矽片接觸孔工藝方法
2023-10-22 22:58:32
矽片接觸孔工藝方法
【專利摘要】本發明公開了一種矽片接觸孔工藝方法，是在半導體製造的接觸孔工藝中，用於改善矽片翹曲度。其步驟包括：在矽片表面澱積鈦和氮化鈦複合薄膜；退火後澱積鎢薄膜；去除矽片表面殘餘的具有張應力的鈦和氮化鈦薄膜至氧化層；在氧化層上澱積具有壓應力的鈦和氮化鈦薄膜；澱積高溫鋁薄膜。本發明通過平衡接觸孔各層金屬薄膜相互之間的應力，達到降低矽片翹曲度的效果，工藝簡單易於實施。
【專利說明】矽片接觸孔工藝方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體集成電路製造領域，特別是指一種矽片接觸孔工藝方法。
【背景技術】
[0002] 在現有的功率M0S的接觸孔工藝過程中，會先沉積一層鈦和氮化鈦薄膜作為粘附 層，將接觸孔中填充的金屬鎢和矽襯底粘合在一起，之後通過快速熱退火處理後再沉積金 屬鎢薄膜來填孔，最後再澱積金屬鋁薄膜製作金屬互連線。其結構如圖1所示，其中1是矽， 2是氧化矽介質層，3是鎢，4是鋁，5是具有張應力的鈦和氮化鈦薄膜。接觸孔內壁附著具 有張應力的鈦和氮化鈦薄膜，再填充金屬鎢。其工藝流程如圖2所示。鎢回刻通過終點監 控系統保證鎢被蝕刻乾淨，並停止於下面的粘結層鈦和氮化鈦薄膜，此時的鈦和氮化鈦薄 膜和孔內的鎢皆為張應力，後續的高溫厚鋁薄膜沉積工藝使得張應力更加惡化，嚴重時會 導致矽片翹曲，不利於後續工藝的進行。因此，接觸孔製作中金屬薄膜沉積工藝是造成矽片 翹曲的主要原因。
【發明內容】
[0003] 本發明所要解決的技術問題在於提供一種矽片接觸孔工藝方法，降低矽片的翹曲 度。
[0004] 為解決上述問題，本發明所述的一種矽片接觸孔工藝方法，包含如下步驟：
[0005] 第1步，在表面澱積有氧化矽的矽片上刻蝕接觸孔，接觸孔底部位於矽襯底中，再 澱積鈦和氮化鈦複合薄膜，經過快速熱退火處理後澱積金屬鎢薄膜；
[0006] 第2步，僅保留接觸孔內部的鎢及其底部的鈦和氮化鈦薄膜，去除矽片氧化矽層 表面具有張應力的殘餘鈦和氮化鈦薄膜，接觸孔內剩餘的鎢的高度為500?1500A;
[0007] 第3步，在氧化矽表面再澱積一層具有壓應力的鈦和氮化鈦的複合薄膜；
[0008] 第4步，整個表面澱積高溫厚鋁薄膜。
[0009] 進一步地，所述第2步中，矽片氧化矽層上的鈦和氮化鈦複合薄膜是在回刻金屬 鎢時同時去除，採用幹法刻蝕，或者溼法刻蝕。
[0010] 進一步地，所述第3步中，澱積具有壓應力的鈦和氮化鈦複合薄膜，通過調節澱積 鈦和氮化鈦時的交流偏置功率來控制所述複合薄膜的壓應力的大小，交流偏置功率範圍為 100 ?600 瓦。
[0011] 進一步地，所述第3步中，還能根據實際產品需要選擇澱積鈦膜、氮化鈦膜或者鈦 和氮化鈦的複合薄膜，當澱積的薄膜含有氮化鈦薄膜時，氮化鈦薄膜的厚度為100?600A。
[0012] 進一步地，所述第3步中，澱積具有壓應力的鈦和氮化鈦複合薄膜的方法採用金 屬自離子化等離子體沉積法，或者是離子化金屬等離子體沉積法。
[0013] 本發明所述的一種矽片接觸孔工藝方法，通過去除具有張應力的鈦和氮化鈦薄 膜，並澱積一層可控壓應力的鈦和氮化鈦薄膜，利用兩種相反應力的薄膜互相平衡，工藝簡 單並能有效降低矽片的翹曲度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1是傳統的接觸孔結構圖；
[0015] 圖2是傳統接觸孔工藝流程圖；
[0016] 圖3?6是本發明的工藝步驟圖；
[0017] 圖7是本發明工藝流程圖；
[0018] 附圖標記說明
[0019] 1是娃襯底，2是氧化娃介質層，3是鶴，4是錯膜，5、6是欽和氮化欽層。
【具體實施方式】
[0020] 本發明所述的一種矽片接觸孔工藝方法，其工藝方法包含如下步驟：
