專利名稱：含氮化金屬層集成電路裝置的制造方法及集成電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)以下步驟被執(zhí)行的方法-被中介層覆蓋的一初始金屬化層是被制造，-一絕緣層是于該初始金屬化層被制造之后被敷上，及-該絕緣層是使用干式蝕刻程序圖案化來形成至少一切口。
金屬化層或金屬化平面是包含例如由鋁或銅制成的大量互連。各種金屬化層是藉由各絕緣層彼此被電子隔離。該絕緣層是藉由包含連接區(qū)段的”孔徑”貫穿。該連接區(qū)段中，電流是于集成電路裝置操作期間流動于各種金屬化層之間。
例如，中介層是為電導及提供為-一擴散屏蔽，-增加機械黏著，及/或-當作抗反射層。
例如，中介層的適當物質(zhì)是為氮化鈦或氮化鉭，或具有這些物質(zhì)的雙或多層，如由鈦層或氮化鈦層制成的雙層。
典型干式蝕刻程序是為-物理干式蝕刻，-化學干式蝕刻，或-化學物理干式蝕刻。
例如，若絕緣層由二氧化硅制成，則干式蝕刻可使用如含氟化學物來執(zhí)行。
本發(fā)明目的是詳述集成電路裝置的簡單制造方法，特別是該方法可被用來制造具有低電阻的電子連接。亦預期詳述集成電路裝置。
有關(guān)該方法的目的是藉由具有被詳述于權(quán)利要求1的方法步驟的方法來達成。發(fā)展是被詳述于權(quán)利要求子項中。
本發(fā)明首先以中介層通常具有較金屬化層中的金屬層為高的電阻考慮為基礎(chǔ)。針對此，中介層應(yīng)特別于具有大量電流的點，特別是孔徑底部被移除。
除了被引述于開頭的方法步驟的外，發(fā)明性方法因而包含被執(zhí)行的以下方法步驟
-該切口是使用濕式化學蝕刻程序或使用干式蝕刻程序來延伸，來自中介層的物質(zhì)是于該切口區(qū)域中被移除，及-至少一進一步金屬化層是于該切口被延伸之后被制造，該切口是被填充金屬或合金。
用于延伸切口的干式蝕刻程序是可以一蝕刻操作來蝕刻該切口。相對地，濕式化學蝕刻程序可更容易，特別是更短時間被執(zhí)行。如具有許多干式蝕刻程序的例子，濕式化學蝕刻程序并不涉及使蝕刻操作更困難的任何聚合物制造。
移除雖為電導但具有較金屬化層中的物質(zhì)為高的電阻之中介層，是產(chǎn)生具有較若中介層被保留的例子為低的電阻的金屬化層間的連接。特別是具有小于1微米的最大直徑的孔徑例及/或相對高交換電流流通的孔徑例中，降低電阻的效應(yīng)是明顯降低功率損失。此依序產(chǎn)生冷卻集成電路裝置的低需求。
一發(fā)展中，中介層是由氮化鈦制成或該中介層包含氮化鈦。氮化鈦可以如使用化學汽相沉積(CVD)方法或藉由濺射的簡單方法來沉積。
具有包含氮化鈦之中介層的一發(fā)展中，中介層中的物質(zhì)是使用熱堿金屬氫氧化物被移除于切口區(qū)域中。
因此，例如氮化鈦是以含水，堿過氧化物系統(tǒng)來蝕刻。第一步驟中，氮化鈦是被以堿溶液氧化來形成氧化鈦離子
鈦陽離子TiO2+是進一步反應(yīng)來形成二氧化鈦
二氧化鈦是藉由進一步反應(yīng)過氧化氫分解來形成過氧化鈦
例如，堿金屬氫氧化物是具有攝氏60度的溫度?？商娲?，包含氮化鈦的層亦可使用塩基或使用具有塩基反映的溶液來移除。一改進中，氨水是被當作具有塩基反映的溶液。后續(xù)改進中，氨水是介于20％強度及35％強度之間，較佳為28％強度。28％強度氨水是為商業(yè)用且亦經(jīng)常被用于制造集成電路。一改進中，蝕刻溶液是為水及堿且包含如過氧化氫H2O2的氧化劑。維它命B復合體亦適用于堿元素。水溶液可輕易地處置。
