TW419711B - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

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TW419711B
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TW
Taiwan
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layer
aluminum
semiconductor device
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temperature
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TW088115135A
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English (en)
Inventor
Eiji Suzuki
Kazumi Matsumoto
Michio Asahina
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^isil 1 A7 ——____ B7 _五、發明說明（1 ) * @業上之利用領域 本發明關於半導體裝置及其製造方法，特別關於可細 微化，且具備具良好耐電子遷移性之鋁合金所構成配線層 的半導體裝置及真製造方法。 習知技術 L S I等半導體裝置中，伴隨元件之細微化 '高密度 化及多層化，縱橫比較大之貫穿孔爲必要。此種貫穿孔之 配線材料之埋入困難，近年來成爲重要課題。因此，配線 材料嘗試以有用之鋁或鋁合金埋入貫穿孔內。 但是，依習知方法’將鋁或鋁合金埋入貫穿孔內時’ 濺射時要求高溫，溫度越高鬚晶（whisker )成長引起配線 間短路，或貫穿孔中之配線層中之鋁與基板中之矽反應， 容易產生漏電等電氣問題。又’隨元件之細微化及高密度 化，要求沈積層之更平坦化’及配線層之薄膜化。但配線 層之膜厚薄時，電子遷移耐性降低，習知使用之鋁合金材 料無法有效對應。 發明槪要 本發明目的爲提供一種藉使用特定鋁合金之配線材料 ，在不產生間隙或斷線下使鋁合金可埋入貫穿孔’且具良 好電子遷移耐性之半導體裝置及其製造方法。 本發明之半導體裝置，係包含：具元件之半導體基板 、至少1層之金屬配線層、及層間絕緣層： {請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 五、發明說明（2 ) 上述金屬配線層，係以鋁爲主成份，且含0 . 1 — 3 重量％比例之鈹（B e )。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁> 於該半導體裝置中，使用含特定量之鈹之鋁合金爲金 屬配線材料，則苛得具良好電子遷移耐性之金屬配線層。 其理由未必明確，不過可考慮爲因鈹合金（例如鈹-銅合 金、鋁-鈹一銅合金）分離出鋁之粒界，而阻礙鋁之電子 遷移。 又，鈹具吸收氧之特性，因此，例如構成層間絕緣層 之氧化矽層所發生存在於鋁合金中之氧被鈹吸收而使鋁之 流動性提升，貫穿孔內之鋁合金之埋入性亦可提升。 又，微量之鈦（丁 i )或鎂（Mg )可提升氧之吸收 效果，鋁合金之貫穿孔埋入性更能提升。Mg及Τι ，其 至少一方含0 . 1 - 3重量％之比例較好。 又，上述層間絕緣層較好爲藉熱處理除去氣體化成份 者。其理由於後述。但藉層間絕緣層之汽化成份之除去， 可形成具良好段差覆蓋率之鋁合金構成之接觸部。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於該半導體裝置中，該阻隔層，較好包含構成該阻隔 層之金屬氧化物以島狀分布之狀態。 依此構成，則和未含上述金屬氧化物之情況比較，可 提升阻隔層之阻隔性。 其理由如下。習知之例如含鈦之阻隔層係處於非晶質 狀態。但依本發明人硏究得知，本發明之阻隔層，在結晶 構造混亂之鈦氮化物層中二氧化太（Τ 1 0 0 2 )之結晶粒 f-隨機分布呈島狀。二氧化鈦爲幾乎完全之絕緣體，且鋁 -5 - 本紙張尺度適用中囤國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4»S7I J A7 B7 五、發明說明（3 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 金屬等之擴散極不容易產生之物質。藉此種二氧化鈦之粒 子以島狀分布於阻隔層，構成阻隔層之鈦氮化物層之結晶 構造呈混亂，以阻隔通過其粒界（結晶粒子間之境界）而 擴散之鋁之進入'。結果，阻隔層之阻隔性大幅提升。又， 此現象，於阻隔層含鈷（C 〇 )或鎢（W)等金屬時亦同 樣產生。 構成上述阻隔層之金屬氧化物，係以島狀分散存在於 阻隔層中，因此不會阻礙阻隔層之導電性。換言之，上述 阻隔層所含金屬氧化物之粒子，較好以不致阻礙阻隔層之 島導電性狀態下分布。 構成上述阻隔層之金屬氧化物粒子，考慮其阻隔性及 導電性時，平均粒徑較好爲2 - 2 0 n m。 本發明之半導體裝置之製造方法，係關於包含具元件 之半導體基板、及至少1層金屬配線層、及至少1層之層 間絕緣層之半導體裝置之製造方法；其包含有以下工程： (a )於層間絕緣層形成貫穿孔的工程； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 .(b )於上述層間絕緣層之上及貫穿孔肉部，沈積以 鋁爲主成份’且包含0 . 1 _3重量％比例之鈹的金屬層 以形成金屬配線層的工程。 ’ . 依本發明之製造方法’如上述鋁合金之流動性可提升 ，結果’鋁合金層濺射時溫度可下降。因此，高溫產生之 鋁單晶成長引起之鬚晶可被抑制，配線層間之短路可防止 。又，藉鋁合金層濺射時溫度之下降，於包含元件之基板 上之接觸孔中’配線層中之鋁與基板中之矽之反應可被抑 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公笼） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 痛1 9 7 J韌 A7 _______B7_五、發明說明（4 ) 制’不易產生漏電等電氣特性問題。 上述工程C b )中’上述金屬配線層，係於5 〇 〇°c 以下溫度’使用以鋁爲主成份，且至少包含〇 . 1 _3重 量％比例之鈹之备靶材料之濺射法形成較好。上述標靶材 料’必要時可包含0 · 1 — 3重量％比例之Mg或T i之 任一方，再必要時可含銅或矽。 