半导体器件的制备方法.pdf

本发明揭示了一种半导体器件的制备方法，包括：提供半导体基底；在所述半导体基底上制备一金属层；在所述金属层上制备一氧化阻挡层；进行氧化工艺，使得所述金属层与氧化阻挡层接触的所述金属层的表面形成一金属氧化层；对所述金属层进行选择性刻蚀。本发明提供的半导体器件的制备方法先进行氧化工艺，使得所述金属层与氧化阻挡层接触的所述金属层的表面形成一金属氧化层，在对所述金属层进行选择性刻蚀中，所述金属氧化层会阻挡化学试剂对所述金属层氧化，避免局部氧化铝的形成，从而可以减少或消除铝残留的形成，以提高器件的电学性能。

权利要求书1.  一种半导体器件的制备方法，包括： 提供半导体基底； 在所述半导体基底上制备一金属层； 在所述金属层上制备一氧化阻挡层； 进行氧化工艺，使得所述金属层与氧化阻挡层接触的所述金属层的表面形 成一金属氧化层； 对所述金属层进行选择性刻蚀。 2.  如权利要求1所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述氧化阻 挡层为抗反射层。 3.  如权利要求2所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述抗反射 层为第一钛层／第一氮化钛层。 4.  如权利要求3所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述第一钛 层的厚度为150A～250A，所述第一氮化钛层的厚度为200A~300A。 5.  如权利要求3所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，采用物理气 相沉积工艺制备所述第一钛层／第一氮化钛层。 6.  如权利要求1所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，采用灰化机 台进行氧化工艺。 7.  如权利要求6所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述氧化工 艺的氧化温度为80℃～120℃，氧化时间为5min～20min。 8.  如权利要求1—7中任意一项所述的半导体器件的制备方法，其特征在于， 所述制备方法还包括：在所述金属层和半导体基底之间制备一粘附层。 9.  如权利要求8所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述粘附层 为第二钛层／第二氮化钛层。 10.  如权利要求1所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述金属 层的材料为铝或铜的一种或组合。

说明书半导体器件的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种半导体器件的制备方法。
背景技术
金属化是芯片制造过程中在绝缘介质薄膜上淀积金属薄膜，以及随后刻印 图形以便形成互连金属线和集成电路的孔填充塞的过程。互连(interconnect) 意指由导电材料，如铝、多晶硅或铜制成的连线将电信号传输到芯片的不同部 分，互连也被用做芯片上器件和整体封装之间普通的金属连接。接触(contact) 是指硅芯片内的器件与第一金属层之间在硅表面的连接。通孔(via)是穿过各 种介质层从某一金属层到毗邻的另一金属层形成电通路的开口。
在半导体制造业中，最早的互联金属是铝，而且铝在硅片制造业中仍然是 最普通的互联金属。图1一图4所示的为现有技术中以铝为互联金属的半导体器 件的制备过程。
首先，如图1所示，提供半导体基底110，在所述半导体基底110上制备一 金属铝层120。由于制备所述金属铝层120的温度较高，一般在200℃以上，使 得所述金属铝层120中的铝颗粒121生长的较大，造成所述金属铝层120表面 不平整，如图1中圆形区域所示；
接着，在所述金属铝层120上制备一抗反射层130，如图2所示。由于所述 金属铝层120表面不平整，造成所述抗反射层130出现不连续的断裂，如图2 中圆形区域所示；
然后，在所述抗反射层130上制备光阻图形140。由于在光阻图形140制备 的过程中会用到四甲基氢氧化铵((CH3)4NOH)等化学试剂，该化学试剂会通过 所述断裂氧化所述金属铝层120，形成局部氧化铝122，如图3所示；
