钨插塞的制作方法技术

本发明专利技术揭示了一种钨插塞的制作方法，包括：提供具有第一导电层的半导体基底并在所述半导体基底和第一导电层上形成金属层间介电层；在金属层间介电层中形成介质孔，介质孔的底部暴露出第一导电层的顶部；在金属层间介电层的整个表面和介质孔的底部及两侧壁表面沉积阻挡层；在阻挡层的整个表面和介质孔内沉积金属钨，金属钨至少填满介质孔；采用二氟化氙气相刻蚀法去除除介质孔中的金属钨外的所有金属钨；采用二氟化氙气相刻蚀法去除除介质孔中的阻挡层外的所有阻挡层，保留在介质孔中的金属钨形成钨插塞。本发明专利技术通过采用二氟化氙气相刻蚀法去除除介质孔中的金属钨和阻挡层外的所有金属钨和阻挡层，不会对半导体器件造成微刮伤，也没有机械应力产生，显著提高了半导体器件的性能和半导体器件的良率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件制造
，尤其涉及一种在半导体器件中制作钨插塞 的方法。
技术介绍
在半导体器件制造中，金属钨由于其具有良好的导电性和阶梯覆盖性，常被用来 制作鹤插塞连接相邻的金属层。请参阅图3，为传统制作钨插塞的方法，该方法包括如下步骤:首先，在一半导体基底的第一导电层上形成一二氧化硅的金属层间介电层；其次，使用各向异性干法刻蚀在所述金属层间介电层中形成介质孔，所述介质孔 的底部暴露出所述第一导电层的顶部；接着，在所述金属层间介电层的整个表面和所述介质孔内沉积一阻挡层，所述阻 挡层为钛和氮化钛；然后，在所述阻挡层的整个表面和所述介质孔内沉积金属钨，所述金属钨至少填 满所述介质孔；再接着，通过化学机械研磨去除除介质孔中的金属钨外的所有金属钨；最后，通过化学机械研磨去除除介质孔中的阻挡层外的所有阻挡层，保留在所述 介质孔中的金属鹤，形成鹤插塞。然而，在上述钨插塞的制作过程中，采用化学机械研磨去除除介质孔中的金属钨 和阻挡层外的金属钨和阻挡层时，很容易对半导体器件造成微刮伤，进而使半导体器件产 生短路或开路，影响半导体器件的性能。为解决此问题，一些新的研料被应用在化学机械研 磨中，可是，这些新的研料会导致一些其他问题，如均匀性不理想，产能降低，控制难度增加 等。此外，由于所述第一导电层和其他介电质层的机械性能比较弱，化学机械研磨中的机械 应力会对所述第一导电层和其他介电质层造成损害，从而降低半导体器件的性能和降低半 导体器件的良率。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述
技术介绍
存在的缺陷提供一种，该方 法显著提高了半导体器件的性能和半导体器件的良率。为实现上述目的，本专利技术，包括如下步骤:提供具有第一导电层的半导体基底并在半导体基底和第一导电层上形成金属层 间介电层；在金属层间介电层中形成介质孔，介质孔的底部暴露出第一导电层的顶部；在金属层间介电层的整个表面和介质孔的底部及两侧壁表面沉积阻挡层；在阻挡层的整个表面和介质孔内沉积金属钨，金属钨至少填满介质孔；采用二氟化氙气相刻蚀法去除除介质孔中的金属钨外的所有金属钨；采用二氟化氙气相刻蚀法去除除介质孔中的阻挡层外的所有阻挡层，保留在介质 孔中的金属鹤形成鹤插塞。在一个实施例中，在去除除介质孔中的金属钨外的所有金属钨之前，在自然氧化 层的表面通入氟化氢气体以去除金属钨表面的自然氧化层。去除金属钨表面的自然氧化层 还可以包括在自然氧化层的表面同时通入二氟化氙气体和一定量的水蒸气，并维持一定时 间。