半导体装置的制造方法与流程
本公开实施例涉及半导体技术，且特别涉及半导体装置的制造方法。
背景技术
由于铜所提供的高速度，在半导体装置中偏好使用铜作为导电内连接材料。铜难以被图案化，因此工业已调整镶嵌(damascene)加工技术以形成铜内连接接点。典型的镶嵌工艺可包含在介电层中形成开口，在介电层上方以及开口中沉积铜，接着实施平坦化工艺以移除介电层上方多余的铜，将铜镶嵌于开口中。选择性地，蚀刻停止层形成于铜和介电层的顶表面上。之后，上方介电层和光致抗蚀剂层依序地形成于蚀刻停止层上。接着，使用光刻技术和蚀刻技术在上方介电层和蚀刻停止层中形成开口，暴露出位于其下的铜的部分，以达到电性连接的目的。
与上述工艺相关连的挑战为用于蚀刻通孔(via)的蚀刻工艺会留下蚀刻残留物和副产物。暴露的铜表面由于这些蚀刻残留物和副产物容易氧化，这会导致暴露的铜表面的品质下降并增加接触电阻。当可使用湿式清洗工艺移除氧化铜时，湿式清洗工艺将损坏铜表面。
技术实现要素：
在一些实施例中，提供半导体装置的制造方法，此方法包含在基底上的结构中形成开口，以暴露出电性导电部件的表面的一部分；以及使用从等离子体形成的能量物质轰击掩模层的表面，以从掩模层释放反应性物质，其中反应性物质在电性导电部件暴露的表面上形成阻挡层。
在一些其他实施例中，提供半导体装置的制造方法，此方法包含在基底上方形成第一介电层，第一介电层具有包含电性导电部件的沟槽；在第一介电层上方形成第二介电层；在第二介电层上方形成掩模层；在掩模层和第二介电层中形成开口，以暴露出电性导电部件的表面；由第一气体和第二气体形成等离子体；以及使用来自第一气体和第二气体中的至少一者的能量物质轰击掩模层，以从掩模层释放反应性物质，其中反应性物质在电性导电部件的暴露表面上和开口的侧壁上形成阻挡层。
在另外一些实施例中，提供半导体装置，此半导体装置包含基底，第一介电层形成于基底上，第一介电层具有填充电性导电部件的沟槽；第二介电层形成于第一介电层上方；内连接结构延伸通过第二介电层，以暴露出电性导电部件的表面，其中内连接结构具有侧壁和底部，且内连接结构的底部的内宽与内连接结构的顶部的内宽得比值大于约33％；以及阻挡层形成于内连接结构的底部，阻挡层覆盖电性导电部件的暴露表面。
附图说明
根据以下的详细说明并配合所附附图可以更加理解本公开实施例。应注意的是，根据本产业的标准惯例，图示中的各种部件(feature)并未必按照比例绘制。事实上，可能任意的放大或缩小各种部件的尺寸，以做清楚的说明。
图1为显示依据各种本公开实施例的制造半导体装置的内连接结构的例示性方法的流程图。
图2a-图2e显示依据各种本公开实施例，在制造的各种阶段的半导体装置的剖面示意图。
图3显示依据各种本公开实施例，有着阻挡层形成于通孔的底部和侧壁上的半导体装置的放大剖面示意图。
图4显示依据各种本公开实施例，具有导电材料填充通孔开口(viaopening)和沟槽开口的半导体装置的放大剖面示意图。
附图标记说明：
100流程图
102、104、106、108、110、112、114、116、118操作
200半导体装置
202基底
203、205a、207顶表面
205电性导电部件
205b暴露的顶表面
210第一介电层
212蚀刻停止层
214第二介电层
216抗反射涂层
218掩模层
220第一光致抗蚀剂层
222图案特征
224图案化开口
226第二光致抗蚀剂层
231等离子体
232沟槽开口
234通孔开口
235侧壁
236、237阻挡层
238、240高能量物质
242、244反应性物质
265凹面底部
267上方角落
402导电材料
θ通孔角度
“d1”、“d2”内宽
具体实施方式
要了解的是以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例，以实施提供的主体的不同部件。以下叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以求简化公开内容的说明。当然，这些仅为范例并非用以限定本公开。例如，以下的公开内容叙述了将一第一部件形成于一第二部件之上或上方，即表示其包含了所形成的上述第一部件与上述第二部件是直接接触的实施例，亦包含了尚可将附加的部件形成于上述第一部件与上述第二部件之间，而使上述第一部件与上述第二部件可能未直接接触的实施例。此外，公开内容中不同范例可能使用重复的参考符号及/或用字。这些重复符号或用字是为了简化与清晰的目的，并非用以限定各个实施例及/或所述外观结构之间的关系。
