚度以符合高整合结构需求。布植氮至TiN的一个方法是在氢气的气体中进行氮电浆处理。现在，有可能形成较薄的TiN阻障金属层以符合高集成电路需求。另一种普遍使用的阻障金属层是金属有机CVD氧化钛(MOCVD-TiN)。MOCVD-TiN材质包含如碳与氧的杂质，因而MOCVD-TiN材质的阻抗值甚高。为减少阻抗值，方法之一是利用包括氮气或氨的电浆气体来处理阻障层以移除这些杂质。然而，接续电浆气体处理而来的，MOCVD-TiN厚度本质上减少，因而，所形成的处理后MOCVD-TiN层具有相当低阻抗值，然而，其厚度不足以有效地当成阻障层。因而，方法之一是沉积第二MOCVD-Ti层，而接着电浆气体处理以移除杂质而形成所需厚度的阻障金属层以有效地当成阻障层。接触的效应被介于阻障金属层与基底中的掺杂区间的接触阻抗值所限制。此接触阻抗值在正掺杂区中大于负掺杂区。接触阻抗值在CMOS(互补性金氧硅)技术中特别重要，其包括具有正掺杂区与负掺杂区的阻障金属层。减少接触阻抗值的方法之一是沉积共形(conformal)抗热(refractory)金属层于开口中，接着利用热处理以退火该抗热金属层以激活金属与硅间的反应而形成硅金属化合物。因为硅金属化合物具有低阻抗值，因而接触阻抗值可减少。然而，上述接触插塞方法的一个问题是，在热处理后所得的阻障层提供介电层与钨层间的不良附着力。申请人发现在热处理中，从周围环境来的氧会与阻障金属反应而形成氧化物膜于接触阻障层的表面上。所形成的氧化物的问题是，其具有约等于用以填满接触开口的钨层的zeta值。因为阻障层对钨层的相似zeta值，其会互相排斥。因而，形成于阻障层上的氧化物膜使得钨层无法附着于阻障层的表面上。因而，空隙形成于导体层中，导致电子迁移失误。因为氧化物膜由于zeta值而具不良附着能力，介电层与接触中的钨层间的附着不良。因为如钨的导体层与介电层间存在着高热扩张系数差异，在日后后续处理中，因为热扩张所导致的热应力将变大。因而，传统阻障层因无法抵抗热扩张而断裂。因而，由于阻障金属层结构被破坏，其促进从导体层来的如铝或钨原子等离子或原子扩散至基底中，造成装置短路。因为导体层的晶格结构被破坏，其导致由于电子迁移而形成空隙，而导致装置的失误。有鉴于此，本专利技术的主要目的就是在提供一种制造接触插塞方法以限制在接触插塞中的导电材质的电子迁移。本专利技术提供形成接触插塞以减少接触阻抗值的改善方法。因而，RC延迟时间可上减少。因而，装置的操作速度可本质上增加。本专利技术提供形成接触阻障金属层的方法以改善介电层与该导电层间的附着度，使得避免阻障金属层的断裂或破裂。因而，装置的可靠性增加。本专利技术提供形成接触阻障金属层的方法以改善导电材质的空隙填满能力，并增加介电层与该导电层间的附着度能力，可避免空隙的产生。因而可限制由电子迁移所造成的装置失误，而增加半导体装置的可靠性。根据较佳实施例之一，本专利技术提供制造接触插塞的改善方法。提供具有一导电区的半导体基底，介电层形成于整体基底上；蚀刻该介电层以形成接触开口，其中该导电区露出于该接触开口内。利用预清洗制作工艺以移除残余物，否则将增加接触阻抗值。接触开口覆盖着第一顺形金属层。接着，沉积第二顺形金属层于该第一顺形金属层上；接着，进行一第一电浆处理以将该第二顺形金属层转换成一第一金属氮化物阻障层。该第一电浆处理较好包括包含氮气与氢气的电浆气体。进行一热处理以触发该第一顺形金属层与该导电区中的该硅间的反应以形成一金属硅化物于该导电区上，而减少接触阻抗值。接着，第三顺形金属层沉积于该第一金属氮化物阻障层上，且利用相似于包含氮气与氢气的电浆气体而处理，以从该第三顺形金属层移除杂质，并将该第三顺形金属层转换成第二金属氮化物阻障层；以及接着，沉积导体层以填满该接触开口。要了解，利用本专利技术的方法以进行热处理来触发该导电区中的该硅与该第一顺形金属层间的反应以形成一金属硅化物。因为该金属硅化物具有低阻抗值，因而本质上可减少接触阻抗值。因而，本质上可增加装置的操作速度。要了解，利用本专利技术的方法以进行热处理并接着形成第二金属氮化物阻障层为限制氧化物膜形成于第二金属氮化物阻障层的表面上，使得第二金属氮化物阻障层与导电层间的排斥可有效地限制以有利于导电层的良好空隙填满并促进介电层与导电层间的附着度。因为第二金属氮化物阻障层与导电层的zeta值差异极大，其间将不会有排斥，因而不会产生空隙，而有效地避免电子迁移失误。因为介电层与导电层间的附着度增加，第一顺形金属层，第一与第二金属氮化物阻障层的断裂也可有效避免。因为第一顺形金属层，第一与第二金属氮化物阻障层不会断裂或破裂，第一与第二金属氮化物阻障层可有效地避免金属离子或原子扩张至介电层内部，而避免装置的短路。因为在接触中的导电层的晶格结构未被破坏，且相邻的第一顺形金属层，第一与第二金属氮化物阻障层也未被破坏，可避免因电子迁移所造成的空隙产生，因而可限制由电子迁移所造成的装置失误。因而，装置的可靠性可本质上增加。为让本专利技术的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明。