专利名称：在半导体元件中形成铜接触的方法
技术领域：
本发明是有关于一种半导体元件与其形成方法，且特别有关于一种清洁方法与结构，以提供低接触电阻。
背景技术：
半导体元件中常使用铜作为导电内连线材料，因为它可提供快速的速度；但铜难以被图案化，因此常利用镶嵌制程技术形成铜内连线，此技术是先在介电质中形成开口，再将铜沉积于开口内与介电质上，接着利用研磨/平坦化制程将介电质上的铜移除，以留下开口中镶嵌的铜，且此镶嵌铜的上表面与介电质的上表面共平面。铜内连线技术的缺点是暴露的铜表面很容易被氧化，因此，现有制程技术在铜表面经研磨而形成后，就会接着执行保护或其它抗氧化处理来避免铜的氧化，但研磨后用来保护铜表面的材料常会与铜表面上的其它物质作用而形成污染。
在铜表面上形成上方介电质与其它选择性材料后，再于上方介电质中蚀刻出开口以露出铜表面，以作为与铜表面的接触洞。蚀刻停止层可选择性形成于经研磨表面与其上方的介电质间，在沉积此蚀刻停止层时，有机硅酸盐(SiOCH)污染会形成在蚀刻停止层与经保护铜表面的界面上，因为在蚀刻停止层一开始沉积所使用的SiC会与铜的抗腐蚀保护表面作用形成有机硅酸盐；若未使用蚀刻停止层，污染还是会在刚开始沉积介电质时形成。接下来对介电质与蚀刻停止层进行蚀刻，以露出部分铜表面形成接触洞，不论在铜表面上接续形成哪些层，如选择性蚀刻停止层与/或介电层，都会再利用等离子制程蚀刻出开口以露出铜表面，而这会产生蚀刻残留物与副产物，使暴露铜表面的品质降低且使铜的电阻提高，所必须解决蚀刻处理后的铜表面完整度的问题，其中蚀刻残留物常为聚合物且难以移除。
蚀刻残留聚合物与副产物包括氟、碳、铜与其它物质的多种组合，在半导体制造工艺中，常使用H2等离子来移除因蚀刻停止层或介电质沉积或是在蚀刻处理露出铜表面时所产生的聚合副产物与残留物，然而氢等离子对等离子反应室的条件相当敏感，所以难以使每批货都达到一致的再现性。与铜表面接触的介层洞的阻值因氢等离子的清洁程度而异，且很容易随反应室条件而改变且不稳定，所以当利用氢等离子用来做清洁处理时，尚需要执行进一步的清洁处理。
业界急需提出一种耐用的清洁程序，以确保在铜表面的清洁，以降低介层洞的电阻。
发明内容
为解决这些与其它需求，本发明提供一种在半导体元件中形成铜接触的方法，包括以抗腐蚀溶剂处理铜表面；形成介电层于铜表面上；蚀刻开口穿过介电层且露出铜表面；以及以等离子进行清洁，等离子包括等离子气体，等离子气体包括氢气与具有原子量为15或以上的添加物，该添加物占该等离子气体的体积约3～10％。
本发明尚提供一种在半导体元件中形成铜接触的方法，包括以抗腐蚀溶剂对铜表面进行处理；形成介电层于铜表面上；蚀刻开口穿过介电层且露出铜表面；以及以等离子进行清洁，等离子包括氮与氢，氮占等离子体积的约3～10％。
本发明是这样实现的
本发明提供一种在半导体元件中形成铜接触的方法，所述在半导体元件中形成铜接触的方法包括以一抗腐蚀溶剂对一铜表面进行处理；形成一介电层于该铜表面上；蚀刻一开口穿过该介电层且露出该铜表面；以及以一等离子进行清洁，该等离子包括(1)氢与(2)氮或原子量为15以上的添加物，其中氮或该添加物占该等离子体积的约3～10％。
本发明所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，该抗腐蚀溶剂包括苯并三唑。
本发明所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，尚包括在该处理后形成一蚀刻停止层于该铜表面与该介电层间，且其中该蚀刻尚穿过该蚀刻停止层，该蚀刻停止层的形成会于该铜表面上产生一污染，且该清洁是将该污染移除。
本发明所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，该铜表面是经过化学机械研磨。
本发明所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，该开口包括一介层洞。
本发明所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，该开口包括一双镶嵌开口，且该铜表面为形成于一下方介电材料中的另一开口里的铜材料的一上表面。
本发明所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，该蚀刻停止层是以碳化硅或氮化硅形成。
本发明所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，该清洁是于压力约60mTorr，且功率约为150～400瓦下执行。
本发明所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，该清洁包括约20sccm的氮气流与约400sccm的氢气流。
