專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法，并且特別涉及用于在半導(dǎo)體集成電路器件中的多層互連的鋁(Al)互連層的制造方法。
對(duì)于半導(dǎo)體器件中的互連層，有時(shí)采用鋁(Al)、在鋁中加入銅的鋁-銅合金等等。通常，在形成互連層的一種方法中，首先通過光刻(PR)方法形成光刻膠圖案，然后利用該圖案作為掩膜，對(duì)其進(jìn)行干法蝕刻。但是，對(duì)于鋁互連來說，由于鋁表面具有特別高的反射率，因此要在其上形成氮化鈦的防反射層等等，并且在其上形成光刻膠圖案。另外，當(dāng)形成具有多層結(jié)構(gòu)的互連層時(shí)，由于如果僅僅使用氮化鈦層的話，則上層互連和下層互連之間的接觸電阻太高，因此要在防反射層和鋁層之間形成一個(gè)鈦層。
圖3(a)-(g)為示出形成互連的方法的步驟的示意截面視圖。首先，在具有象等離子體二氧化硅膜1這樣的絕緣表面的半導(dǎo)體基片上形成阻擋層4，該阻擋層例如由鈦層2和氮化鈦層3所構(gòu)成，在其上形成由鋁或鋁-銅合金的簡單基片所構(gòu)成的鋁層5，并且在其上進(jìn)一步形成由鈦層2和氮化鈦層3所構(gòu)成的防反射層6，以形成多層結(jié)構(gòu)(圖3(a))。
接著，在光刻膠圖案7被形成為互連圖案的形狀之后(圖3(b))，利用該圖案作為掩膜，通過干法蝕刻對(duì)所述多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)圖(圖3(c))。
在除去光刻膠之后(圖3(d))，生長一個(gè)層間絕緣膜9(圖3(e))，然后通過CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)方法對(duì)層間絕緣膜9的表面進(jìn)行平面化(圖3(f))。最后，為了對(duì)層間絕緣膜進(jìn)行脫氣，在氮?dú)猸h(huán)境中在300至500℃的溫度條件下進(jìn)行熱處理，從而完成在多層互連中的一個(gè)層面的形成(圖3(g))。
但是，在層間絕緣膜的形成時(shí)的加熱，或者在熱處理的最后步驟中，引發(fā)合金化反應(yīng)，在鋁層5和其重疊的鈦層2之間的界面處形成鋁鈦合金，并形成一個(gè)合金層8。這導(dǎo)致在鋁金屬互連層5中產(chǎn)生空隙11，這造成象互連層脫落這樣的問題。
同時(shí)，已知使鋁互連層與鈦層相夾合會(huì)升高阻止電子遷移的電阻，盡管該層面的成分與本發(fā)明所述的不同，并且有人已經(jīng)提出了一種方法，其中在形成鈦/鋁/鈦層狀結(jié)構(gòu)之后，通過把基片加熱300-500℃的溫度，使得各個(gè)鈦層和鋁層確實(shí)地相互反應(yīng)，以形成Al3Ti/Al/Al3Ti層狀結(jié)構(gòu)。另外，在日本專利JP-A-10-125676中揭示，如果對(duì)鄰接于鋁與耐熔金屬或過渡金屬的合金層的鋁合金層進(jìn)行熱處理，在這種情況下，與對(duì)鄰接于鈦層的鋁合金層進(jìn)行熱處理的情況相比，鋁合金層的膜厚減少得更小，因此可以控制鋁互連層的電阻的增加。
為了避免在鋁層5中產(chǎn)生空隙，可以考慮這樣一種方法，其中預(yù)先執(zhí)行熱處理，以按照類似上述方法的方式引發(fā)合金化反應(yīng)，然后進(jìn)行構(gòu)圖、形成層間絕緣膜、平面化和用于脫氣的退火。但是，由本發(fā)明人所進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)，該方法具有各種問題。
第一個(gè)問題是，當(dāng)在形成合金層之后進(jìn)行構(gòu)圖時(shí)，產(chǎn)生蝕刻剩余物，從而可能產(chǎn)生電流泄漏的問題。這是由于與正常的金屬層相比，合金層難以蝕刻，另外當(dāng)形成合金時(shí)產(chǎn)生顆粒晶體，并且這些晶體容易被保留為蝕刻剩余物。