在一个实施例中，在采用二氟化氙气相刻蚀法去除除介质孔中的金属钨外的所有 金属钨之前，先找到临界温度Tc，在该临界温度Tc，二氟化氙气相刻蚀金属钨的速率与二 氟化氙气相刻蚀阻挡层的速率相等，二氟化氙气相刻蚀法去除除介质孔中的金属钨外的所 有金属钨的温度在Tc以下，二氟化氙气相刻蚀法去除除介质孔中的阻挡层外的所有阻挡 层的温度在Tc以上。临界温度Tc为60°C至300°C。可以通过向二氟化氙气体中混入一定 量的惰性气体找到临界温度Tc。混入的惰性气体是氮气、氦气、氖气、氩气以及氙气中的一 种或者几种的混合气体。[0021 ] 在一个实施例中，采用二氟化氙气相刻蚀法去除除介质孔中的金属钨外的所有金 属钨的温度为室温至400°C，压力为I豪托至20托；采用二氟化氙气相刻蚀法去除除介质 孔中的阻挡层外的所有阻挡层的温度为80°C至400°C。采用二氟化氙气相刻蚀法去除除介 质孔中的金属钨外的所有金属钨的优选压力为10豪托至10托。阻挡层的材料是钛、氮化 钛、钽和氮化钽中的一种或者几种组成。综上所述，本专利技术通过采用二氟化氙气相刻蚀法去除除所述介 质孔中的金属钨和阻挡层外的所有金属钨和阻挡层，与传统方法相比，本专利技术在钨插塞的 制作过程中，不会对半导体器件造成微刮伤，也没有机械应力产生，显著提高了半导体器件 的性能和半导体器件的良率。【附图说明】图1A至IF是本专利技术的剖面结构示意图。图2是金属钨与氮化钛的刻蚀速率与温度之间的关系示意图。图3是传统制作钨插塞的方法流程图。【具体实施方式】为详细说明本专利技术的
技术实现思路
及所达成的目的，下面将结合实施例并配合图式予 以详细说明。请参阅图1A至1F，示出了本专利技术。具体地，本专利技术钨插塞的制 作方法包括如下步骤。步骤1:如图1A所示，提供一具有第一导电层20的半导体基底10，并在所述半导 体基底10和所述第一导电层20上形成一金属层间介电层30。步骤2:如图1B所示，使用各向异性干法刻蚀在所述金属层间介电层30中形成介 质孔40，所述介质孔40的底部暴露出所述第一导电层20的顶部。步骤3:如图1C所示，在所述金属层间介电层30的整个表面和所述介质孔40的 底部及两侧壁表面沉积一阻挡层50，所述阻挡层50的材料是钛、氮化钛、钽和氮化钽中的一种或者几种组成，而钛和氮化钛是金属钨最常用的阻挡层材料。步骤4:如图1D所示,在所述阻挡层50的整个表面和所述介质孔40内沉积金属 钨60，所述金属钨60至少填满所述介质孔40。步骤5:如图1E所示，采用二氟化氙气相刻蚀法去除除介质孔40中的金属钨60 外的所有金属钨60。一般情况下，所述金属钨60沉积在所述阻挡层50的整个表面和所述 介质孔40中后，在所述半导体基底10的传输过程中，所述金属钨60的表面会形成一层自 然氧化层，由于二氟化氙气体不和钨的氧化物发生化学反应，因此所述金属钨60表面生成 的自然氧化层会阻碍二氟化氙气体与所述金属钨60反应，从而降低二氟化氙气体刻蚀所 述金属钨60的速率。为了提高二氟化氙气体的刻蚀速率，在采用二氟化氙气相刻蚀法去除 除介质孔40中的金属钨60外的所有金属钨60之前，先把所述金属钨60表面的自然氧化 层去除。去除所述自然氧化层的第一种方法是在所述自然氧化层的表面通入氟化氢气体， 氟化氢气体与所述自然氧化层发生化学反应从而去除所述自然氧化层。