最后，所述光阻图形140为掩膜，对所述金属铝层120进行选择性刻蚀。 由于所述局部氧化铝122的刻蚀速率远低于所述金属铝层120的刻蚀速率，所 以在最终的器件结构中，被去除所述金属铝层120的所述半导体基底110上具 有铝残留123，如图4所示。图5为所述铝残留123的扫描电子图片，由于所述 铝残留123的存在，造成整个晶圆的良率差，从而影响器件的电学性能。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种半导体器件的制备方法，能够减少或消除晶 圆表面的铝残留，从而提高器件的电学性能。
为解决上述技术问题，一种半导体器件的制备方法，包括：
提供半导体基底；
在所述半导体基底上制备一金属层；
在所述金属层上制备一氧化阻挡层；
进行氧化工艺，使得所述金属层与氧化阻挡层接触的所述金属层的表面形 成一金属氧化层；
对所述金属层进行选择性刻蚀。
进一步的，所述氧化阻挡层为抗反射层。
进一步的，所述抗反射层为第一钛层／第一氮化钛层。
进一步的，所述第一钛层的厚度为150A～250A，所述第一氮化钛层的厚度 为200～300
进一步的，采用物理气相沉积工艺制备所述第一钛层／第一氮化钛层。
进一步的，采用灰化机台进行氧化工艺。
进一步的，所述氧化工艺的氧化温度为80℃～120℃，氧化时间为 5min～20min。
进一步的，所述制备方法还包括：在所述金属层和半导体基底之间制备一 粘附层。
进一步的，所述粘附层为第二钛层／第二氮化钛层。
进一步的，所述金属层的材料为铝或铜的一种或组合。
与现有技术相比，本发明提供的半导体器件的制备方法具有以下优点：在 所述半导体器件的制备方法中，进行氧化工艺，使得所述金属层与氧化阻挡层 接触的所述金属层的表面形成一金属氧化层，与现有技术相比，在对所述金属 层进行选择性刻蚀中，所述金属氧化层会阻挡化学试剂对所述金属层氧化，避 免局部氧化铝的形成，从而可以减少或消除铝残留的形成，以提高器件的电学 性能。
附图说明
图1一图4为现有技术中半导体器件的制备方法中器件结构的示意图；
图5为现有技术中所述铝残留的扫描电子图片；
图6为本发明一实施例中半导体器件的制备方法的流程图；
图7一图12为本发明一实施例中半导体器件的制备方法中器件结构的示意 图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的半导体器件的制备方法进行更详细的描述， 其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述 的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于 本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公 知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在 任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标， 例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另 外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人 员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和 权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简 化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例 的目的。
本发明的核心思想在于，提供一种半导体器件的制备方法，包括：
步骤S11，提供半导体基底；
步骤S12，在所述半导体基底上制备一金属层；
步骤S13，在所述金属层上制备一氧化阻挡层；
步骤S14，进行氧化工艺，使得所述金属层与氧化阻挡层接触的所述金属层 的表面形成一金属氧化层；
步骤S15，对所述金属层进行选择性刻蚀，所述金属氧化层会阻挡化学试剂 对所述金属层氧化，避免局部氧化铝的形成，从而可以减少或消除铝残留的形 成，以提高器件的电学性能。
以下请结合图6和图7一图12，具体说明本发明的半导体器件的制备方法。 其中，图6为本发明一实施例中半导体器件的制备方法的流程图，图7一图12为 本发明一实施例中半导体器件的制备方法中器件结构的示意图。
