專利名稱：金屬層的改質(zhì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導體制程的方法，特別涉及一種金屬層的改質(zhì)方法。
背景技術(shù)：
金屬導線層在半導體技術(shù)中扮演極重要的角色，而精確無誤地將各層金屬導線層整合于一芯片中也是一項極為重要的技術(shù)。目前金屬導線層的發(fā)展需要盡可能提高其可靠度、縮小其尺寸大小并且增加其制程容許度。
然而，金屬導線層的制作技術(shù)中有幾項困難點，必須加以改善。由于金屬導線層的反射率相當高，在后續(xù)微影(photolithography)制程中高強度的反射率會導致曝光對準發(fā)生困難。因此，金屬導線層的表面通常會形成一抗反射層(anti-reflective coating)，例如氮化鈦，以降低微影曝光時的反射光強度，可提高微影制程容許度。
另外，目前常使用的金屬導線材質(zhì)多為銅鋁合金(Cu/Al alloy)或銅鋁硅合金(Cu/Al/Si alloy)，卻往往容易在制程中發(fā)生銅鋁(CuAl2)析出(precipitate)的問題。銅鋁的析出會在后續(xù)蝕刻金屬導電層時導致有毒殘留物的產(chǎn)生，殘留物會導致位于金屬層下方的阻障層發(fā)生斷線，而形成短路。
并且，金屬導線層沉積過程中所殘留的應(yīng)力(stress)以及表面不平整而易造成光阻崩塌的問題，皆是目前急需改善的方向。
有鑒于此，為了解決上述問題，本發(fā)明主要目的在于提供一種金屬層的改質(zhì)方法，可適用于半導體金屬導線(conductivewiring)的制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種金屬層的改質(zhì)方法，以避免金屬層不均勻，以避免銅鋁(CuAl2)析出(precipitate)的問題發(fā)生，發(fā)生金屬導電層短路的問題。
本發(fā)明的目的之二在于提供一種金屬層的改質(zhì)方法，以降低金屬層反射率及反射率的差異，有利后續(xù)微影制作。
本發(fā)明的主要特征在于1.以熱處理方式，包括烘烤或快速冷卻，改質(zhì)金屬層。2.以含氮氣體處理方式改質(zhì)金屬層。另外，這些改質(zhì)方式可施行于1.形成金屬層之前，2.形成金屬層之后，3.形成第二金屬阻障層鈦之后，4.形成第二金屬阻障層氮化鈦之后。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種金屬層的改質(zhì)方法，此方法的步驟主要包括首先，提供一半導體基底；接著，形成一第一金屬阻障層于上述基底表面；接著，形成一金屬層于上述第一金屬阻障層表面；然后，形成一第二金屬阻障層于上述金屬層表面；最后，實施一熱處理程序。
如前所述，上述第一金屬阻障層與上述第二金屬阻障層分別由堆棧之鈦(Ti)/氮化鈦(TiN)所構(gòu)成，而上述金屬層為銅鋁合金(Cu/Al alloy)或銅鋁硅合金(Cu/Al/Si alloy)。
根據(jù)本發(fā)明，上述熱處理程序可以急速冷卻方式進行或以烘烤方式進行。
根據(jù)本發(fā)明，上述熱處理程序可施行于形成上述金屬層之后或施行于形成上述第二金屬阻障層氮化鈦(TiN)之后。
根據(jù)本發(fā)明，上述熱處理程序的溫度約為200-400℃。
根據(jù)本發(fā)明，上述急速冷卻的溫度變化是由室溫約23℃，約5-10秒內(nèi)，將溫度上升至約350℃，接著，保持約50-70秒，最后在約30-100秒內(nèi)將溫度降至室溫約23℃。
又，為獲上述目的，本發(fā)明又提出一種金屬層的改質(zhì)方法，此方法的步驟主要包括首先，提供一半導體基底；接著，形成一第一金屬阻障層于上述基底表面。然后，形成一金屬層于上述第一金屬阻障層表面；接著，形成一第二金屬阻障層于上述金屬層表面。最后，實施一含氮氣體處理程序。
根據(jù)本發(fā)明，上述含氮氣體處理程序可施行于形成上述金屬層之后，或是施行于形成上述第二金屬阻障層氮化鈦(TiN)之后。
根據(jù)本發(fā)明，上述含氮氣體包括一氧化二氮(N2O)或氮氣(N2)。
本發(fā)明提供一種金屬層的改質(zhì)方法，以避免金屬層不均勻，以避免銅鋁(CuAl2)析出(precipitate)的問題發(fā)生，發(fā)生金屬導電層短路的問題。