去除所述自然氧化 层的第二种方法是在所述自然氧化层的表面同时通入二氟化氙气体和一定量的水蒸气，并 维持一定时间，如10秒至60秒，通入的二氟化氙气体与水蒸气反应生成氟化氢，生成的氟 化氢再与所述自然氧化层反应从而去除所述自然氧化层。所述自然氧化层去除后，停止通 入水蒸气，继续通入二氟化氙气体直到除介质孔40中的金属钨60外的所有金属钨60被去 除。二氟化氙气体在一定温度范围内能够自发的与金属钨60发生化学反应，在半导体加工 工艺中，二氟化氙气体与金属钨60发生化学反应的较佳温度为室温至400°C，反应生成的 产物是可挥发的WF6和惰性气体氙气，反应方程式如下:W+3XeF2 — WF6+3Xe由于二氟化氙在常温常压下为固态，因此上述反应是在真空条件下发生的，压力 为I豪托至20托，较佳的，为10豪托至10托。步骤6:如图1F所示，除介质孔40中的金属钨60外的所有金属钨60去除后，采用 二氟化氙气相刻蚀法去除除介质孔40中的阻挡层50外的所有阻挡层50，最终保留在所述 介质孔40中的金属钨60形成钨插塞。二氟化氙气体也能够自发的与钛和/或氮化钛发生 化学反应。在二氟化氙气体与所述阻挡层50发生反应时，所述介质孔40中的金属钨60也 会被刻蚀，如果二氟化氙气体刻蚀金属钨60的速率比刻蚀钛和/或氮化钛的速率快很本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钨插塞的制作方法，其特征在于，包括：提供具有第一导电层的半导体基底并在所述半导体基底和所述第一导电层上形成金属层间介电层；在所述金属层间介电层中形成介质孔，所述介质孔的底部暴露出所述第一导电层的顶部；在所述金属层间介电层的整个表面和所述介质孔的底部及两侧壁表面沉积阻挡层；在所述阻挡层的整个表面和所述介质孔内沉积金属钨，金属钨至少填满所述介质孔；采用二氟化氙气相刻蚀法去除除介质孔中的金属钨外的所有金属钨；采用二氟化氙气相刻蚀法去除除介质孔中的阻挡层外的所有阻挡层，保留在所述介质孔中的金属钨形成钨插塞。

【技术特征摘要】
1.一种钨插塞的制作方法，其特征在于，包括:提供具有第一导电层的半导体基底并在所述半导体基底和所述第一导电层上形成金 属层间介电层；在所述金属层间介电层中形成介质孔，所述介质孔的底部暴露出所述第一导电层的顶部;在所述金属层间介电层的整个表面和所述介质孔的底部及两侧壁表面沉积阻挡层；在所述阻挡层的整个表面和所述介质孔内沉积金属钨，金属钨至少填满所述介质孔；采用二氟化氙气相刻蚀法去除除介质孔中的金属钨外的所有金属钨；采用二氟化氙气相刻蚀法去除除介质孔中的阻挡层外的所有阻挡层，保留在所述介质 孔中的金属鹤形成鹤插塞。2.根据权利要求1所述的钨插塞的制作方法，其特征在于:在去除除介质孔中的金属 钨外的所有金属钨之前，在自然氧化层的表面通入氟化氢气体以去除金属钨表面的自然氧 化层。3.根据权利要求2所述的钨插塞的制作方法，其特征在于:去除金属钨表面的自然氧 化层包括在自然氧化层的表面同时通入二氟化氙气体和一定量的水蒸气，并维持一定时 间。4.根据权利要求1所述的钨插塞的制作方法，其特征在于:在采用二氟化氙气相刻蚀 法去除除介质孔中的金属钨外的所有金属钨之前，先找到临界温度Tc，在该临界温度Tc， 二氟化氙气相刻蚀金属钨的速率与二...

【专利技术属性】
技术研发人员：王坚，贾照伟，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：