TW302513B - - Google Patents

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Description

五、發明説明（ A7 B7 經濟部中央梯準局員工消费合作社印繁 發明之技術範園 本發明係關於半導體製造方法，尤其是在半導體相鄰 之面或層之空腔塡入方法。 發明之背景 欲更加縮小半導體元件存在有許多障礙，這些障礙包括 用以確保設備之正常運作之金屬互連層之塡入。藉由在絕 緣層產生的通道，金屬互連信號線建立起和積體電路上的 較低導電層之聯繫。最佳狀況是以用來形成連接層之金屬 將通道完全塡滿，俾確保設備之最佳運作。 由於成本、物理特性和可取得性之理由，鋁是現在被 選擇用來製造積體電路中金屬連接線的金屬。連接線通常 是用飛濺方法產生，該方法可對連接通道之塡入產生亞於 最佳的效果。例如當大量的鋁堆積在絕緣層之上表面時就 會產生問題。在輸送足夠量之鋁以完全塡滿通道之前，在 連接通道邊緣堆積之鋁就會阻礙或遮斷通道，造成通道中 有空隙的構造或不均勻之結構。這個問題在積體電路製造 成較小的幾何形狀時，顯得更加嚴重。在較小幾何形狀之 裝置中使用之較精細尺寸的接點，例如現在的0.5微米以及 未來世代的縮小技術，必然需要有比幾何形狀較大之裝置 中所使用之接點更大的縱橫比(也就是高和寬的關係），如此 更增加前述通道塡入之困難度。例如過大的空隙會造成比 設計値更高的接觸電阻。此外，在與通道塡入部位相鄰的 鋁層較薄之部位會遭受電遷移，因此會造成電路開路和裝 置的毀壞。 2-2 >紙張尺度適用中國國家標率(CNS ) A4规格（210X297公釐） 83. 3.10,000 裝 訂 線 經濟部中央梯準局員工消費合作社印製 A7 _' _B7___ 五、發明説明（） ,許多不同的方法被嘗試著用來保證在較低連接層之 最佳金屬連接。例如，耐火金屬層被用來和鋁連接層連接 以改善整個通道的傳導性。此外，通道的邊牆被傾斜以促 進金屬輸送到通道中。然而，隨著產業之採用減小的裝置 形狀，傾斜的邊牆漸不被採用。即使是0.5微米以上的幾何 形狀，前述之方法也不能完全克服通道塡入的難處。一般 相信在過去通道塡入的問題至少可以部分歸因於鋁在處理 時的相對低壓和低溫。這些溫度通常低於500°C，某些製 造者相信該溫度會造成鋁晶粒尺寸對於通道塡入而言過 大。 在1992年4月28號發證之美國專利第5,108,951號(發 明人爲Chen等人)，嘗試著解決前述之過大鋁晶粒流動所產 生的通道塡入問題。於Chen的專利中，在銘開始沈積之前 積體電路被加溫到約400°C。在晶圓被加熱到約500°C的 期間，鋁用約30-80埃/秒的速率沈積到通道中。此習知技 術系統和前述之習知技術有很多同樣的缺點，那就是不完 全的通道塡入，特別是在較小的通道幾何形狀〜此外，通 道塡入在約500°C附近進行，此溫度會妨礙許多新世代低 介電係數聚合材料的絕緣功能，因爲這些聚合材料通常會 在此高溫下分解。 鑒於前述習知技術之缺點，本發明之目的在於提供一 在相對低溫下，更佳爲在250°C到400°C或者更低的溫度 下，能確保可靠地塡入的積體電路之接點和通道之塡入方 法。在如此低溫下之半導體製造中，接點和通道連接可以 (請先閲讀背面之注意事項pih寫本頁 -裝· 訂 線 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 83. 3. !〇,〇〇〇 A7 ~ """ _____ B7 ϊ、發明 ~~) ' 使用低介電係數的介電材料，像是聚對亞苯基二甲基、氣 凝膠和乾凝膠。一般相信使用如此低介電係數的介電質對 下—世代低於0.5微米的技術有相當大的意義。 有鑒於前述習知技術之缺點，本發明之目的在於提供 一積體電路的接點和通道之塡入方法，能夠在相對低溫下 運作’以250°C到400°C或者更低之溫度爲最佳。在這樣 的低溫下’接點和通道連接可以被容許使用低介電係數之 介電材料’像是聚對亞苯基二甲基、氣凝膠和乾凝膠。這 些材料至今都因爲習知技術在空腔塡入過程中需要高溫而 •無法使用。 使用相對低溫之塡入方法也有如下之好處：可以在不 妨礙半導體設備的其他方面之情況下，用鋁、鋁合金、銅 鉬、銅和銅合金來塡入。