專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件的制造中，通常在金屬線上形成抗反射膜。 在現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件的制造方法中，為了提高器件的性能，通常在
形成金屬配線后通過退火方式來形成燒結(jié)工藝(sintering process)。然而， 參見圖1，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的工藝，當(dāng)實(shí)施實(shí)施燒結(jié)工藝時(shí)，由于金屬線和層 間介電層之間的熱膨脹系數(shù)不同，致使熱應(yīng)力引發(fā)金屬空隙(void) (V)。 所述空隙也可由金屬線和抗反射膜之間的界面反應(yīng)引起空隙。所述空隙會破 壞器件的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，其中當(dāng)實(shí)施燒結(jié)工 藝時(shí)，所述方法能夠抑制由熱應(yīng)力所引起的金屬空隙的形成。
在一實(shí)施例中， 一種半導(dǎo)體器件可以包括層間介電層，位于襯底上； 金屬層，位于所述層間介電層上；以及摻雜抗反射膜，位于所述金屬層上。
在另一實(shí)施例中， 一種制造半導(dǎo)體器件的方法可以包括如下步驟在襯 底上形成層間介電層；在所述層間介電層上形成金屬層；在所述金屬層上形 成摻雜抗反射膜；以及通過選擇性蝕刻所述金屬層和所述摻雜抗反射膜而形 成金屬線。在又一實(shí)施例中，可以在包括所述金屬線的襯底上實(shí)施燒結(jié)工藝。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)沉積金屬層時(shí)，可以將原位工藝應(yīng)用于形成摻 雜抗反射膜，從而可以根據(jù)燒結(jié)工藝來最小化熱應(yīng)力中的改變并有效抑制金 屬空隙的形成。
此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以提高應(yīng)力遷移特性，從而提高金屬工 藝的裕度和產(chǎn)品的可靠性。


圖1是示出在現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件的金屬線中產(chǎn)生金屬空隙的照片。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的金屬線的剖視圖。
圖3示出用于現(xiàn)有技術(shù)的器件和根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的器件的金屬線上
的應(yīng)力與溫度的關(guān)系。
圖4示出用于現(xiàn)有技術(shù)的器件和根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中的
金屬線上的應(yīng)力和應(yīng)力變化。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參照隨附附圖詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件 及其制造方法。
在這里，當(dāng)使用術(shù)語"上"或"上方"或"其上"時(shí)，當(dāng)涉及層、區(qū) 域、圖案或結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解，所述層、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)可以直接在另一 層或結(jié)構(gòu)上，或者也可以存在中間層、中間區(qū)域、中間圖案或中間結(jié)構(gòu)。在 這里，當(dāng)使用了術(shù)語"下"或"下方"時(shí)，當(dāng)涉及層、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)時(shí)， 應(yīng)當(dāng)理解，所述層、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)可以直接在另一層或結(jié)構(gòu)下，或者也 可以存在中間層、中間區(qū)域、中間圖案或中間結(jié)構(gòu)。
雖然在這里對本發(fā)明的描述參考的是圖像傳感器，但實(shí)施例并不僅限于 此。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到可以將實(shí)施例應(yīng)用于存在抗反射膜和實(shí)施 燒結(jié)工藝的任何半導(dǎo)體器件中。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的金屬線的剖視圖。
