TW387136B - Method of forming a metal wire of a semiconductor device - Google Patents
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Description
A7 B7 五、發明説明（I ) 本發明之背景 本發明之領域 本發明係有關於一種形成半導體元件之金屬導線的方 法；並且更特別的是有關於一種形成以叠積一層CVD鋁膜 、一層低溫PVD鋁合金膜及一層高溫PVD鋁合金膜爲金 屬線，並經由通過一絕緣膜上的孔洞來與一下端導電層接 觸的方法。 先前技術之說明 作爲參考用，本發明中以一化學氣相沈積(chemical vapor deposition，CVD)的方法所沈積的一鋁膜被稱爲一 CVD 銘膜；以一物理氣相沈積(physical vapor deposition， PVE〇的方法所沈積的一鋁合金膜被稱爲一 PVD鋁合金膜 〇 通常，在一半導體元件中，使用於元件之間及元件與 外部電路之間的電連接之導線，乃藉由沈積與刻畫 (patterning)形成接觸孔(contact hole)的晶圓上的一導體層 而成。該導線係由低電阻的金屬材料所製成》 金屬線內含有少許的矽或銅在鋁中。具有低電阻係數 與令人滿意的蒸鍍(evaporation)性質的鋁合金膜被用來當作 導線材料。並且，鋁合金係以PVD的方法來沈積。 在PVD的方法中，沈積係藉由依物理機制來執行的^ 在製程中無化學反應的濺鍍（sputtering)裝置便是一個例子 °該濺鍍裝置藉由以外加電壓的方式，將低壓氣體離子化 ____ 4
C 4^ (請先閲讀背面之注f項再填寫本頁)
本紙张尺度通用中國爾家梂準（CNS ) A4规格（210X297公釐） A7 B7 五、發明説明（Y ) 而產生氣體離子，亦即電漿化(plasmanizing)。於由^位差 ，使得被加速的氣體離子撞擊陰極靶(cathode target)。此時 ，靶極原子經由氣體離子撞擊的方式而射出；因此便以 靶極原子在基底金屬表面的附著與成長來沈積一薄4。通 常，氬氣(Ar)被用來當作低壓氣體。 濺鑛方法具有在材料性質方面的優點，例如，膜的密 度高，但雜質濃度小。然而，與CVD方法比較起來，其缺 點在於梯級覆蓋(stepcoverage)不如CVD—樣好，且其導線 遮罩製程(wiring mask process)也不如CVD般容易，因爲當 濺鍍製程在低溫下執行時，表面會變得粗糙。 另一方面，CVD方法有一個問題在於：由於金屬薄膜 內的缺陷增加，會使得金屬薄膜的電阻係數變高。金屬線 的阻値會根據設計尺度(design mle)的縮減而變大。因此’ 會對元件性質，例如金屬薄膜的電子遷移（electron migration，EM)現象，及元件特性面，例如RC延遲等等， 有負面的影響。 本發明之槪要 因此，本發明之目的係提供一種形成半導體元件之金 屬線的方法，其中當一鋁膜沈積在絕緣膜與接觸孔上時， 該方法能增加其梯級覆蓋並減少表面粗糙度》 根據本發明之一特性，本發明係提供形成半導體元件 之金屬線的方法，該金屬線透過絕緣膜的孔洞與導電層接 ___ 5 _____ 本紙張尺度適/^7國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）~ (請先聞讀背面之注意事$填寫本頁} •裝· *1Τ A7 B7 五、發明説明（i) 觸，並形成於該半導體元件之導電層上。上面所提及的發 明包含有這些步驟：在該具有孔洞的絕緣層上形成一擴散 阻障(diffusion barrier);在該擴散阻障膜上形成一 CVD鋁 膜；在一低溫下，於該CVD鋁膜上形成一 PVD鋁合金膜 ，且在一高溫下形成該PVD鋁合金膜於其上；並且在PVD 鋁合金上形成一抗反射膜。 根據本發明之另一特性，本發明係提供一種形成半導 體元件之金屬線的方法，其特徵在這些步驟：擴散阻障膜 爲一氮化物系統或矽氮化物系統的金屬膜；CVD鋁膜在 lOOt：〜250°C間的溫度形成；當PVD鋁膜形成時，低溫爲 20°〇1001而高溫爲400°C~550°C ;低溫的PVD鋁合金膜 在5〜25kw的功率下執行，而高溫PVD鋁合金膜則在 0.141cW的功率下執行；當PVD鋁膜在低溫及高溫下形成 時，該製程在不破真空的情況下，於不同的溫度條件中， 在一個或二個腔室(chamber)內進行；沈積Ti或Ta膜於表 面的製程在擴散阻障膜形成之後。 根據另一特性，本發明提供一種形成半導體元件之金 屬線的方法，該金屬線透過一絕緣膜的孔洞與一導電層接 觸，並形成於該半導體元件之導電層上。本發明包含有這 些步驟：在該絕緣膜中形成該孔洞後，執行一出氣(mit-gassing)製程；移除在該孔洞底部的氧化膜；形成一 Ti或 Ta金屬膜,·在該金屬膜上形成一 CVD鋁膜，·在一低溫下 ’於該CVD鋁膜上形成一 PVD鋁合金膜；並在一高溫下 ’於其頂端形成該PVD鋁合金薄膜；且在該PVD鋁合金 (請先閲讀背面之注$\! -裝— '»r寫本頁) ,ιτ 經济部中夹榡準而·-=： Η消於合作私印¾ 本紙張尺度適州中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 經济-部中央榀芈而妇工消贽合作ii卬製 五、發明说明（+) 上形成一抗反射膜。 