CN109273350B - 金属薄膜的制造方法 - Google Patents

金属薄膜的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109273350B
CN109273350B CN201811053721.3A CN201811053721A CN109273350B CN 109273350 B CN109273350 B CN 109273350B CN 201811053721 A CN201811053721 A CN 201811053721A CN 109273350 B CN109273350 B CN 109273350B
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
metal film
metal
thin film
manufacturing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811053721.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109273350A (zh
Inventor
刘善善
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Original Assignee
Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp filed Critical Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority to CN201811053721.3A priority Critical patent/CN109273350B/zh
Publication of CN109273350A publication Critical patent/CN109273350A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109273350B publication Critical patent/CN109273350B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation

Abstract

本发明公开了一种金属薄膜的制造方法，包括步骤：步骤一、在金属成膜腔中形成金属薄膜，金属成膜腔的周边区域的温度低于中间区域的温度的特性会使降温后在半导体衬底的周边产生铜析出；步骤二、提供第二工艺腔并将第二工艺腔升温到第二温度并通过第二温度对金属薄膜进行处理从而使金属薄膜的铜掺杂在半导体衬底的面内重新均匀分布，第二温度要大于第一相变温度，第一相变温度为金属薄膜由α相向亚共晶相转变的温度；步骤三、对半导体衬底进行冷却，在冷却过程中各区域的金属薄膜都形成亚共晶相，从而消除铜析出。本发明能消除铜析出，也从而能消除后续对金属薄膜的刻蚀处理中形成的刻蚀残留，从而能提高产品的良率。

