CN102709180A - 一种铝薄膜的制备工艺 - Google Patents

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胡彬彬
张旭升
陈建维
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Abstract

本发明涉及半导体集成电路的制造领域，尤其涉及一种铝薄膜的制备工艺。本发明提出一种铝薄膜的制备工艺，通过优化铝薄膜的沉积条件，改善了铝颗粒的成长过程，从而有效的减少晶须缺陷的产生，进而提高产品的良率。

Description

一种铝薄膜的制备工艺
技术领域
本发明涉及半导体集成电路的制造领域，尤其涉及一种铝薄膜的制备工艺。
背景技术
铝作为一种稳定的低电阻率的金属，被广泛用于芯片后段的金属互连线路或者与后续封装线连接的接触垫；其中，晶须是指在颗粒（grain）边缘由于应力效应凸起的须状的缺陷。
图1-3是本发明背景技术中传统铝沉积的工艺流程结构示意图；如图1-3所示，传统铝沉积工艺是在硅衬底11上低温沉积钛薄膜12后，沉积氮化钛薄膜13覆盖钛薄膜12，再高温沉积铝薄膜14后沉积保护层15覆盖铝薄膜14，保护层15的材质一般为氮化钛或钛和氮化钛。
虽然高温的铝颗粒（grain）大、电阻率低，且填充性能与可靠性好，但在沉积较厚（大于1000埃）的铝薄膜时，由于铝（Al）薄膜与SiO2层的热膨胀系数存在较大差异，而沉积过程中产生的热应力会随着膜厚的增加不断累积，当达到到一定程度时在铝颗粒边缘会有铝钻出来，形成晶须状的缺陷（晶须），从而造成产品良率的降低。
发明内容
本发明公开了一种铝薄膜制备工艺，其中，包括以下步骤： 
步骤S1：在一硅衬底上，依次采用低温沉积第一钛薄膜和第一氮化钛薄膜覆盖所述硅衬底的上表面；
步骤S2：采用低温沉积第一铝薄膜后，采用高温沉积第二铝薄膜覆盖所述第一铝薄膜的上表面，形成铝层；
步骤S3：依次沉积保护层和抗反射层覆盖所述第二铝薄膜的上表面。
上述的铝薄膜制备工艺，其中，所述硅衬底为已形成金属互联线的硅片。
上述的铝薄膜制备工艺，其中，还包括在步骤S1和S2之间采用低温沉积第二钛薄膜，覆盖所述第一氮化钛薄膜的上表面。
上述的铝薄膜制备工艺，其中，采用小于100℃的温度进行第二钛薄膜的沉积工艺。
上述的铝薄膜制备工艺，其中，所述第二钛薄膜的厚度为50-300埃。
上述的铝薄膜制备工艺，其中，采用小于100℃的温度进行第一钛薄膜和第一氮化钛薄膜的沉积工艺。
上述的铝薄膜制备工艺，其中，采用100-250℃的温度进行第一铝薄膜的沉积工艺。
上述的铝薄膜制备工艺，其中，采用250-450℃的温度进行第二铝薄膜的沉积工艺。
上述的铝薄膜制备工艺，其中，所述铝层的厚度为10000-50000埃。
上述的铝薄膜制备工艺，其中，所述保护层的材质为氮化钛或钛和氮化钛。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种铝薄膜制备工艺，通过优化铝薄膜的沉积条件，改善了铝颗粒（grain）的成长过程，从而有效的减少晶须缺陷的产生，进而提高产品的良率。
附图说明
图1-3是本发明背景技术中传统铝沉积的工艺流程结构示意图；
图4-9是本发明铝薄膜制备工艺流程结构结构示意图；
图10是本发明铝薄膜制备工艺与传统铝薄膜制备工艺的缺陷数据图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
图4-9是本发明铝薄膜制备工艺流程结构结构示意图；如图4-9所示，一种铝薄膜制备工艺，包括以下步骤：
首先，在已形成金属互联线的硅片21上，采用低于100℃的温度进行第一钛薄膜22和第一氮化钛薄膜23的沉积；其中，第一钛薄膜22覆盖硅片21的上表面，第一氮化钛薄膜23覆盖第一钛薄膜22的上表面。
其次，采用低于100℃的温度沉积厚度为50-300埃的第二钛薄膜24，覆盖第一氮化钛薄膜23的上表面；其中，第二钛薄膜24作为粘附层吸附下层金属接触面上的养元素。
然后，采用100-250℃的温度沉积第一铝薄膜25覆盖第二钛薄膜24的上表面后，采用250-450℃的温度沉积第二铝薄膜26覆盖的第一铝薄膜25上表面，第一铝薄膜25和第二铝薄膜26形成10000-50000埃厚度的铝层；其中，通过分两步采用不同的温度（先低温后高温）沉积两层铝薄膜形成铝层，低温沉积形成的第一铝薄膜25的铝颗粒和应力比较小，不易产生晶须，而第二钛薄膜24与第一铝薄膜25的接触部分会反应生成均匀的钛铝合金层，能保证后续的第二铝薄膜26均匀沉积，而高温沉积的第二铝薄膜则满足了填充性能的需要。
最后，沉积保护层27覆盖第二铝薄膜26的上表面，并继续于保护层27上沉积抗反射层；其中，保护层27的材质为氮化钛或钛和氮化钛。
其中，也可以不制备在第一铝薄膜25与第一氮化钛薄膜23之间的第二钛薄膜24，但其效果不够理想；实验证明，在一个晶片上采用传统工艺制备的铝薄膜其缺陷总数达到21689个，而采用不包含第二钛薄膜24制备工艺的缺陷只有29个，而采用包含第二钛薄膜24制备工艺的缺陷只有18个。
图10是本发明铝薄膜制备工艺与传统铝薄膜制备工艺的缺陷数据图；其中，a表示传统工艺条件下APL-ADI的数目，b表示传统工艺条件下APL-ASI的数目，c表示本发明工艺条件下APL-ADI的数目，d表示本发明工艺条件下APL-ASI的数目。如图10所示，经过APL-ADI和APL-ASI两道工艺检验步骤后发现，在传统工艺条件下APL-ADI的数目为1617、APL-ASI的数目1514，而本发明工艺条件下APL-ADI的数目为48、APL-ASI的数目26；可知，相对采用传统工艺采用本发明工艺条件制备的产品的缺陷有了大幅度的提高，即本发明制备的铝薄膜的晶须缺陷从传统工艺条件下的数千甚至上万颗缺陷减至数十颗（晶圆级），基本上消除了晶须缺陷，有效的避免晶须缺陷对产品良率的影响。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种铝薄膜制备工艺及其方法，通过采用常规的方法沉积钛和氮化钛薄膜后再沉积一层薄层钛，然后再采用不同温度（先低温后高温）进行两步铝薄膜的沉积，在不影响薄膜电性和可靠性的前提下，不仅与传统的工艺技术兼容，而且有效的减少甚至避免铝晶须缺陷的产生，从而大大提高产品的良率。
通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (10)