再者，为了方便描述附图中一元件或部件与另一(复数)元件或(复数)部件的关系，可使用空间相关用语，例如“在...之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”及类似的用语。除了附图所绘示的方位之外，空间相关用语也涵盖装置在使用或操作中的不同方位。所述装置也可被另外定位(例如，旋转90度或者位于其他方位)，并对应地解读所使用的空间相关用语的描述。
图1为显示依据各种本公开实施例的制造半导体装置的内连接结构的例示性方法的流程图100。图2a-图2e显示依据图1的流程图100，在制造的各种阶段的半导体装置的剖面示意图。本领域技术人员应当理解，形成半导体装置及相关结构的全部工艺并未显示于图中或描述于此。虽然各种操作显示于途中并描述于此，但是并不意味着限制这些步骤的顺序或中间步骤的存在或不存在。除非明确指出，否则显示或描述的顺序的操作仅为了说明而完成，而不排除实际上至少部分地(如果不是完全地)以同时或重叠的方式实施个别步骤。
流程图100从操作102开始，提供半导体装置200的内连接结构。半导体装置200的内连接结构可包含第一介电层210形成于基底202上方，第一介电层210包含电性导电部件205。半导体装置200的内连接结构可为集成电路(integratedcircuits，ics)的制造的各种阶段的多层结构。举例来说，半导体装置200的内连接结构可为后段工艺(backendoftheline，beol)内连接结构的一部分，其中个别的装置或组件通过线路或金属层内连接。可以注意的是，在形成内连接结构于基底上之前，额外的结构、材料层或装置结构可预先形成于基底上，以促进半导体装置200的操作和适当功能。举例来说，在形成所需的内连接结构之前，前端结构(例如栅极结构、接点结构或其他合适的结构)可预先形成于基底202上。
电性导电部件205可通过使用合适技术(例如镶嵌工艺)形成于第一介电层210中。接着，对半导体装置200的内连接结构进行研磨工艺，例如化学机械研磨(chemicalmechanicalpolish，cmp)工艺，使得电性导电部件205的顶表面205a与第一介电层210的顶表面207大致在相同高度上，如图2a所示。电性导电部件205可由金属、金属合金、过渡金属、过渡金属合金或类似物形成。举例来说，电性导电部件205可由铜、铝、金、钨等形成。在其他例子中，电性导电部件205可由铜、含铜金属、铜合金或含铜合金形成。在一例子中，电性导电部件205由铜制成。
第一介电层210可为在半导体制造中使用的任何合适的介电材料的一层或多层。举例来说，第一介电层210可为包含氧化物、氮化物、低介电常数(low-k)材料、含硅碳材料或其他合适介电材料的单一层。在一些例子中，第一介电层210为包含氧化物、氮化物、低介电常数材料或其他合适介电材料的层堆叠。第一介电层210的例示性材料包含氧化硅、氧化铝、碳化硅、掺杂碳的氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、非晶碳及前述的任何组合，但不限于此。
本公开实施例中使用的术语“在…上方”或“在…之上”是用以表示第一元件与第二元件的表面相邻，但第一元件不一定邻接第二元件的表面。因此，当描述第一介电层210形成于基底202上方，可存在一个或多个中介层在基底202的表面与第一介电层210之间。举例来说，第一介电层210可形成与基底202的顶表面203相邻，但第一介电层210不一定邻接基底202的顶表面203。或者，第一介电层210可形成邻接基底202的顶表面203，如图2a所示。
此处使用的术语“基底”意在广泛地涵盖任何可在工艺腔体中加工的物体。举例来说，基底202可为能够具有材料沉积于其上的任何基底，例如硅基底(例如硅(掺杂或未掺杂)、结晶硅(例如si<100>或si<111>)、氧化硅、掺杂或未掺杂的多晶硅或类似物)、锗基底、硅锗(sige)基底、第iii-v族化合物基底(例如砷化镓基底)、碳化硅(sic)基底、图案化或非图案化的绝缘层上覆硅(silicon-on-insulator，soi)基底、掺杂碳的氧化物、氮化硅、显示器基底(例如液晶显示器(liquidcrystaldisplay，lcd))、等离子体显示器、电激发光(electroluminescence，el)灯显示器、太阳能阵列、太阳能面板、发光二极管(lightemittingdiode，led)基底)、玻璃、蓝宝石或任何其他材料(例如金属、金属合金和其他导电材料)。