CN106340464A - 一种降低金属 Ti 互连电阻的方法 - Google Patents

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秦海燕
李志国
杨勇
田玥
崔永鹏
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    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
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Abstract

本发明提出了一种降低金属Ti互连电阻的方法，在形成金属Ti作为互连线后，对金属Ti进行氢气热处理，使氢原子进入金属Ti的间隙之中，改变金属Ti的晶格结构和电子结构，进一步改变金属Ti电学方面的性质，从而使金属Ti的阻值大幅降低，适合用于互连线。

Description

一种降低金属Ti互连电阻的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种降低金属Ti互连电阻的方法。
背景技术
在半导体工艺中，局部互连是连接器件的第一层金属，因此相对于第二层或以上的金属层互连，它具有最严的设计规则(design rule)。
随着工艺发展，传统的金属Al互连已难以满足电迁移(EM)和应力迁移(SM)的需求，金属Cu互连虽然能够有效解决EM和SM的问题，但是Cu互连成本较高。金属Ti与Cu一样同为难熔金属，一样可以满足EM和SM的需求，其具有成本较低的优点，所以可以作为局部互联的金属材料。但是相对于Al(电阻率为2.6548Ω·m)和Cu(电阻率为1.678Ω·m)，Ti的电阻率较高(42.0Ω·m)，其使用受到了较大的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低金属Ti互连电阻的方法，能够降低金属Ti的互连电阻。
为了实现上述目的，本发明提出了一种降低金属Ti互连电阻的方法，包括步骤：
在器件上形成金属Ti作为互连线；
对所述金属Ti进行氢气热处理。
进一步的，在所述的降低金属Ti互连电阻的方法中，形成所述金属Ti的步骤包括合金工艺。
进一步的，在所述的降低金属Ti互连电阻的方法中，在采用合金工艺的同时，通入氢气进行氢气热处理。
进一步的，在所述的降低金属Ti互连电阻的方法中，所述氢气热处理的温度范围为300摄氏度～600摄氏度。
进一步的，在所述的降低金属Ti互连电阻的方法中，所述氢气热处理的氢气流量范围为1L/Min～10L/Min。
进一步的，在所述的降低金属Ti互连电阻的方法中，所述氢气热处理的氢气时间范围为10min～60min。
进一步的，在所述的降低金属Ti互连电阻的方法中，所述氢气热处理的氢气压强范围为常压。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在，在形成金属Ti作为互连线后，对金属Ti进行氢气热处理，使氢原子进入金属Ti的间隙之中，改变金属Ti的晶格结构和电子结构，进一步改变金属Ti电学方面的性质，从而使金属Ti的阻值大幅降低，适合用于互连线。
附图说明
图1为本发明一实施例中降低金属Ti互连电阻的方法的流程图；
图2为本发明一实施例中对金属Ti进行氢气热处理的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的降低金属Ti互连电阻的方法的流程图进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如背景技术提及，传统的降低金属电阻的方法是增加金属薄膜厚度或者增加线宽。但是由于金属Ti应力较大，增加金属薄膜厚度容易产生应力失配的问题，甚至导致薄膜出现应力裂纹；而增加线宽则不利于布线效率，严重影响芯片的成本。
研究发现，元素周期表中过渡金属或者合金在一定温度和压力下能够大量吸收氢气，被称为储氢金属(或合金)，氢分子在金属(或合金)中先分解成单个的原子，而这些氢原子便“见缝插针”般地进入合金原子之间的缝隙中，并与合金进行化学反应生成金属氢化物，所生成的氢化物存在着多种键合方式。
金属Ti作为是其中一种储氢金属，当温度介于300～600℃时，能够大量吸收氢气，在此温度范围内，调节氢气压力或者温度都可以调整Ti吸收氢的速度。而金属吸氢除了会改变金属材料的晶格结构之外，还会对材料的电子结构产生影响，从而进一步改变材料的电学方面的性质。
基于以上原理，本申请提出一种降低金属Ti互连电阻的方法，利用合金(Alloy)工艺对金属Ti薄膜进行氢气热处理，使得金属Ti薄膜吸收大量氢原子，通过控制温度，气压和时间调节吸氢含量，进而实现对金属Ti互连电阻的可控调节。
具体的，请参考图1和图2，在本实施例中，提出了一种降低金属Ti互连电阻的方法，包括步骤：
S100：在器件上形成金属Ti作为互连线；
S200：对所述金属Ti进行氢气热处理。
请参考图2，所述金属Ti 20形成在器件10上，并进行了刻蚀，获得互连线。形成所述金属Ti的步骤包括合金工艺。在采用合金工艺的同时，通入氢气进行氢气热处理。具体的，所述氢气热处理的温度范围为300摄氏度～600摄氏度，例如是500摄氏度。所述氢气热处理的氢气流量范围为1L/Min～10L/Min，例如是5L/Min。所述氢气热处理的氢气时间范围为10min～60min。所述氢气热处理的氢气压强范围为常压。
通过增加氢气热处理步骤，来调整金属互连的电阻。通过氢气热处理的样品比没有经过热处理的样品其Ti薄膜电阻降低约20％。
对于使用金属Ti实现局部互连的半导体工艺，通过调节氢气热处理的温度，时间和气体含量可以实现对金属Ti互连电阻的调节，克服了其电阻率过高的缺点，拓展了金属Ti作为局部金属互连的应用范围。
综上，在本发明实施例提供的降低金属Ti互连电阻的方法中，在形成金属Ti作为互连线后，对金属Ti进行氢气热处理，使氢原子进入金属Ti的间隙之中，改变金属Ti的晶格结构和电子结构，进一步改变金属Ti电学方面的性质，从而使金属Ti的阻值大幅降低，适合用于互连线。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种降低金属Ti互连电阻的方法，其特征在于，包括步骤：
在器件上形成金属Ti作为互连线；
对所述金属Ti进行氢气热处理。
2.如权利要求1所述的降低金属Ti互连电阻的方法，其特征在于，形成所述金属Ti的步骤包括合金工艺。
3.如权利要求2所述的降低金属Ti互连电阻的方法，其特征在于，在采用合金工艺的同时，通入氢气进行氢气热处理。
4.如权利要求1所述的降低金属Ti互连电阻的方法，其特征在于，所述氢气热处理的温度范围为300摄氏度～600摄氏度。
5.如权利要求1所述的降低金属Ti互连电阻的方法，其特征在于，所述氢气热处理的氢气流量范围为1L/Min～10L/Min。
6.如权利要求1所述的降低金属Ti互连电阻的方法，其特征在于，所述氢气热处理的氢气时间范围为10min～60min。
7.如权利要求1所述的降低金属Ti互连电阻的方法，其特征在于，所述氢气热处理的氢气压强范围为常压。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11340511A (ja) * 1999-04-19 1999-12-10 Sharp Corp 電極の製造方法
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TW201608672A (zh) * 2014-06-16 2016-03-01 英特爾股份有限公司 金屬互連的接縫癒合

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