CN1501474A - 用于改善腐蚀性和耐热性的包含多层金属膜叠层的互连 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制造包含互连的半导体器件的方法。该方法包括：用金属膜叠层覆盖衬底(1)，所述金属膜叠层包含：在衬底(1)上的下层难熔金属膜(91)，放在下层难熔金属膜(91)的上表面上且由包含金属的第一化合物组成的下层保护层(93a)，位于下层保护层(93a)的上表面上且由所述金属组成的核心金属膜(92)，放在核心金属膜(92)的上表面上且由包含所述金属的第二化合物组成的上层保护层(93b)，以及放在上层保护层(93b)的上表面上的上层难熔金属膜(94)，对所述金属膜叠层进行构图，以及在被构图的核心金属膜(72、82)的侧面上形成由包含所述金属的第三化合物组成的侧面保护层(73c、83c)。
Description
技术领域
本发明一般涉及一种制造包含多层金属膜叠层的互连的方法，更具体地说，涉及一种改善互连的腐蚀性和耐热性的方法。
背景技术
诸如LCD(液晶显示屏)的TFT(薄膜晶体管)装置需要有具有高腐蚀性和耐热性的低电阻率互连。公开号为JP-A-平862628的日本专利申请公开了一种用于制造这种互连的技术。这种公开的技术包括：形成难熔金属膜，氧化该难熔金属膜的表面，在氧化表面上形成铝膜，氧化该铝膜的上表面，在该铝膜的氧化表面上形成另一难熔金属膜以完成膜叠层，对该膜叠层进行构图，以及氧化该膜叠层的侧面。这些氧化物作为掩膜，有效避免了铝膜被用于剥去抗蚀剂图形的剥离剂腐蚀。
申请号为P2000-26335A的日本专利申请公开了一种互连结构，该互连结构是由被一对难熔金属膜夹在中间的铝膜组成的。包括铝膜在内的氧被放在该层铝膜和难熔金属膜之间，以防止铝膜和难熔金属膜之间的热致逆扩散(thermally induced counter diffusion)。
申请号为P2002-198360的日本专利申请公开了一种蚀刻技术，其用于对包含硅层和放在该硅层上表面的铝层的结构进行蚀刻。这种公开的蚀刻技术涉及：利用Cl2气体和H2气体对铝层进行蚀刻，以及利用SF6气体、HCl气体和He气体对硅层进行蚀刻。该文件还公开了使用Cl2气体代替HCl气体。
公开号为P2002-90774A的日本专利申请公开了一种LCD制造过程，它可以减少由于栅电极材料的污染而导致对单元内液晶的损坏。这种公开的过程涉及：顺序淀积铝层和钼层，对在显示面板的有效显示区内的钼层进行部分蚀刻，以及通过阳极氧化技术氧化在有效显示区内的铝层，从而形成栅电极。
申请号为2000-252473的日本专利申请公开了一种用于在栅电极上实现低电阻率欧姆接触的TFT结构。这种公开的TFT结构由包含第一至第三金属层的栅电极组成，第一金属层由诸如Ta、Hf、Nb和Zr的难熔金属形成，第二金属层由诸如Al、Ti、Cu、Cr、W和Mo的低电阻率金属形成，以及第三金属层由诸如Ta、Hf、Nb和Zr的难熔金属形成。
发明内容
概括地说，本发明提出了对互连(特别是那些集成在TFT器件中的互连)的腐蚀性和耐热性的一种改善方法。
在本发明的一个方面中，一种制造包含互连的半导体器件的方法包括：
形成金属膜叠层，以覆盖衬底；该膜叠层包括：
在衬底上的下层难熔金属膜，
放在下层难熔金属膜的上表面上且由包含金属的第一化合物组成的下层保护层，
位于下层保护层的上表面上且由该金属组成的核心金属膜，
放在核心金属膜的上表面上且由包含该金属的第二化合物组成的上层保护层，以及
放在上层保护层上表面上的上层难熔金属膜；
对所述金属膜叠层进行构图；以及
在被构图的核心金属膜的侧面上形成由包含该金属的第三化合物组成的侧面保护层。
第一、第二和第三化合物中的至少一种可以是该金属的氧化物、氮化物或氮氧化物。
如果该金属是从包含铝和铝合金的组中选择的，则优选地，第一、第二和第三化合物从包含该金属的氧化物、氮化物和氮氧化物的组中选择。
相比之下，对于铜、银及其合金，优选地，第一、第二和第三化合物从包含该金属的氮化物和氮氧化物的组中选择。
所述的构图可以包括：
在金属膜叠层上形成抗蚀剂图形，以及
使用抗蚀剂图形作为掩膜对金属膜叠层进行蚀刻，在剥去抗蚀剂图形之前进行侧面保护层的形成。
另一种选择，所述的构图可以包括：
在金属膜叠层上形成抗蚀剂图形，
使用抗蚀剂图形作为掩膜对金属膜叠层进行蚀刻，以及
剥去至少一部分抗蚀剂图形，在剥去抗蚀剂图形之后进行侧面保护层的形成。
该方法可以进一步包括：