參見圖2，半導(dǎo)體器件可以包括形成在襯底(未示出)上的層間介電層 (未示出)?？梢栽趯娱g介電層上形成金屬層220，并且可以在金屬層220 上形成摻雜抗反射膜(impure anti-reflection film)(摻雜ARC) 230。雖然 金屬層220的實(shí)例示出為AlCu，但實(shí)施例并不僅限于此。金屬層220可以 包括本領(lǐng)域公知的任意合適的材料。
在一實(shí)施例中，摻雜抗反射膜(摻雜ARC) 230可以是摻雜TiNx膜(其 中x為正整數(shù)或零)。在另一實(shí)施例中，摻雜抗反射膜230可以包括Ti和/ 或TiNx (其中x小于1)。在又一個(gè)實(shí)施例中，摻雜抗反射膜230可以是
5Ti-TiN層。
摻雜抗反射膜(摻雜ARC) 230可以形成為任意合適的厚度。例如，摻 雜抗反射膜230的厚度可以約為300A至U 375 A。
在一實(shí)施例中，金屬線200還可以包括設(shè)置在金屬層220下的襯墊層 (liner layer) 210。襯墊層210包括第一襯墊層211和第二襯墊層213 。
雖然在圖2中，第一襯墊層211和第二襯墊層213分別示出為Ti和TiN， 但本發(fā)明的實(shí)施例并不僅限于此。第一襯墊層211和第二襯墊層213可以各 自包括本領(lǐng)域公知的任意合適的材料。
以下將參考圖2描述采用原位工藝的半導(dǎo)體器件的制造方法。
可以在襯底上(未示出)形成層間介電層(未示出)。層間介電層可以 是諸如金屬沉積前(pre-metal)電介質(zhì)(PMD)或金屬層間(inter-metal)電 介質(zhì)(IMD)。
在一實(shí)施例中，可以在層間介電層上形成襯墊層210。襯墊層210可以 包括第一襯墊層211和形成在第一襯墊層211上的第二襯墊層213。雖然在 圖2中，第一襯墊層211示出為Ti襯墊層211并且第二襯墊層213示出為 TiN襯墊層，但本發(fā)明的實(shí)施例并不僅限于此。第一襯墊層211和第二襯墊 層213可以各自包括本領(lǐng)域公知的任意合適的材料。
接著，可以在襯墊層210上形成金屬層220。雖然金屬層可以例如由AlCu 形成，但是本發(fā)明的實(shí)施例并不僅限于此。金屬層220可以由本領(lǐng)域公知的 任意合適的材料形成。
接著，可以在金屬層220上形成摻雜抗反射膜(摻雜ARC) 230。在一 實(shí)施例中，形成摻雜抗反射膜(摻雜ARC) 230的步驟可以包括形成第一抗 反射膜(未示出)并且通過原位工藝處理位于第一抗反射膜上的第二抗反射 膜(未示出)。
例如，可以由Ti膜形成第一抗反射膜，并且通過原位工藝可以由TiN 膜形成第二抗反射膜，但本發(fā)明的實(shí)施例并不僅限于此。
在一實(shí)施例中，在形成第一抗反射(Ti)膜之后，可以通過原位工藝處 理第二抗反射TiN膜以形成摻雜TiNx膜(其中x為正整數(shù))。因此，可以 最小化因TiN膜和AlCu金屬層220之間的界面反應(yīng)而引起的TiAl3的形成， 從而可以抑制因燒結(jié)工藝引起的金屬空隙的形成。在一實(shí)施例中，第一抗反射膜的厚度約為第二抗反射膜的20%到50%。 摻雜抗反射膜(摻雜ARC) 230可以形成為本領(lǐng)域所公知的任意合適的 厚度。例如，摻雜抗反射膜230的厚度可以約為300A到375 A。即使摻雜 抗反射膜230的厚度增加，也可抑制因TiAl3的形成而引起的金屬線的體積 收縮，從而可能改善表面形態(tài)并且克服Rs漂移的問題。也就是說，可以提 高金屬的Em/SM特性。
應(yīng)當(dāng)注意，在某些實(shí)施例中，可以增加位于Ti膜中的氫(H)陷阱 (hydrogen tmp)，從而使暗特性變差，使得Ti膜的厚度可以約為50 A到 125人。
在一實(shí)施例中，TiN膜的厚度可以約為250 A。在后續(xù)的光刻/曝光工藝 期間，TiN膜可保證足夠的裕度(margin)。
此外，在一實(shí)施例中，在形成摻雜抗反射膜(摻雜ARC) 230期間，可 以消耗大約5kW到10kW的能量。
在一實(shí)施例中，第一抗反射膜的沉積率可以高于第二抗反射膜的沉積 率。例如，在Ti膜的情況下，通過增加沉積率，可以最小化TiAb的形成。 在TiN膜的情況下，通過減小沉積率，可以形成致密膜(dense film)。這樣， 就可以抑制在后續(xù)的光刻(photo)工藝中對A1的侵襲。
此外，通過在約為50。C或更低的溫度下可以形成摻雜抗反射膜(摻雜 ARC) 230。例如，可以在溫度約小于或等于50 。C的工藝中分別沉積Ti膜 和TiN膜。
在腔室內(nèi)(約為200 °C的溫度下)保持長時(shí)間可以引起銅的偏析(Copper segregation)(形成0相位)，從而可以引發(fā)金屬線的短路，導(dǎo)致成品率的 降低。為了克服這種問題，用于形成摻雜抗反射膜230的原位工藝可以使用 約為50 。C或以下的低溫工藝。
