专利名称：：清除钨插塞合金化处理后表面形成的氧化层的方法
技术领域：
：本发明涉及半导体制程中清除鴒插塞合金化处理之后形成的氧化层的方法，更具体的说，是清除鴒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。参考阁1A和图1B，为中国专利申请CN9612332]提供的一种钨插塞的形成工艺形成的鸭插塞的结构示意图。结合图1A，在硅衬底l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;通过钩淀积工艺，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，在钩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(frondendprocess)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，一询殳要再进行一道合金化工艺(alloyprocess)过程，在400"C的环境中进行热处理，以使晶圓表面的晶格进行重新排列，修复损伤，并确保晶园和鴒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，会导致鴒塞的表面氧化，从而导致钩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(WetBench)或者等离子体刻々虫(plasmaetch)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。由于鴒插塞与氣化层之间的阻挡金属层为T1/TIN,容易受到H1'，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S1'。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鴒插塞在合金化工艺处理之后表面上形成的镇氧化物层导致鸦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钩插塞合金化处理之后表面形成的氣化层的方法，采用化学机械抛光的方法清除鴒插塞表面上形成的鹤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(Ce()2)、氧化铝(A1203)。所述的二氧化硅类研磨料为气相二氧化硅(fomedsilica)研磨料或者胶体二氧化硅(ColloidalSilica)研磨料。所述研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%。研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K()H或者NH4()H,较好的是NlU()ll。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，抛光液中研磨津十为Si()2，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U.2之间。进行化学积4成抛光时施加在鴒插塞上的压力为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。2、本发明采用非氧化性的研磨料如气相二氧化硅(fumedsilica)、胶体二氧化硅(ColloidalSilica)、二氧化铈(Ce02)以及氧化铝(A1203),并保持抛光液的piI值在7至11之间，能有效的去除鴒插塞上的氧化层，同时并不3、采用本发明提供的化学机械抛光的方法清除钨插塞表面的氧化层后，钨插塞与金属布线之间的接触电阻明显便小。抛光前，钨插塞与金属导线之间的平均接触电阻在5至8欧姆之间，抛光之后，钩插塞与金属导线之间的平均接触电阻为2至4欧姆。图1A是半导体制程中形成鴒插塞的剖面结构示意图。图1B是半导体制程中形成鴒插塞的剖面结构示意图。图2是本发明鴒插塞表面的氧化层去除前与金属导线之间的扫描电子显微镜图。图3是本发明钨插塞表面的氧化层去除后与金属导线之间的扫描电子显微镜图。图4和图5分别是不同样本的鵠插塞表面的氧化层在去除之前、去除之后与金属布线之间的接触电阻。具体实施例方式针对本发明所采用的技术和方法设计，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式估支一个详细的i兑明。在晶圆中形成鴒插塞之后，为了修复前端工艺(frondendprocess)对晶阅表面的损伤，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(alloyprocess)过程，在400。