一个或多个电性装置(例如各种n型金属氧化物半导体(n-typemetal-oxidesemiconductor，nmos)装置及/或p型金属氧化物半导体(p-typemetal-oxidesemiconductor，pmos)装置，例如晶体管、电容、电阻、二极管、光电二极管、熔丝和类似物)可形成于基底202中。基底202可为多层内连接方案中的一层。基底202不限于任何特定尺寸或形状。因此，基底202可为具有200mm直径、300mm直径或其他直径(例如450mm)的圆形基底。基底202也可为任何多边形、正方形、矩形、曲面或其他非圆形的工件。
在操作104中，如图2a所示，在电性导电部件205的顶表面205a以及第一介电层210的顶表面207上方形成蚀刻停止层212。在蚀刻工艺期间，蚀刻停止层212保护任何下方层。蚀刻停止层212可通过使用任何合适技术形成，例如物理气相沉积(physicalvapordeposition，pvd)、原子层沉积(atomiclayerdeposition，ald)、化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)或等离子体增强化学气相沉积(plasmaenhancedcvd，pecvd)。选择蚀刻停止层212具有与后续形成于蚀刻停止层212上方的第二介电层214不同的蚀刻特性。用于蚀刻停止层212的合适材料包含氮化硅、碳化硅、碳氧化硅、掺杂氮的碳化硅、氮氧化硅、氧化硅、金属氧化物(例如氧化铪或氧化铝)和任何前述的组合。虽然显示蚀刻停止层212为单一层，但是蚀刻停止层212可为包含此处描述的材料的两层或更多层的层堆叠。
在操作106中，依序地在蚀刻停止层212上方形成第二介电层214和抗反射涂层(anti-reflectivecoatinglayer，arc)216，如图2a所示。可使用第二介电层214作为绝缘层。第二介电层214可为具有小于约3.9的介电常数的低介电常数(low-k)层，例如约3.2或更小。在一些实施例中，第二介电层214为超低介电常数材料，例如具有小于2.5的介电常数的介电材料。用于第二介电层214的合适材料包含掺杂碳的氧化硅(例如碳氧化硅(sioc))，也被称为有机硅玻璃(organosilicateglass，osg))、无掺杂硅玻璃(undopedsilicateglass，usg)、氟硅玻璃(fluorinatedsilicateglass，fsg)、磷硅玻璃(phosphoricsilicateglass，psg)、硼磷硅玻璃(borophosphosilicateglass，bpsg)、四乙氧基硅烷(tetraethylorthosilicate，teos)为基础的氧化物、旋涂玻璃(spin-onglass，sog)、有机聚合物和前述的任何组合，但不限于此。在一情况中，其中蚀刻停止层212为碳化硅，第二介电层214可例如为碳氧化硅或上述提到的在后续工艺中对蚀刻剂具有不同抵抗性的其他材料。
使用抗反射涂层216来抑制或最小化来自下方层的反射，下方层对后续光刻工艺中使用的紫外光具反射性。用于抗反射涂层216的例示性材料包含氧化硅、碳氧化硅、氮氧化硅、含碳氢化合物的氧化硅、氮化硅、氮化钛、氮化钽、含钛材料、有机材料和任何前述的组合。在一些实施例中，抗反射涂层216为无氮材料，例如无氮的氧化物。在一实施例中，抗反射涂层216为无氮的碳氧化硅。抗反射涂层216可通过使用任何合适技术形成于第二介电层214上方，例如化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、高密度等离子体化学气相沉积(high-densityplasmacvd，hdp-cvd)或旋涂工艺等。可实施平坦化工艺(例如化学机械研磨工艺)将第二介电层214及/或抗反射涂层216平坦化。