1.一种铝薄膜制备工艺，其特征在于，包括以下步骤： 
步骤S1：在一硅衬底上，依次采用低温沉积第一钛薄膜和第一氮化钛薄膜覆盖所述硅衬底的上表面；
步骤S2：采用低温沉积第一铝薄膜后，采用高温沉积第二铝薄膜覆盖所述第一铝薄膜的上表面，形成铝层；
步骤S3：依次沉积保护层和抗反射层覆盖所述第二铝薄膜的上表面。
2.根据权利要求1所述的铝薄膜制备工艺，其特征在于，所述硅衬底为已形成金属互联线的硅片。
3.根据权利要求2所述的铝薄膜制备工艺，其特征在于，还包括在步骤S1和S2之间采用低温沉积第二钛薄膜，覆盖所述第一氮化钛薄膜的上表面。
4.根据权利要求3所述的铝薄膜制备工艺，其特征在于，采用小于100℃的温度进行第二钛薄膜的沉积工艺。
5.根据权利要求4所述的铝薄膜制备工艺，其特征在于，所述第二钛薄膜的厚度为50-300埃。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的铝薄膜制备工艺，其特征在于，采用小于100℃的温度进行第一钛薄膜和第一氮化钛薄膜的沉积工艺。
7.根据权利要求6所述的铝薄膜制备工艺，其特征在于，采用100-250℃的温度进行第一铝薄膜的沉积工艺。
8.根据权利要求7所述的铝薄膜制备工艺，其特征在于，采用250-450℃的温度进行第二铝薄膜的沉积工艺。
9.根据权利要求8所述的铝薄膜制备工艺，其特征在于，所述铝层的厚度为10000-50000埃。
10.根据权利要求9所述的铝薄膜制备工艺，其特征在于，所述保护层的材质为氮化钛或钛和氮化钛。
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