形成半导体膜叠层以覆盖衬底；半导体膜叠层包含半导体层以及放在半导体层上表面上的重掺杂半导体层，对金属膜叠层进行构图，以使被构图的金属膜叠层叠盖住半导体膜叠层；
使用被构图的膜叠层作为掩膜对半导体膜叠层进行构图。
当该方法包括用包含半导体层和放在该半导体层上表面上的重掺杂半导体层的半导体膜叠层来覆盖衬底、且对该半导体膜叠层进行构图时，对半导体膜叠层进行构图的步骤可以包括：
在金属膜叠层上形成抗蚀剂图形，
使用抗蚀剂图形作为掩膜对金属膜叠层进行蚀刻，以使得被构图的金属膜叠层叠盖住半导体膜叠层，以及
使用抗蚀剂图形作为掩膜对半导体膜叠层进行构图。
上述方法对于使用包含氟和/或氯的蚀刻剂对半导体膜叠层进行构图的情况特别有效。
附图说明
图1A-1F是示出本发明一个实施例中反向交错排列的TFT器件的制造过程的剖面图；以及
图2A-2G是示出在另一实施例中的制造过程的剖面图。
具体实施方式
现在将参考附图，对本发明的优选实施例进行详细描述。
在一个实施例中，如图1A所示，用于制造TFT器件的过程从在透明绝缘衬底1上形成栅电极2和扫描线(未示出)的步骤开始。为了形成栅电极2，首先在衬底1上淀积由铝组成的核心金属膜21，接着用一层薄保护膜22覆盖金属膜21的表面。保护膜22可以通过对核心金属膜21的表面进行氧化、氮化或氮氧化的方式来形成。然后，在保护膜22上淀积由铬组成的难熔金属膜23。接着对核心金属膜21、保护膜22和难熔金属膜23进行构图。在构图之后，对被构图的核心金属膜21的侧面进行氧化、氮化或氮氧化，以在其上面形成薄保护膜，它们依次典型地具有几十至几百纳米的厚度。这样完成了栅电极2。
在用栅介质5覆盖栅电极2之后，如图1B所示，形成由非晶硅膜61和重掺杂非晶硅膜62组成的半导体膜叠层6，以覆盖栅介质5。
如图1C所示，然后对半导体膜叠层6进行构图，以形成半导体膜叠层6。
在对半导体膜叠层6进行构图之后，如图1D所示，形成由下层难熔金属膜91、下层保护膜93a、核心金属膜92、上层保护膜93b和上层难熔金属膜94组成的金属膜叠层，以覆盖被构图的半导体膜叠层6。
难熔金属膜91和94由从包含铬(Cr)、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、铪(Hf)、锆(Zr)、钼(Mo)、钨(W)、这些金属的合金及其导电氮化物(例如氮化钽)的组中选择的材料来形成的。
核心金属膜92由诸如铝、铜、银以及主要包含这些金属的合金(例如AlNd)等低电阻率的金属形成。
保护膜93a和93b由作为核心金属膜92的金属或合金的氧化物、氮化物或氮氧化物形成。如果核心金属膜92由铝或铝合金形成，mj这些金属的氧化物、氮化物或氮氧化物中的任何一种都适合于保护膜93a和93b。相比之下，对于铜、银及其合金，这些金属的氧化物不优选用作保护膜93a和93b，因为其抗腐蚀性弱。
下层保护膜93a可以通过下面所述的三种过程中的任何一种来形成。
用于形成下层保护膜93a的第一种过程涉及：在清洗下层金属膜91的上表面后，通过等离子体改性或O2退火对其上表面进行氧化，以及在氧化表面上淀积核心金属膜92。下层难熔金属膜91的氧化表面为核心金属膜92的底部部分提供了氧气，从而完成了由核心金属膜92的氧化物组成的下层保护膜93a。
用于形成下层保护膜93a的第二种过程涉及：在核心金属膜92的初始淀积阶段使用包含O2、N2或N2O气体以及Ar气体的溅射气体来进行反应溅射。这实现了由核心金属膜92的氧化物、氮化物或氮氧化物组成的下层保护膜93a的淀积。在完成下层保护膜93a之后，接着把溅射气体切换成纯Ar气体，以淀积核心金属膜92。
用于形成下层保护膜93a的第三种过程涉及：淀积作为核心金属膜92的金属，以及在氧化环境中通过O2等离子体处理、N2等离子体处理或退火来氧化或氮化已淀积的金属。在氧化或氮化之后淀积核心金属膜92。
可以利用在氧化环境中通过O2等离子体处理、N2等离子体处理或退火来氧化或氮化核心金属膜92上表面部分的方式来形成上层保护膜93b。另一种选择是，可以利用在核心金属膜92的最后淀积阶段使用包含O2、N2或N2O气体的溅射气体进行反应溅射的方式来形成上层保护膜93b。