在操作108中，在抗反射涂层216上方形成掩模层218，如图2a所示。掩模层218包含导电材料，例如碱金属及其合金、过渡金属、过渡金属化合物及其合金、氮化物金属硅化物或金属硅化物。金属掩模层的使用增强蚀刻抵抗性和硬度。如下将更详细描述，也可使用掩模层218作为沉积于电性导电部件205的暴露的顶表面205b上的阻挡层的材料源。在一实施例中，掩模层218由过渡金属化合物形成，例如过渡金属氮化物或过渡金属碳化物。例示性的过渡金属包含任何选自周期表中第3族到第12族的元素，例如钛(ti)、锰(mn)、铁(fe)、钴(co)、镍(ni)、锌(zn)、锆(zr)、钼(mo)、钌(ru)、钨(w)、铂(pt)、钽(ta)等。过渡金属氮化物的例子包含氮化钛(tin)、氮化钨(wn)或氮化钽(tan)等。过渡金属碳化物的例子包含碳化钛(tic)、碳化钨(wc)或碳化钽(tac)。掩模层218可通过任何合适的技术形成，例如化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、高密度等离子体化学气相沉积、低压化学气相沉积(low-pressurecvd，lpcvd)、原子层沉积(ald)或物理气相沉积(pvd)等。
应当注意的是，虽然本公开实施使用术语“掩模层”，也可使用具有硬度和蚀刻抵抗性及/或能够用作硬掩模层、覆盖层、保护层或蚀刻停止层的任何层来保护下方层。
在操作110中，使用光光刻技术在掩模层218上方形成第一光致抗蚀剂层220以形成图案特征222，如图2a所示。图案特征222各自与电性导电部件205大致对齐。使用合适的蚀刻工艺将图案特征222转移通过掩模层218的厚度。可使用抗反射涂层216作为蚀刻工艺的蚀刻停止层。在完成蚀刻工艺之后，图案化开口224形成于掩模层218中，如图2b所示。接着，通过湿式或干式剥离工艺将第一光致抗蚀剂层220剥离。
在操作112中，在掩模层218上方形成第二光致抗蚀剂层226，如图2b所示。第二光致抗蚀剂层226形成于图案化开口224中以及掩模层218的顶表面上方。第二光致抗蚀剂层226定义与电性导电部件205大致对齐的沟槽图案。第二光致抗蚀剂层226可为适合将沟槽图案转移至下方层的任何光致抗蚀剂材料。举例来说，第二光致抗蚀剂层226可为具有底层、中间层和顶层的三层掩模。底层可为碳有基层，中间层可为用于帮助图案化底层的含硅的碳层，顶层可为设计用于暴露于193nm或157nm波长的任何合适的光致抗蚀剂材料。可使用合适的蚀刻工艺(例如各向异性干蚀刻工艺)在抗反射涂层216中以及部分的第二介电层214中形成沟槽开口232，如图2c所示。可将蚀刻工艺定时，以达到在第二介电层214中的沟槽开口的期望深度。接着，使用任何合适的剥离工艺移除第二光致抗蚀剂层226。
在操作114中，形成通孔开口234通过第二介电层214和蚀刻停止层212，如图2d所示。可使用定义通孔图案的图案化光致抗蚀剂层作为掩模，接着通过合适的蚀刻工艺形成通孔开口234。通孔图案大致与沟槽图案对齐，但具有比沟槽图案较窄的横向宽度。蚀刻工艺使用最佳化的蚀刻气体混合物和等离子体参数，以最小限度的过蚀刻蚀刻停止层212。为了清楚起见，仅显示一个通孔开口234从沟槽开口232延伸至电性导电部件205。接着，使用任何合适的剥离工艺移除图案化光致抗蚀剂层。应当理解的是，虽然此处讨论的是先开槽后钻孔(trenchfirstvialast，tfvl)的方式，但是本公开实施例的概念也可使用先钻孔后开槽(viafirsttrenchlast，vftl)的方式。本公开实施例使用的术语“沟槽”和“通孔”可广泛地涵盖适用于在半导体装置200中提供水平延伸及/或垂直延伸的导电或接触路径的任何表面形貌特征，例如“开口”、“孔洞”、“凹口”、“插塞”等。
在一实施例中，通孔开口234具有约
通孔开口234暴露出电性导电部件205的顶表面205a的一部分，以提供与电性导电部件205的电性连接。尽管将蚀刻工艺最佳化以最小限度的过蚀刻来蚀刻蚀刻停止层212，电性导电部件205的顶表面205a由于过蚀刻经常被损毁。蚀刻工艺可使用含氟碳化合物的蚀刻气体，这可能导致聚合物残留物和蚀刻副产物形成于电性导电部件205的暴露的顶表面205b上。这些聚合物残留物和副产物可能降低电性导电部件205的暴露的顶表面205b的品质以及不期望地增加接触电阻。特别来说，在湿式清洗工艺或干式清洗工艺之后，有着聚合物残留物和副产物的暴露的顶表面205b易于氧化。典型的聚合物蚀刻残留物和副产物可包含氟(f)、碳(c)、铜(cu)和各种组合的其他物质。举例来说，通过含氟碳化合物的蚀刻气体与新暴露的顶表面的铜反应，各种cxfy、cufx、cuox化合物或聚合物可产生在电性导电部件205的暴露的顶表面205b上。
