專(zhuān)利名稱：一種半導(dǎo)體芯片制造方法
一種半導(dǎo)體芯片制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種半導(dǎo)體制造方法，特別是關(guān)于一種改進(jìn)半導(dǎo)體金屬連線蝕刻方 法，從而能改變半導(dǎo)體芯片金屬連線電子遷移性能的方法。
背景技術(shù)：
電子遷移(EM)現(xiàn)象是一種因?yàn)殡娮恿鞯淖矒羰菇饘僭赢a(chǎn)生移位的效應(yīng)。當(dāng)金 屬導(dǎo)線中通過(guò)大電流時(shí)，靜電場(chǎng)力驅(qū)動(dòng)電子由陰極向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，高速運(yùn)動(dòng)的電子與金屬原 子發(fā)生能量交換，原子受到猛烈的電子沖擊力(即所謂的電子風(fēng)力)，但金屬原子同時(shí)還收 到反方向的靜電場(chǎng)力，當(dāng)金屬導(dǎo)線中的電流密度較高時(shí)，向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)的大量電子碰撞原子， 使得金屬原子受到的電子風(fēng)力大于靜電場(chǎng)力。因此金屬原子受到電子風(fēng)力的驅(qū)動(dòng)，使其從 陰極向陽(yáng)極定向擴(kuò)散，從而發(fā)生電遷移。集成電路芯片(IC)內(nèi)部采用金屬薄膜引線來(lái)傳導(dǎo)工作電流，這種傳導(dǎo)電流的金 屬薄膜稱作互連引線。隨著芯片集成度的提高，互連引線變得更細(xì)、更窄、更薄，因此其中的 電流密度越來(lái)越大。如前所述，在較高的電流密度作用下，互連引線中的金屬原子將會(huì)沿著 電子運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行遷移。移位的原子在互連引線一端聚集時(shí)，可能在互連引線的表面產(chǎn)生 突丘與突須，這些向外突伸的突丘與突須，容易使相鄰兩根互連引線之間產(chǎn)生短路。另外， 金屬原子移位后在原處產(chǎn)生空穴，空穴向原子相反的方向移動(dòng)，發(fā)生積聚，當(dāng)空穴相互聚集 而形成空洞時(shí)，互連引線的電流路徑的截面積減小，而使互連引線的電阻增大，電流密度增 加，從而形成互連弓I線的局部溫度增加，導(dǎo)致互連弓I線燒斷，造成斷路。因此在IC的制造過(guò)程中通常要求對(duì)IC進(jìn)行電子遷移測(cè)試，如果IC在電子遷移測(cè) 試中發(fā)生短路或斷路的時(shí)間小于規(guī)定時(shí)間，則電子遷移測(cè)試失敗。用于形成互連弓I線的材料通常為鋁金屬，形成鋁連線的步驟通常是先在半導(dǎo)體硅 片表面沉積鋁，然后對(duì)鋁膜進(jìn)行蝕刻，以形成所需的引線布圖。在鋁沉積時(shí)，鋁內(nèi)部是以很 多的金屬顆粒存在，而電子遷移最容易發(fā)生在顆粒與顆粒交界的顆粒邊界處，當(dāng)鋁沉積時(shí)， 形成的顆粒越大，則顆粒的交界處就越少，電子遷移的路徑就越少，電子遷移發(fā)生的機(jī)率越 低?，F(xiàn)有的技術(shù)中，通常是采用三氟甲烷(CHF3)作為蝕刻氣體對(duì)鋁膜進(jìn)行蝕刻以產(chǎn) 生所需形狀的鋁金屬連線。但三氟甲烷作為蝕刻氣體時(shí)，反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)物較多，在鋁金 屬連線的側(cè)壁會(huì)形成較重的聚合物，而這些聚合物中所含的氟離子對(duì)鋁金屬會(huì)產(chǎn)生侵蝕， 造成鋁側(cè)壁的原始的顆粒邊界被破壞，而形成更多的顆粒邊界，所以電子遷移的路徑會(huì)增 加，發(fā)生電子遷移的機(jī)率相應(yīng)地增大，容易導(dǎo)致電子遷移測(cè)試失敗。