如图1E所示，然后，使用抗蚀剂图形10作为掩膜，通过光刻技术对金属膜叠层进行构图，以形成源极和漏极电极7、8和数据线(未示出)，从而使源极和漏极电极7、8叠盖住重掺杂非晶硅膜62。源极电极7包含下层难熔金属层71、下层保护层73a、核心金属层72、上层保护层73b以及上层难熔金属层74，它们分别从难熔金属膜91、下层保护膜93a、核心金属膜92、上层保护膜93b以及上层难熔金属膜94形成。相应地，漏极电极8包含下层难熔金属层81、下层保护层83a、核心金属层82、上层保护层83b以及上层难熔金属层84。通过对金属膜叠层的构图暴露了半导体膜叠层6的重掺杂非晶硅膜62的一部分。
在对金属膜叠层进行构图之后，在氧化环境中通过O2等离子体处理、N2等离子体处理或退火对核心金属层72和82的侧表面进行氧化或氮化，以形成侧面保护层73c和83c。下层保护层、上层保护层和侧面保护层73a、73b和73c可以统一称为保护层73。相应地，下层保护层、上层保护层和侧面保护层83a、83b和83c可以统一称为保护层83。
在剥去抗蚀剂图形10之后，如图1F所示，以源极和漏极电极7、8作为掩膜，对重掺杂非晶硅膜62的暴露部分进行干蚀刻。应当注意，也可以通过干蚀刻方式对非晶硅膜61的表面部分进行蚀刻。这种干蚀刻形成了沟道区9，从而完成了反向交错排列的TFT。用于这种干蚀刻的蚀刻剂包含诸如碳氟化合物的氟基化学品。该蚀刻剂还可以另外包含氯基化学品。
另一种选择，可以以抗蚀剂掩膜10作为掩膜对重掺杂非晶硅层62的暴露部分进行蚀刻。在这种情况中，在蚀刻之后剥去抗蚀剂掩膜10。
在使用氟和/或氯基化学品进行干蚀刻的期间以及之后，保护层73和83能够有效避免对核心金属膜72和82的腐蚀。在干蚀刻期间，氟和/或氯基化学品的使用会潜在造成对核心金属膜72和82的侧面的腐蚀。此外，使器件结构处于空气中可能通过残余氟和/或氯基化学品与空气中的水分发生反应而生成不希望出现的氢氟酸和/或氢氯酸，且所生成的酸会潜在腐蚀核心金属膜72和82。但是，可抵抗化学品的保护层73和83可以有效防止核心金属膜72和82被腐蚀。
此外，放在核心金属膜和难熔金属膜之间的保护层73和83有效防止在它们之间发生不希望出现的反应，从而提高了互连的耐热性。耐热性的提高对于其余后面制造工艺的实施非常重要，这些工艺典型地包括用于稳定晶体管特性的热处理、使用等离子体化学气相淀积的钝化等。
在另一种选择的实施例中，如图2A所示，在对半导体膜叠层6进行构图之前，淀积由难熔金属膜91、下层保护膜93a、核心金属膜92、上层保护膜93b和上层难熔金属膜94组成的金属膜叠层。如上所述，然后，通过单一光刻过程对金属膜叠层和半导体膜叠层6进行构图。优选地，本实施例中的制造过程减少了所需光刻步骤的数目。
在本实施例中，如图2B所示，在淀积金属膜叠层之后，使用灰色调(gray tone)掩膜通过光刻技术在其上面形成抗蚀剂图形10，以使抗蚀剂图形10含有更薄的部分110。
然后，以抗蚀剂图形10作为掩膜对金属叠层进行构图，以暴露半导体膜叠层6的部分。在对金属叠层进行构图之后，在氧化环境中通过O2等离子体处理、N2等离子体处理或退火对核心金属膜92的侧表面进行氧化或氮化，以形成侧面保护膜93c。
在形成侧面保护膜93c之后，如图2C所示，以抗蚀剂图形10作为掩膜，利用包含诸如碳氟化合物的氟基化学品的蚀刻气体对半导体膜叠层6进行蚀刻。该蚀刻剂还可以另外包含氯基化学品。如上述保护层73和83的情况，保护膜93a、93b和93c可以有效避免由于氟基和/或氯基化学品而引起的对核心金属膜92的腐蚀。
在对半导体膜叠层6进行蚀刻之后，如图2D所示，对抗蚀剂图形10进行灰化，以除去抗蚀剂图形10的顶部部分。这种灰化暴露了上层难熔金属膜94的部分，以形成一对分开的抗蚀剂图形210。
如图2E所示，然后，对金属膜叠层进行构图，以形成源极和漏极电极7和8。这种构图暴露了半导体膜叠层6的重掺杂非晶硅膜62的部分。在对金属膜叠层进行构图之后，在氧化环境中通过O2等离子体处理、N2等离子体处理或退火对核心金属层72和82的侧表面进行氧化或氮化，以形成保护层73c和83c。
然后，如图2F所示，剥去抗蚀剂图形210。
如图2G所示，以源极和漏极7、8作为掩膜，对重掺杂非晶硅膜62的暴露部分进行干蚀刻。蚀刻剂还可以另外包含氯基化学品。这种干蚀刻形成了沟道区9，从而完成了反向交错排列的TFT。应当注意，可以通过这种蚀刻对非晶硅膜61的表面部分进行蚀刻。用于这种干蚀刻的蚀刻剂包括诸如碳氟化合物的氟基化学品。如上所述，保护层73和83可以有效避免由于氟基和/或氯基化学品而引起的潜在腐蚀。
总之，上述用于制造互连的方法通过在核心金属层72和82的周围形成保护层73和83的方式有效改善了抗腐蚀性。放在核心金属层72和82与难熔金属层71、81、74和84之间的保护层73和83也可以有效改善互连的耐热性。