在操作116中，在工艺腔体中对半导体装置进行蚀刻后处理。蚀刻后处理使用由包含惰性气体和蚀刻气体的等离子体231形成的高能量物质238和240(高能量物质238也被称为氮气物质)，以移除在电性导电部件205的暴露的顶表面205b上的蚀刻残留物或副产物。蚀刻后处理工艺也包含以高能量物质238和240轰击掩模层218，以从掩模层218释放反应性物质。这些反应性物质的其中一些再沉积于电性导电部件205的暴露的顶表面205b上而形成阻挡层236。在一些实施例中，沉积于暴露的顶表面205b上的阻挡层236的材料主要取决于掩模层218的材料。
本公开实施例中的术语“物质”可指在等离子体中发现的离子化物质、自由基物质及/或中性物质。此外，虽然此处描述的蚀刻后处理实施于掩模层218上来产生反应性物质，但是蚀刻后处理也可实施于具有用于阻挡层236的期望的组成或具有期望的组成且可用作掩模层、覆盖层、遮蔽层、包覆层、蚀刻停止层、抗反射层等的内连接结构中的任何层。
在各种实施例中，等离子体231由包含惰性气体的第一气体以及包含蚀刻气体的第二气体的气体混合物形成。合适的惰性气体包含氦(he)、氖(ne)、氩(ar)、氪(kr)、氙(xe)和任何前述的组合，但不限于此。合适的蚀刻气体包含含氢气体(例如氢(h2)或氨(nh3))、含氧气体(例如二氧化碳(co2)、一氧化碳(co)、氧(o2)、臭氧(o3))、含氮气体(例如氮(n2)、一氧化二氮(n2o)、一氧化氮(no)、二氧化氮(no-2)、氨(nh3))和前述的任何组合，但不限于此。在一实施例中，选用为第一气体的惰性气体为离子化状态且对掩模层218具化学惰性，在有或没有来自第二气体的蚀刻气体的帮助下，能够以控制的离子能量轰击掩模层218的表面，以从掩模层218释放反应性物质。在一实施例中，选用为第二气体的蚀刻气体为离子化状态，且能够从电性导电部件205的暴露的顶表面205b化学及/或物理移除残留物和副产物。离子化的蚀刻剂也能够以控制的离子能量轰击掩模层218的表面，以从掩模层218释放反应性物质。
等离子体231可由上述所列的第一气体和第二气体的任何组合形成。在各种实施例中，第一气体为有着相对高分子量的惰性气体，例如氩(ar)、氪(kr)、氙(xe)等，第二气体可为具有蚀刻或轰击能力的任何合适气体，例如含氢气体、含氮气体、含氧气体和前述的组合。举例来说，在一实施例中，第一气体包含ar，第二气体包含n2。在一实施例中，第一气体包含ar，第二气体包含nh3。在一实施例中，第一气体包含ar，第二气体包含no2。在一实施例中，第一气体包含ar，第二气体包含n2和h2。在一实施例中，第一气体包含ar，第二气体包含n2和co。在一实施例中，第一气体包含ar，第二气体包含n2、co和h2。在一实施例中，第一气体包含ar，第二气体包含n2和co2。在一实施例中，第一气体包含ar，第二气体包含n2、nh3和co。当掩模层218由过渡金属化合物(例如过渡金属氮化物)形成时，发现这些例示性的实施例为有效的。然而，可以理解的是，所列的这些实施例仅为范例，因为第一气体和第二气体可依据要移除的残留物和副产物或要轰击的掩模层的材料而改变。
图2e显示依据本公开实施例，在蚀刻后处理期间，发生在半导体装置200上的反应。为了说明起见，使用含钛材料(例如tin)作为掩模层218的一个例子。蚀刻后处理也可应用用于掩模层218的任何材料，例如tisin、含钽材料(例如tan、tasin)、含钨材料(例如wn)或适用于掩模层218的任何材料，如上参照图2a的描述。在蚀刻后处理期间，半导体装置200暴露于来自等离子体231的离子化的第一气体和第二气体。来自等离子体231的一些高能量物质(例如高能量物质238)直接朝向电性导电部件205的暴露的顶表面205b上的蚀刻残留物或副产物并与其反应。在一实施例中，高能量物质238由蚀刻气体(例如氮气)形成。来自等离子体的氮气物质与蚀刻副产物(例如氟化铜(cuf-2))反应，释放出气态的nfx，同时将cuf-2还原为cu。其他高能量物质(例如高能量物质240和高能量物质238)轰击tin的掩模层218，以释放反应性物质242和244。在一实施例中，物质240由惰性气体(例如氩)形成。从tin掩模层释放的反应性物质242和244包含氮气物质和钛物质(故反应性物质242也可被称为氮气物质，反应性物质244也可被称为钛物质)。来自tin掩模层的氮气物质相似于来自等离子体的高能量物质238，可与蚀刻残留物或副产物(例如氟化铜(cuf2))化学反应，以释放气态的nfx，气态的nfx可从工艺腔室泵送，同时将cuf2还原为cu金属。
