TW298673B - - Google Patents

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A7 298673 B7 五、發明説明（/ ) 發明背躉 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係有闥一種具有所謂埋入式接點结構的半導β 元件之製造方法，更具體地說，係一種使用ίβ ( W)栓以 用於形成此一埋入式接點结構方法的改進。 於一半導體元件中，在低階與高階接嬢曆之間、或接 線曆與半導體區域之間的電性埋接是藉著在介於其間之 靨際絕緣膜中提供接點孔或管道孔而達成的。随著疽類 元件體積密度之靖加，接觸孔或管道孔的尺寸就难小和 愈深。也就是說每一傾孔洞的方位比都很大。 另一方面，金鼷構成的接線暦通常用的是鋁或鋁合金 和其他像矽及鋦之類Μ濺潑方法製造的金鼷。不過K激 潑方法澱積的鋁質醑，是無法完全填滿一個大方位比的 孔洞。因而在此提出以附火金鼷栓填補曆際絕緣膜接點 孔。瑄樣的结構躭叫作埋入式接點结構。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 具儀維栓的孔洞是瑄樣形成的：首先，扮演著低階接線 曆的一個具有擴散區域的矽基Η或一涸複合矽暦膜上覆 蓋著氣化矽膜為一層際絕緣膜，而理擇性地除去部分氧 化矽膜Μ形成暴露一部分擴敗區域的接點孔、或暴露一 部分低階接媒層膜的管道孔。之後，在整個基Η上依序 澱積鈦（Τί)及氮化钛（Tin)靥膜，再利用WFe Ηβ以化學 氣相澱積（CVD)方法將鉋曆像覆被似地澱積於整個基片 表面上。再MSF6回蝕餽覆被層直到氮化钛曆的表面暴 霱出來為止，如此便形成了填補孔洞之練栓。接著於整 個曆上澱積鋁或鋁合金再打横製成鋁的接嬢曆。 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 經濟部中央榇準局員工消費合作社印製 五、發明説明（3 ) 1 1 然 而 Μ 上 所 提 及 的 方 法 9 >λ SF 6 回 蝕 餽 覆 被 曆 時 氟 元 1 1 素 會 黏 著 在 氮 化 呔 曆 上 * 之 後 • 在 晶 圓 長 時 間 暴 露 於 大 1 氣 下 則 會 於 氮 化 钛 曆 上 形 成 鈦 和 氟 合 成 的 氟 化 钛 微 粒 0 —V 請 I 我 們 發 現 當 晶 圓 暴 露 在 大 氣 時 % 其 中 的 水 氣 會 和 氟 元 先 閲 1 I 讀 1 | 素 反 應 生 成 氟 化 氫 (HP) 9 氮 化 钛 雨 表 面 就 被 氟 化 氫 氟 化 背 1 之 1 而 形 成 氟 化 钛 微 粒 〇 更 稽 的 是 t 鋁 合 金 形 成 的 接 線 曆 無 注 意 1 I 法 被 m 化 钛 微 粒 平 滑 的 蝕 刻 或 者 會 形 成 短 路 於 接 媒 間 〇 事 項 1 I 再 1 —V 鋁 合 金 的 黏 著 性 舍 損 害 而 令 半 導 Η 元 件 之 產 量 及 可 靠 性 填 本 裝 變 差 〇 頁 1 I 本 發 明 者 研 究 幾 個 不 同 事 件 中 SF 6 回 蝕 餽 覆 被 曆 後 的 Γ 晶 圈 9 暴 露 在 大 氣 中 的 時 間 與 其 形 成 的 氟 化 呔 微 粒 數 巨 1 1 » 之 間 的 闞 係 〇 _ 3 所 示 即 瑄 項 研 究 的 结 果 X - 軸 代 表 被 I 1 SF 6 回 蝕 餽 覆 被 曆 後 的 晶 圆 暴 η 在 大 氣 中 的 時 間 9 y - 軸 1T 1 則 代 表 氟 化 呔 撤 粒 數 百 Ο 1 I 參 考 3 • SF 6 回 蝕 餽 覆 被 曆 後 的 