依本發明，將接點、溝槽和通道(和 “洞”及“穴”一起在此都稱爲“空腔”）塡入上述金屬可 得，舉例來說，比用習知技術塡入的通道所可得者（〜2—5 Ω/via )低相當多之通道電阻，約在0.4-1.9 Ω/via之範圍。 根據本發明，提供一改良的塡入方法，可使半導體上由 介電質形成的接點、溝槽和通道有更好的塡入品質，特別 是在低於0.5微米的技術上。空腔塡入最好是採用一個二步 驟的方法來完成：先沈積一層薄的襯層，再沈積一較厚的 空腔塡入層來封口且用高壓來迫使塡入層更加進入空腔中 以完成空腔塡入。在第一步驟中’較薄之約50·100 nm厚度 的襯層沈積在空腔內的表面上。最好是用較低的約1-2 4 83. 3. 1〇,〇〇0 (請先閲讀背面之注意事項各与寫本頁) ^ .裝· 订 線- 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裂 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） du^-513 A7 B7 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） nm/sec的速率來沈積以使襯層的覆加更具一致性。襯層的 覆加可以用高密度電漿飛濺、化學蒸氣沈積、或PVD在溫 度約250°-400°C之間，而眞空壓力爲3-5mTorr的平行冷飛 濺，或其他可在約250°-400°C之間沈積出完全均勻且有足 、夠一致性的金屬薄層之適當方法。 其次，一較厚的第二導體金屬塡入層覆加在襯層上， 必需有足夠的量使得空腔的開口可以大體上，最好是全部 被封住。這個第二個較厚的沈積作業是在約250°-400°C之 間的溫度被完成的，而且使用相對高的沈積速率，約15-20 nm/sec，以促進空腔封口。這個第二層空腔塡入可用飛濺、 化學蒸氣沈積（“ CVD ”）、或在約2-4mTorr眞空的高密度 電漿塡入方法，來提供一約500-550 nm厚的層以封住洞 口。第二沈積層被用約500-1,200大氣壓的壓力來將其壓入 空腔使之能大致完全被封住，而且最好是在鈍氣或不反應 的氣體中爲之。較佳之覆加壓力範圍爲650-1,000大氣壓。 用前述方法所覆加的空腔襯層及塡入層的總厚度約爲550-650 nm ° , 合適的空腔塡入材料包括··（1)鋁_銅(〜0.5 —4%) ; (2)鋁-鍺(〜0.5—5%)-銅(〜〇-〜4%); (3)x矽化鎢(2<x<2.4);⑷二矽化 鈦；（5)鋁-钪(〜0.1-〜0.3%);⑹氮化鈦；（7)鎢化鈦；⑻鎢； ⑼鋁(〜1%)-矽(〜1%)-銅；（10)鋁(〜1%)-矽(〜0.5%)-銃；（11) 鈦；及(12)駄(〜〇-〜25%)-銘合金，單獨使用或和其他的組合 使用可以提供最佳爲少於90μΩ-αη的電阻。可以加入一個 別的鋁及/或鍺襯層和沈積的鋁襯層反應以降低鋁的熔化溫 :請先閲讀背面之注意事項ii>.寫本頁 -裝· 訂 線 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 83. 3.10,000 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 度^降低熔化溫度表示同時也降低加工溫度，因爲使第二 層鋁合金變形以及擠入空腔所須的流動應力被降低。第二 塡入層可用如下的材料來組成：（1)鋁-銅0.5 —4%y; (2)鋁-鍺(〜0.5-〜5%)-銅(〜0—4%);⑶鋁-銃(〜〇.1_〜0.3%);⑷鋁 (〜1%)_砂(〜1%)-銅；和(5)鋁(〜1%)-砂(〜〇.5%)_銃，單獨使用 或和其他的組合使用可以提供最佳爲少於3.5μΩ-αη的電 阻。本發明之空腔塡入和習知技術形成一明顯之對比。習 知技術通常在不到一大氣壓下(通常是相當於眞空的約1-4mTorr)，以及通常超過500。(：的溫度進行空腔塡入和擠 入。本發明之方法可用在前述的金屬或合金上，根據所要 •塡入各空腔的材料之各種不同的物理和化學性質等因數， 而調整前述加工過程之參數。 