上述工程（b )中，較好是上述金屬配線層係藉由： 在2 0 〇°C以下溫度，形成以鋁爲主成份之合金構成之第 1鋁層的工程；及於上述第1鋁層上，在3 0 0 — 5 0 0 C溫度下，形成以鋁爲主成份之合金構成之第2鋁層的工 程所形成= 在2 0 Ot以下，較好爲3 0 - 1 00 °C之溫度下， 形成地1鋁層，則上述層間絕緣層、及層間絕緣層與鋁層 之間存在之中間層所含氣體化成分之汽化可被抑制。此次 ，中間層爲，阻隔層、濕潤層（wemng )等層間絕緣層與 鋁層間存在之層。藉抑制由中間層發生於外部之氣體，可 防止該中間層之溼潤性。結果，第1鋁層相對中間層可良 好密接，段差覆蓋率良好之成膜爲可能。 因該第1鋁層之存在，即使基板溫度上升時，來自較 第1鋁層更下層之層間絕緣層及阻隔層等中間層之氣體之 產生可被抑制。因此’於第2鋁層之成膜工程’可以較高 溫、即鋁合金可流動擴散之較高溫度’較好爲3 0 ◦-5 0 0 t，更好·爲350 — 450 t之下形成第2鋁層。 如上述，於工程（b)，藉以較低溫形成第1鋁層之 u n I n I ***Λ> I* 1 1- I n n n ·1 I * j ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁》 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
4 ί s 7 I ] 419 7 UJ A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 —____B7五、發明說明（5 ) 工程，及以較高溫形成第2鋁層之工程，則空隙不致發生 情況下，良好段差覆蓋率之貫穿孔之埋入爲可能。又，本 發明之製造方法可適用口徑0.2um之貫穿孔。 上述工程（ί))中之鋁層之成膜，第1鋁層與第2鋁 層係於同一腔室內.連續形成。藉同一腔室內連續進行鋁層 之成膜，則基板溫度之控制容易，同時環境之控制正確， 第1鋁層鳔面形成氧化層等不良情況可改善。 本發明之製造方法中，在第1鋁層形成前，姣好將基 板溫度冷卻至1 0 0 °C以下，較好爲常溫一5 0 °C。於該 工程藉基板溫度之冷卻，則第1鋁層織成膜前基板溫度可 充分降下。後述之脫氣工程中，基板溫度較好設爲3 0 0 C以上之高溫》因此於此工程藉基板溫度之確實降低，則 以後工程（b )之溫度調節可確實進行。 本發明之製造方法中，於上述工程（b )後，進行 2 0 0 - 5 0 Ot之熱處理較好。藉該熱處理，鋁所含鈹 容易分離出= 又，上述工程（a )之後，較好包含在減壓下進行 3 0 0 - 5 5 0 °C之基板溫度熱處理，以除去層間絕緣層 所含氣體成分之脫氣工程。藉由層間絕緣層所含汽化成份 之除去工程，則在後續工程，例如3 0 〇 °C以上之高溫條 件下進行之第2鋁層形成工程，可抑制層間絕緣層所含水 '氮、氫、或氧等氣體之發生。 依本發明可確認，層間絕緣層所發生之氣體’爲例如 阻隔層或溼潤層等中間層所吸收，而不被貫穿孔內之鋁層 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210X 297公釐) ^ H ^1 ϋ I vf Λ * I* 1 I ^1- t— IB f } < > (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 41971 |j 419711 a? _^_ B7 五、發明說明（6 ) (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁> 吸收。因此，藉層間絕緣層所含汽化成份之除去，可抑制 該氣體存在於中間層與第1鋁層間所引起中間層之溼潤性 下降或空隙之發生。結果，於貫穿孔內可形成段差覆蓋率 良好且低電阻之豳層所構成接觸部。 此處，汽化成份意指，例如在減壓下，基板溫度約 3 0 0 °C以上時，由沈積層、即層間絕緣層或中間層發生 之水、氫、氧、或氮等汽化成份。又’減壓下意指，較好 爲0.Ι—lPa之壓力。 本發明之製造方法中’較好具有至少於第1層（半導 體基板上）層間絕緣層及形成於該層間絕緣層之貫穿孔表 面形成阻隔層的工程；該阻隔層’係在構成上述阻隔層用 之層中導入氣，使構成該層之.金屬氧化物呈島狀分布地形 成c 此工程中’第1方法爲，沈積構成阻隔層用之層後’ 減壓下將該層曝露於氧電梁中之後’進丫了退火處理’或弟 2方法爲1沈積構成阻隔層用之層後，於氧環境中對該層 進行熱處理。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (發明之較佳實施例之說明） 圖1 A - C爲本發明之半導體裝置之製造方法及半導 體裝置之一實施例說明用之槪略斷面圖。 以下，說明半導體裝置之製造方法之一例。 (A )元件之形成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公S ) ^9* 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 419711 at __B7 五、發明說明（7 ) 首先’以一般方法於矽基板1 1形成M〇 S元件。具 體言之爲’例如於矽基板1 1上以選擇氧化形成場絕緣層 1 2 ，於主動領域形成閘極氧化層1 3。藉通道注入調整 臨界値電壓後，對甲矽烷（S i Η 4 )熱分解成長之多晶砂 層上濺射鎢矽化物層 > 再積層矽氧化層1 8蝕刻成特定圖 型以形成閘極1 4。此時，必要時可於場絕緣層1 2上形 成由多晶矽層及鎢矽化物層構成之配線層3 7。 其次，注入磷離子形成源極領域或汲極領域之低濃度 雜質層1 5。之後，於閘極1 4側形成由矽氧化層構成之 側壁間隔物1 7後，注入砷離子，藉使用鹵素燈之退火處 理進行雜質之活性化，俾形成源極領域或汲極領域之高濃 度雜質層1 6。 之後，成長1 0 0 n m以下之氣相成長矽氧化層，於 H F與N Η ! F之混合水溶液進行選擇性蝕刻，使特定之矽 基板領域露出。之後’例如，灘射約3 0 — 1 0 0 n m厚 之鈦膜，在氧控制於5 0 p pm以下之氮環境中以6 5 ◦ -7 5 0 t：之溫度進行約數秒- 6 0秒之瞬間退火，俾於 開□之矽基板表面形成鈦之單矽化物層，於矽氧化層1 8 上形成濃鈦之鈦氮化物層》之後，浸漬於N Η 4 Ο Η與 Η 2 0 2之混合水溶液中，則上述鈦氮化物層被蝕刻除去， 僅於矽基板表面殘留鈦之單矽化物層。再進行7 5 0 -8 5 0 °C之燈泡退火，使上述單矽化物層複矽化物化，俾 於高濃度雜質層1 6表面以自動整合方式形成鈦矽化物層 1 9 - ---* I ----I I I I I - — — — 111 — - — till — — · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 * 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社·印製 419711 A7 p._____B7 五、發明說明（8 ) 又，閘極1 4僅以多晶矽層形成藉選擇蝕刻使露出時 ’成爲閘極與源極領域、汲極領域之兩者被以側壁間隔物 分離之鈦氮化物構造。 (B )(層間絕緣層之形成） 其次’層間絕緣層，首先、使TEO S與氧進行電漿 反應’形成膜厚1 00-200nm之矽氧化層20。該 矽氧化層2 0爲’不存在矽化物層1 9之氧化，絕緣性較 以S i Η 成長之層爲高，對氟化氫水溶液之蝕刻速度慢， 較細密之層。 此處，係於鈦矽化物層1 9上直接形成矽氧化層，但 若此時之成膜溫度商時，成膜初期氧化性氣體與欽较化物 層簡單反應容易產生裂痕或剝離，因此處理溫度較好爲 6 ◦ 0艺以下，更好爲2 5 0 — 4 0 0 5C。於鈦矽化物層 1 9上以上述較低溫度形成厚約1 0 0 n m之矽氧化層後 ，於水蒸汽以外之氧化環境中再進行退火或氣相氧化處理 時，即使溫度上升至約9 0 0 °C亦不會有問題。 又 '層間絕緣層，例如於上述砂氧化層2 0上令包含 S iHiSTEOS等之矽烷化合物、及氧或臭氧等、及磷 及硼之氣體做氣相反應，以形成膜厚約數百n m - 1 um 之：8卩3〇層3之後，於氮環境中進行800 — 900 t 之退火，進行高溫回流使平坦化。又，取代B P S G層 3 0之高溫回流，改使用一般之S OG層進行平坦化亦可 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2W X 297公釐） — — — — — — — —— — — — — ^ · I I I I t 1 I — — — — — —— —— — ί ί靖先閱讀背面之注意亊項再填寫本頁} A7 4 1971.1 _ B7_ 五、發明說明（9 ) 又，取代上述BPSG層30 ，改使用本案申請人申 請之例如特願平9 — 3 2 4 5 1 8號所記載之，使矽化合 物與過氧化氫進行化學氣相成長反應而形成之矽氧化層（ 以下稱爲第1矽k化層）亦可。該矽氧化層，本身具高流 動性，具較佳自然平坦性。其原因爲，矽氧化層與過氧化 氫進行化學氣相成長反應時，於氣相中形成矽烷醇，藉該 矽烷醇沈積於晶圓表面而形成流動性佳之層。以下說明該 矽氧化層技術之要點。 例如，使用甲矽烷作爲矽化物時，依下式（1 )、（ 1 )’所示反應形成矽烷醇。 式（1 ) S i H4+2H2O2— S i (OH) 4 + 2Ha 式（1 ) ’
SiH 二 3H2〇2— Si (OH) 4 + 2H2〇 + H2 式（1)及式（1)’形成之矽烷醇，因下式（2) 所示縮聚反應使水脫離而成矽氧化物。 式（2 )
Si C〇H) 1—^-S i O2+2H2O 上述矽化物有例如甲矽烷、乙矽烷、S i Η 2 C 1 2、 S 1 ^，等無機矽烷化物、及CH3S 1 H3、三丙矽烷、 四乙氧基矽烷等有機矽烷化物等。 又’該矽氧化層之成膜工程，當上述矽化物爲無機矽 化物時，係在0 - 2 0 °C溫度條件下，當上述矽化物爲有 機矽化物時’係在1 0 0 - 1 5 0 °C溫度條件下，藉減壓 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------- *^·! — — ··— 訂·！ „ < - {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -12- 41971 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1〇) 化學氣相成長法進行。於該成膜工程，當溫度高於上述上 限値時，上述式\ 2 )之縮聚反應過度進行，導致第1砂 氧化層之流動性變低，較難得良好平坦性。又，當溫度低 於上述下限値時·，腔室內之分解水分之吸附及腔室外之結 露發生，成膜裝置之控制困難等不佳現象產生。 上述第1矽氧化層，較好以足過覆蓋矽基板表面之段 差之膜厚形成。第1矽氧化層之膜厚，其下限値依存於砂 基板表面之凹凸高度，但較好爲3 0 0 — 1 0 0 0 nm。 第1矽氧化層之膜厚大於上述上限値時，因層本身應力將 產生裂痕。 於上述第1矽氧化層之上，藉化學氣相成長法使矽化 物、氧及包含氧之化合物之至少1種，及含雜質之化合物 做反應以形成多孔性第2矽氧化層較好。 該第2矽氧化層，除作爲蓋層之外，因爲多孔性，在 後續之退火處理時可將第1矽氧化層產生之氣體成份緩慢 排出外部。又，該第2矽氧化層，除多孔性之外，於該層 添加硼等雜質，較好爲磷，可減弱構成該層之矽氧化層之 S 1 - 0分子間結合力，緩和其應力，換言之，可構成適 度柔軟且不易龜裂之層。又’上述第2矽氧化層之重要機 能爲，該矽氧化層所含磷等雜質作爲對鹼離子等元件之信 賴特性帶來不良影響之可動離子之吸氣機能。該第2矽氧 化層所含雜質濃度，考慮上述吸氣機能或層之應力緩和之 點時，較好爲1 ‘一 6重量％。 又，該第2矽氧化層，具l〇〇_60〇MPa壓縮 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） -13- I I ϋ n I I ϋ n n n )&J ϋ n ϋ ϋ I - ' (請先w讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明說明（11) (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁> 應力，可防止第1矽氧化層縮聚反應時拉伸應力增大引起 龜裂之現象。又，第2矽氧化層亦具防止第1矽氧化層之 吸濕機能。 第2矽氧化詹，較好在3 0 0 — 4 5 0°C溫度下，進 行1 ΜΗ z以下之.高頻電漿化學氣相成長法而成。藉在該 溫度條件下成膜，則於後續退火處理，氣體成份於退火初 期階段容易排出，元件信賴性可提升。 又，第2矽氧化層形成時使用之含氧化合物，較好爲 N 2 0 ( —氧化二氮）。藉使用N 2 0爲反應氣體，則電漿 狀態中之N 2 0容易與構成第1矽氧化層之矽化合物之氫鍵 (- H)反應•故第2矽氧化層於成膜中亦可促進第1矽 氧化層之氣化成份（氫，水）之脫離。又，取代電漿化學 氣相成長法，第2矽氧化層亦可藉3 0 0 - 5 5 Ot溫度 下之常壓化學氣相成長法形成，此時，上述含氧之化合物 較好爲臭氧。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，上述第2矽氧化層成膜前，較好令上述第1矽氧 化層曝晒於臭氧環境中。經由此工程，則臭氧與構成該第 1矽氧化層之矽化合物之氫鍵（一 H)或羥基（一 OH) 容易反應，可促進第1矽氧化層中之氫或水之脫離。 又，第2矽氧化層之膜厚，考慮平坦性、龜裂防止等 較好1 0 0 n m以上。 第1矽氧化層及第2矽氧化層形成後，於6 0 0 -8 5 0 °C溫度下進行退火處理，則第1矽氧化層及第2矽 氧化罾變細密化，絕緣性及耐濕性可提升。