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Description

經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明背景 本發明係關於積體電路（1C)的金屬化，特別係關於矽1C 的鋁基金屬化，在1C中，金屬膜層用來作爲通往裝置主動 區的電性接觸（例如，作爲一個1C同一層次裝置之間的轉予 (runners)，或者作爲不同層次裝置之間的通孔在兩種狀 沉下，先在覆蓋的介電層挖出帶有垂直側壁的通孔或接觸 窗，露出底下膜層的一部份（例如，裝置的半導體主動區， 或是通稱爲”金屬-1 "的第一層金屬）^由一覆蓋金屬膜層形 成的金屬閂柱（例如，若是裝置接觸就是"金屬"，或者在 互連層時即通稱爲"金屬- 2")會延伸通過通孔或接觸窗，成 爲金屬膜層與半導體（裝置接觸）之間，或是兩層金屬（互連 )之間的電性連接。爲了簡要説明，此後我們將稱兩種電性 連接（金屬至半導體，和金屬至金屬）爲互連。 在矽1C中，鋁合金是最常用作此種金屬膜層的材料。一 般説來，這些鋁基膜層都經由單一步驟沉積，如濺鍍，並 包含單一的材料。 在通往裝置主動區的接觸窗中，典型的金屬化結構包括 連續沉積的鈦（Ti)、氮化鈥（TiN)、有時加上另一層鈦，' 再沉積鋁-矽（Al-Si)或鋁·矽-銅（Al-Si-Cu)合金（但不同時 沉積這兩種材料）。這種結構的設計可以避免矽遷移和接面 穿入。也就是，鋁矽基合金且有鋁合金溶解極限所允許的 足量矽，通常可用來避免矽由帶有裝置的矽主體遷移到鋁 合金内，而且鈦和氮化鈦可以作爲金屬互連的障蔽層，以 避免鋁滲透穿入到矽主體内。 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公董） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 袈. -訂_ 經濟、部中央標準局員工消費合作杜印製 298675 at __B7 五、發明説明（2) 維然這種含矽的鋁合金可以符合溶解要求，但是在傳統 設備（例如叢集工具），以一般的溫度（例如，約在2 〇 〇至 400 C)在鈥/氮化飲或欽/氮化效/鈥之上沉積鋁碎或鋁碎銅 時’會使矽凝結在鋁層之内。這種矽凝結反應在鋁層的自 由表面最爲顯著，不是發生在沉積過程中，就是發生在晶 圓正由沉積溫度開始進行冷卻之時。這個反應在進行包含 欽基合金或複合膜層的金屬化時最爲顯著。這種矽凝結反 應會在鋁合金膜層的自由表面上留下很粗糙的表面，使後 續的微影步驟（制定圈案）非常困難；也就是説，曝光機無 法聚焦得很好，使得印刷和線寬的控制都很差。而且，矽 在自由表面的凝結，當矽基互連上覆蓋一層諸如介電層之 類的護膜層時，會成爲應力衍生孔洞的結晶點。因此，矽 凝結確實是個問題，因爲它會影響微影製程，使表面粗糙 ’而且它會降低互連的可靠性，造成應力衍生的孔洞。 登明的簡要説明 本發明的一個目的是要解決以上及其他的問題，因此提 出一種1C，包含一層鋁基膜層，係由數層不同成份的鋁基 材料沉積組成的。 在本發明矽1C的一個實施例中，第一次層包含了鋁矽基 合金，可以避免矽遷移到第一次層内，另有第二次層，位 在第一膜層之上，包含了幾乎不帶矽的鋁基合金，可以緩 和矽凝結所帶來的問題。 在較佳實施例中’第二次層的全部厚度中，絕大部份爲 銘基膜層，可以改善電子遷移的特性。 ； ；-^取 訂------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 A7 B7 五、發明説明（3 ) 附圖的簡要説明_ 底下經由更詳細的説明並附圖的解釋，可以更加了解本 發明的内容，以及其許多不同的特徵及優點。所附加附園 是根據本發明的一個實施例進行金屬化後的矽1C的橫剖面 圈。爲要清楚的表示，附圖並沒有按照實際的比例。 發明的詳細説明 現在請參考附圈，其中1C的一部份10包括了主體12，其 上有導電層30 »主體12可以代表膜層3〇底下的任何區域； 因此，舉例來説，主體12可以包含形成有裝置區的半導體 主雜（例如，基板，或是位於基板以上的磊晶層）。特別， 主雜12可以包含矽單晶基板。