[發明專利]清除金屬氧化物與制備互連層的方法

無效

• 申請號: 200910194783.0
• 申請日: 2009-08-28
• 公開（公告）號: CN102005406A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 王琪;周鳴
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/3105;H01L21/321
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李麗

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種清除金屬氧化物與制備互連層的方法。

背景技術

為了在有限的晶圓表面上形成足夠的金屬內連線，以配合日趨精密且復雜的集成電路的發展需求，在晶圓上制作兩層以上的金屬層，已成為半導體發展的常規技術。

為了使相鄰兩層金屬層之間有良好的隔離效果，在制備第二層金屬層之前，應先在第一層金屬層上形成阻擋層，例如SiCN。

請參閱圖1，圖1為現有技術的互連層的部分結構示意圖。在半導體襯底11上以黑鉆石(BD，Black?Diamond)絕緣材料形成層間絕緣層(IMD，Intermetal?Dielectric)12。在所述層間絕緣層12上形成開口并填充金屬，形成金屬層131、132。在金屬層131、132和層間絕緣層12上形成阻擋層14。所述金屬層131，132的材質可以是銅。所述阻擋層14的材質可以是氮碳化硅。

在形成所述阻擋層14之前，需對金屬層131、132進行化學機械拋光(CMP)，以保證去除多余的金屬且使金屬層的表面平坦化。以金屬層131、132的材質是銅為例，金屬層131、132經化學機械拋光后，暴露于空氣中。由于銅的電遷移現象，在層間絕緣層12上會逐漸積累銅原子，而銅的化學性質較為活潑，易于與空氣中的氧氣發生化學反應，因此，在金屬層131、132以及層間絕緣層12的表面會逐漸形成氧化銅(CuO)。請參閱圖1，在層間絕緣層12和阻擋層14之間，如果有氧化銅存在，勢必會影響兩者之間的粘附性(Adhesion)，從而降低金屬層131、132之間的擊穿電壓(Breakdown?Voltage)。

專利號為US7375066的美國專利中提供了一種制備互連層的方法。請參閱圖2，制備互連層的方法的步驟如下：

步驟S21，提供形成有層間絕緣層的半導體襯底，在所述層間絕緣層上形成開口并填充金屬，形成金屬層；

步驟S22，對金屬層進行化學機械拋光；

步驟S23，通入含N原子的氣體，例如氨氣，清除金屬層和層間絕緣層上的雜質。

步驟S24，在金屬層和層間絕緣層上形成阻擋層。

在上述方法中，只通入含N原子的氣體，例如氨氣，氨氣具有化學堿性，可以去除化學機械拋光后金屬層表面殘留的酸性雜質；但是，實驗中發現氨氣并不能有效去除金屬層和層間絕緣層上的金屬氧化物，導致層間絕緣層和阻擋層之間的粘附性下降，從而降低層間絕緣層的擊穿電壓。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種清除金屬氧化物和制備互連層的方法，有效清除層間絕緣層和阻擋層之間的金屬氧化物，改善兩者之間的粘附性，從而提高層間絕緣層的擊穿電壓。

為解決上述問題，本發明提供一種清除金屬氧化物的方法，包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有金屬層，所述金屬層上形成有金屬氧化物；其特征在于，還包括以下步驟：通入第一氣體，清除所述金屬層和層間絕緣層上的金屬氧化物，所述第一氣體具有還原性。

所述第一氣體是氫氣或甲酸氣體。

所述第一氣體為氫氣，所述氫氣的流量為900sccm～1100sccm；壓強為4托～6托；第一功率為400W～600W；第二功率為80W～120W；時間為15S～25S。

通入第一氣體步驟后，還包括以下步驟：通入第二氣體，清洗所述金屬層和所述層間絕緣層。

所述第二氣體是氮氣、氬氣或氦氣。

所述第二氣體的流量為2500sccm～3500sccm；壓強為9托～11托；時間為25S～35S。

通入第二氣體步驟后，還包括以下步驟：通入氨氣，清除金屬層和層間絕緣層上的雜質。

本發明還提供一種制備互連層的方法，包括以下步驟：提供形成有層間絕緣層的半導體襯底，所述層間絕緣層上形成開口并填充有金屬，形成金屬層；對所述金屬層進行化學機械拋光；通入第一氣體，清除所述金屬層和所述層間絕緣層上的金屬氧化物，所述第一氣體具有還原性；在所述金屬層和所述層間絕緣層上形成阻擋層。

所述第一氣體是氫氣或甲酸氣體。

所述第一氣體是氫氣，所述氫氣的流量為900sccm～1100sccm；壓強為4托～6托；第一功率為400W～600W；第二功率為80W～120W；時間為15S～25S。

通入第一氣體步驟后，還包括以下步驟：通入第二氣體，清洗所述金屬層和所述層間絕緣層。

所述第二氣體是氮氣、氬氣或氦氣。

所述第二氣體的流量為2500sccm～3500sccm；壓強為9托～11托；時間為25S～35S。