例如就第1矽 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） 4ί97[υ Α7 419711 Β7 五、發明說明（12 ) 氧化層而言，於該退火處理初期，上述式（2 )之縮聚反 應完了，伴隨該反應產生之水或氫介由第2矽氧化層之孔 排至外部，第1矽氧化層可在氣化成份充分除去狀態下細 密形成。又，第_2矽氧化層，因退火處理由多孔質變爲細 密層。 退火處理時，溫度設爲6 0 0 °C以上，則第1矽氧化 層及第2矽氧化層可充分細密化之同時，例如構成Μ 0 S 元件之源極領域、汲極領域擴散層之雜質可充分活性化。 藉由退火溫度設爲8 5 0 °C以下，則較B P S G層必要之 溫度爲更低之溫度下使層間絕緣層之平坦化爲可能，同時 第1矽氧化層及第2矽氧化層可細密化。又，退火溫度大 於8 5 0 °C時，源極領域、汲極領域擴散層擴大爲必要以 上，引起貫穿等問題，元件之細微化困難。 藉於第1矽氧化層上形成第2矽氧化層，於退火處理 時，即使晶圓直接置於6 0 0 _ 8 5 0 °C溫度下等急速溫 度變化時，因上述第2矽氧化層具適度柔軟性，可吸收第 1矽氧化層之應力，故該第1矽氧化層可於不產生龜裂情 況下進行退火處理。 (貫穿孔之形成） 之後，以C H F 3及C F _·!爲主氣體之反應性離子蝕刻 器對構成層間絕緣層之B P S G層3 0及矽氧化層2 〇施 予選擇性異方性蝕刻，形成口徑〇 _ 2 — 0 _ 5之貫穿孔 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公« ) — In — — — — — — — — — ·1111111 — — — — — —— I— . - (請先閱讀背面之注意事項再填t本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -15- Α7 4J97—Ιϊ __Β7_ 五、發明說明（13) (c )(脫氣處理） 以下說明包含脫氣工程之熱處理。 首先，在燈會腔室內於1.5xi〇—4PPa以下之 基礎壓力、150 — 250 °C溫度下施予30-60秒之 燈管加熱（熱處理A )。之後，於另一腔室內以1 X lOd—lSxlO^Pa之壓力下導入Ar氣，在約 300 - 550 °C溫度下，進行30 — 120秒之熱處理 (脫氣工程；熱處理B )，以進行脫氣處理。 此工程中，首先於熱處理A，主要對包蛤晶圓背面及 側面之晶圓全體施予加熱，以除去附於晶圓之水分等。 之後，於熱處理B，主要除去構成層間絕緣層之 BPSG層30中之氣化成份（氧、氫、水、氮）。結果 1於後續工程之阻隔層及鋁層形成時，可防止來自 Ϊ3 P S G層3 0之氣化成份之產生。 於本實施形態中1阻隔層3 3係由具阻隔機能之第1 阻隔署及導電層形成之第2阻隔層構成。第2阻隔層係形 成於高電阻之第1阻隔層與矽基板所形成雜質擴散層、即 爲提升與源極領域或汲極領域間之導電性’而形成於第1 阻隔層與雜質擴散層之間。第1阻隔層’較好使用一般物 質例如鈦、鈷等氮化物。導電層構成之第2阻隔層’可使 用鈦、鈷等高熔點金屬。該鈦及鈷與構成基板之矽反應而 成矽化物。 阻隔層，例如鈦氮化物層/鈦層係將數十原子％之氣 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) '16* ϋ n n I— I * I» n 1 I I I n I f (請先M讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7
4197JJ ____B7 五、發明說明（14 ) 化成份（氧、氬 '水、氮）固溶後’在該層形成之前除去 層間絕緣層之B P S G層3 0中之氣化成份，對於在貫穿 孔內良好鋁層之成膜極爲有效。阻隔層下層之B P S G層 3 0中之氣化成奋未充分除去時’在阻隔層形成時之溫度 下（通常爲300 t以上），BPSG層30中之氣化成 ^份被排出，該氣體將被吸入阻隔層。該氣體於鋁層成膜時 ’將由阻隔層脫離由阻隔層與鋁層之界面排出’對鋁層之 密接性或流動性有不良影響。 (阻隔層之成膜） 藉濺射法形成2 0 - 7 0 nm厚之鈦層作爲構成阻隔 層3 3之第2阻隔層，之後於另一腔室’形成3 0 — 1 5 0 n m厚之鈦氮化物層做爲第1阻隔層。濺射溫度爲 依膜厚可選擇2 0 0 - 4 5 0°C範圍。 其次，在0 . lxl〇2-l . 5xl02Pa壓力下 ，於氧電漿中曝曬10—100秒’之後，於450 — 7 0 0°C之氮或氫環境下進行1 0 - 6 0分鐘之退火處理 ，俾於阻隔層之鈦氮化物層中形成島狀鈦氧化物。藉由該 處理即可提升阻隔層之阻隔性。 又|於阻隔層形成島狀鈦氧化物之方法，在包含至少 數百p pm -數％氧之燈管退火爐中進行4 0 0 — 8 0 0 ΐ之熱處理亦可，同樣可提升阻隔層之阻隔性。 本實施形態中，分布於阻隔層之金屬氧化物係以鈦氧 化物做說明，但上述氧化物使用用於阻隔層之其他金屬例 -I---- - I I ----v·^ — — — —— — If ·1111111 II λ <請先閱讀背面之注§項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社.印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -17- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4I97U A7 B7 五、發明說明（15) 如鈷、鎢等亦可= 使用鈷時，於不同腔室以濺射法形成5 _ 3 0 nm之 鈷層、及2 0 - 1 0 0 nm厚之銘氮化物層，再藉由上述 鈦情況之同樣熱歲理於鈷淡化物層中形成鈷氧化物以島狀 分布之阻隔層。該阻隔層，確認亦可得良好阻隔性。又， 鎢之情況亦確認可得同樣構造及作用。 阻隔層形成後，在後述晶圓冷卻工程前形成溼潤層、 例如鈦層亦可。 本發明中，上述阻隔層較好爲包含從鈦、鈷、鎢、及 該金屬之氮化物中選擇之至少一種，特別是鈷、鎢形成之 金屬層 '與該金屬之氮化物層所積層之積層構造爲較好。 例如阻隔層由鈦層及鈦氮化物層構成時，基板之雜質擴散 層與配線層間之接觸部之層構造，實質上具有鈦矽化物層 、鈦氮化物之結晶層、鈦氧化物粒子以島狀包含之結晶構 造紊亂之鈦氮化物層。 (鋁層之成膜之熱處理及晶圓之冷卻） 首先，進行晶圓冷卻前，於燈管腔室內，於1 · 5 X 10 4Pa以下基礎壓力下，於150 — 250 °C溫度下 ，進行3 0 - 6 0秒熱處理（熱處理C ) ’除去附於基板 之水等物質。之後，鋁層成膜前，基板溫度降至1 0 0°C ，較好爲常溫- 5 0 °C溫度以下。該冷卻處理’對上述熱 處理C引起之上升之基板溫度之下降爲重要者，於具水冷 機能之載置台上載置晶圓使該晶圓冷卻至特定溫度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -Ί8- --- - - - - - -- - - - - - I I I I I II ·11111111 I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) J 4t97if 419711 五、發明說明（16) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如上述藉進行晶圓冷卻，於第1鋁層成膜時，可使 BPSG層30及其阻隔層33、甚至晶圓全體所排出之 氣體量儘可能減少。結果，可防止阻隔層3 3與第1鋁層 之界面吸附之有#覆蓋性或密接性之氣體之影響。 該冷卻工程，較好並用具多數同一構成腔室之鋁膜成 膜用之濺射裝置。例如，較好將基板載置於濺射裝置內之 具水冷機能之載置台上，使該基板溫度降至特定溫度。以 下，詳述該冷卻工程。 圖2 A爲包含具水冷機能之載置台的濺射裝置之一例 之模式圖。圖2 B爲載置台之一例之平面圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該濺射裝置爲具多數同一腔室5 0者。腔室5 0內具 兼做電極之標靶5 1及兼做載置台之電極5 2，於電極 5 2設置冷卻用基板（晶圓）W。於腔室5 0內設使腔室 內設爲減壓狀態之排氣裝置6 0及鋁濺射時將氣體供至腔 室內的第1氣體供給路5 3。電極5 2，係將基板W載置 台於電極5 2上時，使基板W與電極5 2間產生特定空間 般，具體如突2 B所示，沿電極5 2上面外周部分設突起 狀支持部5 2 a。於電極5 2連接第2氣體供給路5 4。 熱傳導媒體之氣體，例如A r氣體，經由第2氣體供給路 54供至電極52與基板W間之空間。又，電極52，兼 做基板W冷卻用之冷卻系統用。電極5 2 ，係將冷媒供給 路5 6供給之冷媒藉例如水之還流調節爲一定溫度。電極 5 2之上面，如‘圖2 ( b )所示，爲對上述空間供給均一 氣體，而設有特定形狀之溝5 8 ，於溝5 8之交叉部分設 -T9- 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 五、發明說明（17) 第2氣體供給路5 4之排出口 5 4a。 上述濺射裝置如下動作，將晶圓冷卻。 藉排氣裝置60將腔室50內設爲6X10 6Pa以 下之減壓狀態，蔣基板W載置於電極5 2之突起狀支持部 5 2 a上。將作爲.電極5 2與基板W間之熱傳導煤體之氣 體，經由第2氣體供給路5 4導入電極5 2與基板W間之 空間，保持該空間壓力於600 — looopa ，令由該 空間漏出於腔室內之氣體經由排氣裝置6 0排出，使基板 W冷卻。 基板W冷卻時，爲保持冷卻效率，電極5 2與基板W 間需保持某一程度之壓力。亦即，爲提升基板W之冷卻效 率，電極5 2與基板W間之熱電導需提升，因此有必要增 大電極5 2與基板W間之空間氣體（熱傳導煤體）之壓力 ύ 基板W之冷卻方法可考慮，於真空腔室，將基板W載 置於具腔室內之冷卻機構的載置台上以進行冷卻之方法。 依該冷卻工程，並非直接供給氣體至載置台與基板W間之 空間，而是爲使該空間之壓力依存於腔室內之壓力|爲提 升載置台與基板W間之空間之壓力，有必要提升腔室內之 壓力。但是，若爲提升冷卻效率，而提升腔室內壓力，則 僅增加腔室內之氣體分子，基板W上面易被氣體分子污染 ，如此則有害鋁之回流，容易產生空隙或造成配線高電阻 化。反之，若爲防止晶圓污染，而降低腔室內壓力 '則晶 圓與載置台間之空間之壓力亦隨之降低，如此則晶圓與載 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---— — mil — — Λ — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： -.線· 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 -20- A7 419711 B7_ 五、發明說明（18 ) 置台間之熱電導性降低，結果，對冷去效率有不良影響。 依上述本實施形態之冷卻工程，使氣體流入電極5 2 與基板W之背面間，如此則爲確保電極5 2與基板W間之 空間之壓力，該&間之壓力可獨立於腔室內壓力被控制。 如此則藉由確保基板W與載置台間之熱傳導煤體之壓力於 特定値，可將腔室內壓力，獨立於上述空間之壓力，抑制 於1X10_3_0 . IPa。因此可確實防止氣體分子引 起之基扳W面上之污染，結果，可提升鋁之回流性及實現 低電阻化。又，在不提升腔室內壓力下，上述空間之壓力 可設爲6 0 0 - 1 3 0 OP a範圍，因此熱電導可提升， 冷卻效率可提升。如上述，依此冷卻工程，可提升基板W 與電極5 2間之空間壓力，且降低腔室內壓力，基板W污 染可防止，且可得良好冷卻效率。 (鋁層之成膜） 首先，在200 °C以下，更好爲30— 100°C之溫 度下，藉濺射裝置高速形成膜厚150_300nm之包 含0 . 1_3 . 0重量％、更好爲0 . 3-1 0重量％ 鈹，及0 . 2 - 1 · 0重量％銅的鋁膜，以形成第1鋁層 34，之後，於同一腔室內加熱基板溫度至350 — 4 6 0 °C，同樣藉濺射裝置低速形成含鈹及銅之鋁膜，俾 形成膜厚300-600nm之第2鋁層35。此次，鋁 層成膜時，所謂「高速」並非由成膜條件或製造元件之設 計事項一槪界定，大略指約1 〇 n m /秒以上之濺射速度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） ' 21 - {請先閱讀背面之注項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^--------I ^----I---------I--------- 419711 A7 一 B7 五、發明說明（19) 1 「低速」則爲約3 n m /秒以下之濺射速度。 鋁成膜時，除上述鈹及銅之外，必要時亦可包含鎂、 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 鈦、矽等= 鋁之濺射，痕於上述晶圓冷卻時使用之圖2所示濺射 裝置內進行。如此般，在保持減壓狀態之同一裝置內進行 冷卻工程及鋁成膜，基板之移動及設置之工程可減少，結 果’可達成工程簡化及防止基板污染。 又，於圖2 A、2B之濺射裝置中，由第1氣體供給 路5 3及第2氣體供給路5 4供給A r氣體。因此，鋁層 之成膜溫度意指藉第2氣體供給路5 4供給之氣體控制之 晶圓W之溫度（基板溫度）。 圖3爲使用此種濺射裝置控制基板溫度之一例》於圖 3中*橫軸爲經過時間，縱軸爲基板（晶圓）溫度。又， 圖3中，符號a所示爲濺射裝置之載置台5 2之溫度設定 爲3 5 Ot：時之基板溫度變化，符號b爲經由第2氣體供 給路5 4將A r氣體供至腔室內以提升載置台5 2之溫度 時之基板溫度變化。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 例如，基板溫度控制如下進行。首先’載置台5 2之 溫度事先設爲第2鋁層形成之溫度（3 5 0 — 5 0 0 °C ) :第1鋁層形成時，由第2氣體供給路5 4未供給氣體， 基板溫度因載置台5 2之加熱’如圖3之符號a所示緩慢 上升。第2鋁層形成時，介由第2氣體供給路5 4加熱之 氣體被供給，因此如圖3之符號b所示，基板溫度急速上 升，而被控制於特定溫度。 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公茇） 419711 A7 B7 五、發明說明（20) 圖3之例中’載置台溫度設爲3 5 0Ϊ，因此基板溫 度設爲1 2 5 — 1 50 3C之期間第1鋁層34被成膜，之 後立刻進行第2鋁層3 5之成膜。 於鋁層成膜命，成膜速度及基板溫度之控制，以及施 加於濺射裝置之功率控制亦重要。亦即，與成膜速度有關 連’第1鋁層3 4之成膜係以高功率進行，第2鋁層3 5 以低功率進行’再由局功率切換爲低功率時功率不能設爲 “ 0 ”爲重要之事。若功率設爲“ 〇 ” ，則即使在減壓下 於第1鋁層表面將形成氧化層，相對於第1鋁層，第2鋁 層之濕潤性降低，兩者之密接性變壞。換言之，藉施加正 常功率，則可於成膜中之鋁層表面繼續供給活性之鋁，可 抑制氧化層之形成。又，功率之大小，雖不能由濺射裝置 或成膜條件等一槪界定，但如圖3所示溫度條件下，較好 設定爲高功率5 — 10kW，低功率300_lkW。 如上述於同一腔室內連續形成第1鋁層3 4及第2鋁 層3 5 ，則可進行溫度及功率之嚴密控制，可較習知以更 低溫，且有效地形成安定之鋁層。 第1鋁層3 4之膜厚，當考慮在良好段差覆蓋率下可 形成連續層，及可抑制來自較該第1鋁層3 4更下層之阻 隔層3 3及構成層間絕緣層之B P S G層3 0的氣化成份 之排出時，可選擇適當之範圍，例如2 0 0 — 4 0 0 nm 較好。又，第2鋁層3 5 ，係由貫穿孔尺寸及其縱橫比來 決定，例如爲埋入縱橫比約爲3，口徑爲0 5 um之貫 穿孔，300-1 OOOnm之膜厚爲必要。 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -1 ----111 訂---------線--τ--I--------------------- -23- 4197U A7 一 B7 五、發明說明（21) 形成第1鋁層3 4及第2鋁層3 5後，進行2 0 0 -5 0 Ot之熱處理1藉該熱處理之進行，鈹合金（例如鈹 -銅合金、鋁-鈹-銅合金）由鋁之粒界分離，鋁原子之 遷移被抑制。又·，固溶之鈹本身亦可提升鋁合金之強度， 具抑制鋁原子移動之效果。因該效果，可提升金屬配線層 之電子遷移耐性。 〔反射防止層之成膜） 又，於另一濺射腔室•藉濺射沈積鈦氮化物，以形成 厚30 - 80nm之反射防止層36。之後，藉以C 12及 B C I 3氣體爲主體之異方性乾蝕刻器對上述阻隔層3 3、 第1鋁層3 4、第2鋁層3 5及反射防止層3 6構成之沈 積層施予選擇性蝕刻*以進行金屬配線層4 0之圖型化。 如此形成之金屬配線層4 0 ，在縱橫比爲0 . 5 — 3 ，口徑爲0 . 2-8 um之貫穿孔內，在不產生空隙及良 好段差覆蓋率之情況下*可進行鋁之埋入。 (實驗例） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (1 )金屬配線層之電子遷移耐性 變化添加於鋁合金之鈹及銅之比例（重量％ ) ’求出 電子遷移測試中之缺陷率，結果示於圖8。於圖8 ’橫軸 爲應力時間，即流通電流之時間’縱軸爲缺陷率。圖8中 ，a、b、c、d分別表不於絕添加以下金屬之結果。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公« ) ^7A- A7 419711 B7___ 五、發明說明（22 ) a :銅（0 5重量％ ) b :銅（0 . 5重量％) '铍（0 . 1重量％) c :銅（0 5重量％)、鈹（0 . 3重量％) d :銅（1 重量％)、鈹（0 . 3重量％) 由圖8可知，和僅添加銅於鋁中之情況比較，藉由鈹 之添加可降低缺陷率。又，由b及c之圖示可知鈹之添力[I 量越多，缺陷率越少。因此，於鋁合金中添加鈹，可提升 電子遷移耐性。 (2 )阻隔層之構造及阻隔性 (a )透過型電子顯微鏡（TEM)之層構造之解析 依上述方法形成圖1 C所示構造樣品之半導體裝置， 進行包含接觸部領域之斷面之電子顯微鏡照相。該透過型 電子顯微鏡照片，及上述斷面構造之模式圖示於圖7。該 接觸部之斷面構造模式圖示於圖6 。圖7爲圖6中之符號 A所'示部分之構造。此實驗使用之樣品爲如下形成。 首先，如圖6所示，以上述方法於形成有元件之砂基 板1 1上形成層間絕緣層3 0後，形成口徑0 . 3 u m之 貫穿孔。之後1藉濺射法沈積鈦及鈦氮化物層。將晶圓曝 曬於氧電漿中，再於6 0 0°C之氮環境中施予退火處理， 形成阻隔層3 3。之後，藉準直濺射法形成鈦層作爲濕潤 層3 7。之後，形成含鈹及銅之之第1鋁層3 4，形成含 背脊銅之第2銘‘層3 5。之後，藉濺射法形成由鈦氮化物 層構成之反射防止層3 6。如圖7所示，依透過型電子顯 (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁)
i J 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 !·ι 訂1! — —--I ' -- --------ιι''ι—J________ 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐） -25- 4i9m A7 B7 五、發明說明（23) 微鏡所得照片所得之接觸部之各層組成及膜厚如下° 矽基板（s i ) 鈦矽化物層（TiSi2) 8 . 5 n m 鈦氮化物層'(T N ;鈦層之鈦與鈦氮化物層之氮反應 產生之濃鈦之層）. 3〇nm 鈦氮化物層結晶層（T i N ) 約5 0 n m 鈦氮化物變形層（於T i N層分散有T 1 ◦ 2之結晶粒 子之層） 約3〇nm 鋁一鈦層（A 1 3 T i ) 約1 0 n m 差呂一銅層（A 1 - Cu) 由圖7可知，構成阻隔層3 3之鈦氮化物層（T i N )層之上層約3 0 nm中，鈦氧化物結晶粒子分布。該鈦 氧化物之結晶，其平均粒徑爲約1 〇 n m。因鈦氧化物之 結晶粒子呈島狀分布，鈦氮化物層之結晶格子成爲變形狀 態。此稱爲鈦氮化物變形層。該鈦氮化物變形層及鈦氧化 物之粒子可抑制鋁之擴散，大幅提升阻隔性。分散於鈦氮 化物層之粒子材質，可藉由將透過型電子顯微鏡之影像進 行傅立葉轉換，觀察格子像來界定。 又，構成濕潤層3 7之鈦與鋁反應成A 1 3T i系合金 ，於該層上形成鋁（A 1 — C u )層。阻隔層’不與 A 1 3 T 1系合金反應，具安定，較佳之阻隔性及導電性。 (b )阻隔性 針對本發明樣品，及阻隔層不存在有欽氧化物結晶之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — — — — — — —— — — — Λ - I I . * (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ιί· i線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -26- A7 419711 B7 五、發明說明（24) 和本發明樣品相同之比較用樣品，使用透過型電子顯微鏡 及對樣品施予熱處理後’調査漏電特性。漏電特性爲’對 樣品施予各種條件之退火處理，求出於接觸部產生漏電流 時之退火條件。' 結果，本發明之樣品，即使在5 5 0 °C、進行1 〇小 時之退火處理，亦不會產生漏電流1或鋁貫穿阻隔層進入 矽基板之尖峰現象。相對於此，比較用樣品，經由4 5 0 ΐ、2小時之退火處理即產生漏電流。 由上述可知，和比較用樣品比較，本發明之樣品具極 佳阻隔性。 (3 )脫氣工程影響之檢討 圖4及圖5所示爲依脫氣工程之有無調查由晶圓排出 之氣體量（分壓）之異同之實驗結果。 圖4及圖5中，橫軸爲鋁層形成前進行熱處理（熱處 理C )起至第2鋁層3 5成膜後之處理時序，縱軸爲殘留 於腔室內之氣體分壓。圖4及圖5中，符號Α爲層間絕緣 層形成後經脫氣工程之情況，B爲層間絕緣層形成後不經 脫氣工程之情況。此實驗例中，脫氣工程係於氣壓〇 . 1 —1 P a 、溫度4 6 0 t：、時間1 2 0秒下進行。 各圖中，橫軸之a及b爲鋁層成膜前進行之處理c ( 第1腔室）之時序，a表示於第1腔室內放入晶圓後，b 表示以燈管加熱進行2 5 0 °C、6 0秒之晶圓加熱時之時 序。第1腔室內，氣壓設爲1X10— 4Pa。 本紙張尺度適用中國圉家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
n n ϋ I I *ϋ n H ϋ ϋ n I IK n I n I -27- A7 419711 _____B7____ 五、發明說明（25) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 符號C及d爲晶圓之冷卻工程（第2腔室內）中之時 序；C表示晶圓放入第2腔室內後，d表示晶圓溫度冷卻 至20°C時=第2腔室內，氣壓設爲3xl〇Mpa =分 壓測定時，腔室ή氣壓減至3 X 1 0_6P a。 符號e 、f 、g爲鋁層成膜工程（第3腔室內）之時 序。e表示於第3腔室內放入晶圓後，ί表示第1鋁層成 膜後，g表示第2鋁層成膜後。第3腔室內氣壓設爲3 X 102Pa。分壓測定時腔室內氣壓減至3X10 6 P a
C 由圖4及圖5可知，層間絕緣層成膜後阻隔層成膜前 進行脫氣工程，則其後之熱處理及鋁層成膜時，水及氮幾 乎不發生。相對於此，未經脫氣工程時，其後之熱處理， 特別是b所示熱處理C時，水及氮均大量排出。 本實施彤態中，如上述般於貫穿孔可良好埋入第1及 第2鋁層34、35之理由如下。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (a )鋁合金，藉由鈹之添加，以鈹吸收鋁中之氧， 使鋁之流動性提升。結果，可良好進行鋁合金之埋入貫穿 孔。又，如上述藉鋁流動性之提升，可降低鋁合金層之濺 射溫度，抑制鋁之鬚晶之產生。 (b )藉脫氣工程之進行，層間絕緣層、特別是 B P S G層或矽化合物與過氧化氫之反應所得矽氧化層中 所含水、氫、氧、或氮被汽化充分排出，因此之後第1鋁 層3 4及第2鋁層3 5成膜時，來自層間絕緣層或阻隔層 3 3之氣體產生可被防止，阻隔層3 3與第1鋁層3 4之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -28- A7 4197V1 B7_ 五、發明說明（26 ) 密接性高之良好段差覆蓋率之成膜爲可能。 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (c )第1鋁層3 4成膜時，基板溫度設爲較低之 2 0 0 t以下，使層間絕緣層及阻隔層3 3所含水分或氮 +被排出，如此別除上述脫氣工程之效果外，亦可提升第 1鋁層3 4之密接性。 (d )第1鋁層3 4本身，當基板溫度上升時具抑芾U 來自下層之氣體之產生，因此後續第2鋁層3 5之成膜可 於較高溫度進行，第2鋁層3 5之流動擴散可良好進行。 如上述依本發明，使用至少含鈹之鋁合金，較好爲鋁 層濺射前至少包含脫氣工程及冷卻工程，再於同一腔室內 連續進行鋁層之成轉，如此則於約0 · 2 u m之貫穿孔僅 埋入鋁合金爲可能，信賴性及良率可提升。又，構成接觸 部之鋁層中之銅等之分離或結晶粒之異常成長現象亦不致 發生，具良好電子遷移耐性等信賴性。 又，依本發明之半導體裝置，較好是於阻隔層以島狀 包含構成該阻隔層之金屬氧化物，如此則可確保阻隔層之 導電性及阻隔性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又1上述實施形態中，係針對含N通道型Μ 0 S元件 之半導體裝置加以說明，但本發明亦適用含Ρ通道型或 C Μ 0 S型元件之半導體裝置。又，上述實施形態係針對 第1層金屬配線層說明，但本發明不限於此，第2層以上 之金屬配線層亦適用。 又，本發明之貫穿孔，除異方性乾蝕刻形成之外，使 用等方性濕蝕刻與異方性乾蝕刻之組合將貫穿孔上端部適 -29- 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐）
4197.U A7 _____B7 _ 五、發明說明（27) 度形成爲錐拔狀者亦可。例如此種貫穿孔，藉下部之異方 性乾蝕刻形成部分之口徑爲0 . 5 — 0 . 8 u m、縱橫比 爲0 . 5 - 3之情況下，第2鋁層可於300 — 350 t 成膜，因此可使_非高濕規格之一般濺射裝置，實用上有 利。 (圖面之簡單說明） 圖ΙΑ' IB、1C :本發明之半導體裝置之製造方 法之一例之工程順序模式斷面圖。 圖2 A :本發明"之實施形態使用之濺射裝置之一例之 模式圖。 圖2B:濺射裝置之載置台之一例。 圖3 :使用圖2 A、2B之濺射裝置控制基板溫度時 之時間與基板溫度之關係。 圖4 :本發明之半導體裝置之製造方法中之處理時序 與腔室內殘留氣體（水）之分壓之關係圖。 圖5 :本發明之半導體裝置之製造方法中之處理時序 與腔室內殘留氣體（氮）之分壓之關係圖。 圖6 :本發明之半導體裝置之接觸部之斷面構造之模 式圖。 圖7 :本發明之半導體裝置之斷面之依透過型電子顯 微鏡照片作成之圖。 圖8 :本發明之半導體裝置之樣品及比較樣品所求出 電子遷移性測試結果。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -I ^ I I I I ^ I^eJ· a I l· I I j I I ^ J I n I ^ ϋ ^ I J· —r ϋ ϋ ! n ϋ n n ti ^ n I _
4197U 五、發明說明（28) 層 層層 化 層質質物氧層 層 膜化 雜雜隔矽層 G 層層線 板 <緣氧 度度間..鈦 S 孔層鋁鋁配 基絕極極濃濃壁 ο 化 P 穿隔 12 屬 }矽場閘閘低高側 2 矽 B 貫阻第第金 : : : : : . . : , . : : : . : : ^1234567890234 5 0 號 1―11111,―-11.―1333334 符 I n n n - n n - · t ^ in - n n ϋ n-Ϊ-ΓΡ，· I La n - 1 IB n I ' {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -31 -

Claims (1)

  1. A8B8C8D8 4t97tt 六、申請專利範圍 1 . 一種半導體裝置，係包含：具元件之半導體基板 、至少1層之金屬配線層、及至少1層之層間絕緣層： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 上述層間絕緣層，係以鋁爲主成份，且含0 · 1 - 3 重量％比例之鈹\8 6)。 2 .如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中 上述鈹之比例爲0 . 3 — 1重量％。 3.如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中 上述金屬配線層，另含0 . 1 - 3重量％比例之鎂（ Mg)或鈦（T i )之至少一方。 4 ·如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中 上述層間絕緣層，係藉熱處理除去氣體化成份者。 5.如申請專利範圍第1-4項中任一項之半導體裝 置，其中 至少於上述半導體基板上之層間絕緣層及形成於該層 間絕緣層之貫穿孔表面形成阻隔層，該阻隔層係包含構成 該阻隔層之金屬氧化物以島狀分布之狀態。 經濟部智慧財產局員工消貲合作社印製 6 . —種半導體裝置之製造方法，該半導體裝置係包 含：具元件之半導體基板、及至少1層金屬配線層、及至 少1層之層間絕緣層；其包含有以下工程： (a )於層間絕緣層形成貫穿孔的工程： (b )於上述層間絕緣層之上及貫穿孔內部，沈積以 鋁爲主成份，且包含〇 . 1 - 3重量％比例之鈹的金屬層 以形成金屬配線層的工程。 7.如申請專利範圍第6項之半導體裝置之製造方法 -32- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A8 119711 _1_ 六、申請專利範圍 ，其中 上述鈹之比例爲0.3-1重量％。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 8 .如申請專利範圍第6項之半導體裝置之製造方法 ’其中 _ 上述金屬配線層，另包含0 · 1 _ 3重量％比例之鎂 或鈦之至少一方。 9 .如申請專利範圍第6項之半導體裝置之製造方法 ，其中 上述金屬配線層，係於5 〇 〇 以下溫度，使用以鋁 爲主成份，且至少包含〇.1_3重量％比例之鈹之標靶 材料之濺射法形成。 1 0 .如申請專利範圍第6項之半導體裝置之製造方 法，其中 上述金屬配線層係藉由：在2 0 0 °C以下溫度，形成 以鋁爲主成份之合金構成之第1鋁層的工程：及於上述第 1鋁層上，在3 0 0 - 5 0 0 °C溫度下，形成以鋁爲主成 份之合金構成之第2鋁層的工程所形成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 1 .如申請專利範圍第1 0項之半導體裝置之製造 方法，其中 上述第1鋁層及第2鋁層之形成，係於同一腔室內連 續進行。 1 2 .如申請專利範圍第1 0項之半導體裝置之製造 方法，其中 在上述第1鋁層形成前，包含將基板溫度冷卻至 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） -33- A8 B8 419711_g 六、申請專利範圍 1 〇 0 °c以下之工程。 13. 如申請專利範圍第6項之半導體裝置之製造方 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 法，其中 上述工程（'b)之後’於2 00 — 500 °C之溫度進 行熱處理。 14. 如申請專利範圍第6項之半導體裝置之製造方 法，其中 上述工程（a )之後’包含在減壓下’於3 0 0 — 5 5 〇 °C之基板溫度下進行熱處理’俾除去上述層間絕緣 層所含氣體化成份之脫氣工程。 1 5 .如申請專利範圍第6 - 1 4項中任一項之半導 體裝置之製造方法，其中 具有至少於半導體基板上之層間絕緣層及形成於該層 間絕緣層之貫穿孔表面形成阻隔層的工程；該阻隔層’係 在構成上述阻隔層用之層中導入氧，使構成該層之金屬氧 化物呈島狀分布地形成。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項之半導體裝置之製造 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 方法1其中 上述阻隔層，係沈積構成該阻隔層用之層後，於減壓 下使該層曝露於氧電漿中之後施予熱處理，俾使構成該層 之金屬氧化物以島狀分布狀態形成。 1 7 .如申請專利範圍第1 5項之半導體裝置之製造 方法，其中 上述阻隔層，係沈積構成該阻隔層用之層後，於氧存 -34- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格mo X 297公釐） A8 41 Sitl i 六、申請專利範圍 在下施予熱處理，俾使構成該層之金屬氧化物以島狀分布 成 形 態 狀 --------------霞— <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I . •線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -35- 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
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