而現(xiàn)有技術(shù)在發(fā)生電子遷移測(cè)試失敗時(shí)，主要通過(guò)調(diào)節(jié)鈦或者氮化鈦的厚度來(lái)解 決，但效果不購(gòu)明顯?；蛘咄ㄟ^(guò)使用離子注入鈦來(lái)取代傳統(tǒng)的物理氣相沉積鈦來(lái)解決，但成 本很高。因此，確有必要提出一種新的解決方案，以克服現(xiàn)有技術(shù)的前述缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體芯片的制造方法，能以較低的成本改善芯片的 電子遷移性能。本發(fā)明的另一目的在于提供一種能夠提升半導(dǎo)體芯片電子遷移性能的金屬連線 蝕刻方法。為達(dá)成前述目的，本發(fā)明一種半導(dǎo)體芯片的制造方法，其包括在硅片上形成氧化 膜的步驟、在硅片上涂布光刻膠的步驟、通過(guò)掩膜版在硅片上刻制電路圖形的步驟、通過(guò)蝕 刻去除硅片表面多余物質(zhì)的步驟、通過(guò)離子注入在硅片形成晶片所需元件的步驟以及在硅 片上形成金屬連線的步驟，在硅片上形成金屬連線的步驟包括在硅片表面上沉積金屬鋁的 步驟以及對(duì)金屬鋁進(jìn)行蝕刻以形成金屬連線的步驟，其中在前述形成金屬連線的對(duì)金屬鋁 進(jìn)行蝕刻以形成金屬連線的步驟中，對(duì)金屬鋁進(jìn)行蝕刻的氣體為包含氮?dú)獾幕旌蜌怏w。為達(dá)成前述另一目的，本發(fā)明一種半導(dǎo)體金屬連線蝕刻方法，其包括在半導(dǎo)體硅 片上沉積金屬鋁的步驟以及對(duì)金屬鋁進(jìn)行蝕刻以形成金屬連線的步驟；其中前述對(duì)金屬鋁 進(jìn)行蝕刻的步驟中，對(duì)金屬鋁進(jìn)行蝕刻的氣體為包含氮?dú)獾幕旌蜌怏w。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的半導(dǎo)體芯片制造方法，其中對(duì)金屬鋁連線進(jìn)行蝕刻使 用的是包含氮?dú)獾幕旌蜌怏w，反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)物較少，而且其覆蓋于鋁連線表面的聚合 物不含容易對(duì)鋁連線造成侵蝕的氟離子，相反氮離子與硅片中的鋁-硅-鈦形成高強(qiáng)度、熱 穩(wěn)定的薄膜，能提供對(duì)鋁側(cè)壁的保護(hù)，而保持鋁連線內(nèi)原始的顆粒邊界，減少電子遷移的路 徑，降低電子遷移發(fā)生的機(jī)率。

圖1為本發(fā)明半導(dǎo)體芯片制造方法的流程圖。圖2為本發(fā)明在硅片表面形成金屬連線的步驟的流程圖。圖3為本發(fā)明形成金屬連線步驟中沉積金屬鋁的步驟的流程圖。圖4為本發(fā)明形成金屬連線步驟中對(duì)金屬鋁進(jìn)行蝕刻的步驟的流程圖。
具體實(shí)施方式鑒于本發(fā)明的半導(dǎo)體制造方法的其他步驟與現(xiàn)有的半導(dǎo)體芯片制造方法的步驟 基本相同，且這些步驟并非本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)所在，因此本說(shuō)明書(shū)中并未將半導(dǎo)體制造方法 的其他步驟(例如長(zhǎng)晶、切割等步驟)一一詳細(xì)說(shuō)明，而僅僅列舉半導(dǎo)體制造方法中的一些 主要必備步驟。請(qǐng)參閱圖1所示，其顯示本發(fā)明半導(dǎo)體芯片制造方法的流程圖。如圖所示，本發(fā)明 一種半導(dǎo)體芯片制造方法，其包括如下步驟步驟1 首先在硅片表面上形成一層均勻的薄氧化膜的步驟；步驟2 然后在形成有氧化膜的硅片上均勻地涂布光刻膠使硅片具有感光性的步 驟；步驟3 接著通過(guò)光源照射在預(yù)制的掩膜版上，經(jīng)過(guò)透鏡放大在硅片上刻制電路 圖形的步驟；步驟4:通過(guò)蝕刻去除硅片表面多余的光刻膠及氧化膜的步驟，其中蝕刻可以為濕法蝕刻或者干法蝕刻，其中干法蝕刻的具體步驟為將經(jīng)過(guò)光刻的硅片放入反應(yīng)室內(nèi)、通 入反應(yīng)氣體，使氣體與硅片表面發(fā)生反應(yīng)，蝕刻掉不需要的光刻膠以及氧化膜。