反应性物质244与来自等离子体的高能量物质238及/或从tin的掩模层218释放的反应性物质242反应形成tin，一些tin沉积于电性导电部件205的暴露的顶表面205b上。由于重力及/或施加至基底支撑件(半导体装置200设置于基底支撑件上)的偏压功率，反应性物质244与高能量物质238和反应性物质242被优先地引导至电性导电部件205的暴露的顶表面205b上，进而在暴露的顶表面205b上形成tin的阻挡层236。阻挡层236覆盖或密封电性导电部件205的暴露的顶表面205b。
因此，蚀刻后处理使用存在于掩模层218中的材料，在暴露的顶表面205b上形成阻挡层。控制这些潜在地或有意地从掩模层218轰击出的材料可在所期望的位置重新形成于所期望的位置上的方式，提供阻障功能也作为电性改善层。特别来说，阻挡层236防止电性导电部件205的暴露的顶表面205b氧化和损坏，否则如果没有阻挡层236，在后续工艺中将发生电性导电部件205的暴露的顶表面205b的氧化和损坏。因此，提高了接触表面(例如铜表面)的品质，以获得较佳的电性效能。在轰击的同时，也移除残留物。余留在暴露的顶表面205b上的蚀刻残留物或副产物通过阻挡层密封或覆盖。此外，在后续的湿式清洗工艺中，可轻易地移除重新沉积于阻挡层236上及/或沿通孔开口234的侧壁的蚀刻残留物或副产物。
在蚀刻后处理期间，可施加偏压功率至工艺腔体的基底偏压装置，以帮助将高能量物质238和240以及反应性物质242和244吸引朝向半导体装置200并在电性导电部件205的暴露的顶表面205b或在电性导电部件205的暴露的顶表面205b附近反应。偏压功率帮助以对介电层的侧壁的最小的反应来轰击掩模层218的顶表面。因此，当从ti物质和n物质反应形成的tin主要沉积于暴露的顶表面205b上，仅最少量的tin沿通孔开口234的侧壁沉积。图3显示沉积于通孔开口234的侧壁235上的阻挡层237相对少于沉积于通孔开口234的底部上的阻挡层236。通孔图案的底部的偏好导因于大部分氮气物质用于与位于通孔开口234的底部的蚀刻残留物或副产物反应。因此，通孔开口234的侧壁235上的阻挡层237被限制在最低水平面。在一实施例中，阻挡层236具有约
第一气体和第二气体可分开地或预混合地流入产生等离子体的等离子体反应器。等离子体反应器可设置于设置基底的工艺腔体中，或远离工艺腔体设置。等离子体反应器可为具有单独控制对等离子体源产生器的电源输入和基底偏压装置的电源输入的任何合适的反应器。在一实施例中，等离子体反应器为电感耦合等离子体(inductivelycoupledplasma，icp)反应器。在此一情况中，等离子体反应器可具有控制决定等离子体密度(源功率)的电感耦合射频(radiofrequency，rf)功率的提供的等离子体源控制器以及控制用于在基底表面上产生偏压(偏压功率)的射频功率或直流(directcurrent，dc)电源的提供的偏压控制器。使用偏压控制高能量物质238和240在基底表面上(例如在上述的掩模层218的表面及/或电性导电部件205的暴露的顶表面205b)上的轰击能量。虽然本公开实施例使用电感耦合等离子体反应器形成等离子体，但是也可使用其他等离子体源，例如电容耦合等离子体(capacitivelycoupledplasma，ccp)源、去耦合等离子体源(decoupledplasmasource，dps)、磁控管等离子体源、电子回旋共振(electroncyclotronresonance，ecr)源或微波等离子体源。
在使用电感耦合等离子体反应器的情况中，可使用以下的腔体工艺参数来实施蚀刻后处理。可使用这些参数来处理本公开实施例所讨论的掩模层，例如由过渡金属化合物(例如过渡金属氮化物)形成的掩模层。在各种实施例中，反应器压力可在约1mtorr至约10torr，例如约10mtorr至约1torr，举例来说约20mtorr至约60mtorr。源功率可在约50w至约650w，例如约100w至约500w，举例来说约250w至约450w。可在约30mhz至约60mhz的射频(rf)范围内施加源功率。提供至电感耦合等离子体反应器的基底支撑件的偏压功率可在约10w至约450w，例如约50w至约300w，举例来说100w至约200w。可在约10mhz至约30mhz的射频范围内施加偏压功率。基底温度可在约450℃或更小，例如约200℃或更小、150℃或更小、100℃或更小、80℃或更小、50℃或更小，举例来说约23℃至约30℃。第一气体的气体流量可约60sccm至约5000sccm，例如约100sccm至约2200sccm，举例来说约300sccm至约1000sccm。第二气体的气体流量可约5sccm至约250sccm，例如约10sccm至约150sccm，举例来说约20sccm至约100sccm。处理时间可约10秒至约120秒，例如约20秒至约60秒，举例来说约25秒至35秒。此处讨论的工艺参数是以300mm基底为基础。这些工艺参数可依据掩模层的厚度、通孔开口的尺寸、基底的尺寸、等离子体反应器的能力以及应用而改变。