本發(fā)明提供一種金屬層的改質(zhì)方法，以降低金屬層反射率及反射率的差異，有利后續(xù)微影制作。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的金屬層改質(zhì)方法的一較佳實施例的制程剖面圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的金屬層改質(zhì)方法的一較佳實施例的制程剖面圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的金屬層改質(zhì)方法的一較佳實施例的制程剖面圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的金屬層改質(zhì)方法的一較佳實施例的制程剖面圖。
符號說明100-半導體基底；104-第一金屬阻障層；1041-鈦；1042-氮化鈦；106-金屬層；S100-熱處理程序；S102-含氮氣體處理程序；108-第二金屬阻障層；1081-鈦；1082-氮化鈦。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下實施例1，以下請參考圖1至圖4的制程剖面圖，說明根據(jù)本發(fā)明的一較佳實施例。
首先，請參照圖1，提供一半導體基底100，其材質(zhì)例如為硅(Si)，其上方可以形成任何所需的半導體組件，例如MOS晶體管、電阻、邏輯組件等，不過此處為了簡化圖式，僅以平整的基板100表示。在本發(fā)明的敘述中，“基底”一詞包括半導體晶圓上已形成的組件與覆蓋在晶圓上的各種涂層；“基底表面”一詞包括半導體晶圓的所露出的最上層，例如硅晶圓表面、絕緣層、金屬導線等。
接著，請參照圖2，形成一第一金屬阻障層104于基底100表面。第一金屬阻障層104可由堆棧之鈦(Ti)/氮化鈦(TiN)所構(gòu)成，利用物理氣相沉積法(physical vapor deposition；PVD)或化學氣相沉積法(chemical vapor deposition；CVD)而形成。制程溫度約90-110℃，先以金屬鈦為靶材，形成鈦1041的厚度約130-170，然后再于金屬鈦靶材之下通入氮氣而形成氮化鈦1042的厚度約180-220。
接著，請參照圖3，形成一金屬層106于第一金屬阻障層104表面。金屬層106可包括銅鋁合金(Cu/Al alloy)或銅鋁硅合金(Cu/Al/Si alloy)，其成份例如為原子百分比Al99.5％、Cu0.5％，原子百分比Al98.5％、Cu0.5％與Si1％，可利用物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積法(CVD)形成。制程溫度約270-330℃，金屬層106的厚度約2500-4000。
此時，于形成金屬層106之后，可施行本發(fā)明的主要改質(zhì)步驟，實施一熱處理程序S100。熱處理程序S100可以烘烤方式進行或以急速冷卻方式進行，溫度約為200-400℃。并且，該熱處理程序S100可于含氮氣環(huán)境下施行，例如一氧化二氮(N2O)或氮氣(N2)。該熱處理程序S100可以防止銅鋁(CuAl2)析出(precipitate)。銅鋁的析出會在后續(xù)蝕刻金屬導電層時導致有毒殘留物的產(chǎn)生，殘留物會導致位于金屬層下方的阻障層發(fā)生斷線，而形成短路。該熱處理程序S100，亦可以改善金屬層均勻度，避免發(fā)生金屬導電層短路的問題，又可以有效控制金屬層反射率的均勻度，有利后續(xù)微影制成的施行。
最后，請參照圖4，形成一第二金屬阻障層108于金屬層106表面。第二金屬阻障層108可由堆棧之鈦(Ti)/氮化鈦(TiN)所構(gòu)成，利用物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積法(CVD)形成。制程溫度約90-110℃，先以金屬鈦為靶材，形成鈦1081的厚度約90-110，然后可以同時進行一電漿處理與一氣體處理(例如含氮氣體)，以使鈦1081氮化。然后，再于金屬鈦靶材之下通入氮氣而形成氮化鈦1082的厚度約650-750。并且，氮化鈦1082可同時作為抗反射層(anti-reflectioncoating)。
根據(jù)本發(fā)明，本實施例的改質(zhì)方法是步驟S100的熱處理程序，而熱處理程序S100可施行于形成金屬層106之后，抑或是施行于形成第二金屬阻障層的氮化鈦1082之后。
并且，根據(jù)本發(fā)明，本實施例的改質(zhì)方法是步驟S100的熱處理程序，還可以配合一電漿處理或一氣體處理(例如含氮氣體)同時進行，且施行順序是在形成第二金屬阻障層氮化鈦1082之后。
根據(jù)本發(fā)明急速冷卻的溫度變化是由室溫約23℃，在約5-10秒內(nèi)，將溫度上升至約350℃，接著，保持約50-70秒，最后在約30-100秒內(nèi)將溫度降至室溫約23℃。