Description

金属薄膜的制造方法
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种金属薄膜的制造方法。
背景技术
金属线成膜工艺对半导体器件的特性有着至关重要的影响，尤其是器件的导电电阻。由于半导体工艺集成化趋势，半导体芯片的性能也越来越丰富，伴随而来的就是半导体芯片的集成化度导致的电路集中，器件发热量增加，最终影响器件的性能和使用寿命。
由于半导体工艺集成化趋势，半导体芯片的性能也越来越丰富，伴随而来的就是半导体芯片的集成化度导致的电路集中，集成工艺越来越复杂，金属铝(Al)线在半导体芯片应用也越来越广，由于金属Al熔点较低，通常成膜温度一般都在熔点以下。现有方法中，金属铝薄膜中通常还掺有一定浓度的铜(Cu)，金属薄膜一般直接采用物理气相沉积(PVD)工艺形成，而PVD工艺又多采用溅射(Sputter)工艺。通常在金属薄膜的成膜过程中，PVD工艺腔会升高到低于金属薄膜熔点的温度，成膜完成后直接降温得到所需的金属薄膜，但是现有方法在金属成膜后所得到的金属薄膜容易产生铜析出。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种金属薄膜的制造方法，能防止铜析出。
为解决上述技术问题，本发明提供的金属薄膜的制造方法包括如下步骤：
步骤一、将半导体衬底放置在金属成膜腔中并在所述半导体衬底表面形成金属薄膜，所述金属薄膜为掺铜铝膜，形成所述金属薄膜的温度为第一温度，所述金属成膜腔的周边区域的温度低于中间区域的温度，所述金属薄膜中的铜会向低温处扩散从而使所述半导体衬底周边的铜浓度增加，在所述金属薄膜降温后会在所述半导体衬底的周边产生铜析出。
步骤二、提供工艺温度大于所述金属成膜腔的第二工艺腔，将所述半导体衬底放置在所述第二工艺腔中，将所述第二工艺腔升温到第二温度，通过所述第二温度对所述金属薄膜进行处理从而使所述金属薄膜的铜掺杂在所述半导体衬底的面内重新均匀分布，所述第二温度要大于各区域的所述金属薄膜的铜掺杂浓度对应的第一相变温度，所述第一相变温度为所述金属薄膜由α相向亚共晶相转变的温度。
步骤三、对所述半导体衬底进行冷却，在冷却过程中，所述半导体衬底的各区域的所述金属薄膜的温度低于所述第一相变温度时形成亚共晶相，从而消除铜析出。
进一步的改进是，所述半导体衬底为硅衬底。
进一步的改进是，在所述半导体衬底的表面形成有层间膜，所述金属薄膜形成于所述层间膜表面。
进一步的改进是，所述金属成膜腔为PVD工艺腔。
进一步的改进是，步骤一中，采用PVD溅射工艺形成所述金属薄膜。
进一步的改进是，所述第二工艺腔为CVD工艺腔。
进一步的改进是，步骤二中，铜均匀分布后各区域的所述金属薄膜的铜掺杂浓度为0.5％，对应的第一相变温度为365℃。
进一步的改进是，步骤二中所述第二温度为400℃～450℃。
进一步的改进是，步骤二中，通过所述第二温度对所述金属薄膜进行处理时的气体流量为200sccm～500sccm，处理时间为1分钟～3分钟。
进一步的改进是，步骤三中冷却过程中的气体流量为200sccm～500sccm，处理时间为1分钟～3分钟。
进一步的改进是，所述第一温度小于所述金属薄膜的熔点。
进一步的改进是，所述第一温度大于等于步骤二中对应的第一相变温度。
进一步的改进是，所述第二温度小于所述金属薄膜的熔点。
进一步的改进是，所述金属薄膜的熔点趋于660.37℃。
进一步的改进是，步骤三完成之后还包括采用光刻刻蚀工艺对所述金属薄膜进行图形化的步骤。
本发明通过在金属成膜腔中进行金属薄膜沉积之后，将半导体衬底放置到一个工艺温度大于金属成膜腔的第二工艺腔中，通过在第二工艺腔中对金属薄膜进行高温即第二温度的处理，第二温度能使金属薄膜的铜产生扩散并形成均匀分布的结构，而且第二温度设置在大于各区域的金属薄膜的铜掺杂浓度对应的由α相向亚共晶相转变的第一相变温度，这样在铜均匀分布后进行冷却处理能使金属薄膜的各区域都转变为亚共晶相，从而能消除铜析出。
无铜析出的金属薄膜结构能消除后续对金属薄膜的刻蚀处理中形成的刻蚀残留，从而能提高产品的良率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明实施例方法的流程图；
图2是Al和Cu的合金的相图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明实施例方法的流程图；本发明实施例金属薄膜的制造方法包括如下步骤：
步骤一、将半导体衬底放置在金属成膜腔中并在所述半导体衬底表面形成金属薄膜，所述金属薄膜为掺铜铝膜，形成所述金属薄膜的温度为第一温度，所述金属成膜腔的周边区域的温度低于中间区域的温度，所述金属薄膜中的铜会向低温处扩散从而使所述半导体衬底周边的铜浓度增加，在所述金属薄膜降温后会在所述半导体衬底的周边产生铜析出。
本发明实施例中，所述半导体衬底为硅衬底。
在所述半导体衬底的表面形成有层间膜，所述金属薄膜形成于所述层间膜表面。
所述金属成膜腔为PVD工艺腔，采用PVD溅射工艺形成所述金属薄膜。
所述第一温度小于所述金属薄膜的熔点。
所述第一温度大于等于后续步骤二中对应的第一相变温度。
所述金属薄膜的熔点趋于660.37℃。
步骤二、提供工艺温度大于所述金属成膜腔的第二工艺腔，将所述半导体衬底放置在所述第二工艺腔中，将所述第二工艺腔升温到第二温度，通过所述第二温度对所述金属薄膜进行处理从而使所述金属薄膜的铜掺杂在所述半导体衬底的面内重新均匀分布，所述第二温度要大于各区域的所述金属薄膜的铜掺杂浓度对应的第一相变温度，所述第一相变温度为所述金属薄膜由α相向亚共晶相转变的温度。
所述第二工艺腔为CVD工艺腔。
铜均匀分布后各区域的所述金属薄膜的铜掺杂浓度为0.5％，对应的第一相变温度为365℃。
所述第二温度小于所述金属薄膜的熔点。所述第二温度为400℃～450℃。
通过所述第二温度对所述金属薄膜进行处理时的气体流量为200sccm～500sccm，处理时间为1分钟～3分钟。