第二個(gè)問題是，除非多層結(jié)構(gòu)的剩余構(gòu)圖部分中的合金化反應(yīng)充分進(jìn)行，用于脫氣的熱處理再次開始合金化反應(yīng)并且產(chǎn)生空隙。從而，第一熱處理的時(shí)間段必須設(shè)得足夠長，以允許合金化反應(yīng)充分進(jìn)行。
相應(yīng)地，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種制造具有鋁互連層的半導(dǎo)體器件，其中避免空氣的產(chǎn)生，并且為了實(shí)用的目的熱處理所需的時(shí)間不會(huì)不適當(dāng)?shù)匮娱L。
考慮到上述問題，本發(fā)明提供一種制造半導(dǎo)體器件方法，其中包括如下步驟在具有絕緣表面的半導(dǎo)體基片上形成一個(gè)多層結(jié)構(gòu)，包括阻擋層、由鋁或主要成分是鋁的合金所構(gòu)成的互連金屬層、置于所述互連金屬層之上的鈦層以及置于所述鈦層之上的防反射層；把所述多層結(jié)構(gòu)構(gòu)圖為互連圖案的形狀；
執(zhí)行熱處理，其中所述構(gòu)圖的結(jié)構(gòu)被加熱，以便于至少在所述互連金屬層與鋁層之間的界面處造成在所述互連金屬層中的鋁與鈦之間的合金化反應(yīng)，并且形成一個(gè)鋁鈦合金層；生成一個(gè)層間絕緣膜，覆蓋所述構(gòu)圖的互連層；對(duì)該層間絕緣膜進(jìn)行平面化；以及執(zhí)行另一個(gè)熱處理，以對(duì)層間絕緣膜進(jìn)行脫氣。
另外，本發(fā)明提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法；其中包括如下步驟在具有絕緣表面的半導(dǎo)體基片上形成一個(gè)多層結(jié)構(gòu)，包括阻擋層、由鋁或主要成分是鋁的合金所構(gòu)成的互連金屬層、置于所述互連金屬層之上的鈦層、置于所述鈦層之上的防反射層以及置于所述防反射層之上的二氧化硅層；把在所述多層結(jié)構(gòu)中的二氧化硅層、防反射層和鈦層構(gòu)圖為互連圖案的形狀；執(zhí)行熱處理，其中所述構(gòu)圖的結(jié)構(gòu)被加熱，以便于至少在所述互連金屬層與鋁層之間的界面處造成在所述互連金屬層中的鋁與鈦之間的合金化反應(yīng)，并且形成一個(gè)鋁鈦合金層；利用所述構(gòu)圖的二氧化硅層作為掩膜對(duì)互連金屬層和阻擋層進(jìn)行構(gòu)圖；生成一個(gè)層間絕緣膜，覆蓋所述構(gòu)圖的互連層；對(duì)該層間絕緣膜進(jìn)行平面化；以及執(zhí)行另一個(gè)熱處理，以對(duì)層間絕緣膜進(jìn)行脫氣。
在本發(fā)明中，在形成難以蝕刻的鋁鈦合金之前，即可形成一層互連圖案，也可將置于要形成鋁鈦合金的鈦層之上的層面構(gòu)圖。這些技術(shù)抑制了蝕刻剩余物的產(chǎn)生，從而消除電流泄漏的問題，另外防止在后處理步驟的熱處理步驟中，在鋁互連層內(nèi)產(chǎn)生空氣，從而可以提供一種具有高產(chǎn)量的制造半導(dǎo)體器件的方法。


圖1(a)-(g)為示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造方法的步驟的示意截面視圖。
圖2(a)-(g)為示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造方法的步驟的示意截面視圖。
圖3(a)-(g)為示出半導(dǎo)體器件的常規(guī)制造方法的步驟的示意截面視圖。
本發(fā)明人對(duì)鋁互連層中的空隙的產(chǎn)生進(jìn)行詳細(xì)的研究，并且發(fā)現(xiàn)空隙不但是由于形成鋁鈦合金而消耗鋁所造成的，而且還由于在熱應(yīng)力下鋁原子的位移而造成。