在一些实施例中，第一气体以第一体积流率流入等离子体反应器，而第二气体以第二体积流率流入等离子体反应器，且第一体积流率与第二体积流率的比例可控制在约3:1与约40:1之间，例如约6:1至约30:1，举例来说例如约9.1:1至约20.6:1。可调整第一气体的流率来控制通孔开口234的底部轮廓。举例来说，含有惰性气体的第一气体的流率可维持在约600sccm或更高，以得到凹面底部265(请参照图3)。含有惰性气体的第一气体的流率可维持在600sccm以下，以得到通孔开口234的凸面底部。
在蚀刻后处理期间使用的电压可改变通孔开口234的轮廓并径向扩大电性导电部件205的暴露的顶表面205b。举例来说，在电感耦合等离子体反应器中，可以一定的比例提供源功率和偏压功率的功率等级，以控制高能量物质在通孔开口234的上方角落267的轰击。在各种实施例中，以第一功率等级提供源功率并以第二功率等级提供偏压功率，第一功率等级与第二功率等级的比例可在约1:1与约30:1之间，例如约1.2:1至约12:1，举例来说约1.5:1至约5.9:1。已经观察到的是，提供源功率与偏压功率的比例约1.2:1至约12:1(特别来说约1.5:1至约5.9:1)的电感耦合等离子体反应器将供应足够的轰击能量，其有效地将通孔开口234的上方角落267从粗糙轮廓塑形或修整为平滑和圆形的轮廓，如图3所示。
类似地，可调整源功率和偏压功率的功率等级来控制高能量物质在电性导电部件205的暴露的顶表面205b与通孔开口234的侧壁235之间的连接角落的轰击，进而扩大暴露的顶表面205b的横向尺寸，以提供更大的电性连接表面积。在此例子中，暴露的顶表面205b的横向尺寸大至对应至通孔开口234的底部的内宽“d2”。扩大的暴露的顶表面205b也增加了通孔角度θ，使得通孔开口234的直径轮廓相对于基底202的顶表面203变得更垂直。术语“通孔角度”是指通孔开口234的侧壁235与第一介电层210的顶表面207之间的角度。在一实施例中，通孔角度θ为约55°至约75°，举例来说约59.7°。此外，暴露的顶表面205b也增加通孔开口234的内宽“d2”与内宽“d1”的比例。举例来说，在蚀刻后处理之后，已经观察到d2/d1值从小于约33％增加至大于33％。
在操作118中，可使用任何合适的湿式清洗工艺清洗半导体装置200。举例来说，湿式清洗工艺可使用碱土金属为基础的溶液、酸系溶液或任何其他合适的溶液或可有效地从半导体装置200移除不想要的残留物或聚合物的溶液。湿式清洗工艺可移除阻挡层236的一部分或整体。在一些情况中，湿式清洗工艺移除设置于通孔开口234的底部的阻挡层236的一部分和设置于通孔开口234的侧壁235上的阻挡层236的大部分。接着，在湿式清洗工艺之前或之后，可从半导体装置200移除掩模层218。
一旦清洗了半导体装置200，可对半导体装置200进行额外的工艺，例如可能需要金属化工艺来形成多层内连接结构。举例来说，各种通孔开口234和沟槽开口232可填充导电材料402，导电材料402可为铜或上述关于电性导电部件205的任何材料。填充导电材料的通孔开口234和沟槽开口232作为在多层内连接结构中连接至其他装置的导电路径。图4显示具有填充导电材料402的通孔开口234和沟槽开口232的半导体装置200的放大剖面示意图。可以看出已通过先前的湿式清洗工艺移除设置于通孔开口234的底部的阻挡层236的一部分和在通孔开口234的侧壁235上的阻挡层236的大部分。因此，阻挡层236的厚度一般比湿式清洗工艺之前薄。较薄的阻挡层236防止铜或其他导电材料不想要的扩散到相邻层。
本公开实施例提供蚀刻后处理工艺，用于防止在通孔开口/沟槽开口形成之后的内连接结构的电性接触表面损坏或氧化。蚀刻后处理工艺包含使用含有气体混合物的等离子体轰击电性接触表面。使用由等离子体形成的高能量物质的其中一些来移除在暴露的电性接触表面上的蚀刻残留物或副产物。从电性接触表面移除蚀刻残留物或副产物降低了半导体装置的整体接触电阻。其他高能量物质被用来轰击内连接结构的掩模层，以从掩模层释放出反应性物质。释放出的反应性物质重新沉积于暴露的电性接触表面上而形成阻挡层。新形成的阻挡层保护下方的电性接触表面免于氧化。可控制等离子体密度和电源电压来改变通孔开口的轮廓以及扩大电性接触表面的表面面积，以达到更好的电性连接。