附圖之簡略說明 本發明之其他目的與特性，藉由下列具體實施例的說 明並且配合附圖之後會變得更加明白。 圖1至圖4顯示一種根據本發明的例子來形成半導體 元件之金屬線的方法： 圖1係形成一擴散阻障膜於一絕緣膜表面的剖面圖， 其中一開口形成於該絕綠膜上。 圖2係沈積一層Ti、Ta等單一金屬層的剖面圖，其中 該單一金屬層沈積在擴散阻障膜頂端。 .圖3係沈積一CVD鋁膜，及分別在低溫和高溫下沈稹 一 PVD鋁合金膜的剖面圖。 圖4係一抗反射保護膜被沈積的剖面圖。 較佳具體實施例之細節說明 在下文中’一種根據本發明來形成半導體元件的金屬 線的方法，將配合附圖做詳細說明。 圖1至圖4係根據本發明形成半導體元件的金屬線的 剖面圖。 如圖1所示，一絕緣膜2形成於一導電層或一半導體 基板1之上。一部份的絕緣膜2被移除而暴露出導電層或 ------- 7 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
C 裝·
，1T 不紙浪尺展關丨關参栋準（CNS )从祕 Gx297Aft) _B7_ 五、發明説明（$ ) 半導體基板，導致形成一接觸孔。隨後，在完成〜淨化製 程(cleaning processc)或一出氣製程後，形成一擴散阻障膜 3。 此時，該單一絕緣層2係一氧化物系統的材料^擴散 阻障膜3係由一氮化物系統的化合物形成，該氮化物系統 的化合物由這些成分組成：Ti/TiN或W/WN ; Ti/TiSiN層 疊膜或TiN，WN，TaN ;或一矽氮化物系統的化合物。 參考圖2，一諸如Ti或Ta膜之單一金屬膜4被沈積 於擴散阻障膜3之上，一 CVD鋁膜5則被沈積於此擴散阻 障之上。 現在，當一鋁膜被直接沈積到金屬阻障膜3時，此單 一金屬膜可避免潤濕現象(wetting phenomenon)的產生。潤 濕現象係表示以水滴狀的方式來沈積’而非形成均勻性的 分佈。並且，此單一金屬層被用來當作一出氣防止膜，其 係防止由擴散阻障膜3及更底層的氣體釋出。CVD鋁5係 使用一 CVD方法，在100〜250 °C的溫度下，形成 400〜1000A的厚度。 參考圖3，接著在20〜100°C的低溫下，一PVD鋁合金 膜6在鋁合金膜5上形成，並在一 400〜550的乞高溫下形 成一 PVD鋁合金膜7。
此時，根據接觸孔的長寬比(aspect ratio)，形成PVD 鋁合金膜的高溫係可以被調整。 在低溫下形成PVD鋁合金膜6，與在高溫形成的鋁合 金膜7的製程，包含下列步驟：在形成CVD鋁膜5之後’ ___8 本紙張尺度適;Π中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 ______B7_ 五、發明説明（右） 於不破壞真空的情況下’將一晶圓移到一維持高真空的濺 鍍腔室；在不加熱晶圓的情況下，於短時間內在低溫下以 5〜25kw的高功率進行沈積；並於其後加熱晶圓，且於高溫 下以0.1~5kw的低沈積功率來沈積一鋁合金膜。因此， PVD鋁合金7的表面可以被軟化》 此外，低溫PVD鋁合金6與高溫PVD鋁合金7的沈 積製程，可以在一個或二個可調整溫度的腔室中執行。 根據圖4，於CVD鋁膜5、低溫PVD鋁合金6及高溫 PVD鋁合金7所組成的鋁合金膜上形成薄膜9。 抗反射膜9將使刻畫製程(pattering process)中，由銘 合金膜8之表面造成的反射最少。抗反射膜9係使用氮化 物系統的金屬。 •本發明的另一個具體實施例，其中在導電層上的絕緣 膜內形成一接觸孔後，進行一出氣製程的製程包含有這些 步驟：一個從接觸孔底部移除一層氧化膜的製程；一個形 成一層單一金屬膜(例如Ti或Ta)的製程，用以避免出氣或 潤濕現象；在金屬膜上形成一 CVD鋁膜的製程；在低溫下 於CVD鋁上形成一 PVD鋁合金膜的製程；及其後在高溫 下於其上形成一PVD鋁合金膜，並在PVD鋁合金上形成 —抗反射膜。 形成PVD鋁合金膜及CVD鋁膜的製程在如前述範例 的相同條件下執行。 如上所說明，根據本發明之一種形成半導體元件之金 屬線的方法，其可以藉著在具有接觸孔的絕緣層上沈積一 __9_;_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事 s-f 填. :荇本頁) -裝 訂 經济部中央^準而只工消贽合作私印^ Λ7 B7 387136 五'發明説明（1) 金屬層時，由該最初沈積的CVD鋁膜來改善梯級覆蓋，並 藉著其後在一低溫及一高溫下沈積的PVD鋁合金膜的表面 ，來改善金屬線的品質，及改善半導體元件的可靠度。 雖然本發明的較佳具體實施例爲了作爲舉例的目的而 被揭示，惟熟習此項技藝的人士將可體察可能不背離本發 明所附之專利申請範圍的精神與範疇的種修改、附加及取 代。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