或者，主體12可以包含一層 絕緣層’將導體30與1C中其它導體隔開。此外，1C的部份 10可以位在接觸窗或通孔，則導體3〇成爲互連，或者可以 位在1C的場區，則導體3〇作爲轉子。 根據本發明’導體30包含第一和第二次層16和2〇。這些 组成膜層又包含了不同的鋁基合金。在較佳的實施例中， 第一次層16由第一障蔽層14與主體12隔開。在另一個實施 例中’組成膜層本身也可由一層第二障蔽層18隔開。 當主體12包含了具有諸如矽等類會遷移的材料之半導體 時’在製程中矽通常會遷移到導體3〇内。在這種情況下， 第一次層16包含了鋁基合金，並含有足量的矽，滿足合金 内矽的溶解極限。舉例來説，第一次層16包含了鋁矽銅合 金’並含有符合溶解極限的碎含量。 但正如以上曾説明的，矽存在鋁基合金中會造成矽 1^1- Hf9 l^i flu· mfl— ^i^i— nn I ^ i --4 、ys (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -6- 經濟部中央揉準局員工消費合作社印製 A7 ~--*------------- 五、發明説明（4) -- 金表面凝結，並帶來微影的困難。爲要解決這個問題，第 一次層20就包含了不同的鋁基合金，而且很重要的是，必 須不含有矽（也就是沒有會遷移的材料此外，第二次層 20的合金必須刻意地具有良好的電子蓬移特性。舉例來説 ，第二次層包含鋁鋼合金，幾乎不含矽。爲使鋁銅合金的 電子遷移特性可以充份發揮效益，最好第二次層2〇佔據導 體30主要部份的厚度。這些特性，若在第二次層2〇上覆蓋 鈦、氮化鈦，或同時覆蓋這兩種材料，將會更爲改善。 一般説來’矽1C合適的鋁基合金，對第一次層16是A1-Si-X ’對第二次層2〇是A1-Y，其中X或γ可以是銅、銳、 鍺、纪、起、緩、铪、或是以上材料的組合，而Y且幾乎 不含碎。一般説來，鋁銅和鋁矽銅合金的成份中，可以包 含約0.05至5.0 %重量的銅，和〇〇5至5〇 %重量的梦，而 且第一次層内的矽含量必須符合合金内矽的溶解極限。通 常這些合金都包含0.5至2.0 %重量的銅，和0.5至1.5%重 量的矽，只是必須包括相同的但書條件。 相同的，障蔽層14和18(如果使用的話）一般都包含一層 高熔點金屬（如鈦）、高熔點金屬氮化物（如氮化鈦），或者-是高熔點金屬合金（如鈦鎢），或以上材料的組合（如鈦/氮 化鈦複層）’這些都爲人熟知，製作方法也不陌生。 在以下的説明中，先假設所有的金屬膜層都是由濺鍍沉 積的’但本發明並不限於這種製程（例如，蒸鍍也一樣適用 )。此外，所有製程可以在傳統的叢集工具或機器中很方便 地進行，這些機器都具有各個分開的沉積腔❶爲了提高整 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Μ規格（21 Οχ 297公釐） I.^---^-----从裝------訂------{ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 - -------B7 五、發明説明（5 ) ^ ---- 面晶囷上的沉積均句度，最好利用減度，並使用平面的祀 標。 這個例子中，主體12包含帶有裝置區（主動和/或被動）的 矽ic。第一步，先在晶圓的主要表面上，以熟知的製程， 沉積一層鈦/氮化鈦複合障蔽層14。接著濺鍍厚3〇〇〇埃的 第一 /人層16，係鋁矽銅合金，包含〇75%重量的矽、〇5〇/❶ 重量的銅，其餘成份則爲銘β接下來漱鍍沉積厚3〇〇〇埃的 鋁銅組成膜層20，直接覆在第—膜層16上（在這個例子中 我們省略了障蔽層18)。膜層2〇包含〇5%的鋼，其餘全是 鋁，並不包含刻意加入合金的矽。正如以上的説明，組成 膜層的厚度不需一致，而且在大部份的情形中，最好第二 次層厚於第一膜層。合適的厚度對第一膜層可以是1 500至 3〇00埃，而第二膜層則爲3000至6〇〇〇埃。第―次層内的 矽含量是组成膜層質量/體積的函數β因此，熟知此技藝的 人可以調整第一次層的質量或體積，以符合溶解的要求β 兩層組成膜層濺鍍時’功率爲9 kw，壓力2 mTorr，晶 圓溫度300 °C。但是，這些製程條件也可調整在合理的範 圍内’即約1至2 0 kW ’約1至21 mTorr，和約2 0 0至4 0 0 eC ' 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 以上敘述的各種條件，只是用來説明應用本發明之原則 時的許許多多可能的特定實施例。根據這些原則，熟知此 技藝的人士當可設計出許多不同的其他條件，而仍不致脱 離本發明的精神與範園。 結論是，本發明的組成膜層一方面透過鋁矽賙第一次層

