一种连接孔粘附层优化方法与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种连接孔粘附层优化方法。

背景技术：

目前的连接孔粘附层工艺通常采用物理气相沉积(pvd：physicalvapordeposition)方法沉积金属钛薄层和采用化学气相沉积(cvd：chemicalvapordeposition)方法沉积氮化钛薄层的方式，但是用化学气相沉积方法沉积的氮化钛薄层的电阻较高，需要氢等离子体处理来降低该氮化钛薄层的电阻，直到该电阻接近采用物理气相沉积方法沉积的金属钛薄层的电阻。这样会使工艺成本偏高，操作难度偏大。因为物理气相沉积方法沉积的金属钛薄层和化学气相沉积方法沉积的氮化钛薄层被整合到同一个主机台的两个独立的反应室中，并且这两道制程之间是处于不破真空状态，所以在14nm的技术节点以下时，原子层沉积(ald：atomiclayerdeposition)方法沉积的氮化钛薄层会取代化学气相沉积方法沉积的氮化钛薄层成为吸附层，但原子层沉积方法的沉积过程对电极比较敏感，从而产生延迟效应。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种旨在对金属钛薄层进行表面氮化处理，从而改善后续氮化钛薄层的延迟效应，使连接孔粘附层的工艺更加稳定的连接孔粘附层优化方法。

具体技术方案如下：

一种连接孔粘附层优化方法，其中，提供一待形成接触孔的衬底，还包括以下步骤，

步骤1，于衬底上形成接触孔；

步骤2，在接触孔孔壁，孔底及衬底表面表面沉积一第一金属层；

步骤3，对第一金属层表面进行氮化处理；

步骤4，于氮化处理后的第一金属层表面形成一金属型氮化物层，金属型氮化物层的过渡元素与第一金属层的元素相同；

步骤5：对接触孔填充一第二金属，使第二金属充满接触孔并覆盖金属型氮化物层表面；

步骤6：除去多余的第二金属。

优选的，连接孔粘附层优化方法，其中，步骤1与步骤2之间还包括，对接触孔孔壁、孔底及衬底表面进行预清洗。

优选的，连接孔粘附层优化方法，其中，预清洗使用氩等离子体。

优选的，连接孔粘附层优化方法，其中，第一金属层材质为钛。

优选的，连接孔粘附层优化方法，其中，步骤3中的氮化处理采用含氮等离子体。

优选的，连接孔粘附层优化方法，其中，金属型氮化物层通过化学气相沉积工艺形成。

优选的，连接孔粘附层优化方法，其中，氮化处理与化学气相沉积工艺于同一腔室中完成。

优选的，连接孔粘附层优化方法，其中，金属型氮化物层采用原子层沉积工艺形成。

优选的，连接孔粘附层优化方法，其中，步骤3中的氮化处理第一金属层表面使第一金属层表面形成厚度大于5埃的氮化物层。

优选的，连接孔粘附层优化方法，其中，第二金属为钨。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：对金属钛薄层进行表面氮化处理，从而改善后续氮化钛薄层的延迟效应，使连接孔粘附层的工艺更加稳定。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明连接孔粘附层优化方法的实施例的步骤1对应的晶圆截面示意图；

图2为本发明连接孔粘附层优化方法的实施例的步骤3的沉积金属钛薄层后对应的晶圆截面示意图；

图3为本发明连接孔粘附层优化方法的实施例的步骤3的氮化处理后对应的晶圆截面示意图；

图4为本发明连接孔粘附层优化方法的实施例的步骤4对应的晶圆截面示意图；

图5为本发明连接孔粘附层优化方法的实施例的步骤5对应的晶圆截面示意图；

图6为本发明连接孔粘附层优化方法的实施例的步骤6对应的晶圆截面示意图。

附图标记：1、接触孔，2、第一金属层，3、氮化物层，4、金属型氮化物层，5、第二金属层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明提供一种连接孔粘附层优化方法，是连接孔粘附层的工艺优化，适用于ald方法的沉积。

如图1-6所示，图1-6为本发明提供的连接孔粘附层优化方法中各步骤对应的截面示意图，在具体技术方案中，提供待形成接触孔1的衬底，还包括以下步骤，

步骤1，于衬底上形成接触孔1，该步骤完成后的晶圆截面如图1所示；

步骤2，在接触孔1孔壁，孔底及衬底表面表面沉积第一金属层2，此时晶圆截面如图2所示；

步骤3，对第一金属层2表面进行氮化处理，以于第一金属层表面形成一氮化物层3，该步骤完成后的晶圆截面如图3所示；

步骤4，于氮化处理后的第一金属层2表面形成金属型氮化物层4，金属型氮化物层4的过渡元素与第一金属层2的元素相同，该步骤完成后的晶圆截面如图4所示；

步骤5：对接触孔1填充第二金属，使第二金属充满接触孔1并覆盖金属型氮化物层4表面，该步骤完成后的晶圆截面如图5所示；

步骤6：除去多余的第二金属，该步骤完成后的晶圆截面如图6所示。

进一步地，在上述实施例中，第一金属层2可通过物理气相沉积(pvd：physicalvapordeposition)工艺形成。

进一步地，在上述实施例中，步骤1与步骤2之间还包括，对接触孔1孔壁、孔底及衬底表面进行预清洗，进行预清洗的目的是为了除去接触孔1孔壁、孔底及衬底表面的杂质。

进一步地，在上述实施例中，预清洗可使用氩等离子体。

进一步地，在上述实施例中，第一金属层2材质为钛。

进一步地，在上述实施例中，步骤3中的氮化处理可采用含氮等离子体。

进一步地，在上述实施例中，金属型氮化物层4可通过化学气相沉积工艺形成。

进一步地，在上述实施例中，氮化处理与后续形成金属型氮化物层的化学气相沉积工艺可于同一腔室中完成，也可以在独立的腔室内进行。

进一步地，在上述实施例中，金属型氮化物层4也可以采用原子层沉积工艺形成，如在14nm的技术节点以下时就可采用原子层沉积工艺形成金属型氮化物层，由于第一金属层2的优选实施方式为金属钛，在此实施方式下金属型氮化物层为氮化钛层，即可通过原子层沉积工艺形成氮化钛层，由于步骤3中已对第一金属层即钛金属层进行了表面氮化处理，因此可改善原子层沉积工艺形成氮化钛层的延迟效应。

进一步地，在上述实施例中，步骤3中的氮化处理第一金属层2表面使第一金属层2表面形成厚度大于5埃的氮化物层3。

进一步地，在上述实施例中，第二金属为钨。

本发明的有益效果在于，采用物理气相沉积方法沉积第一金属层2和采用原子层沉积方法沉积金属型氮化物层4(其中也可以采用化学气相沉积工艺形成金属型氮化物层4)，并且对沉积的第一金属层2进行氮化处理的连接孔粘附层优化方法可以有效改善后续金属型氮化物层4的延迟效应，使接触孔1粘附层的工艺更加稳定。

综上，本发明提供了一种连接孔粘附层优化方法，该方法首先通过光刻和刻蚀形成接触孔1后，先对接触孔1的预清洗，然后在接触孔1表面用物理气相沉积方法沉积第一金属层2，并且进行氮等离子体氮化处理，接着用原子层沉积方法沉积金属型氮化物层4(其中也可以采用化学气相沉积工艺形成金属型氮化物层4)，再接着进行第二金属层5填充，最后用化学机械研磨的方法除去多余的第二金属层5。通过该方法就能简单有效地使连接孔粘附层的工艺更加稳定。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。