本發明的加工方法在對於包含聚合絕緣體的積體電路加 工時特別有利，因爲這些絕緣體通常在約400。(：或更高的 溫度下分解。以非限定本發明的方式來舉例，這些聚合絕 緣體包含聚四氟乙烯（“ PTFE ”）化合物一族(介電係數κ約 爲1.9)，聚對亞苯基二甲基(κ=〜2.2-2.6)，氣凝膠和乾凝膠 (κ=~1.1-1.8)，此等均非常適合，因爲它們有降低互連寄生 電容的能力。其他適合本發明的介電材料包含聚合自旋玻 璃（“SOG”)材料一族，例如由聯合信號公司所製造的1，5〇〇 系列；PTFE化合物一族，·聚對亞苯基二甲基；聚醯亞胺 類；silsesquioxane化氫；氣凝膠及表面改良的氣凝膠，例 如氟化以及甲醇化的氣凝膠，這些藉由參考下列一個或多 個同在申請中之專利申請案可得到更加完整的說明··（1)申 項 裝 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4规格（210X297公釐） 83. 3,10,000 A7 B7 五、發明説明（） 請案號08/234，1〇〇，申請日爲1994年4月28日，申請案 名稱爲“使用低介電係數介質的自對正通道”；（2)申請案 號08/286,761，申請日爲1994年8月5日，申請案名稱爲 “供電子應用之附有鈍化層的多孔介電層”；（3)申請案號 08/294,290 ’申請曰爲1994年8月23日，申請案名稱爲“使 用有機介電材料的自對正接點”;(4)申請案號08/246,432， 申請日爲1994年5月20日，申請案名稱爲“綜合低密度 介電質的互連結構”；（5)申請案號08/333,015，申請曰爲 1994年11月1日，申請案名稱爲“改良之波紋傳導結構用 支柱”。 本發明的加工技巧亦可應用以保證由各種單一或組合的 介電材料所產生之空腔的完全塡入。如此，本發明的加工 技術可用在波紋或雙波紋一族的加工技術上，前述之技術 由機械磨除、蝕刻或其他方法在氧化物或其他介電質中形 成凹槽’再用金屬(通常是鎢或銅)經由適當的沈積方法例如 化學蒸氣沈積（“ CVD ”）塡滿，然後將覆加之金屬磨光或 磨除使其與介電質的表面大致齊平。在雙波紋方法中，不 僅一個介電質的凹槽由磨除、蝕刻或其他方法形成，另外 還塑造及蝕刻出一個通道以自上層金屬經由介電質延伸到 下層金屬。所有前面所指出之介電質都適合用在依本發明 所揭露的波紋及雙波紋方法中。 圖式之簡單說明 熟知本技術的人在閱讀下面配合附圖所作之詳細說明 7 (請先閱讀背面之注意事項1 i,寫本頁 ▼潘- -* 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家棣準（CNS ) A4说格（210X297公釐） 83. 3. 10,000 五 經濟部中夬梯準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 發明説明（） 後，就可以了解本發明的特色。以下藉由較佳實施例以更 進一步說明如何實施本發明。 圖1表示在本發明中所使用的高壓加工系統之一圖解實 例； 圖2A-2C表示依本發明所揭露的空腔塡入原理之一圖解實 例； 圖3表示依照本發明所揭露的通道塡入之一橫剖視圖； 圖4表示一高壓模組之圖解實例； 圖5A表示一未包含本發明之加工特色的塡入通道之掃描透 射顯微相片（“ STM ”）； 调5B表示一包含本發明之加工特色之高壓塡入通道之 STM ° 較佳實施例之詳細說明 首先必需了解者，下面所描述之加工步驟和結構並未 形成一完整之積體電路製作流程。本發明可與目前被採用 於本技術領域中的積體電路製造技術一齊被實施，而且僅 只瞭解本發明所須之一般被採用之加工步驟方被倂入於 此。包含在此說明書中且用來表示製造中的積體電路之局 部的橫剖面的圖示並未照比例繪製，而是照能夠表示出和 本發明有關之特色之方式來繪製。 前面已經說明了供接點/通道塡入之鋁回流在〇.5μηι的 應用。然而，因爲需要比較高的沈積溫度以及整體塡入ULSI 電路中之高縱橫比之接點和通道的困難，鋁回流方法並沒 有被廣泛的接受。整體塡入在〇.5μπι以下的應用特別重要， 8 ---------裝— (請先閲讀背面之注意事項-r-i>.