附图说明图10至图14绘示根据本专利技术的第二较佳实施例的制造接触插塞步骤的剖面图。标号说明100基底102导电区104介电层 106光阻108接触开口110第一顺形金属层 112第二顺形金属层114第一金属氮化物阻障层116金属硅化物薄膜118第三顺形金属层120第二金属氮化物阻障层125第一电浆处理 122导电金属层126热处理127第二电浆处理150接触插塞 200基底202导电区204介电层208接触开口 210第一顺形金属层214多层金属氮化物阻障层216金属硅化物薄膜218第三顺形金属层220金属氮化物阻障层 222导电金属层226热处理227电浆处理250接触插塞图1至图9绘示根据本专利技术的第一较佳实施例的制造接触插塞步骤的剖面图。参考图1，提供具有导电区102形成于其上的基底100。由如SOP(spin-on-polymer)材质所组成的低介电常数材质的介电层104形成于基底100上。CMP制作工艺用以移除多余的介电层104以将介电层104平坦化来获得如图1所示的平坦表面。参考图2，光阻层沉积于介电层104上。光阻层整形或图样化以形成如图2所示的接触开口蚀刻罩幕106。接着，接触开口108被形成，其利用接触开口蚀刻罩幕106露出的介电层104直到导电区102露出于接触开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造接触插塞的方法，其特征在于：该方法包括下列步骤： 提供具有一导电区形成于其上的一半导体基底； 形成一介电层于该基底上； 形成一接触开口于该介电层上，其中该导电区露出于该接触开口内； 形成一第一顺形金属层于该介电层与该接触开口上，其中该第一顺形金属层当成一金属阻障层； 形成一第二顺形金属层于该第一顺形金属层上，其中该第二顺形金属层利用金属有机化学沉积法而形成； 进行一第一电浆处理以将该第二顺形金属层转换成一第一金属氮化物阻障层； 进行一热处理以触发该第一顺形金属层与该导电区中的该硅间的反应以形成一金属硅化物于该导电区上； 形成一第三顺形金属层于该第一金属氮化物阻障层上，其中该第三顺形金属层利用金属有机化学沉积法而形成； 进行一第二电浆处理以将该第三顺形金属层转换成一第二金属氮化物阻障层； 形成一导体层于该第二金属氮化物阻障层上而填满该接触开口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造接触插塞的方法，其特征在于该方法包括下列步骤提供具有一导电区形成于其上的一半导体基底；形成一介电层于该基底上；形成一接触开口于该介电层上，其中该导电区露出于该接触开口内；形成一第一顺形金属层于该介电层与该接触开口上，其中该第一顺形金属层当成一金属阻障层；形成一第二顺形金属层于该第一顺形金属层上，其中该第二顺形金属层利用金属有机化学沉积法而形成；进行一第一电浆处理以将该第二顺形金属层转换成一第一金属氮化物阻障层；进行一热处理以触发该第一顺形金属层与该导电区中的该硅间的反应以形成一金属硅化物于该导电区上；形成一第三顺形金属层于该第一金属氮化物阻障层上，其中该第三顺形金属层利用金属有机化学沉积法而形成；进行一第二电浆处理以将该第三顺形金属层转换成一第二金属氮化物阻障层；形成一导体层于该第二金属氮化物阻障层上而填满该接触开口。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中该热处理包括一快速热处理(RTP)。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于其中该RTP进行于550-750℃温度下，且持续3-60秒。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于其中该第一与第二电浆处理包括包含氮气与氢气的电浆气体。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中该第二与第三顺形金属层的厚度120-160埃。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中该第一与第二金属氮化物阻障层的厚度40-60埃。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中在形成该第一顺形金属层的步骤前还包括一预清洗步骤。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于其中该预清洗步骤使用包含氩气的一电浆气体。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中该导体层的该材质由包括铜、铝与钨与其合金的群组中所选择出。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄启东，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]