后續(xù)改進中，初始金屬化層是包含由鋁或鋁合金制成的金屬層。例如，初始金屬化層是由鋁/硅合金，鋁/硅/銅合金，或鋁/銅合金制成。鋁的額外成分通常低于5wt％(重量百分比)。雖然鋁具有較同為高的電阻，但其可更容易圖案化。特別是，并不產(chǎn)生鋁污染問題。
初始金屬化層中包含鋁的金屬層后續(xù)改進中，被用于濕式化學蝕刻的液體是具有被與其混合的氧化該金屬層的氧化劑。一改進中，此氧化劑是為過氧化氫H2O2或H2O2溶液。金屬層上的氧化層是防止該金屬層不被用于移除中介層的裝置侵蝕并從中介層分解氧化物，如二氧化鈦。一改進中，過氧化氫溶液是介于30％強度及40％強度之間。特別是，35％強度過氧化氫溶液是為商業(yè)用且亦經(jīng)常被用于制造集成電路。作為替代過氧化氫者，其它氧化劑可被使用，如包含臭氧O3的液體，如水。
包含氨水及過氧化氫溶液的蝕刻溶液的一改進中，這些成分是藉由10∶1及30∶1間的體積比來混合。20∶1的體積比可達成良好結(jié)果。
后續(xù)改進中，濕式化學蝕刻期間形成的氧化層是從初始金屬化層中的金屬層被移除。此方法可防止電阻被增加于孔徑區(qū)域中。
后續(xù)改進中，氧化層是于切口被填充之前使用向后濺射程序來移除。若切口使用濺射方法來填充，則向后濺射意指僅增加少許復雜性。除了或可替代向后濺射，氧化層亦可使用濕式化學蝕刻程序來移除。例如，氧化鋁層Al2O3可使用膽堿或使用膽堿溶液來移除。膽堿是為具有以下結(jié)構(gòu)性公式的塩基HO-CH2-CH2-N+-(CH3)3，其中氮原子是為正價，且被連接至四碳原子。一改進中，膽堿溶液是介于0.05％強度及0.5％強度之間。0.1％強度膽堿溶液可達成良好結(jié)果。
后續(xù)改進中，中介層是由氮化鉭制成。氮化鉭是具有類似氮化鈦的特性，且亦可使用類似化學方法來移除。
后續(xù)改進中，初始金屬化層是包含由銅或銅合金制成的金屬層。例如，初始金屬化層是使用”加紋”或雙重”加紋”方法來制造。
另一發(fā)展中，進一步金屬化層是包含由鋁或鋁合金，特別是鋁/硅合金，鋁/硅/銅合金，或鋁/銅合金制成的金屬層。鋁的額外成分通常低于5wt％(重量百分比)。
可替代是，進一步金屬化層是包含由銅或銅合金制成的金屬化層。
后續(xù)發(fā)展中，切口是包含鎢，鋁，鋁合金，銅或銅合金。鎢可以良好填充比率被引進。
為了制造初始金屬化層或進一步金屬化層，一發(fā)展是涉及以下被執(zhí)行的步驟-金屬層被敷設(shè)，-中介層被敷設(shè)，及-該金屬層及該中介層是特別使用微影方法或使用加紋技術(shù)圖案化。
另一發(fā)展中，該方法是被用來制造具有大于10平方微米，大于1000平方微米或大于5000平方微米的接觸面積。該大接觸面積是被用于”智能功率”電路以便可針對接觸面積切換非常大電流，如大于1毫安，大于10毫安或大于100毫安的電流。特別是相關(guān)切換功率例中，發(fā)明性方法的技術(shù)效應(yīng)是被發(fā)現(xiàn)特別強烈。例如，馬達是使用這些電路來致動。
然而，可替代是，該方法亦被用于小于10平方微米或小于1平方微米的接觸面積。
本發(fā)明亦有關(guān)包含復數(shù)金屬化層的集成電路裝置。兩集成電路裝置是藉由位于切口中的至少一電導連接區(qū)段來相連。該切口是經(jīng)由金屬化層及中介層間的絕緣層延伸。金屬化層及中介層間的邊界處，切口是具有例如以中介層及金屬化層間的邊界處的底切為基礎(chǔ)被形成的突出緣。也就是說，該切口與其輪廓剩余者相較下是突出延伸于邊界處。當發(fā)明性方法或其發(fā)展的一被施加時，該電路裝置是被制造。上述技術(shù)動作亦施加至集成電路裝置。
一發(fā)展中，該電路裝置是適用于高于100W的切換功率，也就是其為功率電路裝置，亦被稱為功率裝置。