寫本頁) 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210Χ297公董） 83· 3· !〇,〇〇〇 經濟部中央標隼局員工消費合作社印聚 A7 — —_'__B7_____ 五、發明説明（） 因爲和傳統的鎢塡塞技術相比較，一可實行的鋁回流技術 必需能夠達到相等或更好的產率及可靠度。本發明之方法 證明在400°C以下，改良的鋁塡入確係供〇.5μηι以下應用 之一可實施之方法。 和一整體之鎢-塡塞/錯導線相比較，鋁塡入技術的優點 包括較低電阻的接點/通道，全部之加工步驟較少及改良之 電遷移性能。傳統的鋁回流過程最主要的缺點之一就是它 們在回流時對表面狀況和空腔的形狀非常敏感。傳統的熱 飛濺沈積及/或回流方法須依賴吸附原子的擴散遷移性。較 高的接點/通道縱橫比以及飛濺障壁層在洞口典型之凸出對 回流特性有不利的影響。結果，整體塡入很難以恆定而可 再現之方式達成。 於同在專利審查中之申請案號08/354,590 (發明人爲G. Dixit和R.Havemann，兩人均任職於德州儀器），申請日爲 1994年12月12曰，名稱爲“高壓及低溫之半導體空腔塡 入方法”之申請案中，提出各種關於低溫、高壓空腔塡入 之觀點。在此這篇專利也倂入參考文獻中在Dixit-Havemann的專利申請案中，提供了使用相同的鋁.合金的 空腔塡入資料，另外也提供金屬導線和通道之電遷移可靠 性資料，證明了高壓和低溫方法的有效性。 本發明提供一整體銘空隙或缺口塡入技術，該塡入技 術可以在低於400°C的溫度下，達成高縱橫比的0.5μηι以 下之空隙或缺口的完全塡入，因此容許使用新世代的介電 質，例如聚對亞苯基二甲基、氣凝膠和乾凝膠。這些材料， 9 (請先閲讀背面之注意事h填寫本頁) -裝. 訂 線 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 83. 3.10,000 302513 A7 B7 i_I___ 經濟部中央梯準局員工消費合作社印製 發明説明（） 雖提供低於約2·5之有利之低介電係數(κ)，卻不幸地會在傳 統塡入方法之約400°C-550°C的溫度範圍分解。結果，這些 材料不可能被完全應用在半導體的設計中。 關於附圖，在各附圖中，相似的參考記號表示相似的 元件，特別是關於圖1，以數字記號20表示諸如由美國加 州聖荷西之應用材料有限公司，和英國Bristol之電子科技 有限公司所製造的一個高壓加工系統的例子，其可用來實 現某些本發明中的加工步驟。所顯示的高壓系統20具有一 大致上六角形的轂和輻形狀，包含可經由一可變壓裝載塢 26從一盒裝載區24運送至少一個半導體晶圓盒(未顯示)一 盒處理器22。如下述，當盒子被處理器22在不同處理室 間運送時，裝載塢26可在不同等級的眞空中運轉。 盒處理器22是一可旋轉且能伸縮手臂之形狀，當晶圓 被機器處理時，可將晶圓從盒子運到處理室，再運回盒子 中。加熱站28是被用來提供處理器22所運送的晶圓盒可 能需要的預先熱處理。晶圓可以用處理器22傳送到一物理 蒸氣沈積（“ PVD ”）站30，以接受依照本發明的空腔襯料 金屬沈積。或者，如下面將會說明的，盒子可以用處理器 22來傳送到一個以上之後述的站，以接受依照本發明的空 腔塡入金屬的附加：化學蒸氣沈積（“ CVD ”）站32，高功 率/快速沈積PVD站33，柔性飛濺蝕刻站34 ;高密度電漿 飛濺站36 ;以及高壓處理站38。蝕刻室34可以選擇性地 包含一加熱站(未顯示)以利於晶圓在触刻時的熱處理。一監 視器40可以選擇性地連接在各種控制儀器上以顯示晶圓在 10 (請先閲讀背面之注意事項一坎寫本頁 •裝. 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（2H>X297公釐） 83. 3. 10,000 \7 Β7 五、發明说明（） 裝置20中的處理過程。 傳統的通道和相似的空腔塡入方法，例如那些用來塡 入電連接路徑的方法，通常在約450°C附近或更高的溫度 下運作之高壓擠入方法中使用鋁合金。然而，如此高溫的 .