在一实施例中，加工基底的方法包含在基底上的结构中形成开口，以暴露出电性导电部件的表面的一部分，以及使用从等离子体形成的能量物质轰击掩模层的表面，以从掩模层释放反应性物质，其中反应性物质在电性导电部件暴露的表面上形成阻挡层。
在一些其他实施例中，上述方法还包括在轰击掩模层的表面时，使用能量物质移除形成于电性导电部件的暴露表面上的残留物或副产物。
在一些其他实施例中，其中掩模层包含导电材料。
在一些其他实施例中，其中等离子体由含有惰性气体的第一气体以及含有蚀刻气体的第二气体形成。
在一些其他实施例中，其中蚀刻气体为含氢气体、含氧气体、含氮气体和任何前述的组合中的至少一者。
在一些其他实施例中，上述方法还包括以第一体积流率将第一气体流入等离子体反应器，并以第二体积流率将第二气体流入等离子体反应器，其中第一体积流率与第二体积流率的比例约3:1至约40:1。
在一些其他实施例中，上述方法还包括在轰击掩模层的表面时，对基底支撑件施加偏压功率，其中基底设置于基底支撑件上。
在一些其他实施例中，其中等离子体通过电感耦合等离子体反应器形成，且电感耦合等离子体反应器的源功率与电感耦合等离子体反应器的偏压功率的比例在约1.2:1至约12:1。
在其他实施例中，加工基底的方法包含在基底上方形成第一介电层，第一介电层具有包含电性导电部件的沟槽，在第一介电层上方形成第二介电层，在第二介电层上方形成掩模层，在掩模层和第二介电层中形成开口，以暴露出电性导电部件的表面，由第一气体和第二气体形成等离子体，以及使用来自第一气体和第二气体中的至少一者的能量物质轰击掩模层，以从掩模层释放反应性物质，其中反应性物质在电性导电部件的暴露表面上和开口的侧壁上形成阻挡层。
在一些其他实施例中，上述方法还包括在使用来自第一气体和第二气体中的至少一者的能量物质轰击掩模层时，使用来自第二气体的能量物质移除在电性导电部件的暴露表面上的残留物或副产物。
在一些其他实施例中，其中来自第一气体和第二气体中的至少一者的能量物质扩大电性导电部件的暴露表面的横向宽度或尺寸。
在一些其他实施例中，其中等离子体通过电感耦合等离子体反应器形成，且电感耦合等离子体反应器的源功率与电感耦合等离子体反应器的偏压功率的比例在约1.2:1至约12:1。
在一些其他实施例中，其中掩模层包含钛(ti)、锰(mn)、铁(fe)、钴(co)、镍(ni)、锌(zn)、锆(zr)、钼(mo)、钌(ru)、钨(w)、铂(pt)或钽(ta)。
在一些其他实施例中，上述方法还包括使用湿式清洗工艺移除阻挡层的一部分，以及移除掩模层。
在一些其他实施例中，其中第一气体为选自由氩(ar)、氦(he)、氖(ne)、氪(kr)、氙(xe)和任何前述的组合组成的群组的惰性气体，且第二气体为选自由含氢气体、含氧气体、含氮气体和任何前述的组合组成的群组的蚀刻气体。
在一些其他实施例中，其中第一气体以第一体积流率流入等离子体反应器，且第二气体以第二体积流率流入等离子体反应器，且第一体积流率与第二体积流率的比例在约3:1与约40:1之间。
在一些其他实施例中，上述方法还包括以导电材料填充开口。
在其他实施例中，半导体装置包含基底具有第一介电层形成于其上，第一介电层具有填充电性导电部件的沟槽，第二介电层形成于第一介电层上方，内连接结构延伸通过第二介电层，以暴露出电性导电部件的表面，其中内连接结构具有侧壁和底部，且内连接结构的底部的内宽与内连接结构的顶部的内宽得比值大于约33％，以及阻挡层形成于内连接结构的底部，阻挡层覆盖电性导电部件的暴露表面。
在一些其他实施例中，其中内连接结构的侧壁与第一介电层的顶表面之间的角度θ在约55°与约75°之间。
在一些其他实施例中，其中内连接结构为填充导电材料的镶嵌结构，且阻挡层包含过渡金属化合物。
前述内文概述了许多实施例的特征，使本领域技术人员可以从各个方面更佳地了解本公开实施例。本领域技术人员应可理解，且可轻易地以本公开实施例为基础来设计或修饰其他工艺及结构，并以此达到相同的目的及/或达到与在此介绍的实施例等相同的优点。本领域技术人员也应了解这些相等的结构并未背离本公开的发明精神与范围。在不背离本公开的发明精神与范围的前提下，可对本公开进行各种改变、置换或修改。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！