C 裝·
、1T 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）
Claims (1)
- A8 B8 C8 D8 387136 六、申請專利範圍 L一種形成金屬線的方法，該金屬線透過一絕緣膜孔 洞與一導電層接觸，並形成於該半導體元件之導電層上， 該方法包含有這些步驟： 於具有孔洞的絕緣膜上形成一擴散阻障膜； 於該擴散阻障膜上形成一 CVD鋁膜； 在一危溫下，於該CVD鋁膜上形成一PVD鋁合金膜 ’並在一高溫下，於其上形成該PVD鋁合金膜；以及 於該PVD鋁合金上形成一抗反射膜。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該擴散阻障膜 係一氮化物系統或一矽氮化物系統的金屬膜。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該CVD鋁膜在 100〜250°C的溫度下形成。 .4.如申請專利範圍第1項之方法，其中形成該PVD鋁 -··， 合金膜的製程，其低溫爲20〜10(TC，而高溫爲440〜55(TC 〇 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該低溫PVD鋁 合金膜在5〜25kW的功率下執行，而該高溫PVD鋁合金膜 則在0.1〜5kW的功率下執行。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該PVD鋁合金 膜的製程是於低溫及高溫下形成，且該製程在不破壞真空 的情況下，於不同溫度條件的一個或二個腔室中操作Λ 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在形成該擴散 阻障膜後，另包含有一沈積Ti或Ta膜於其表面的步驟》 8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中從已形成該擴 本紙張尺度逋用中國國家揉率（CNS > A4规格（210X297公釐) --------(裝！ (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 8888 ABCD 387136 六、申請專利範圓 散阻障膜的製程至形成該PVD鋁合金膜的製程，皆在不破 壞真空的狀態下執行。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 9. 一種形成金屬線的方法，該金屬線透過一絕緣膜孔 洞與一導電層接觸，並形成於該半導體元件之導電層上， 該方法包含有這些步驟： '形成位於該絕緣膜之該孔洞後，執行一出氣製程； 移除位於該孔洞底部的一層氧化膜； 形成一Ti或Ta金屬膜； 於該金屬膜上形成一CVD鋁膜； 在一低溫下，於該CVD鋁膜上形成一 PVD鋁合金膜 ’並且在一高溫下，於其頂端形成該PVD鋁合金膜；以及 於該PVD鋁合金上形成一抗反射膜。 10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該CVD鋁膜 於100〜250°C的溫度下形成》 11. 如申請專利範圔第9項之方法，其中該PVD鋁合 金膜的製程是於低溫及高溫下形成，且該製程在不破壞真 空的情況下，於不同溫度條件的一個或二個腔室中操作。 經濟部中央橾準局貞工消費合作社印装 12. 如申請專利範圍第9項之方法，其中從已形成該擴 散阻障膜的製程至形成該PVD鋁合金膜的製程，皆在不破 壞真空的狀態下執行。 本紙張尺度逋用中國«家#準（CNS ) Α4規林（210X297公釐）
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1998
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- 1998-06-23 JP JP17605698A patent/JP3288010B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI512860B (zh) * | 2013-06-17 | 2015-12-11 | China Steel Corp | 導線結構及其製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| KR100268788B1 (ko) | 2000-11-01 |
| JP3288010B2 (ja) | 2002-06-04 |
| JPH1187508A (ja) | 1999-03-30 |
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