A7 B7 五、發明説明（6 ) 控制了矽遷移的問題，另一方面透過鋁銅第二次層控制矽 凝結的問題。這種組成降低了應力衍生的遷移故應（並因此 提高可靠性）、減少矽凝結帶來的微影問題，並藉由鋁銅合 金的特性提高了電子遷移的特性。當然，經由品質優良的 第一障蔽層14，最能處理好接面穿入（鋁滲透進入矽晶圓） 的問題》 ^ ^ ^ 裝 訂 ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -9- 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 經濟部中央揉準局員工消費合作社印製 申請專利範圍 1. 一種具有銘基層（30)之積體電路的製造方法，其步騍係 包含： 沉積該銘基層（30)，係由不同成份之鋁基材料的次層 (16，20)所組成的複合層， 其中該複合層形成時，先沉積一層第一次層（16)，包 含銘和矽的合金，然後沉積一層第二次層（2〇)，包含鋁 合金，且幾乎不含有矽。 2·根據申請專利範固第1項之方法，其中沉積該第一次層 (16)時’需使矽含量符合矽的溶解限制。 3·根據申請專利範固第2項之方法，其中該第一次層（10) 係包含（1)艇和矽，或鋁、銅和矽的合金，而該第二 次層（20)係包含鋁和銅的合金。 4·根據申請專利範固第3項之方法，其中當沉積該组成膜 層（16 ’ 20)時，該第二次層（2〇)佔了該鋁基層（3〇)主 要部份的厚度。 5-根據申請專利範固第4項之方法，其中該積體電路包括 梦主體（12)，且尚包含下列步驟： 在該王嫌（12)的一部份與該第一次層（16)之間沉積第 一障蔽層（14)，並且 在該第一和第二次層（16，20)之間沉積第二障蔽層 (18)， 其中該第一和第二障蔽層（14 ’ 18)沉積時，係由下列 組合中選擇一種材料：高熔點金屬、高熔點金屬氮化物 、以及高熔點金屬合金，或以上材料的組合。 10- (210x2^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) i- 訂 A8 B8 C8 D8 298675 六、申請專利範圍 6. —種積體電路，係包含： 一半導體主禮（12)，其上形成該電路的裝置，以及 一鋁基層（30)，作爲該電路中的電性連接，其特徵爲 該鋁基層（30)包含了不同成份之鉬基材科的組合膜層 的複合層，該組成膜層包括第一和第二次層（16,2〇) ，其中該第一次層（16)包含鋁和矽的合金，而該第二次 層（20)包含鋁合金，並且幾乎不含碎。 7. 根據申請專利範圍第6項之積體電路，其中該第一次層 (16)中的矽含量符合矽的溶解限制。 8 _根據申請專利範固第7項之積體電路，其中該第一次層 (16)係包含（i)銘和碎’或（ϋ)銘，銅和砂·的合金，而該 第二次層（20)係包含招和銅的合金β 9.根據申請專利範固第8項之積體電路，其中該第二次層 (20)佔了該鋁基層（30)主要部份的厚度。 ία根據申請專利範圍第9項之積體電路，另外並包含： —矽主體（12)， 一第一障蔽層（14)，位在該主體（12)的一部份與該第· —次層（16)之間，以及 —第二障蔽層（18)，位在該第一與第二次層（16， 20)之間， 其中該第一和第二障蔽層（14，18)包含下列組合中所 選擇的材料··高熔點金屬、高熔點金屬氮化物、高熔點 金屬合金，或是以上材料的組合》 -11- 本紙張適用中國國家揉準（CNS )八4胁（21QX297公羡） --------「^-- (休先閲洗背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局負工消費合作社印«.