方法和新的以及期待中之特徵是分解溫度爲400°C之未來 世代低介電係數介質並不相容。例如絕緣的聚對亞苯基二 甲基，特徵是介電係數κ約爲2.2-2.6。其他介電質，像是 氣凝膠和乾凝膠，甚至有更低的分解溫度(低於4〇〇°C)和更 低的約爲1.1-1.9的介電係數κ。 圖2A顯示一依循傳統方法之晶圓的一部分，例如利用 聚合金屬介電質(PMD)及中層金屬介電質(IMD)之化學機械 式平面化之〇.35mm CMOS雙層金屬(DLM)流動(未顯示)方 法。接點、通道和溝槽，例如圖中所示之通道42，可用傳 統之方法，例如使用相位移I形線平版印刷術加上電漿蝕 刻，在介電層41上製造。 完全之空腔塡入，像是通道42，受到加工狀況之熱存 積影響。當加工溫度從400°C-500°C降到約250°C-400°C， 也就是可完全利用新世代低介電係數介質(κ<〜2.5)之溫度 範圍，完全之空腔塡入變得更加困難，由於在這些改變的 條件下塡入材料可用來覆加的熱及相關之力降低之故。 空腔塡入更進一步地受到塡入金屬和在空腔42中塡入 金屬所接觸之材料之間的“沾濕能力”或“可分散性”之 影響。材料之“沾濕能力”和材料覆蓋表面之能力有關。 兩材料間之沾濕能力是材料表面張力和介面能之函數。這 11 ---------裝 I. 請先閲讀背面之注意事項c^寫本頁 訂 線 經濟部中央標隼局貞工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS〉A4規格（210X297公釐〉 83. 3. 10,000 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） Α7 Β7 五、發明説明（） 些參數對空腔塡入的影響在圖2A_2C中以圖解說明。圖2A 表示塡入材料43和空腔內牆44沾濕能力不良的情況。沾 濕能力不良會妨礙材料43流入空腔中，由於材料43和空 腔內牆44間的磨擦力(β)和迫使材料進力空腔中的施力(〇〇 反向之緣故。結果當材料抗拒和空腔內牆44契合時，造成 塡入材料之前表面43a顯示一凸出之輪廓。塡入材料之後或 上表面43b因爲施在塡入材料上之淨流動力(F)而顯現出凹 陷之輪廓。因此，流動力(也就是要迫使塡入材料43流入空 腔42所需克服之力(F))和施力⑹以及磨擦力(β)之總和有 關。 和圖2Α表示之塡入相比較，圖2Β所表示最好的沾濕 情況和施力⑹以及磨擦力(β)之不同有關。塡入材料之前導 面43a由於和空腔內牆契合時所增加的表面之故，顯現出凹 陷之狀況。因此需選擇使材料和空腔內牆顯現出低介面能 之材料，如此可得最佳沾濕能力及降低加工溫度。這些在 圖2C中以圖形說明，其中E代表“介面能”，δ代表“接 觸角”（即覆加材料43與相鄰之牆(例如空腔內牆44)之間的 角度)，〜代表靜止的材料(即圖2Α中之空腔內牆44)之表面 張力，％代表覆加材料43之表面張力。介面能(Ε)、接觸角 ⑹及各自之表面張力(Ta，Tb)有如下式之關係：
Ta=E+TbC〇s5 因此，當介面能(E)趨近於零時，接觸角也會趨近於零。 介面能E和空腔塡入材料之覆加有關(在塡入通道、接點、 溝槽及其他類似者常會發生），依照本發明之方法用一兩階 12 _ ϊΓΓιοοοο 裝 n n n ~~訂 n 線 {請先閲讀背面之注意事項填寫本頁) A7 A7 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印裝 五、發明説明（） 段及雙層的方法來覆加塡入材料可降低介面能。 關於圖3 ’它所表示之元件的尺寸及尺寸關係已經爲了 淸楚之緣故加以誇大，表示一在覆蓋在砂層45上之介電層 41中形成之通道42。此介電層可由任何已知種類中擁有有 利之電子及加工特性之介電質組合而成，而且也可是前述 之任一新世代低介電常數(κ)介電質_κ<〜2.5)形式之一，這 些低介電係數介質對本發明之實行十分有利。 空腔塡入材料(通常是以參考數字46表示)，是多層結構 之形式’其中空腔襯層46’是用來促進接著覆加之第二層塡 入層46”之沾濕能力，藉此最佳化塡入空腔之電傳導性。