本发明所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，尚包括形成一导电材料于该开口中与该铜表面接触。
本发明所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，该蚀刻包括等离子蚀刻。
本发明所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，该蚀刻包括等离子蚀刻且产生一蚀刻残留聚合物于该铜表面上，且该清洁是移除该蚀刻残留聚合物。
本发明所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，可确保在铜表面的清洁，以降低介层洞的电阻。
图1为一剖面图，显示镶嵌于介电质中的铜结构；图2为一剖面图，显示在图1的结构上形成蚀刻停止层与介电质后的结构；图3为一剖面图，显示在图2的结构中形成开口以露出铜表面的结构；图4为一剖面图，显示在图3的开口中填充导电材料的结构。
具体实施例方式
图1为一剖面图，显示利用镶嵌制程技术将铜结构2镶在介电质4中的结构，可利用研磨处理如化学机械研磨形成此结构，以使铜结构2的上表面6与介电质4的上表面8共平面，其中介电质4可为半导体制造中任何适用的介电质，包括低介电常数材料与许多氧化物与氮氧化物。在如图1所示的结构形成后，铜结构2的上表面6可利用一般技术加以保护，如利用现有的保护制程方法以抗腐蚀溶剂，如苯并三唑(benzotriazole，BTA)，进行处理，且也可用在其它实施例中使用其它抗腐蚀溶剂与其它保护技术，甚至可不作任何保护处理。
图2为图1利用现有方式在上表面6与8上形成选择性(optional)蚀刻停止层10与上方介电质12的结构，可利用化学气相沉积(CVD)或其它形成技术形成选择性蚀刻停止层10与上方介电质12，上方介电层12可为任何可适用的介电质，如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或低介电常数材料，而蚀刻停止层10的蚀刻特性与上方介电质12不同，蚀刻停止层10较上方介电质12难以被蚀刻。在一实施例中，蚀刻停止层10为碳化硅，且也可在其它实施例中使用其它材料如氮化硅。在某些形成蚀刻停止层10的实施例里，会在铜的上表面与蚀刻停止层10间的界面14形成有机硅酸盐(SiOCH)物质；在未使用蚀刻停止层10的实施例中，在形成上方介电质12时，依然会有其它污染物质形成。在上述各实施例中，污染物质可能为保护铜表面的物质与介电层12或蚀刻停止层10反应的产物。
接着利用现有技术在上方介电质12上形成光致抗蚀剂膜16，且使铜结构2的上表面6与开口18对准，然后再利用现有蚀刻技术形成开口以露出上表面6，以提供电性接触。
图3为图2利用现有等离子蚀刻处理或连续的等离子处理对上方介电质12与选择性蚀刻停止层10进行蚀刻，以露出铜结构2的部分上表面6，且移除图2中的光致抗蚀剂膜的结构图，其中开口20是通过等离子蚀刻形成，且常会在上表面6上形成聚合残留物质与蚀刻副产物物质，且这些物质会增加接触电阻，其中聚合残留物质与蚀刻副产物物质包括氟、碳、铜与其它物质所形成的组合，如会形成CFx化合物。开口20可为一单纯的介层洞或是单镶嵌结构或双镶嵌沟槽，且在其它实施例中也可形成其它开口，以露出铜结构2的上表面6。
通过蚀刻处理而形成图3的结构后，本发明提供一种清洁处理，以有效地将残留物与副产物从开口20与上表面5移除，此清洁处理可有效地将形成于界面14与上表面6上的有机硅酸盐(SiOCH)除，也可将蚀刻残留物与副产物如CFx与其它包括氟、碳、铜或其它物质移除，此清洁程序为一等离子清洁处理，其包括氢与原子量15以上的微量气体，在一实施例中，微量气体为氮气，且在其它实施例中也可使用其它合适的微量气体，如使用体积比为10∶1～50∶1的氢气与微量气体，而在其它实施例中也可使用其它比例的混合气体，而微量气体约占等离子气体的体积约2～10％或3～10％，且可利用原子量为15或更大的元素在清洁操作中产生溅击，在一实施例中，清洁处理包括20∶1的氢与氮，如在压力为60mTorr、电源功率为400瓦且偏压功率为150瓦的诱导偶合等离子中使用400sccm的H2与20sccm的N2气体流，或是使用10～200mTorr的清洁反应室压力，或使用100～2000瓦的功率来执行清洁处理，由于溅击现象是与微量气体相关，所以清洁处理对清洁反应室的条件不会太过敏感。
在经过等离子清洁处理之后，接着于开口20中形成导电材料，以与经清洁处理过的上表面6接触，图4显示图3开口20在填充导电材料22后的剖面图，其中导电材料22为铜或其它合适的导电材料，且其上表面24与上方介电质12的上表面26共平面，此结构可由镶嵌制程技术中的研磨处理所形成，但在其它实施例中也可使用其它方法形成此结构。