步驟5 通過(guò)離子注入在硅片形成晶片所需元件的步驟，通過(guò)氧化擴(kuò)散或者濺射 等方式，對(duì)硅片實(shí)施離子注入，使硅片上裸露的部分變成半導(dǎo)體，而形成半導(dǎo)體芯片所需要 的元件。步驟6 在硅片上形成金屬連線的步驟，在形成半導(dǎo)體芯片所需的元件之后，需要 形成一層金屬連線，將硅片上的各元件按預(yù)先設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)相互連接。通常金屬連線采 用的材料為鋁或銅。在本發(fā)明的實(shí)施方式中形成的該金屬連線為鋁線。如圖2所示，在硅片上形成金屬連線的具體步驟進(jìn)一步包括在硅片表面沉積金屬鋁的步驟61以及對(duì)金屬鋁進(jìn)行蝕刻形成金屬連線的步驟 62。其中在硅片表面沉積金屬鋁的步驟61，其進(jìn)一步包括步驟611 在硅片表面先形成一層第一鈦、氮化鈦層步驟612 將形成有第一鈦、氮化鈦層的硅片放入反應(yīng)室內(nèi)，在惰性氣體的等離子 環(huán)境中離子流轟擊鋁靶材料，濺射到硅片表面，在第一鈦、氮化鈦層上沉淀成金屬連線用的 鋁金屬膜。步驟613 在鋁金屬膜表面再形成一層第二鈦、氮化鈦層。對(duì)鋁金屬膜進(jìn)行蝕刻，以形成金屬連線的步驟62進(jìn)一步包括步驟621 在形成有第二鈦、氮化鈦的硅片表面通過(guò)掩膜光刻形成金屬連線布圖 的步驟；步驟622 將形成有金屬連線布圖的硅片放入反應(yīng)室，通入由氮?dú)?、氯氣以及三?化硼組成的混和氣體，對(duì)第二鈦、氮化鈦層以及金屬鋁進(jìn)行蝕刻以形成金屬連線的步驟。熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，由于半導(dǎo)體芯片的制造過(guò)程為多層工藝的反復(fù)進(jìn) 行，所以前述步驟1至步驟5可以根據(jù)形成不同層結(jié)構(gòu)的需要重復(fù)進(jìn)行。本發(fā)明的半導(dǎo)體芯片制造方法，其中對(duì)鋁金屬膜進(jìn)行蝕刻時(shí)使用的是包含氮?dú)獾?混和氣體，反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)物較少，而且其覆蓋于鋁金屬連線表面的聚合物不含容易對(duì) 鋁連線造成侵蝕的氟離子，相反氮離子與硅片中的鋁-硅-鈦形成高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定的薄膜， 能提供對(duì)鋁側(cè)壁的保護(hù)，而保持鋁連線內(nèi)原始的顆粒邊界，減少電子遷移的路徑，降低電子 遷移發(fā)生的機(jī)率。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體芯片的制造方法，在形成氧化膜的硅片上涂布光刻膠的步驟、通過(guò)掩膜版在涂有光刻膠的硅片上刻制電路圖形的步驟、通過(guò)蝕刻去除硅片表面多余光刻膠及氧化膜的步驟、通過(guò)離子注入在硅片形成晶片所需元件的步驟以及在硅片上形成金屬連線的步驟，其中在硅片上形成金屬連線的步驟包括在硅片表面上沉積金屬鋁的步驟以及對(duì)金屬鋁進(jìn)行蝕刻以形成金屬連線的步驟，其特征在于在前述形成金屬連線的對(duì)金屬鋁進(jìn)行蝕刻以形成金屬連線的步驟中，對(duì)金屬鋁進(jìn)行蝕刻的氣體為包含氮?dú)獾幕旌蜌怏w。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片制造方法，其特征在于前述包含氮?dú)獾幕旌蜌怏w 為氮?dú)?