C的环境中进行热处理，以使晶圓表面的晶格进行重新排列，修复损伤，并确保晶圆和钨插塞之间形成良好的导电性能。如图2所示，钩插塞在合金化的处理工程中，金属鴒在40(TC的环境中会发生氧化，在鵠插塞的表面形成薄薄的一层氧化层，这层氧化层是金属钨的氧化物。图2中，21为鴒插塞，22为形成的鴒氧化层，23为随后形成的金属布镜(ScanningElectronMicroscope)检测得到的。这层鴒氧化层如果不能去除，在钨插塞上形成金属布线之后，就会在增大钨插塞和金属布线之间的接触电阻(contactresist)，从而产生信号延迟，导致芯片性能降低。因此，必须在不损伤鴒插塞的情况下去除。才、发明采用化学枳4成抛光的方法去除鴒插塞表面的《乌氧化物层。采用的抛光液主要包括非氧化性的研磨料。所述的研磨料主要是非氧化性的研磨料如二氧化硅类研磨料、二氣化铈(Cc、()2)、氣化铝(Ab()3)。采用这些非氧化性的研磨料在有效清除钨插塞表面氧化层的同时，可以避免鹤塞被重新氧化。使用的二氧化硅Si()2磨料可以获得低缺陷、稳定的悬浮及更好的化学机械抛光后清洗效果，而且Si02磨料硬度较低，使用二氧化硅做研磨料不会对鴒插塞表而的金属钩造成损伤，并且较容易控制研磨终点。所述的二氣化硅类研磨料为气相二氧化硅(fumedsilica)研磨料或者胶体二阜'、化硅(ColloidalSilica)研磨料。气相二氧化硅为无机纳米粉体材料，具有对抛光材料表面损伤小、研磨速率快的优点。胶体二氧化硅质点是由无序排列的硅氧四面体组成，粒子表面为羟基覆稳定性程度也不同。因此，当溶液pH值在7附近时胶凝最快，而在显著的酸性和碱性范围内胶体处于稳定状态。本发明提供的碱性抛光液，溶液的pll值在7至11之间，硅溶胶能稳定的存在，而且解决了凝胶问题。市售的二氧化铈一般是稀土金属氧化物的混合物，其最多量组分为二氧化铈。其它组分可包括氧化铷、氧化钐和氧化镧。还可存在更微量的其它稀土元素。其优点为颗粒较大，可以获得较高的抛光速率和选择性。夂;一种比较好的研磨料是八12()3,Al2()3研磨料的硬度较大，可以获得较高的抛光速率和选择性。所述研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%。本发明对研磨料粒子的平均直径没有过多的限制，但比较优选的粒子的平均直径为30nm至200nm。所述抛光液选用的添加剂为KOH或者NH,OH,比较优选的是NH4()11。所述拋光液中添加剂的作用是作为pH緩冲剂，这是由于抛光液的临界电位小的时候，离子间的电性排斥力较小，容易产生晶粒沉积的现象，所以通过plf值缓冲剂来调节抛光液的pH值，使抛光液中的晶粒维持良好的悬浮稳定性，本发明中，较好的添加剂是NH4OH，这是因为采用NH4OH除了可以避免钾离子污染外，更加有利于后面晶圓的清洗。因为KOH溶液的离子强度较强，会使研磨料与晶圆之间的斥力范围减小，促使其吸附与晶圆表面，因此必须增加后续的清洗步骤，才能去除钾离子的污染，同时使用NH,4()H也能降j氐生产成衣。一般表说，不同的研磨料所采用的添加剂种类也不同，对于二氧化硅类的研松料，所采用的添加剂为KOH或者NH4OH，较好的是NH4()H。其中二氧化硅磨料的质量百分比为大于0小于30%,较好的是5%至25%。本发明采用化学机械抛光方法清除钨插塞表面的钨氧化层所用抛光液的pll值在7至ll之间，较好的是l()至ll。由于4乌插塞表面的氧化膜层比较薄，一般厚度在1至20nm之间，因此化学机械抛光时在抛光液的种类和浓度确定的情况下，应该控制研磨的工艺参数，防止再次损伤钩插塞表面或者造成鴒插塞的过腐蚀。影响拋光效果的工艺参数主要指研磨速率和研磨时间，而研磨速率(RemoveRate)的理论计算公式为研磨速率二I^PfVg中!〈为常数，和抛光液的种类、浓度以及研磨料平均微粒直径有关；P为抛光时对晶圓的压力，本发明中指施加在鴒插塞上的压力，数值范围在1至6PSI之间(lPS卜6薩)a);V为抛光垫的速度，一般在30至130RPM/min之间，比较优选的是在70至(S0RPM/min之间。代用^发明提供的方法对钨插塞表面进行化学机械抛光之后，如图3所示，钨插塞21和随后形成的金属布线23之间不再有鵠氧化层22，鴒插塞表而的^化罢被完全清除。通过测量不同样本的钨插塞表面的氧化层在去除前和去除之后与金属布线之问的接触电阻发现，钩插塞表面的接触电阻明显变小。如图4所示，为钨插》:表面的氧化层在去除前与金属布线之间的接触电阻，图中横坐标表示不同"本，纵坐标表示接触电阻，单位为欧姆，从图中可以看出，化学机械抛光〈前，鴒插塞与金属导线之间的平均接触电阻在5至8欧姆之间。