同樣地，以下請配合圖1至圖4的制程剖面圖，說明根據(jù)本發(fā)明的另一較佳實施例。
首先，請參照圖1，提供一半導體基底100，其材質(zhì)例如為硅(Si)，其上方可以形成任何所需的半導體組件，例如MOS晶體管、電阻、邏輯組件等，不過此處為了簡化圖式，僅以平整的基板100表示。在本發(fā)明的敘述中，“基底”一詞是包括半導體晶圓上已形成的組件與覆蓋在晶圓上的各種涂層；“基底表面”一詞包括半導體晶圓的所露出的最上層，例如硅晶圓表面、絕緣層、金屬導線等。
接著，請參照圖2，形成一第一金屬阻障層104于基底100表面。第一金屬阻障層104可由堆棧之鈦(Ti)/氮化鈦(TiN)所構(gòu)成，利用物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積法(CVD)而形成。制程溫度約90-110℃，先以金屬鈦為靶材，形成鈦1041的厚度約130-170，然后再于金屬鈦靶材之下通入氮氣而形成氮化鈦1042的厚度約180-220。
接著，請參照圖3，形成一金屬層106于第一金屬阻障層104表面。金屬層106可包括銅鋁合金(Cu/Al alloy)或銅鋁硅合金(Cu/Al/Si alloy)，其成份例如為原子百分比Al99.5％、Cu0.5％，原子百分比Al98.5％、Cu0.5％與Si1％，可利用物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積法(CVD)而形成。制程溫度約200-400℃，金屬層106的厚度約2500-4000。
最后，請參照圖4，形成一第二金屬阻障層108于金屬層106表面。第二金屬阻障層108可由堆棧之鈦(Ti)/氮化鈦(TiN)所構(gòu)成，利用物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積法(CVD)而形成，制程溫度約90-110℃，先以金屬鈦為靶材，形成鈦1081的厚度約90-110，然后再于金屬鈦靶材之下通入氮氣而形成氮化鈦1082的厚度約650-750。并且，氮化鈦1082可同時作為抗反射層(anti-reflection coating)。
根據(jù)本發(fā)明，本實施例的改質(zhì)方法是步驟S102的含氮氣體處理程序，而含氮氣體處理程序S102可施行于形成金屬層106之前，或是形成金屬層106之后，或是施行于形成第二金屬阻障層鈦1081之后，抑或是施行于形成第二金屬阻障層氮化鈦1082之后。
根據(jù)本發(fā)明，本實施例的改質(zhì)方法是步驟S102的含氮氣體處理程序，而含氮氣體處理程序S102可以配合一熱處理程序同時進行，可施行于形成金屬層106之前(形成第一金屬阻障層氮化鈦1042之后)，或是形成金屬層106之后，或是施行于形成第二金屬阻障層鈦1081之后，抑或是施行于形成第二金屬阻障層氮化鈦1082之后。
根據(jù)本發(fā)明，本實施例的改質(zhì)方法是步驟S102的含氮氣體處理程序，而含氮氣體處理程序S102可以配合一電漿處理程序同時進行，可施行于形成金屬層106之前(形成第一金屬阻障層氮化鈦1042之后)，或是施行于形成第二金屬阻障層鈦1081之后，抑或是施行于形成第二金屬阻障層氮化鈦1082之后。
本發(fā)明的改質(zhì)程序包括1.以熱處理方式，包括烘烤或急速冷卻，改質(zhì)金屬層。2.以含氮氣體處理方式改質(zhì)金屬層。其實施例已分別說明于前文，然各種改質(zhì)可單獨使用實施，亦可以合并使用實施。
雖然以上結(jié)合附圖詳細地描述了本發(fā)明的最佳實施方式，但是并非用以限定本發(fā)明的范圍，對于本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員而言，可以做出各種修改和變更，而不背離本發(fā)明的范圍和實質(zhì)，因此，本發(fā)明的保護范圍僅由權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，包括以下步驟提供一半導體基底；形成一第一金屬阻障層于所述基底表面；形成一金屬層于所述第一金屬阻障層表面；形成一第二金屬阻障層于所述金屬層表面；以及實施一熱處理程序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，所述第一金屬阻障層與所述第二金屬阻障層分別由堆棧之鈦(Ti)/氮化鈦(TiN)所構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，所述金屬層為銅鋁合金(Cu/Al alloy)或銅鋁硅合金(Cu/Al/Sialloy)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，所述熱處理程序是以烘烤方式進行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，所述熱處理程序是以急速冷卻(quench)方式進行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，所述熱處理程序是施行于形成所述金屬層之后。