虽然以其优选的方式以一定的具体程度描述了本发明，但是应当理解，在不背离权利要求书中所定义的本发明的范围的情况下，本发明优选实施的公开在构造的具体细节上可以有所，且各部分的组合以及布置方式也在本发明的范围内。
Claims (14)
1.一种制造包含互连的半导体器件的方法，所述方法包括：
形成金属膜叠层，以覆盖衬底；所述膜叠层包括：
在所述衬底上的下层难熔金属膜，
放在所述下层难熔金属膜的上表面上且由包含金属的第一化合物组成的下层保护层，
位于所述下层保护层的上表面上且由所述金属组成的核心金属膜，
放在所述核心金属膜的上表面上且由包含所述金属的第二化合物组成的上层保护层，以及
放在所述上层保护层的上表面上的上层难熔金属膜；
对所述金属膜叠层进行构图；以及
在所述被构图的核心金属膜的侧面上形成由包含所述金属的第三化合物组成的侧面保护层。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一、第二和第三化合物中的至少一种是所述金属的氧化物。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一、第二和第三化合物中的至少一种是所述金属的氮化物。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一、第二和第三化合物中的至少一种是所述金属的氮氧化物。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述金属是从包含铝和铝合金的组中选择的，以及
其中所述第一、第二和第三化合物是从包含所述金属的氧化物、氮化物和氮氧化物的组中选择的。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述金属是从包含铜、银及其合金的组中选择的，以及
其中所述第一、第二和第三化合物是从包含所述金属的氮化物和氮氧化物的组中选择的。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述的构图包括：
在所述金属膜叠层上形成抗蚀剂图形，以及
以所述抗蚀剂图形作为掩膜对所述金属膜叠层进行蚀刻，以及
其中在剥去所述抗蚀剂图形之前进行所述侧面保护层的所述形成。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述构图包括：
在所述金属膜叠层上形成抗蚀剂图形，
以所述抗蚀剂图形作为掩膜对所述金属膜叠层进行蚀刻，以及
剥去所述抗蚀剂图形的至少一部分，以及
其中在所述的剥去之后进行所述侧面保护层的所述形成。
9.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
形成半导体膜叠层，以覆盖所述衬底；所述半导体膜叠层包含半导体层以及放在所述半导体层的上表面上的重掺杂半导体层，以及对所述金属膜叠层进行构图，以使所述被构图的金属膜叠层叠盖住所述半导体膜叠层；
以所述被构图的膜叠层作为掩膜对所述半导体膜叠层进行构图。
10.如权利要求9所述的方法，其中，对所述半导体膜叠层的所述构图是通过使用包含氟的蚀刻剂实现的。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述蚀刻剂进一步包含氯。
12.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
形成半导体膜叠层，以覆盖所述衬底；所述半导体膜叠层包含半导体层以及放在所述半导体层的上表面上的重掺杂半导体层，以及
对所述半导体膜叠层进行构图，
其中，对所述金属膜叠层进行所述的构图包括：
在所述金属膜叠层上形成抗蚀剂图形，
以所述抗蚀剂图形作为掩膜对所述金属膜叠层进行蚀刻，以使得所述被构图的金属膜叠层叠盖住所述半导体膜叠层，以及
其中，对所述半导体膜叠层的所述构图通过以所述抗蚀剂图形作为掩膜来实现的。
13.如权利要求12所述的方法，其中，对所述半导体膜叠层的所述构图是通过使用包含氟的蚀刻剂实现的。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述蚀刻剂进一步包含氯。
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