步骤三、对所述半导体衬底进行冷却，在冷却过程中，所述半导体衬底的各区域的所述金属薄膜的温度低于所述第一相变温度时形成亚共晶相，从而消除铜析出。
冷却过程中的气体流量为200sccm～500sccm，处理时间为1分钟～3分钟。
步骤三完成之后还包括采用光刻刻蚀工艺对所述金属薄膜进行图形化的步骤。
步骤一中铜析出的原因可以参考图2所示的Al和Cu的合金的相图，由图2所示可知，正常情况下，铜均匀分布时各区域的铜浓度都为5％，第一相变温度都为图2 中点101所示的365℃。但是由于金属成膜腔的周边区域温度较低，会使得所述金属薄膜的周边区域的铜浓度增加，如增加到点102所对应的值。由图2所示可知，在降温过程中，由于中间区域的温度是从大于对应的第一相变温度即365℃的值往下将，故中间区域的所述金属薄膜能转换成由α加θ相组成的亚共晶相；而在点102处对应的第一相变温度会大于金属成膜腔的周边区域的工艺温度，故在所述金属薄膜的周边区域的温度是从第一相变温度之下往下将，这时无法形成一个完整的相变过程，故会产生铜析出。
本发明实施例中，在步骤二中重新对所述金属薄膜在能加温到更高的温度的第二工艺腔中进行第二温度的处理，能实现铜的均匀分布，也即本发明实施例的步骤二中能使所述金属薄膜的各区域的铜浓度都达到0.5％，对应的第一相变温度都为点101 所示的365℃；在冷却过程中，所述金属薄膜的温度都是从大于365℃的第二温度往下降，故在各区域都能形成完整的相变，从而能消除铜析出。
本发明实施例通过在金属成膜腔中进行金属薄膜沉积之后，将半导体衬底放置到一个工艺温度大于金属成膜腔的第二工艺腔中，通过在第二工艺腔中对金属薄膜进行高温即第二温度的处理，第二温度能使金属薄膜的铜产生扩散并形成均匀分布的结构，而且第二温度设置在大于各区域的金属薄膜的铜掺杂浓度对应的由α相向亚共晶相转变的第一相变温度，这样在铜均匀分布后进行冷却处理能使金属薄膜的各区域都转变为亚共晶相，从而能消除铜析出。
无铜析出的金属薄膜结构能消除后续对金属薄膜的刻蚀处理中形成的刻蚀残留，从而能提高产品的良率。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种金属薄膜的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将半导体衬底放置在金属成膜腔中并在所述半导体衬底表面形成金属薄膜，所述金属薄膜为掺铜铝膜，形成所述金属薄膜的温度为第一温度，所述金属成膜腔的周边区域的温度低于中间区域的温度，所述金属薄膜中的铜会向低温处扩散从而使所述半导体衬底周边的铜浓度增加，在所述金属薄膜降温后会在所述半导体衬底的周边产生铜析出；
步骤二、提供工艺温度大于所述金属成膜腔的第二工艺腔，将所述半导体衬底放置在所述第二工艺腔中，将所述第二工艺腔升温到第二温度，通过所述第二温度对所述金属薄膜进行处理从而使所述金属薄膜的铜掺杂在所述半导体衬底的面内重新均匀分布，所述第二温度要大于各区域的所述金属薄膜的铜掺杂浓度对应的第一相变温度，所述第一相变温度为所述金属薄膜由α相向亚共晶相转变的温度；
步骤三、对所述半导体衬底进行冷却，在冷却过程中，所述半导体衬底的各区域的所述金属薄膜的温度低于所述第一相变温度时形成亚共晶相，从而消除铜析出。
2.如权利要求1所述的金属薄膜的制造方法，其特征在于：所述半导体衬底为硅衬底。
3.如权利要求2所述的金属薄膜的制造方法，其特征在于：在所述半导体衬底的表面形成有层间膜，所述金属薄膜形成于所述层间膜表面。
4.如权利要求1所述的金属薄膜的制造方法，其特征在于：所述金属成膜腔为PVD工艺腔。
5.如权利要求4所述的金属薄膜的制造方法，其特征在于：步骤一中，采用PVD溅射工艺形成所述金属薄膜。
6.如权利要求1所述的金属薄膜的制造方法，其特征在于：所述第二工艺腔为CVD工艺腔。
7.如权利要求1所述的金属薄膜的制造方法，其特征在于：步骤二中，铜均匀分布后各区域的所述金属薄膜的铜掺杂浓度为0.5％，对应的第一相变温度为365℃。
8.如权利要求7所述的金属薄膜的制造方法，其特征在于：步骤二中所述第二温度为400℃～450℃。
9.如权利要求8所述的金属薄膜的制造方法，其特征在于：步骤二中，通过所述第二温度对所述金属薄膜进行处理时的气体流量为200sccm～500sccm，处理时间为1分钟～3分钟。
10.如权利要求9所述的金属薄膜的制造方法，其特征在于：步骤三中冷却过程中的气体流量为200sccm～500sccm，处理时间为1分钟～3分钟。
11.如权利要求1所述的金属薄膜的制造方法，其特征在于：所述第一温度小于所述金属薄膜的熔点。
12.如权利要求11所述的金属薄膜的制造方法，其特征在于：所述第一温度大于等于步骤二中对应的第一相变温度。
13.如权利要求1所述的金属薄膜的制造方法，其特征在于：所述第二温度小于所述金属薄膜的熔点。
14.如权利要求11或13所述的金属薄膜的制造方法，其特征在于：所述金属薄膜的熔点为660.37℃。
15.如权利要求1所述的金属薄膜的制造方法，其特征在于：步骤三完成之后还包括采用光刻刻蚀工艺对所述金属薄膜进行图形化的步骤。
CN201811053721.3A 2018-09-11 2018-09-11 金属薄膜的制造方法 Active CN109273350B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811053721.3A CN109273350B (zh) 2018-09-11 2018-09-11 金属薄膜的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811053721.3A CN109273350B (zh) 2018-09-11 2018-09-11 金属薄膜的制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109273350A CN109273350A (zh) 2019-01-25
CN109273350B true CN109273350B (zh) 2020-09-29