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，所述熱處理程序是施行于形成所述第二金屬阻障層的氮化鈦(TiN)之后。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，所述熱處理程序是于含氮氣氛環(huán)境下施行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，所述熱處理程序的同時實施一電漿處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，所述熱處理程序的溫度大體為200-400℃。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，所述快速冷卻程序系5-10秒內(nèi)使溫度由大體23℃上升至大體350℃，于大體350℃保持約50-70秒，再將溫度下降至大體23℃。
12.一種金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，包括以下步驟提供一半導體基底；形成一第一金屬阻障層于上述基底表面；形成一金屬層于上述第一金屬阻障層表面；形成一第二金屬阻障層于上述金屬層表面；以及實施一含氮氣體處理程序。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，所述第一金屬阻障層與所述第二金屬阻障層分別是由堆棧之鈦(Ti)/氮化鈦(TiN)所構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，所述金屬層為銅鋁合金(Cu/Al alloy)或銅鋁硅合金(Cu/Al/Sialloy)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，所述含氮氣體處理程序是施行于形成所述金屬層之前。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，所述含氮氣體處理程序是施行于形成所述金屬層之后。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，所述含氮氣體處理程序是施行于形成上述第二金屬阻障層鈦(Ti)之后。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，所述含氮氣體處理程序是施行于形成上述第二金屬阻障層氮化鈦(TiN)之后。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，所述含氮氣體包括一氧化二氮(N2O)或氮氣(N2)。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，所述含氮氣體處理程序是與一熱處理程序同時施行。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述金屬層的改質(zhì)方法，其特征在于，所述氮氣體處理程序是與一電漿處理同時施行。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種金屬層的改質(zhì)方法。首先，提供一半導體基底；接著，形成一第一金屬阻障層于上述基底表面；接著，形成一金屬層于上述第一金屬阻障層表面；然后，形成一第二金屬阻障層于上述金屬層表面；最后，實施一改質(zhì)程序。該改質(zhì)程序包括1.以熱處理方式，包括烘烤或快速冷卻，改質(zhì)金屬層。2.以含氮氣體處理方式改質(zhì)金屬層。而改質(zhì)程序可施行于1.形成金屬層之前，2.形成金屬層之后，3.形成第二金屬阻障層鈦之后，4.形成第二金屬阻障層氮化鈦之后。
文檔編號H01L21/768GK1567547SQ0314295
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月12日
發(fā)明者方瑞華, 鐘振輝, 呂佳慧 申請人:矽統(tǒng)科技股份有限公司