首先，如图6所示，进行步骤S11，提供半导体基底210，如图7所示。其 中，所述半导体基底210中可以包括栅极结构等必要的器件，此为本领域的公 知常识，在此不作赘述。
在本实施例中，在步骤S11和步骤S12之间还包括：在所述半导体基底210 上制备一粘附层211，如图7所示，以提高所述金属层与所述半导体基底210的 粘合力。其中，所述粘附层211为第二钛层／第二氮化钛层，即Ti／TiN，Ti／TiN 可以很好的提高所述金属层与所述半导体基底210的粘合力，并且在步骤S15 中，可以作为刻蚀阻挡层。但所述粘附层211并不限于为第二钛层／第二氮化钛 层，还可以为钽／氮化钽层，亦在本发明的思想范围之内。
接着，进行步骤s12，在所述半导体基底210上制备一金属层220，由于在 本实施例中具有所述粘附层211，所以，在所述粘附层211上制备所述金属层 220，如图8所示。在本实施例中，所述金属层220的材料为铝和铜的组合，其 中，铝占99.5％，铜占0.5％，但所述金属层220的材料并不限于为铝和铜的组 合，并且铝和铜的含量并不限于上述值，只要是可以导电的材料，亦在本发明 的思想范围之内。由于制备所述金属层220的温度较高，一般在200℃以上，使 得所述金属层220中的铝颗粒221生长的较大，有可能造成所述金属层220表 面不平整，如图8中圆形区域所示。
随后，进行步骤S13，在所述金属层220上制备一氧化阻挡层230，如图9 所示。当所述金属层220表面不平整时，造成所述抗反射层230可能出现不连 续的断裂，如图9中圆形区域所示。
在本实施例中，所述氧化阻挡层230为抗反射层，因为在步骤S15中，采 用光刻一干刻的方法进行刻蚀，所以，以抗反射层作为所述氧化阻挡层230可以 节约工艺步骤。但也可以制备专门的所述氧化阻挡层230，如氮化硅层等，亦在 本发明的思想范围之内。
其中，所述抗反射层为第一钛层／第一氮化钛层，即Ti／TiN，其中，所示第 一钛层位于所述第一氮化钛层上。较佳的，所述第一钛层的厚度为150～250例如200所述第一氮化钛层的厚度为200～300例如250A。在本实施例 中，采用物理气相沉积工艺制备所述第一钛层／第一氮化钛层，能够得到高质量 的所述第一钛层／第一氮化钛层。
然后，进行步骤S14，进行氧化工艺，使得所述金属层220与氧化阻挡层 230接触的所述金属层220的表面被氧化，从而形成一金属氧化层222，如图10 所示。在此过程中，所述第一钛层可能部分被氧化，则将被氧化的第一钛层去 除即可。较佳的，采用灰化机台进行氧化工艺，可以提高氧化效率，但并不限 于采用灰化机台进行氧化工艺，还可以采用炉管进行氧化工艺，亦在本发明的 思想范围之内。其中，所述氧化工艺的氧化温度为80℃～120℃，例如100℃， 氧化时间为5min～20min，例如10min，可以形成合适厚度的所述金属氧化层222， 以在步骤S15中阻挡化学试剂对所述金属层220的氧化。其中，所述金属氧化 层222的厚度并不做具体限制，具体根据刻蚀的工艺进行选择，例如，所述金 属氧化层222的厚度可以为100~500但并不限于上述范围，只要满足阻挡 化学试剂对所述金属层220的氧化的要求，亦在本发明的思想范围之内。
最后，进行步骤S15，对所述金属层220进行选择性刻蚀。在本实施例中， 先在所述氧化阻挡层230上制备光阻图形240。由于所述金属氧化层222会阻挡 化学试剂对所述金属层220氧化，避免局部氧化铝的形成，从而可以减少或消 除铝残留的形成，以提高器件的电学性能，如图11所示；接着，以所述光阻图 形240为掩膜，对所述金属铝层220进行选择性刻蚀，形成最终的器件结构， 如图12所示。
综上所述，本发明提供一种半导体器件的制备方法，包括：提供半导体基 底；在所述半导体基底上制备一金属层；在所述金属层上制备一氧化阻挡层； 进行氧化工艺，使得所述金属层与氧化阻挡层接触的所述金属层的表面形成一 金属氧化层；对所述金属层进行选择性刻蚀。
与现有技术相比，本发明提供的半导体器件的制备方法具有以下优点：在 所述半导体器件的制备方法中，进行氧化工艺，使得所述金属层与氧化阻挡层 接触的所述金属层的表面形成一金属氧化层，与现有技术相比，在对所述金属 层进行选择性刻蚀中，所述金属氧化层会阻挡化学试剂对所述金属层氧化，避 免局部氧化铝的形成，从而可以减少或消除铝残留的形成，以提高器件的电学 性能。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。