以上仅为说明本发明的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明的精神与范围设计出许多不同的方式，再者，上述所有的例子与条件都只是用以解说，以使读者了解本发明与本发明的贡献，并非用以限定本发明，且可利用等效的结构与功能完成的本发明的重点、特点与实施例，且等效的结构与功能包括现行与未来的等效结构与功能，就是无论其结构，只要是可执行相同功能的元件皆属本发明的范围。
本发明的实施例请与附图一起配合阅读，在叙述中所使用的相对性用词，如“较低”、“较上”、“水平”、“垂直”、“以上”、“以下”、“上”、“下”、“顶”、“底”等可参阅所叙述所指的方向或图示，这些相对性用词是为了描述方便且并不需确实以此方向建构。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下2铜结构4介电质6铜结构的上表面8介电质的上表面10蚀刻停止层12上方介电质14界面16光致抗蚀剂膜18、20开口22导电材料24导电材料的上表面26上方介电质的上表面
权利要求
1.一种在半导体元件中形成铜接触的方法，其特征在于所述在半导体元件中形成铜接触的方法包括以一抗腐蚀溶剂对一铜表面进行处理；形成一介电层于该铜表面上；蚀刻一开口穿过该介电层且露出该铜表面；以及以一等离子进行清洁，该等离子包括(1)氢与(2)氮或原子量为15以上的添加物，其中氮或该添加物占该等离子体积的3～10％。
2.根据权利要求1所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，其特征在于该抗腐蚀溶剂包括苯并三唑。
3.根据权利要求1所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，其特征在于尚包括在该处理后形成一蚀刻停止层于该铜表面与该介电层间，且其中该蚀刻尚穿过该蚀刻停止层，该蚀刻停止层的形成会于该铜表面上产生一污染，且该清洁是将该污染移除。
4.根据权利要求1所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，其特征在于该铜表面是经过化学机械研磨。
5.根据权利要求1所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，其特征在于该开口包括一介层洞。
6.根据权利要求1所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，其特征在于该开口包括一双镶嵌开口，且该铜表面为形成于一下方介电材料中的另一开口里的铜材料的一上表面。
7.根据权利要求3所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，其特征在于该蚀刻停止层是以碳化硅或氮化硅形成。
8.根据权利要求1所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，其特征在于该清洁是于压力60mTorr，且功率为150～400瓦下执行。
9.根据权利要求1所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，其特征在于该清洁包括20sccm的氮气流与400sccm的氢气流。
10.根据权利要求1所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，其特征在于尚包括形成一导电材料于该开口中与该铜表面接触。
11.根据权利要求1所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，其特征在于该蚀刻包括等离子蚀刻。
12.根据权利要求11所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，其特征在于该蚀刻包括等离子蚀刻且产生一蚀刻残留聚合物于该铜表面上，且该清洁是移除该蚀刻残留聚合物。
全文摘要
本发明提供一种在半导体元件中形成铜接触的方法，具体为一种利用氢等离子与微量气体添加物作蚀刻后铜清洁的方法，以清洁因蚀刻而使铜暴露的表面，其中微量气体添加物约占等离子体积的3～10％，且可为氮气或其它原子量为15以上的物质。微量气体添加物可为等离子清洁中的溅击物质，来移除蚀刻时的高分子副产物或沉积介电材料或蚀刻停止层时所形成的副产物与其它残留物。在形成介电材料与蚀刻停止层前，可利用抗腐蚀溶剂来保护铜表面。本发明所述的在半导体元件中形成铜接触的方法，可确保在铜表面的清洁，以降低介层洞的电阻。
文档编号H01L21/3213GK1819139SQ20051009016
公开日2006年8月16日 申请日期2005年8月11日 优先权日2005年2月8日
发明者蔡震南, 许妙如, 陶宏远 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司