本發(fā)明實施例是參考附圖被解釋如下，其中

圖1A至圖1C顯示集成電路裝置制造的制造階段，及圖2顯示氮化鈦被移除的方法中的方法步驟。
如圖1A顯示，集成電路裝置10首先藉由敷設(shè)鋁層12至該集成電路裝置10預制部分來制造。該預制部分是包含硅基板中的主動半導體組件。鋁層12是具有被敷設(shè)至其，例如具有45奈米并當作抗反射層的氮化鈦層14。
敷設(shè)氮化鈦層14之后，氮化鈦層14及鋁層12硅使用包含蝕刻方法，如使用BCl3的光石版照相術(shù)方法圖案化，金屬化層18中的互連16是被制造。
該圖案化金屬化層18接著具有使用如硅烷基礎(chǔ)方法(SiH4)被敷設(shè)至其的二氧化硅層20。氮化鈦層14剩余者的上，例如二氧化硅層20是具有0.5微米及1.5微米間的厚度。
二氧化硅層20接著具有被敷設(shè)至其的光阻劑層22。光阻劑層22是使用幕罩被選擇暴露于氮化鈦層14剩余者的上，見箭頭24。光阻劑層22接著被發(fā)展，而切口26被制造于氮化鈦層14的上的光阻劑層22中，該切口底部是位于二氧化硅層20上。
如圖1B所示，干式蝕刻程序接著被執(zhí)行，其中切口26是被延伸來形成具有相同如切口26但更深的直徑的切口26a。切口26a底部是位于氮化鈦層14上或氮化鈦層14中。例如，干式蝕刻是使用四氟化碳CF4來執(zhí)行。干式蝕刻程序是使用端點識別或時間控制下來執(zhí)行。
適當干式蝕刻方法是為電漿蝕刻，反應(yīng)離子蝕刻或電子束蝕刻。
另一實施例中，干式蝕刻程序是于二氧化硅層20被蝕穿之后再時間控制下被結(jié)束。停留于切口底部的二氧化硅層該部分是與中介層，也就是實施例中的氮化鈦層14一起接受濕式化學蝕刻。
如圖1C所示，濕式化學蝕刻程序接著被執(zhí)行來移除切口26a區(qū)域中的氮化鈦層14。此例中，底部約在氮化鈦層14及鋁層12間邊界處的切口26b是被制造自切口26a。被使用的濕式化學蝕刻溶劑是為35％強度過氧化氫水溶液及28％強度氨水溶液的混合物。氧化氫溶液對氨水溶液的體積比是為20∶1。濕式化學蝕刻是被執(zhí)行于室溫下。
濕式化學蝕刻是為等向性，其意指二氧化硅層20是被蝕刻底切。底切寬度B大約為相同如氮化鈦層14的層厚度D的值，也就是寬度B于實施例中大約為80奈米。氮化鈦層14區(qū)域中的切口26a側(cè)面是被傾斜，該側(cè)面間的距離是朝向氮化鈦層14及二氧化硅層20間的邊界而增加。實施例中，切口26b底部處的直徑是再位于其原始值處，也就是其約等于切口26或26a的直徑。除了傾斜側(cè)面的外，圓側(cè)面亦出現(xiàn)。
另一實施例中，特別由于高位準過度蝕刻，切口26b底部處的直徑是大于切口26b頂部區(qū)域者。
視氮化鈦層14的厚度而定，濕式化學蝕刻的蝕刻時間是介于3分鐘及20分鐘之間。
濕式化學蝕刻程序亦涉及形成氧化鋁層30于鋁層12剩余物上，該氧化鋁層30是幾奈米厚，且可防止鋁層12被蝕刻溶劑侵蝕。
圖2顯示集成電路裝置10的制造方法步驟。該方法開始于方法步驟100。方法步驟102是對應(yīng)已參考圖1A被解釋如上的光阻劑層22的敷設(shè)及其圖案化。
方法步驟104已參考圖1B被更詳細解釋如上，并使用包含化學物的氟化物干式蝕刻二氧化硅層20，其符合以下公式來進行，例如
方法步驟106是有關(guān)氮化鈦層14的濕式化學蝕刻。方法步驟106已參考圖1C被解釋如上，并符合以下公式來進行，例如
濕式化學蝕刻亦涉及移除光阻劑層22。
方法步驟106之后是為集成電路裝置10被水沖洗而接著被干燥的方法步驟108。