當(dāng)僅僅直接在鋁互連層上形成氮化鈦層而沒有形成鈦層時(shí)，那么執(zhí)行構(gòu)圖、層間絕緣膜的形成和用于脫氣的退火，可以觀察到如以前一樣形成空隙，盡管這樣空隙的產(chǎn)生率被降低。這清楚的表明形成鋁鈦合金而消耗的鋁不是形成空隙的唯一原因。
盡管當(dāng)進(jìn)行熱處理時(shí)發(fā)生鋁原子的位移或晶體結(jié)構(gòu)的改變，但是在層間絕緣膜牢固地包圍之下，原子的位移或晶體結(jié)構(gòu)的改變實(shí)際上受到非常大的限制，從而局部地產(chǎn)生空隙。
因此，本發(fā)明考慮在生長層間絕緣膜之前進(jìn)行熱處理。但是，在這種方法中，熱應(yīng)力在上述日本專利申請(qǐng)公開第125676/1998中描述的構(gòu)圖過程之前施加，所形成的鋁鈦合金層難以被蝕刻，并且隨著蝕刻剩余物的產(chǎn)生，造成電流泄漏等問題。通過形成厚的光刻膠掩膜然后進(jìn)行過蝕刻，可以毫無問題地避免合金層的剩余物的產(chǎn)生。但是，隨著互連層的小型化的發(fā)展，這種方法變得不適于解決上述問題。
相應(yīng)地，為了克服上述問題，本發(fā)明采用另外一種新型的技術(shù)，其中在形成難以蝕刻的合金層之前，至少一個(gè)要被變?yōu)楹辖饘拥拟亴颖粯?gòu)圖，然后執(zhí)行熱處理。
在本發(fā)明中，鄰接于鋁互連層的鈦層的膜厚最好在5至25nm的范圍內(nèi)。對(duì)于小于5nm的膜厚，難以形成具有整體均勻的膜厚的層面。另一方面，如果膜厚超過25nm，則合金化處理所需的時(shí)間可能變得相當(dāng)長，并且不實(shí)際。
現(xiàn)在參照附圖具體描述本發(fā)明。
圖1(a)-(g)為示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造方法的步驟的示意截面視圖。
首先，在象等離子體二氧化硅膜1這樣的具有絕緣表面的半導(dǎo)體基片上，形成例如由具有30nm厚度的鈦層2和具有100nm厚的氮化鈦層3所構(gòu)成的阻擋層4，在其上形成450nm厚的由鋁-銅合金所構(gòu)成的互連金屬層5，進(jìn)一步在其上形成由15nm厚的鈦層2和50nm厚的氮化鈦層3所構(gòu)成的防反射層6，以構(gòu)成一個(gè)多層結(jié)構(gòu)(圖1(a))。另外，對(duì)于互連金屬層5，也可以使用純鋁或鋁-硅-銅合金。
接著，在光刻膠圖案7被形成為互連圖案的形狀之后(圖1(b))，利用該圖案作為掩膜，利用象Cl2或BCl3這樣的氯基氣體通過干法蝕刻對(duì)所述多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)圖(圖1(c))。在此之后，除去光刻膠，并且獲得圖1(d)的結(jié)構(gòu)。
在除去光刻膠之后，在熔爐或RTP(快速熱處理)裝置中，在象氮?dú)饣驓鍤膺@樣的惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行退火。其溫度和時(shí)間取決于在防反射層6中的鈦層2的膜厚。例如，當(dāng)使用熔爐時(shí)，如果鈦層是15nm厚，則在400℃的溫度下退火10分鐘或更長；如果鈦層是25nm厚，則在400℃的溫度下退火60分鐘或更長。在上述情況中，溫度和時(shí)間分別是400℃和10分鐘。這樣的退火處理把在防反射層6中的鈦層變?yōu)楹辖饘?(圖1(e))。接著，通過CVD(化學(xué)汽相淀積)方法生長一層作為層間絕緣膜的二氧化硅膜到1400nm的厚度(圖1(f))，然后通過CMP方法對(duì)層間絕緣膜9的表面進(jìn)行平面化(圖1(g))。最后，為了對(duì)層間絕緣膜脫氣，在氮?dú)猸h(huán)境中在溫度為300至500℃的條件下進(jìn)行熱處理，從而在多層互連中的一個(gè)層面的形成得到完成。在該實(shí)例中，熱處理是在350℃下進(jìn)行10分鐘左右。