在一實(shí)施例中，可以在氬(Ar)氣氣氛下實(shí)施第一抗反射膜，并且可以 在Ar氣氣氛和氮?dú)?N2)氣氛下實(shí)施第二抗反射膜。在另一實(shí)施例中，所 提供的用于第一抗反射膜的Ar氣氣氛的流率可以約為每分鐘60到100標(biāo)準(zhǔn) 立方厘米(sccm)，所提供的用于第二抗反射膜的Ar氣氣氛的流率可以約 為40 sccm到60 sccm，所提供的用于第二抗反射膜的N2氣氣氛的流率可以 約為80 sccm至lj 120 sccm。例如，為了形成致密的摻雜TiNx膜結(jié)構(gòu)(其中X為正整數(shù))，用于形 成摻雜抗反射膜(摻雜ARC) 230的原位工藝可以對第一抗反射膜使用約為 80 sccm的Ar，并且對第二抗反射膜使用約為50 sccm的Ar和約為100 sccm 的N2。這樣，就可抑制在后續(xù)的光刻工藝中對A1的侵襲。
接著，通過選擇性地蝕刻金屬層220和摻雜抗反射膜230，可以形成金 屬線200。
此后，可在包括金屬線200的襯底上實(shí)施燒結(jié)工藝。
圖3示出金屬線上的應(yīng)力與溫度的關(guān)系，并且圖4示出用于現(xiàn)有技術(shù)的 器件和根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的器件中的金屬線上的應(yīng)力和應(yīng)力變化。
參見圖3，現(xiàn)有技術(shù)(POR)的器件顯示出隨著溫度的增加，熱應(yīng)力 急劇下降。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件則顯示出隨著溫度的增加， 熱應(yīng)力的下降速度要慢的多。與現(xiàn)有技術(shù)(POR)相比，本發(fā)明的實(shí)施例包 括通過應(yīng)用原位工藝形成摻雜抗反射膜以增強(qiáng)張應(yīng)力(tensile stress)的特性 的步驟。這導(dǎo)致在實(shí)施溫度約為450 °C的燒結(jié)工藝前后的應(yīng)力的改變較小。 如上所述，由于具有了足夠的對抗熱應(yīng)力的裕度，就可以有效抑制因燒結(jié)工 藝而形成金屬空隙。
參見圖4，現(xiàn)有技術(shù)(POR)的器件具有高達(dá)約為106MPa的應(yīng)力變化， 而本發(fā)明的實(shí)施例示出通過應(yīng)用原位工藝形成摻雜抗反射膜，其應(yīng)力變化約 為23MPa。
換句話說，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，當(dāng)沉積金屬層之后，可通 過原位工藝形成摻雜抗反射膜，使得在后續(xù)工藝期間，可最小化熱應(yīng)力的改 變并有效抑制金屬空隙的形成。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，當(dāng)沉積金屬層之后，可通過原位工 藝形成摻雜抗反射膜，從而可以最小化因燒結(jié)工藝產(chǎn)生的熱應(yīng)力的改變，并 抑制金屬空隙的形成。
此外，也可改善應(yīng)力遷移(SM)特性，從而可改善金屬工藝的裕度和 產(chǎn)品的可靠性。
本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為受到此處所列舉的實(shí)施例的限制，在所附權(quán)利要 求的精神和范圍之內(nèi)可對本發(fā)明進(jìn)行各種形式的改變。在本說明書中，對于"一個(gè)實(shí)施例"、"一實(shí)施例"、"示例性實(shí)施例" 等的任意引用表示結(jié)合所述實(shí)施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在 本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。在說明書中各處的這類短語的出現(xiàn)不必都涉及 相同的實(shí)施例。此外，當(dāng)結(jié)合任意實(shí)施例描述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性時(shí)，可 認(rèn)為在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所屬范圍內(nèi)，可結(jié)合其它實(shí)施例實(shí)現(xiàn)這種特征、 結(jié)構(gòu)或特性。
盡管對實(shí)施例的描述中結(jié)合了其中多個(gè)示例性實(shí)施例，但可以理解的是 本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可以推導(dǎo)出許多其它變化和實(shí)施例，并落入本公開內(nèi)容 的原理的精神和范圍之內(nèi)。特別是，可以在所述公開、附圖和所附權(quán)利要求 的范圍內(nèi)對組件和/或附件組合設(shè)置中的排列進(jìn)行多種變化和改進(jìn)。除組件和 /或排列的變化和改進(jìn)之外，其他可選擇的應(yīng)用對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言也是 顯而易見的。