襯 層46’包含一金屬或合金，例如：⑴鋁銅(〜0.5-〜4%) ; (2) 錦-鍺(〜〇·5-〜5%)-銅(〜0—4%) ; (3)χ 砂化錫(2<χ<2.4) ; (4)二 矽化鈦；（5)銘-銃(〜0.1 — 0.3%);⑹氮化鈦；⑺鎢化鈦；⑻ 鎢；⑼鋁Η%)-砂(〜1%)-銅；(10)鋁(〜1%)-矽(〜0.5%)-銃；（11) 鈦；及(12)鈦(〜〇—25%)-錦合金，任何前述之材料(1)-(12)可 在促進由前述之任一或更多合金所組成用來塡入通道42之 第二層合金46”之沾濕能力之前提下單獨或和其他組合，在 後文中將會做更加詳細之說明。覆加層以顯現小於約 90μΩ-αη之電阻係數爲佳。 在襯層46’是合金襯層時，此襯層可被覆加成個別的覆 蓋金屬層以反應產生一大致均勻組成之襯層。例如，鈦-銘 襯層可用如下之方法形成：先沈積5-10nm厚度之鈦，再沈 積一鋁層至100nm厚。沈積層互相反應以產生一大體均勻 之鈦-錦襯層，鋁：鈦比約爲10-20 : 1。鈦襯層可在達到 13
本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4说格（210X297公釐） 83·3. 10,0C ---------装— (請先閲讀背面之注意事項一,4.寫本頁) 订 線 A7 B7 30^513 五、發明説明（） 約350°C及約3-5mTorr之眞空下覆加。鋁襯層可在達到約 300°C及約3-5mTorr之眞空下覆加。鍺及/或矽可用前述之 方法覆加成個別之襯層以與沈積成襯層之鋁反應以降低鋁 之熔化點，藉此降低鋁之流動應力以更加促進鋁在空腔表 面之均勻沈積。 襯層46’，和其它前述之任一襯層組合層一樣，最好在 不超過350°C之溫度與約l-2nm/sec之沈積速率之下沈積以 使空腔中之金屬沈積層達到較高之一致性。可用之沈積方 法包含：高密度電漿飛濺、化學蒸氣沈積、平行冷飛濺， 或其他適合在高壓加工系統(圖1)30-38站中之低壓方法之 方法，或其他可提供一在空腔表面44上比較均勻約50-lOOnm厚之傳導金屬層46’之合適儀器。 比較稠密之第二塡入金屬層46”可用如下之方法：飛 濺、化學蒸氣沈積、高密度電漿沈積，依照從晶圓加工系 統20中選出之加工站將襯層46’覆蓋。如圖3所示，覆加 之第二層46”接著被用一足以克服流入抵抗力P之壓力α驅 入空腔42中。第二層46”與襯層46’間之最佳沾濕能力可 用雙層塡入之方法來達成，如第二層之下表面凹陷之輪廓 所示，和一層46”和空腔內牆44之結合相比較，龎大之第 二金屬層46”和襯層46’更加容易結合。第二層46”最好在約 350°C-400°C之溫度與2-4mTorr之眞空壓力下以比較高約 15-20nm/Sec之沈積速率覆加以保證洞口之封閉。 第二空腔塡入層46”最好是約爲450-550nm之厚度以提 供一總合爲約500-600nm之空腔金屬塡入。襯層46’提供一 14 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4規格（210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項v Γ 本1) 、τ 經濟部中央樣準局員工消費合作社印装 經濟部中央橾準局員工消費合作杜印製 A7 _B7_ 五、發明説明（） 經過通道之連續傳導路徑，即使在第二層46”與襯層46’間 有小空隙之情況下。空腔塡入在一不反應(最佳爲惰性氣體) 之環境中，施加約500-U00大氣壓下完成，以650-1，000 大氣壓爲最佳。較佳之情性氣體爲氮及氬。壓力和溫度參 數可隨像是襯層46’之相對成份及第二塡入層46”之材料等 變數加以調整。如此高壓之方法可在眞空下在前述和圖1 有關之型式之高壓模組38中完成。如此之壓力模組，在圖 4中有更完整之說明，可包含一擁有兩個輻射加熱器50a與 50b用來控制晶圓加工溫度之高壓室48。經由入口 52將合 適之不反應氣體或惰性氣體如氫，送入室48加壓，可將第 二塡入層46”壓入半導體空腔及相關之襯層46’中以達成大 致完全塡入。 