[0021] 第1步，在矽片1表面澱積氧化矽介質層2後，再澱積一層鈦和氮化鈦複合薄膜5， 經過快速熱退火處理之後，澱積金屬鎢薄膜3,金屬鎢3填充接觸孔。如圖3所示。
[0022] 第2步，如圖4所示，去除矽片上帶有張應力的鈦和氮化鈦複合薄膜5,以露出矽片 1上的氧化矽介質層2,僅保留接觸孔中的金屬鎢3及接觸孔底部和側壁包圍鎢3的鈦和氮 化鈦複合薄膜5。去除鈦和氮化鈦薄膜5可以通過對鎢3進行幹法回刻時一併去除，刻蝕的 方法不僅限於幹法，也可採用其他刻蝕方法。接觸孔內保留的鎢的高度為500?1500A,-般 只要保證接觸孔底部倒角處保留適量的鎢即可。
[0023] 第3步，如圖5所示，在氧化矽介質層2表面再澱積一層具有壓應力的鈦和氮化鈦 複合薄膜6。鈦和氮化鈦複合薄膜6同時也覆蓋在接觸孔內刻蝕剩餘的鎢3上。薄膜6的 壓應力大小調節可通過控制澱積鈦和氮化鈦薄膜工藝參數中的交流偏置功率來實現，典型 的交流偏置功率範圍在100?600瓦。所述薄膜澱積的方法採用金屬自離子化等離子體沉 積法（SIP)，或者採用離子化金屬等離子體沉積法（MP)。另外，在薄膜的選擇上，還可以根 據產品的特定需要，選擇澱積鈦膜、氮化鈦膜的單一薄膜或者鈦和氮化鈦的複合薄膜。若採 用的薄膜包含氮化鈦膜，則其中氮化鈦膜的厚度為100?600A。
[0024] 第4步，澱積高溫厚鋁薄膜4,將接觸孔引出，形成電連接。完成後結構剖面如圖6 所示。通過去除鎢3的同時去除具有張應力的鈦和氮化鈦薄膜5,在金屬鋁4澱積之前澱積 具有可控壓應力的鈦和氮化鈦薄膜6。
[0025] 通過上述工藝，可明顯減少由於矽片接觸孔內膜應力造成的矽片翹曲。如下表所 示，是針對各步驟工藝之後進行矽片曲率半徑的對比測量，將傳統工藝與本發明工藝對比 可看出，在鎢澱積之前（即表中的工藝站別CTW_DEP)，曲率半徑兩種工藝差別不大，但經過 本發明對接觸孔內的膜應力進行平衡處理之後，矽片的曲率半徑得到明顯改善。
【權利要求】
1. 一種矽片接觸孔工藝方法，其特徵在於：包含如下工藝步驟： 第1步，在表面澱積有氧化矽的矽片上刻蝕接觸孔，接觸孔底部位於矽襯底中，再澱積 鈦和氮化鈦複合薄膜，經過快速熱退火處理後澱積金屬鎢薄膜； 第2步，僅保留接觸孔內部的鎢及其底部的鈦和氮化鈦薄膜，去除矽片氧化矽層表面 具有張應力的殘餘鈦和氮化鈦薄膜； 第3步，在氧化矽表面再澱積一層具有壓應力的鈦和氮化鈦的複合薄膜； 第4步，整個表面澱積高溫厚鋁薄膜。
2. 如權利要求1所述的矽片接觸孔工藝方法，其特徵在於：所述第2步中，矽片氧化矽 層上的鈦和氮化鈦複合薄膜是在回刻金屬鎢時同時去除，採用幹法刻蝕，或者溼法刻蝕；回 刻後接觸孔內剩餘的鎢的高度為500?1500A。
3. 如權利要求1所述的矽片接觸孔工藝方法，其特徵在於：所述第3步中，澱積具有壓 應力的鈦和氮化鈦複合薄膜，通過調節澱積鈦和氮化鈦時的交流偏置功率來控制所述複合 薄膜的壓應力的大小，交流偏置功率範圍為100?600瓦。
4. 如權利要求1所述的矽片接觸孔工藝方法，其特徵在於：所述第3步中，還能根據實 際產品需要選擇澱積鈦膜、氮化鈦膜或者鈦和氮化鈦的複合薄膜，當澱積的薄膜含有氮化 鈦薄膜時，氮化鈦薄膜的厚度為100?600A。
5. 如權利要求1所述的矽片接觸孔工藝方法，其特徵在於：所述第3步中，澱積具有壓 應力的鈦和氮化鈦複合薄膜的方法採用金屬自離子化等離子體沉積法，或者是離子化金屬 等離子體沉積法。
【文檔編號】H01L21/768GK104064511SQ201310088560
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月19日 優先權日:2013年3月19日
【發明者】李文軍, 王東, 季芝慧 申請人:上海華虹宏力半導體製造有限公司