權(quán)利要求
1. 一種半導(dǎo)體器件，包括層間介電層，位于襯底上；金屬層，位于所述層間介電層上；以及摻雜抗反射膜，位于所述金屬層上。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述摻雜抗反射膜包括TiNx 膜，其中x為正整數(shù)或零。
3. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述金屬層包括AlCu。
4. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述摻雜抗反射膜的厚度約為 300 A到375A。
5. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述摻雜抗反射膜通過原位工 藝形成。
6. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述摻雜抗反射膜的厚度約為 300 A到375A。
7. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述摻雜抗反射膜包括Ti-TiN層。
8. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述金屬層包括AlCu。
9. 一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括如下步驟 在襯底上形成層間介電層；在所述層間介電層上形成金屬層； 在所述金屬層上形成摻雜抗反射膜；以及通過選擇性地蝕刻所述金屬層和所述摻雜抗反射膜而形成金屬線。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括如下步驟 在包括所述金屬線的所述襯底上實(shí)施燒結(jié)工藝。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中形成所述摻雜抗反射膜的步驟包括 形成第一抗反射膜；以及通過原位工藝而在所述第一抗反射膜上形成第二抗反射膜。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第一抗反射膜為Ti膜，并且 其中所述第二抗反射膜為TiN膜。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第一抗反射膜的厚度約為所述第二抗反射膜的厚度的20%到50%。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第一抗反射膜的沉積率高于所 述第二抗反射膜的沉積率。
15. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中形成所述第一抗反射膜的步驟包括 在氬氣氣氛下形成所述第一抗反射膜，并且其中形成所述第二抗反射膜的步 驟包括在氬氣氣氛下和在氮?dú)鈿夥障滦纬伤龅诙狗瓷淠ぁ?br> 16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中以約60 sccm到100 sccm的流率 提供用于所述第一抗反射膜的氬氣，并且以約40sccm到60sccm的流率提 供用于所述第二抗反射膜的氬氣和以約80sccm到120sccm的流率提供氮 氣。
17. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述摻雜抗反射膜包括TiNx膜，其 中x為正整數(shù)或零。
18. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中形成所述摻雜抗反射膜的步驟包括 在約50 。C或更低的溫度下處理所述摻雜抗反射膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。所述半導(dǎo)體器件可以包括位于襯底上的層間介電層、位于層間介電層上的金屬層、以及位于金屬層上的摻雜抗反射膜。所述摻雜抗反射膜可以通過原位工藝形成。當(dāng)實(shí)施燒結(jié)工藝時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法能夠使熱應(yīng)力的改變最小化并有效抑制金屬空隙的形成。
文檔編號H01L23/52GK101471326SQ20081018557
公開日2009年7月1日 申請日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者昔壯衒 申請人:東部高科股份有限公司