晶 圓 暴 21 在 大 氣 中 1 1 四 個 小 時 之 内 m 化 钛 撤 粒 數 巨 m 乎 沒 有 改 變 f 但 是 之 後 1 刖 迅 速 增 加 〇 也 就 是 說 参 嫌 乎 所 有 的 氟 元 素 都 是 在 四 個 冰 | 小 時 之 後 才 會 黏 著 在 氮 化 呔 上 〇 1 1 然 後 9 於 Β 本 公 開 専 利 申 請 案 號 He i 6- 140372的專利 1 | 中 揭 示 了 兩 種 白 氮 化 呔 曆 上 除 去 氟 元 素 的 方 法 » 及 兩 1 | 種 除 去 氟 化 钛 微 粒 的 方 法 Ο 1 1 首 先 • 第 一 種 白 氮化鈦曆上除去氣化钕微粒的方法 t 是 將 1 I 氮 化 钛 暦 浸 泡 在 像 氨 水 之 類 的 鑪 性 溶 液 中 稍 微 蝕 刻 m 的 1 表 面 Ο 第 二 種 除 去 氟 化 钛 微 粒 的 方 法 • 是 藉 氩 氣 m 潑 方 1 1 4- 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3 ) 法蝕刻來去除的方法。 然而，這兩種方法都會蝕刻整個基片的表面，也就是說 由於氟化钛本身不易去除的緣故，致低階與高陏接線曆 之間的阻抗會因餽栓同樣受到蝕刻而埒加。 據此，可知在氰元素與呔元素反應之前除去氟元素是 較好的方法。 第一種自氮化呔曆上除去氟元素的方法，是將氮化呔曆 上殘留有氟元素的晶圆自化學氣相澱積腔中取出，並在 氰元素與氣化钛曆中之钛元素反應之前置於惰性氣體中 熱。第二種自氮化钛層上除去氟元素的方法，是在氟 元素與鈦元素反應之前將晶片搌到純水中清洗。 然而事實上，需要依續進行許多程序才能完成半導》 產品之製造。因此，在KSFe回触鋳覆被曆步骤完成時 ,除去氟元素的設備通常也用來製造其他的半等體產品 。無論如何蝕刻設備也用來製造其他的半導«產品。而 蝕刻基Η的設備與除去氟元素的設備是不同的。所以晶 園在完成KSFe回蝕餽覆被曆後，便移出蝕刻設備而留 在大氣中。不遇由於通常蝕刻設備是持讀使用四個 小時，事實上幾乎不可能在MSFe回蝕鎢覆被暦後四個 小時之內進行第一或第二除去氟元素的方法。 發明鳜沭 因此，本發明之目的躭是提供一種將氟元素完全自氮 化鈦膜表面除去的方法，即使晶圆在完成M SFe回蝕鎢 覆被曆後已在大氣中留置一段長時間之後也能做到。本 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------(裝----^--訂------{球 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) 發明的另一個目的，是在触刻整個雄覆被臞之表面後四 個小時之内，確實自氮化钛_上除去氟元素。本發明之 又一目的，就是提供一種改進半導體元件製程之產量及 可靠性的方法。 本發明一種製造半導鱷元件之方法，包括Μ下步驟： 在本導黼基片上形成一含有氮化钛之屏瞾曆； 在該蔚壁曆上澱積一鎢覆被曆； 利用含氟元素之反應氣體回鈾餽覆被曆，直到氮化呔 的表面暴露於第一反應腔中為止； 於第二個反懕腔中將氟元素自氮化鈦之上除去；Μ及 在將晶圆從第一個反應腔中移到第二個反應腔中保持 真空瓖境。 圔式簡述 本發明上述Μ及其他目的、優點、與特性，可Μ藉著 下列附_的_肋而更濟楚地描述。 圖1Α到圈1F係顯示根據本發明實施例半導«元件製造 方法之個別步驟的截面圈； 圖2為了解釋本發明實施例，顬示於圖1之方法中使 用的半導«元件製造系統的示意圔； 匾3為了解釋本發明的優點，Μ及習知技術的缺點。 絞佳奮_例詳述 本發明第一實施例，將參照圓1描述於下： 首先，如·1Α所示，在具有擴敗曆10的矽基片11上形 成一氧化矽瞋13。