后續(xù)方法步驟110中，氧化鋁層30是使用濕式化學方法來移除。此時被使用的蝕刻溶劑是為稀釋基本水溶液，如0.1％強度膽堿溶液。例如，集成電路裝置10是于室溫下被浸入膽堿溶液30秒。
后續(xù)方法步驟112中，集成電路裝置10被如水沖洗且被干燥。
方法步驟112之后是為光阻劑層22剩余物移除之后開始濺射下一個金屬層的方法步驟114。該程序中，切口26b亦被填充鋁。
該方法是于可連接外部連接線或負荷焊接球的接觸區(qū)域已被暴露于集成電路裝置10上。
另一實施例中，除了方法步驟110及112，方法步驟108之后是為氧化鋁層30藉由氬向后濺射被移除的方法步驟122效能，亦見箭頭120。向后濺射再之后是為方法步驟114，其中下一鋁層是被濺射，該下一鋁層是被用來制造下一金屬化層。
另一實施例中，除了方法步驟110及112，方法步驟122是被執(zhí)行，見箭頭130。此變異例中，氧化鋁層30不需藉由濕式化學裝置被完全移除。另一方面，例如若以水沖洗，則沖洗及干燥時形成的薄氧化層亦再被移除于被曝露金屬上。
當移除氮化鈦層時，被解釋方法是防止電漿蝕刻系統(tǒng)中的微粒形成。此結(jié)果是為室清潔操作間的持續(xù)時間較長，意指產(chǎn)出增加而成本下降。此外，濕式化學移除氮化鈦層的程序速度是高于干式蝕刻方法被使用時。再者，濕式化學移除氮化鈦層例中的蝕刻速度是與氮化鈦被暴露面積無關(guān)。
另一實施例中，光阻劑層22是于方法步驟106中的濕式化學蝕刻之前而在方法步驟104中的干式蝕刻之后被移除。此意指蝕刻溶劑必被污染。
特別是除了鋁層12的銅層例中，所使用的濕式化學蝕刻溶液亦可為3∶1及1000∶1混合范圍的氮酸HNO3及氫氟酸HF，如10mol/l濃度c的氮酸HNO3及3mol/l濃度c的氫氟酸HF。
例如，濕式化學蝕刻是藉由浸入蝕刻，濺射蝕刻或旋轉(zhuǎn)蝕刻來執(zhí)行。
權(quán)利要求
1.一種集成電路裝置(10)的制造方法，其中以下步驟是被執(zhí)行被中介層(12)覆蓋的初始金屬化層(12，18)是被制造，絕緣層(20)是于該初始金屬化層(18)制造之后被敷設(shè)，該絕緣層(20)是使用干式蝕刻程序圖案化形成至少一切口(26a)，該切口(26a)是使用濕式化學蝕刻程序或使用干式蝕刻程序被延伸，而來自該中介層(14)的物質(zhì)是被移除于該切口(26a)區(qū)域中，至少一進一步金屬化層是沿著該切口(26a)延伸而被制造，該切口(26a)是被填充金屬或合金。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中該中介層(14)由非氧化金屬化合物，特別是氮化鈦或氮化鉭制成，或包含非氧化金屬化合物，特別是氮化鈦或氮化鉭。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中該中介層(14)是為堿金屬氫氧化物及/或塩基及/或較佳具有塩基反映的水溶液，較佳使用氨水，較佳使用介于20％強度及35％強度間的氨水來移除。
4.如前述權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于為該初始金屬化層(18)是包含由鋁或鋁合金制成的金屬層(12)。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中被用于濕式化學蝕刻的液體是具有被與其混合的氧化該金屬層(12)的氧化劑，較佳為過氧化氫或過氧化氫溶液，特別是30％強度至40％強度的過氧化氫水溶液或包含臭氧的液體。
6.如權(quán)利要求3或5的方法，其中該氨水及該過氧化氫溶液是藉由10∶1及30∶1間，特別為20∶1比率的體積比來混合。