、氯氣以及三氯化硼組成的混和氣體。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片制造方法，其特征在于在前述在硅表面上沉積金 屬鋁的步驟還包括在硅表面先形成一層第一鈦、氮化鈦層，然后在第一鈦、氮化鈦層上沉積 金屬鋁，以及在沉積的金屬鋁上再形成一層第二鈦、氮化鈦層的步驟。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體芯片制造方法，其特征在于前述對(duì)金屬鋁進(jìn)行蝕刻以 形成金屬連線的步驟進(jìn)一步包括通過(guò)光刻在第二鈦、氮化鈦層的表面形成連線布圖的步 馬聚ο
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體芯片制造方法，其特征在于前述對(duì)金屬鋁進(jìn)行蝕刻以 形成金屬連線的步驟還包括通入包含氮?dú)獾幕旌蜌怏w對(duì)第二鈦、氮化鈦層以及金屬鋁進(jìn)行 蝕刻的步驟。
6.一種半導(dǎo)體金屬連線蝕刻方法，其包括在半導(dǎo)體硅片上沉積金屬鋁的步驟以及對(duì)金 屬鋁進(jìn)行蝕刻以形成金屬連線的步驟；其特征在于前述對(duì)金屬鋁進(jìn)行蝕刻的步驟中，對(duì) 金屬鋁進(jìn)行蝕刻的氣體為包含氮?dú)獾幕旌蜌怏w。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體金屬連線蝕刻方法，其特征在于前述包含氮?dú)獾幕旌?氣體為氮?dú)?、氯氣以及三氯化硼組成的混和氣體。
8.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體金屬連線蝕刻方法，其特征在于在前述在硅片上沉積 金屬鋁的步驟還包括在硅表面先形成一層第一鈦、氮化鈦層，然后在第一鈦、氮化鈦層上沉 積金屬鋁，以及在沉積的金屬鋁上再形成一層第二鈦、氮化鈦層的步驟。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體金屬連線蝕刻方法，其特征在于前述對(duì)金屬鋁進(jìn)行蝕 刻以形成金屬連線的步驟進(jìn)一步包括通過(guò)光刻在第二鈦、氮化鈦層的表面形成連線布圖的 步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體金屬連線蝕刻方法，其特征在于前述對(duì)金屬鋁進(jìn)行蝕 刻以形成金屬連線的步驟還包括通入包含氮?dú)獾幕旌蜌怏w對(duì)第二鈦、氮化鈦層以及金屬鋁 進(jìn)行蝕刻的步驟。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種半導(dǎo)體芯片的制造方法，其包括在硅片上形成氧化膜的步驟、在形成氧化膜的硅片上涂布光刻膠的步驟、通過(guò)掩膜版在涂有光刻膠的硅片上刻制電路圖形的步驟、通過(guò)蝕刻去除硅片表面多余光刻膠及氧化膜的步驟、通過(guò)離子注入在硅片形成晶片所需元件的步驟以及在硅片上形成金屬連線的步驟，其中在硅片上形成金屬連線的步驟包括在硅片表面上沉積金屬鋁的步驟以及對(duì)金屬鋁進(jìn)行蝕刻以形成連線布圖的步驟，本發(fā)明在形成金屬連線的步驟對(duì)鋁進(jìn)行蝕刻時(shí)采用包含氮?dú)獾幕旌蜌怏w作為蝕刻氣體，反應(yīng)時(shí)副產(chǎn)物較少，而且會(huì)形成熱穩(wěn)定膜，能對(duì)鋁側(cè)壁形成保護(hù)，能減少電子遷移的路徑，降低電子遷移發(fā)生的機(jī)率。
文檔編號(hào)H01L21/768GK101894790SQ20091002768
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者任小兵, 薛浩, 許宗能 申請(qǐng)人:無(wú)錫華潤(rùn)上華半導(dǎo)體有限公司;無(wú)錫華潤(rùn)上華科技有限公司