[发明专利]清除钨插塞合金化处理后表面形成的氧化层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制程中清除钨插塞合金化处理之后形成的氧化层的方法，更具体的说，是清除钨插塞合金化处理之后表面形成的氧化层的方法。

背景技术

近年来，由于半导体器件日益高度集成化，接触孔的尺寸趋于缩小。随着接触孔的尺寸缩小，使得在金属接触处理过程中，金属不能良好填充在接触孔内。因此，产生了接触电阻增大的问题。因此，具有高电导率的铝被用作金属接触处理中的金属。但是，由于金属铝台阶覆盖特性差，所以不能令人满意地填充于小尺寸的接触孔内。作为解决此问题的办法，首先用台阶覆盖特性优异的金属来填充接触孔内部，然后通过铝淀积和刻图工艺形成金属导线。因为钨具有优异的台阶覆盖特性，符合填充接触孔金属的性能要求，所以成为填充接触孔的主要材料。

参考图1A和图1B，为中国专利申请CN96123321提供的一种钨插塞的形成工艺形成的钨插塞的结构示意图。结合图1A，在硅衬底1的一部分上形成场氧化层2，在场氧化层2的一部分上形成导体层3；在包括场氧化层2和导体层3的硅衬底1的整个结构上形成绝缘层4并在绝缘层4上形成用于暴露导体层3的接触孔5。

结合图1B，在包括接触孔5在内的绝缘层4的整个结构上形成阻挡金属层6；通过钨淀积工艺，在包括接触孔5在内的阻挡金属层6上形成钨层8并填充接触孔5的内部；再通过化学机械抛光(chemical mechanical polishing)工艺去除钨层8，直至阻挡金属层6暴露，因此形成钨插塞。钨插塞形成之后，通过淀积和布图工艺，在钨插塞上形成金属导线。

通过化学机械抛光形成钨插塞之后，形成金属导线之前，为了去除前端工艺(frond end process)对晶圆表面的损伤，如化学气相沉积和刻蚀工艺中造成的等离子体损伤，一般要再进行一道合金化工艺(alloy process)过程，在400℃的环境中进行热处理，以使晶圆表面的晶格进行重新排列，修复损伤，并确保晶园和钨插塞之间形成良好的导电性能。

但是进行合金化工艺的过程中，会导致钨塞的表面氧化，从而导致钨塞与随后形成的布线之间接触电阻增大，导致信号延迟。

清除钨塞表面的氧化物目前可用的两种方法为湿式蚀刻清洗(Wet Bench)或者等离子体刻蚀(plasma etch)的方法。

湿式蚀刻清洗使用的主要试剂为HF试剂，用浸泡工艺。由于钨插塞与氧化层之间的阻挡金属层为TI/TIN，容易受到HF试剂的腐蚀，因此，湿式蚀刻清洗容易影响金属间的连接性能。

等离子刻蚀主要试剂是SF₆，干式蚀刻工艺。采用等离子蚀刻的方法选择性不强，很容易直接蚀刻掉钨插塞上的金属钨，导致钨插塞的腐蚀。

发明内容

本发明解决的问题是钨插塞在合金化工艺处理之后表面上形成的钨氧化物层导致钨插塞和金属导线之间接触电阻增大的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种清除钨插塞合金化处理之后表面形成的氧化层的方法，采用化学机械抛光的方法清除钨插塞表面上形成的钨氧化层。

上述的化学机械抛光法所用抛光液采用非氧化性研磨料，所述的研磨料为二氧化硅类研磨料、二氧化铈(CeO₂)、氧化铝(Al₂O₃)。

所述的二氧化硅类研磨料为气相二氧化硅(fumed silica)研磨料或者胶体二氧化硅(Colloidal Silica)研磨料。

所述硝磨料在抛光液中的质量百分比含量大于0小于等于30％，较好的是5％至25％。

硝磨料粒子的平均直径为30nm至200nm。

所述抛光液还包含添加剂，所述的添加剂为KOH或者NH₄OH，较好的是NH₄OH。

所述抛光液的pH值在7至11之间，较好的是10至11之间。

本发明最优选的抛光液为SS-25型抛光液，抛光液中研磨料为SiO₂，质量百分比含量为25％，KOH的质量百分比含量小于1％，pH介于10至11.2之间。

进行化学机械抛光时施加在钨插塞上的压力为1至6PSI，优选2至3PSI，抛光垫的速度在30至130RPM/min之间，优选70至80RPM/min。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用化学机械抛光的方法去除钨插塞在合金化工艺处理之后表面上形成的一薄层氧化物，工艺简单，并且能有效清除钨插塞上的氧化层。