7.如前述權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于為以下步驟濕式化學蝕刻期間形成的氧化層(30)是從該初始金屬化層(18)上的金屬層(12)被移除。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中該氧化層(30)是于該切口(26a)被填充(114)之前使用向后濺射程序(122)來移除，及/或其中該氧化層(30)是使用濕式化學蝕刻程序(110)來移除，較佳使用塩基或稀薄塩基氨水溶液，特別較佳膽堿水溶液，該膽堿溶液是較佳介于0.05％強度及0.5％強度間。
9.如前述權(quán)利要求任一項的方法，其中該中介層(14)是于該干式蝕刻程序中當作蝕刻抑止層，或其中該干式蝕刻程序是被抑止于該絕緣層(20)中，而該絕緣層(20)部分于該濕式化學蝕刻程序期間被移除。
10.如前述權(quán)利要求任一項的方法，其中該初始金屬化層(18)是包含由銅或銅合金制成的金屬層(12)。
11.如前述權(quán)利要求任一項的方法，其中該進一步金屬化層是包含由鋁或鋁合金制成的金屬層，或其中該進一步金屬化層是包含由銅或銅合金制成的金屬層。
12.如前述權(quán)利要求任一項的方法，其中該切口(26a)是被填充鎢或鋁或鋁合金或銅或銅合金。
13.如前述權(quán)利要求任一項的方法，其中該初始金屬化層(18)及或該進一步初始金屬化層(18)是藉由以下被制造敷設(shè)由金屬或合金制成的金屬層(12)，該金屬層被敷設(shè)后，敷設(shè)由金屬氮化物制成或包含金屬氮化物之中介層(14)，及藉由圖案化(102)該金屬層(12)及該中介層(14)。
14.如前述權(quán)利要求任一項的方法，其中該干式蝕刻是使用化學物理方法，特別使用反應(yīng)性離子蝕刻方法或電漿蝕刻程序來執(zhí)行。
15.如前述權(quán)利要求任一項的方法，其中該方法是被用來制造具有大于10平方微米、大于100平方微米、大于1000平方微米或大于5000平方微米的接觸面積的一接觸，或其中該方法是被用來制造具有小于10平方微米或小于1平方微米的接觸面積的一接觸。
16.如前述權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于為以下步驟抗蝕劑(22)是于該干式蝕刻程序(104)之前被敷設(shè)(102)，而該抗蝕劑(22)是于該濕式化學蝕刻程序(106)之前被移除。
17.一種集成電路裝置(10)，特別是使用如前述權(quán)利要求任一項的方法被制造的電路裝置(10)，具有復數(shù)金屬化層(18)，且具有延伸穿過絕緣層(20)及中介層(14)的至少一切口(26b)，其中該切口(26b)于絕緣層(20)及中介層(14)之間邊界是具有至少5奈米或至少10奈米突起的突起緣。
18.如權(quán)利要求17的電路裝置(10)，是適用于大于1W或大于10W或大于100W的切換功率。
全文摘要
本文件是解釋氮化鈦層藉由濕式化學裝置(106)被移除的方法。進一步金屬化層是于該氮化鈦層移除之后被制造(114)。結(jié)果是為集成電路裝置是具有低電阻的連接。該電路裝置特別適用于切換高功率。
文檔編號H01L21/768GK1723554SQ200380105641
公開日2006年1月18日 申請日期2003年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月10日
發(fā)明者R·格爾納, H·奧伯梅爾 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司