形成當作低階接線曆的複合矽曆12後 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） { 裝 訂 人沐 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明U ) 再加以打横蝕刻。該層12之表面進一步地覆蓋Μ —氧化 矽膜，然後透擇性的蝕刻程序，在複合矽曆_12的 逋當位置上製成直抵擴敢暦10的接酤孔13a、及直抵複 合矽層12的管道孔13b。 然後，如圈lb所示，依序以濺潑方法形成分別是10到 100nm(奈米）及50到200nB(奈米）的钛膜14及氮化钛鹂15 钛膜14必需降低和矽基片11及複合矽曆膜12之間的接點 阻抗。另外，較佳地，在接點子13a及管道孔13b底下的 鈦瞋1 4的厚度通常是1 0 n b或更厚，且該膜旳厚度是確定 於接點孔13a或管道孔13b的深度及直徑。此外，氮化呔 _15,是為了在WFe扮演澱樓餽的氣體來源情況下，避 免基片或複合矽層與WF6互相反應。 如圔1C所示，Μ低壓化學氣相澱積方法成長0.5到1.0 ub(微米）厚的鎢覆被層16。為了將接點孔13a或管道孔 13b完全填平，該瞋16的厚度必須形成大約等於或大於 接點孔13a或管道孔13b之寬度（直徑）。此外雄覆被層16 主要是利用具常用覆蘆性質的氫氣降低l#Fe的氣壓而形 成的。在形成該層16之前，較佳地會以SiH4降低1^6來 澱積一薄的餽曆_, Μ便穩定地形成鋳覆被曆16。嫌覆 被曆16是在溫度為400到50010及數百mTorr(奄托）的壓 力下澱積而成的。] 接下來要參考圏3中所示之半導«元件製程，Μ描述 回蝕整個鎢覆被曆16表面的後鑛處理方法。逭個系統具 有四個反應腔，各腔具有一愐未摞示於圈上的興空幫浦 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ---------( 裝--·！：--訂-----从球 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（红） 。載入鎖腔1是透過一個門閥6與系統外界接a;而蝕 刻腔3具有一個諸如情性氣髑之氣閥5 ;後處理腔4具 有一個諸如氮氣之氣閥5;真空腔2具有門閥7,8, 9與反 應腔1,4,3連接；真空腔2使晶圃可以保持真空瓖境下 於反應腔1,3,5之間傅送。 首先，將在基片上形成了鯓覆被曆16的晶圓放到載入 鎖腔1內，然後晶圓通«真空腔2而放進蝕刻腔3裡。 如_1所示，以SFe氣體乾嫌蝕刻整個雄覆被曆16表 面，使氮化钛膜15表面暴露出一個平坦的都分，並只在 接點孔1 3 a或管道孔1 3 b之中留下IS ,填補接點孔1 3 a或 管道孔13b之鎢栓16a,b就是埴樣形成的，而此時氟元素 18便已黏著於氮化钛膜15上。 在回蝕了晶Η上整個雄覆被曆表面於蝕刻腔3内後， 晶圓就通過真空腔2而傅送到後續處理腔4,而可以將晶 圆留在真空腔2 —段很長的時間，比如超過四個小時。 黏著於氟化鈦膜15表面上的氟元素18,可Μ蘋著把後 鑛處理腔4之處理氣壓降到0.3Torr·或更低、將晶園溫 度升到220t!或更高、並以氮氣對著晶圓表面吹20秒以 上，將之分解後除去。氟元素也可Μ藉著將真空腔2之 處理氣壓降到0 . 3Torr或更低、將晶圔溫度升到220 1或 更高而分解後除去。氟元素可由埴個方法除去的原因不 詳，不過本發明者認為那是氟元素可以由化學動作除去 的緣故。 _3虛媒所欄示的，即本發明中上述處理後的晶圓留 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） I-------(袈------訂------C沐 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 7 ) 1 1 置 此 環 境 的 時 間 及 氟 化 钛 微 粒 數 S 之 間 的 闢 係 〇 其 结 果 1 1 是 即 使 晶 圃 已 於 此 瓖 境 中 留 置 一 段 長 時 間 之 後 也 完 全 不 1 會 有 氟 化 钛 微 粒 生 成 〇 /-—S 請 I 上 述 的 處 理 m 程 可 Η 使 用 的 不 只 是 氮 氣 9 也 可 Μ 使 用 先 閲 1 1 諸 如 氰 氖 或 氰 等 惟 性 氣 體 〇 不 m 不 可 使 用 前 面 提 及 背 fir 1 | 之 1 的 氣 體 〇 注 意 1 | 參 閲 Η 1ΕΚ 濺 潑 方 法 製 造 一 鋁 合 金 膜 〇 之 後 > 此 一 鋁 事 項 1 I 再 合 金 膜 Λ 氮 化 钛 膜 15及 钛 m 14形 成 所 要 求 的 形 狀 再 應 用 破 寫 本 裝 光 石 版 印 刷 及 乾 嫌 蝕 刻 法 打 棋 製 成 鋁 接 嬢 曆 17 a及1 7b 〇 頁 1 I 至 此 完 成 具 有 埋 入 式 接 點 结 構 的 半 導 體 元 件 的 製 作 〇 1. 本 發 明 之 回 蝕 鎢 覆 被 層 及 去 除 氟 元 素 的 步 驟 是 於 個 別 1 的 反 應 腔 中 進 行 的 〇 因 為 可 Μ m 免 下 列 麻 煩 • 即 由 於 Μ 1 1 訂 1 SF 6 回 蝕 鉋 覆 被 曆 時 遺 留 在 蝕 刻 反 應 腔 3 内 壁 的 氟 元 素 » 所 若 於 同 一 蝕 刻 反 應 腔 內 去 除 氟 元 素 則 氟 元 素 會 再 1 I 黏 到 氮 化 钛 曆 m 上 〇 嘗 1 根 據 本 發 明 第 二 實 施 例 白 氮 化 钛 m 表 面 除 去 氟 元 素 的 1 乂 方 法 將 描 述 如 下 0 從 圖 1 Α到 圏 1D的 方 法 是 完 全 一 樣 9 然 冰 I 後 將 晶 片 暴 m 於 充 滿 氳 氣 電 漿 的 後 續 處 理 腔 4 中 〇 1 1 氟 元 素 於 傳 送 到 後 讀 處 理 腔 4 時 黏 著 在 晶 圆 上 的 氮 化 1 I 钛 m 之 表 面 上 以 及 氟 和 肽 間 分 子 束 縛 能 為 136 卡 / 莫 耳 〇 1 I 然 而 » 氟 和 氫 之 間 分 子 束 縛 能 為 153 卡 / 莫耳， 因此， 可 1 1 用 電 漿 分 開 或 分 解 氟 和 钛 相 互 之 間 的 鏈 结 9 並 在 沒 有 施 1 | 加 熱 處 理 之 下 將 氟 元 素 Μ 氫 氣 Η 霣 漿 之 化 學 反 應 方 式 除 I 去 〇 - 9- 1 1 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 298673五、發明説明（名） 氟露在素化性短 以 含暴並元氪著的 可 以致，氟在黏間 是 是不腔將粒高之 而 C ，於理能撤 了線。，變 法再處以鈦蓋導性例改 方，缠所化覆成靠施與 造膜後。氟具造可實飾 製鎢送素免成於及的修 之的傳元避形致量述以 件上腔氟而可不産上予 元膜刻去，明且之於神 體鈦蝕除去發，程限精 導化由膜除本層製不及 半氮膜鈦面此線件並醻 明刻的化表如接元明範 發蝕後氮之。鋁體發之 本燥刻從膜成的導本明 ，乾蝕中鈦生孔半，發 述體將腔化面道 了的本 所氣下理氮表管進然離 上的氣處自之之改顯背 如素大鑛全膜膜而很不 元於後完鈦鎢路 在 S - * {取 訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐）

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種半導體元件之製造方法，包括以下步驟： 在一半導體基片上方形成一含有鈦之導電層； 於該導電層上形成一鎢膜； 以含氟元素之反應氣體回蝕鎢膜直到該導電層之表 面暴露出來為止；以及 將氟元素自該導電層之表面除去； 其中該半導體基片在蝕刻步驟之後保存在真空環境 中直到去除步驟。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該去除步驟傜於 惰性氣體中執行。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該去除步驟偽於 2 2 0 °C或更高之溫度中執行。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該去除步驟係於 氫氣電漿中執行。 5. —種半導體元件之製造方法，包括以下步驟： 在半導體基片上形成一絶緣膜； 在該絶緣層膜中選擇性地形成一個孔洞以暴露該半 導體基片之一部分； 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 與該絶緣膜與該半導體基片之該部分連接之一含有 氮化鈦之屏壁層； 於該屏壁層上澱積鎢以形成一鎢覆被層； 籍使用含氟元素之反應氣體回蝕該鎢覆被層直到該 屏壁層之表面暴露出來為止以形成一填補該孔洞之鎢 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1 1 將 具 有 該 鎢 栓 之 該 半 導 體 基 片 保 存 在 惰 性 氣 黼 之 環 1 1 境 中 » 1 將 該 半 導 體 基 Η 釋 出 Μ 白 該 屏 壁 曆 表 面 上 去 除 氟 元 請 • 1 先 1 素 〇 閱 I 讀 1 I 6 . 如 申 請 專 利 範 圏 第 5 項 之 方 法 f 其 中 該 去 除 步 驟 係 於 背 ιέ 1 | 之 1 惰 性 氣 體 中 執 行 〇 注 意 1 I 7 . 如 申 請 專 利 範 圃 第 6 項 之 方 法 * 其 中 該 去 除 步 驟 係 於 事 項 1 I 再 1 220C或更高之溫度中執行。 4 禽 本 装 8 . 如 串 請 專 利 範 園 第 5 項 之 方 法 » 其 中 該 去 除 步 驟 係 於 頁 ___- 1 | 氫 氣 電 漿 中 執 行 〇 1 9 . 一 種 半 導 體 元 件 之 製 造 方 去 > 使 用 一 種 具 一 第 一 腔 | _ 第 二 腔 以 及 一 真 空 腔 耦 合 於 該 第 一 與 第 二 腔 之 間 之 裝 1 訂 置 該 方 法 包 括 Μ 下 步 驟 : 1 將 一 半 導 體 晶 圓 載 入 該 第 一 腔 中 t 該 半 導 體 晶 圆 包 1 1 括 一 含 钛 之 導 霣 曆 及 形 成 於 該 導 電 曆 上 之 m 曆 1 1 I 於 第 一 腔 中 回 蝕 該 鎢 層 * 1 Λ 將 該 晶 圓 白 該 第 一 應 腔 取 出 且 纆 由 該 真 空 腔 而 載 入 、Ά 1 該 第 二 腔 Μ 及 1 1 於 所 提 及 的 第 二 個 中 將 氟 元 素 白 所 提 及 的 導 電 層 膜 1 1 表 面 除 去 » 1 I 10 .如申請專利範園第9 項之方法， 其中該去除步驟係 1 1 於 惰 性 氣 體 中 執 行 〇 1 11 .如申讅專利範圃第9 項之方法， 其中該去除步驟係 ;1 I 於 簠 氣 電 漿 中 執 行 〇 1 1 12 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）