第二層46”最佳者爲由鋁組成，或是由像是下列任一合 金：⑴鋁-銅(〜0.5-〜4%) ; (2)鋁-鍺(〜0.5-〜5%)-銅(〜0-〜4%); ⑶鋁-銃(〜0.1-〜0.3%); (4)銘(〜1%)·砂(〜1%)-銅；(5)鋁(〜1%)-矽(〜0·5%)-銃，單獨或和其他的組合以提供一最佳爲少於 3.5μΩ-αη之電阻値之塡入材料。本發明之一較佳處在於， 第一及第二空腔塡入層46’及46”是由相同或大致上相同的 合金形成’所以可以將欲塡入空腔之沾濕能力最佳化及電 阻値最小化。 圖5Α及5Β表示塡入完成之高縱橫比通道之SEM剖面 圖。在兩個例子中，通道在一覆蓋在矽層上之BPSG_TE〇s 介電層上伸展。在圖5A中，高壓空腔塡入在缺少一 “沾濕 能力”促進層下進行’由於不完全及不規則之襯層和空腔 ___ 15 本紙張尺度1^用中國國家標準（（^8)厶4規格（2〗0'/297公慶) (請先閱讀背面之注意事項一41寫本頁 裝. 訂 線 A7 B7 五、發明説明（） 內壁之沾濕，導致一不完全之空腔塡入。在每個通道顯現 出來變黑的，不規則形狀之部分係塡入材料未流入之空腔 空隙。所舉例之軌道塡入係在約380°C之溫度中烘烤晶圓 約4分鐘，接著在約350°C之溫度中沈積鋁-銅(〜0.5%)，再 用約650大氣壓之氬氣體壓製1-3分鐘而成。圖5B係示範 本發明中之促進鋁塡入之技巧，圖中並未出現變黑之部 分，表示已達到大體均勻之通道塡入。在圖5B中之通道塡 入係由下述方法完成：在約350°C之溫度中烘烤晶圓約4 分鐘，接著再飛濺沈積鈦及氮化鈦襯層。在約350°C之溫 度中飛濺沈積鋁-銅(〜0.5%)，然後再用約650大氣壓之氬氣 體將鋁-銅壓入通道。 在發明詳細說明中所提出之具體的實施態樣或實施例 僅爲了易於說明本發明之技術內容，而並非將本發明狹義 地限制於該實施例，在不超出本發明之精神及以下之申請 專利範圍之情況，可作種種變化實施。 ----------裝--------訂-------線 (請先閱讀背面之注意事項一i填巧本頁) 經濟部中央標準局員工消费合作社印掣 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Λ4規格（2丨0'〆297公釐）

Claims (1)

  1. A8 B8 C8 D8 302513 六、申請專利範圍 1、 一種半導體設備中之空腔塡入方法，包含·· 備妥一半導體主體，包括一表面及至少一空腔，該空腔 從該表面延伸至少一部分進入到該主體內，該空腔包含〜 開放端且由空腔壁形成； 加熱該半導體主體至約250°C到約400°C之間，且沿著 該空腔壁沈積一金屬襯層； 沈積足夠量之金屬空腔塡入物至該空腔以封閉該開放 端；及 施加約500-1200大氣壓之壓力至該空腔以迫使該金屬 塡入物進入該空腔。 2、 如申請專利範圍第1項之方法，其中該金屬襯層之 電阻係數小於約90|〇Q-cm。 3、 如申請專利範圍第1項之方法，其中該金屬襯層係 從至少包含下列一種成份之群組中選出：（1)鋁-銅(〜0.5-~4%) ; (2)銘-錯(〜0.5-〜5%)-銅(〜0-〜4%) ; (3)x砂化鎢 (2<x<2.4) ; (4)二矽化鈦;(5)鋁-銃(〜0.1-〜0.3%);⑹氮化鈦； ⑺鎢化鈦；（8)鎢；（9)鋁(〜1%)-矽(-1%)-銅；（10)銘卜1%)命 (〜0.5%)-銃；（11)鈦；及(12)鈦(〜0-25%)-鋁合金，單獨或和 其他的組合使用。 4、 如申請專利範圍第1項之方法，其中該金屬塡入物 係從至少包含下列一種成份之群組中選出：（1)鋁_銅(〜〇.5_ 〜4%) ; (2)銘-錯(〜〇·5-〜5%)-銅(〜0·〜4%);⑶銘-航(〜〇.1 _ 〜0.3%) ; (4)鋁(〜1%)-砂(〜1%)-銅；和(5)鋁(〜1%)-较(〜〇.5%)_ 銃，單獨或和其他的組合使用。 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------装丨- f (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -3 T 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 5、 如申請專利範圍第1項之方法，其中該空腔穿過一 聚合絕緣體。 