如图5所示，为钩插塞表面的氧化层在抛光之后与金属布线之间的接触电阻，从图姆。面用具体实施例实施本发明。s施例i冬发明最为优选的一种非氧化性抛光液为Cabot微电子公司(CabotMicroelectronicsCorporation)生产的SS-25型抛光液，其主要研磨料为Si()2,含量为25%，KOH的含量小于ry。，pH介于10至ll之间。采用SS-25型抛光液，设定抛光垫的拋光速度为80RPM/min，对晶圓的压力保持在3PSI,对鴒插塞进行化学机械抛光。采用上述的工艺方法抛光掉鹤插塞表面的氧化层之后，钩插塞与金属导线之W的微观形貌如图4所示,，阁4是通过日本日立有限公司(Hitachi)生产的型号为SW00的扫描电子显微镜(ScanningFJectronMicroscope)检测得到的检测得到的抛光前，镇插塞与金属导线之间的接触电阻为6欧姆，抛光之后，钨插塞与金應布线之间的接触电阻为2欧姆。实施例2至实施例5实施例2至实施例5中各抛光液的组成如表1所示，抛光时的具体工艺条件以及拋光前后接触电阻的数值如表2所示，具体实施方式参照实施例l。表l实施例2至实施例5抛光液的組成<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表2实施例2至实;^例54烛光时的具体工艺条^牛以及4妻触电阻<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>虽然^发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本观风技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。权利要求1、一种清除钨插塞合金化处理后表面形成的氧化层的方法，其特征在于采用化学机械抛光法清除钨插塞表面的氧化层。2、根掂权利要求1所述的清除钩插塞合金化处理后表面形成的氣化层的3、根据权利要求2所述的清除镇插塞合金化处理后表面形成的氧化层的方法，其特征在于所述的研磨料为非氧化性研磨料为二氧化硅类研磨料、二氧化铈、氧化铝。4、根据权利要求1所述的清除鴒插塞合金化处理后表面形成的氣化层的方法，其特征在于所述的二氧化硅类研磨料包括气相二氧化硅和胶体二氧化硅,，5、根据权利要求1所述的清除钩插塞合金化处理后表面形成的氧化层的方法，其特征在于所述研磨料在抛光液中的质量百分比含量大于0小于等于30%。6、根掂权利要求5所述的清除鴒插塞合金化处理后表面形成的氧化层的方法，其特征在于所述研磨料在抛光液中的质量百分比含量为5%至25%%。7、根据权利要求2所述的清除钩插塞合金化处理后表面形成的氧化层的方法，其特征在于所述石开磨津+粒子的平均直径为30nm至200nm。8、方法，其5恭力口齐要求1所述的清除鵠插塞合金化处理后表面形成的氧化层的9、根据权利要求1所述的清除钩插塞合金化处理后表面形成的氧化层的10、根据权利要求1所述的清除鴒插塞合金化处理后表面形成的氧化层11、根据权利要求1所述的清除鴒插塞合金化处理后表面形成的氧化层的方法，其特征在于所述化学机械抛光法所用抛光液为SS-25型抛光液，抛光液中研磨料为Si02,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之间。12、根据权利要求1所述的清除鴒插塞合金化处理后表面形成的氧化层的方法，其特征在于化学机械抛光时在鵠插塞上的压力为1至6PSI，抛光垫的速度在30至130RPM/min之间。13、根据权利要求1所述的清除鴒插塞合金化处理后表面形成的氧化层的方法，其特征在于化学机械抛光时在鴒插塞上的压力为2至3PSI，抛光垫的速度在70至80RPM/min之间。全文摘要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氧化物，所述抛光液采用非氧化性研磨料包括气相二氧化硅、胶体二氧化硅、二氧化铈(CeO<sub>2</sub>)、氧化铝(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)研磨料。所述研磨料在抛光液中的质量百分比含量大于0小于30％，较好的是5％至25％。采用本发明提供的方法工艺简单，并且能有效清除钨插塞上的氧化层，同时并不会对钨插塞造成污染和损伤。抛光之后，钨插塞与金属导线之间的接触电阻明显变小。文档编号B24C1/08GK101104936SQ200610028778公开日2008年1月16日申请日期2006年7月10日优先权日2006年7月10日发明者张传民,静文,李阳柏,军林申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司