Family

ID=65188963

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811053721.3A Active CN109273350B (zh) 2018-09-11 2018-09-11 金属薄膜的制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109273350B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111883456A (zh) * 2020-07-01 2020-11-03 上海华虹宏力半导体制造有限公司 改善铝线中铜析出缺陷的方法
CN115565947A (zh) * 2022-11-14 2023-01-03 广州粤芯半导体技术有限公司 退火处理方法和退火控制设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101159236A (zh) * 2006-10-08 2008-04-09 上海宏力半导体制造有限公司 降低铝铜合金偏析物析出的方法
CN101673704A (zh) * 2008-09-08 2010-03-17 和舰科技(苏州)有限公司 一种可使析出的铜回熔到铝铜金属薄膜中的再加工方式
US7682969B2 (en) * 2007-07-12 2010-03-23 Dongbu HiTek Ltd., Co. Method of fabricating semiconductor device
WO2015057051A1 (en) * 2013-10-17 2015-04-23 Mimos Berhad Sputtering high throughput aluminum film
CN105296816A (zh) * 2015-12-08 2016-02-03 江苏东强股份有限公司 高导电铝合金材料及其铝合金电缆导体的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101159236A (zh) * 2006-10-08 2008-04-09 上海宏力半导体制造有限公司 降低铝铜合金偏析物析出的方法
US7682969B2 (en) * 2007-07-12 2010-03-23 Dongbu HiTek Ltd., Co. Method of fabricating semiconductor device
CN101673704A (zh) * 2008-09-08 2010-03-17 和舰科技(苏州)有限公司 一种可使析出的铜回熔到铝铜金属薄膜中的再加工方式
WO2015057051A1 (en) * 2013-10-17 2015-04-23 Mimos Berhad Sputtering high throughput aluminum film
CN105296816A (zh) * 2015-12-08 2016-02-03 江苏东强股份有限公司 高导电铝合金材料及其铝合金电缆导体的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109273350A (zh) 2019-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4478881A (en) Tungsten barrier contact
US5281854A (en) Integrated circuit aluminum contact structure to silicon device regions
CN109273350B (zh) 金属薄膜的制造方法
CN102709232A (zh) 一种用于铜互连的金属硬掩膜层的制备方法
JP3079851B2 (ja) 炭化けい素電子デバイスの製造方法
US20170301548A1 (en) Integrated circuits with backside metalization and production method thereof
CN101645415A (zh) 金属连线的制造方法
US20210098497A1 (en) Array substrate and fabricating method thereof
CN110911280A (zh) 一种金属硅化物的形成方法
JP2724264B2 (ja) 集積回路の接触抵抗低減方法と半導体へのオーミック金属コンタクト形成方法
WO2021169794A1 (zh) 半导体结构制造方法及半导体结构
CN103794513A (zh) 增强介质层PI和金属Cu层之间粘附性的方法
CN103633012A (zh) 改善硅片翘曲度的方法
CN106711237B (zh) 一种高压功率型肖特基二极管的制作方法
JP3186053B2 (ja) 半導体集積回路装置の金属配線構造の形成方法
TWI231962B (en) Metallization process
CN110942984A (zh) 一种硅化钴膜的制备方法
CN103441118A (zh) 一种用于铜互连的导电阻挡层材料及其制备方法
JP2509441B2 (ja) スパッタリング・タ―ゲット及び粒度が大きい金属膜の被着方法
CN117316764B (zh) 一种半导体硅晶片处理方法
JPS61156837A (ja) 半導体装置の製造方法
TWI708395B (zh) 背晶薄膜結構、包含其之半導體裝置、及背晶薄膜結構的製造方法
TW451415B (en) Manufacturing method for metal interconnection
JPH0724268B2 (ja) 半導体素子の製造方法
RU2698540C1 (ru) Способ изготовления контактно-барьерной металлизации

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant