TWI281725B - Method for fabricating metal plug of semiconductor device - Google Patents
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Description
1281725
五、發明說明（1) 【發明所屬技術領域】 本發明係關於半導體元件之金屬插塞的製造方法 對二之’係關於因為在已形成有接觸窗的半導體基板上， * "用PVD方法所形成的合金層施行熱處理，並埋藏接觸 ::形成金屬插塞，所以便可形成即使在深接觸窗中亦盔 的插S ’並可調節插塞製造時所使用金屬材料的溶融 思二電阻率，故而可省卻阻障金屬步驟的半導體元 屬插塞的製造方法。 复 【習知技術】 -般在半導體s件的製造中，當具電導線作用的金 =形成多層的情況時’便^ ^ 的層間絕緣膜。在層間絕緣膜上層積上具接觸部位的感； :’並對此部位施行蝕刻處理而在層間絕緣膜上形成接 由。其次，在接觸窗内部利用埋藏金屬層，而形成金屬配 此類金屬配線係當作位元線（bit Hne)與字元線 (word line)等使用，將閘極與電容器等依上'、下及水 方向進行電連結而構成半導體元件。 t
第1圖所示係習知一般半導體元件之金屬插塞構 剖視圖。接觸窗深度在20000 A，寬深比在15以上。的 以，在接觸窗的埋藏上將較為困難，但是僅利用埋藏 較優越的化學氣相沉積法便可埋藏接觸窗。此外，為七 高溫中的安全性，便必須要高熔點的金屬材料。此時，^
述金屬材料便採用鎢與鋁。 但是’上述鎢係在化學氣相沉積時使用為先質 (precursor)的WFe氣體，而必須施行如TiN或以之類金屬 的阻障金屬步驟。所以，當然增加步驟數，亦將形成極惡 劣的寬深比，造成接觸窗的埋藏變成非常困難的問題發 生0 此外，利用如上述鋁或熱（ho t )鋁步驟之類的化學氣 相沉積法而進行蒸鍍，在埋藏接觸窗之際，隨採用約45'0 C程度的處理溫度，將造成iLD(Inter Layer Dielectric ·，内層介電材料）物質所主要使用的s〇g物質產 生脫氣（〇Utggaing)的問題發生。甚至於，在使用為有機 S0G(SPln on glass)的物質之情況時，於接觸窗的洗 驟中，將產生接觸窗扭曲（bowing)並在接觸窗埋藏之 潛在有將產生孔隙的問題點。 τ 【發明欲解決之課題】 本發明乃為解決如上述的問題點而所發明的，复 在於提供一種藉由在已形成有接觸 ^目的 今方形成的合金層施行熱處：^ 隙的插塞：塞’11此便可形成即使在深接觸窗中亦叙孔 :的插塞，並可調節插塞製造時所使用金屬材料：孔 1故而可省卻阻障金屬步驟的半導體元件之f 插塞的製造方法。 〈金屬
1281725 五、發明說明（3) 【發明欲解決之手段】 冰疋’為達此目的之本發明半導體元件之金屬插塞的 製造方法係包括··在已具有既定下層結構的半導體基板 上’依序蒸鍍上層間絕緣膜與非濕潤性膜，並在形^接觸 窗之後，再蒸鍍上合金層的步驟；以及對上述合金層施行 熱處理，而埋藏接觸窗之後，再去除上述合金層殘^
步驟。 W =f，最好上述層間絕緣膜係由有機S〇G或無機s〇G物 質所製得。 再者’最好上述合金層係由在4〇〇〜7〇〇 溫度下，、 ^共晶（eutectic)反應的二元系或三元系金屬1的"合金所進製 再者，上述二元系金屬最好至少為Ag_A1、Ag_As、 Ag-Cu、Ag-Si、Ag_Ti、M_Au、A1_Cu、Au_sb 、
Au-Ti、Mg-Ni 及Mg-Sn 中之任一種。 =者丄最好使上述二元系或三元系金屬的結構產 化’而調節插塞電阻與熱處理溫度。 ^ 的。再者’最好上述合金層係依物理氣相沉積法而蒸錢上 再者，最好上述合金層之去除步 係至少利用洗滌法（scrubbi )、 中的上述。金層， 磨法中之其中-種方法而去』)。口餘法、及化學機械研 最好上述合金層係“與〔11依7〇:3〇比產、隹—^入 金所構成。 比率進仃〜合的合 5142-4982-PF(N);Ahddub.ptd 1281725 1111 丨 .................... 五、發明說明（4) *在:Ϊ層=形成步驟以前， 物理氣相沉積法/便由可金層蒸鍵之時，採用 金層結構產生變化而降低更二確電 =的安全性’並使合 耳他播塞電阻俾可達最佳化。 