6、 如申請專利範圍第5項之方法，其中該聚合絕緣體 之介電係數低於約3.0且分解溫度低於約400°C 〇 7、 如申請專利範圍第5項之方法，其中該聚合絕緣體 係從至少包含下列一種成份之群組中選出：四氟代聚乙烯 化合物；聚對亞苯基二甲基；乾凝膠；聚合自旋玻璃材料 一族；聚醯亞胺類；silsesquioxane化氫；氣凝膠及表面改 良的氣凝膠。 8、 如申請專利範圍第1項之方法，其中該空腔於塡入 後之電阻値不大於1.9歐姆。 9、 如申請專利範圍第1項之方法，其中該金屬襯層用 下列方法之一來覆加：高密度電漿飛濺、化學蒸氣沈積或 平行冷飛濺。 1〇、如申請專利範圍第1項之方法，其中該襯層係以約 l-2nm/sec之速率沈積。 11、 如申請專利範圍第1項之方法，其中該空腔塡入物 係以約15-20nm/sec之速率沈積。 12、 如申請專利範圍第1項之方法，其中該空腔之形式 係通道或接點之一。 13、 一種半導體設備中之空腔塡入方法，包含： 備妥一由覆蓋在非金屬層上之介電層形成之半導體主 體’該半導體主體包含一表面及至少一空腔，該空腔從該 表面延伸至少一部分進入到該主體內，該空腔包含一開放 ---------裝-- { (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、vs Γ 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 _ 六、申請專利範圍 端且由空腔壁形成； 加熱該半導體主體至約250°C到400°C之間，且沿著該 空腔壁沈積一金屬襯層； 沈積足夠量之金屬空腔塡入物至該空腔以封閉該開放 端；及 施加約500-U00大氣壓之壓力使該空腔變形。 14、 如申請專利範圍第13項之方法，其中該襯層係以 約l-2nm/sec之速率沈積。 15、 如申請專利範圍第13項之方法，其中該空腔塡入 物係以約15-20nm/sec之速率沈積。 16、 如申請專利範圍第13項之方法，其中該空腔襯層 及該空腔塡入物係在約250°C-400°C之溫度下沈積。 17、 如申請專利範圍第13項之方法，其中該聚合絕緣 體係從至少包含下列一種成份之群組中選出：四氟代聚乙 烯化合物；聚對亞苯基二甲基；乾凝膠；聚合自旋玻璃材 料一族；聚醯亞胺類；silsesquioxane化氫；氣凝膠及表面 改良的氣凝膠。 1 18、 如申請專利範圍第13項之方法，其中該金屬襯層 係從至少包含下列一種成份之群組中選出：（1)鋁-銅(〜0.5-〜4%) ; (2)鋁-鍺(〜0.5-〜5%)-銅(〜0-〜4%) ; (3)x矽化鎢 (2<x<2_4); (4)二矽化鈦；（5)鋁-銃(〜0.1-〜0.3%); (6)氮化鈦； ⑺鎢化鈦；⑻鎢；（9)鋁(〜1%)-矽(〜1%)-銅；（10)鋁(〜1%)-矽 (〜0_5%)-航；（11)鈦；及(12)欽(〜0—25%)-銘合金，單獨或和 其他的組合使用。 19 本紙張;適用中國ϋ標隼（CNS ) A4規格（210父297公瘦1 --1 — I 裝 ί 11訂 「線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A8 B8 _^^ 六、申請專利範圍 19、 如申請專利範圍第13項之方法，其中該金屬塡入 物係從至少包含下列一種成份之群組中選出：⑴鋁-銅 (〜0.5·〜4%) ; (2)鋁-鍺(〜0·5-〜5%)-銅(〜0-〜4%);⑶鋁-銃 (〜0.1•〜0.3%);⑷鋁(〜1%)-砂(〜1%)-銅·，和(5)鋁(〜1%)-砂 (〜0.5%)-銃，單獨或和其他的組合使用。 20、 如申請專利範圍第13項之方法，進一步包含在該 壓力覆加步驟之後之機械磨除該空腔塡入物之步驟。 I 11n 訂 I ,备 (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製 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）
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