【發明實施形態】 行詳=明參照所添附圖示，針對本發明最佳實施形態進 塞之=〜/二圖所示係本發明的半導體元件之金屬插 塞之襄Xe方法順序的剖視圖。 m圖所示’在已具有下層結構的半導體基板1〇〇 i二間絕緣膜110與界面能量較低的非濕潤 性膜115，然後塗布感光膜（未圖示）。其次，經 敍刻步驟形成接觸窗120之後，再利用物理氣相沉積法蒸 鑛上合金層（all〇ylayer)130。 、 此時，層間絕緣膜110係使用有機s〇G與無機3〇6物 質，而界面能量較低的非濕潤性膜丨丨5可使後續的 屬去除步驟變得較容易。 再者，合金層130係將步驟反應溫度400〜7〇(TC的複數 金屬進行合金化而製成合金，然後再經由物理氣相 進行蒸鍍。 = 上述插塞係通常具有低於鎢之電阻者較為有利，因此 最好採用電阻率較小的金屬材料進行製造。 5142-4982-PF(N)；Ahddub.ptd 第8頁 1281725 五、發明說明（6) 然後，在常溫下施行冷卻並埋藏接觸窗之後，在將合金予 以凝固。 其次，如第3C圖所示，上述合金層的殘餘物13〇利用 洗滌法（scrubbing)、回蝕法（etch back)、及化學機械研 磨法（CMP)之類的方法而去除。 【發明之效果】 元件之金屬插塞的 導體基板上，對採 並埋藏接觸窗而 亦可形成無孔隙的 材料的溶融點與電
故’藉由4禾用如上述本發明半導體 製造方法’便可在已形成有接觸窗的半 用PVD方法所形成的合金層施行熱處理， 形成金屬插塞，藉此即便在深接觸窗中 插塞’並可調卽插塞製造時所使用金屬 阻率，因此可省卻阻障金屬步驟。
5142-4982-PF(N);Ahddub.ptd 第10頁 1281725
導體元件之金屬插塞結構剖視 圖式簡單說明 第1圖係習知一般半 圖0 第2圖係供說明本發明半導體元件之金屬插塞的製造 方法用的二元系金屬合金層狀態圖。 第3A圖至第3C圖係本發明半導體元件之金屬插塞的製 造方法順序剖視圖。 【符號說明】 100半導體基板 110層間絕緣膜
115 非濕潤性膜 120 接觸窗 ' 130合金層
5142-4982-PF(N);Ahddub.ptd 第11頁
Claims (1)
1281725 _案號 91114399 六、申請專利範圍 年1月孓曰 修正本 1. 一種半導體元件之金屬插塞的製造方法，包括： 在已具有既定下層結構的半導體基板上，蒸鍍上層間 絕緣膜、在該層間絕緣膜上面蒸鍍上非濕潤性膜，並在形 成接觸窗之後，再蒸鍍上合金層的步驟； 對該合金層施行熱處理，而熔融該合金層俾埋藏接觸 窗的步驟；以及 去除該合金層殘餘物的步驟。
2. 如申請專利範圍第1項之半導體元件之金屬插塞的 製造方法，其中該層間絕緣膜係由有機SOG或無機SOG物質 所製得。 3. 如申請專利範圍第1項之半導體元件之金屬插塞的 製造方法，其中該合金層係由在40 0〜70 0 °C溫度下，進行 共晶反應的二元系或三元系金屬之合金所製得。 4. 如申請專利範圍第3項之半導體元件之金屬插塞的 製造方法，其中該二元系金屬係至少為Ag-A 1、Ag-As、 Ag-Cu、Ag-Si、Ag-Ti、A 1 -Au、A 1-Cu、Au-Sb、Au-Si、 Au - Ti、Mg-Ni 及 Mg-Sn 中之任一種。
5. 如申請專利範圍第3項之半導體元件之金屬插塞的 製造方法，其中使該二元系或三元系金屬的結構產生變 化，而調節插塞電阻與熱處理溫度。 6. 如申請專利範圍第1項之半導體元件之金屬插塞的 製造方法，其中該合金層係依物理氣相沉積法而蒸鍍上 的0 7.如申請專利範圍第1項之半導體元件之金屬插塞的
5142-4982-PFl(N).ptc 第12頁 1281725 _案號 91114399_年月日__ 六、申請專利範圍 製造方法，其中該合金層之去除步驟中的該合金層，係至 少利用洗滌法、回蝕法、及化學機械研磨法中之其中一種 方法而去除。 8. 如申請專利範圍第1項之半導體元件之金屬插塞的 製造方法，其中該合金層係Ag與Cu依70 : 30比率進行混合 的合金所構成。 9. 如申請專利範圍第1項之半導體元件之金屬插塞的 製造方法，其中更包有在埋藏該接觸窗之後，使埋藏於接 觸窗中的合金進行冷卻並凝固的步驟。 #
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