為了建立互連的條件，所有置于鋁互連金屬層之上的層面被除去，并且進(jìn)行仔細(xì)的檢查。確保其中沒有產(chǎn)生空隙。
圖2(a)-(g)為示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造方法的步驟的示意截面視圖。
首先，在象等離子體二氧化硅膜1這樣的具有絕緣表面的半導(dǎo)體基片上，形成例如由具有50nm厚度的氮化鈦層3所構(gòu)成的阻擋層4，在其上形成450nm厚的由鋁-銅合金所構(gòu)成的互連金屬層5，在其上形成由15nm厚的鈦層2和50nm厚的氮化鈦層3所構(gòu)成的防反射層6，進(jìn)一步在其上形成300nm厚的二氧化硅層，以構(gòu)成一個(gè)多層結(jié)構(gòu)(圖2(a))。
接著，在光刻膠圖案7被形成為互連圖案的形狀之后(圖2(b))，利用該圖案作為掩膜，首先對(duì)二氧化硅層是利用CF-基或CHF-基的氣體進(jìn)行干法蝕刻，然后Cl-基氣體對(duì)氮化鈦層以及鈦層進(jìn)行蝕刻，從而對(duì)所述多層結(jié)構(gòu)中的金屬互連層5上的層面進(jìn)行構(gòu)圖(圖2(c))。
在除去光刻膠之后，在熔爐或RTP裝置中，在象氮?dú)饣驓鍤膺@樣的惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行退火。當(dāng)使用熔爐時(shí)，則在400℃的溫度下退火10分鐘左右。這樣的退火處理把在防反射層6中的鈦層2變?yōu)楹辖饘?(圖2(d))。
接著，利用遺留在多層結(jié)構(gòu)的最上表面上的二氧化硅層10作為掩膜，相繼對(duì)金屬互連層5和阻擋層4進(jìn)行刻蝕，并且形成互連圖案(圖2(e))。在此之后，通過CVD方法生長一層作為層間絕緣膜的二氧化硅膜到1400nm的厚度(圖2(f))，然后通過CMP方法對(duì)層間絕緣膜9的表面進(jìn)行平面化(圖2(g))。最后，為了對(duì)層間絕緣膜脫氣，在氮?dú)猸h(huán)境中在溫度為300至500℃的條件下進(jìn)行熱處理，從而在多層互連中的一個(gè)層面的形成得到完成。在該實(shí)例中，熱處理是在350℃下進(jìn)行10分鐘左右。
在本實(shí)施例中，沒有對(duì)作為提供形成鋁鈦合金層8所需的鋁的來源的金屬互連層進(jìn)行蝕刻。從而，極大地減小了與合金化一同出現(xiàn)的互連層的高度，因此可以提供優(yōu)良的互連結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中包括如下步驟在具有絕緣表面的半導(dǎo)體基片上形成一個(gè)多層結(jié)構(gòu)，包括阻擋層、由鋁或主要成分是鋁的合金所構(gòu)成的互連金屬層、置于所述互連金屬層之上的鈦層以及置于所述鈦層之上的防反射層；把所述多層結(jié)構(gòu)構(gòu)圖為互連圖案的形狀；執(zhí)行熱處理，其中所述構(gòu)圖的結(jié)構(gòu)被加熱，以便于至少在所述互連金屬層與鋁層之間的界面處造成在所述互連金屬層中的鋁與鈦之間的合金化反應(yīng)，并且形成一個(gè)鋁鈦合金層；生成一個(gè)層間絕緣膜，覆蓋所述構(gòu)圖的互連層；對(duì)該層間絕緣膜進(jìn)行平面化；以及執(zhí)行另一個(gè)熱處理，以對(duì)層間絕緣膜進(jìn)行脫氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體器的方法，其特征在于，形成在所述互連金屬層之上的鈦層的膜厚在5至25nm的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體器的方法，其特征在于，所述阻擋層具有鄰接于互連金屬層的氮化鈦層和鄰接于絕緣表面的鈦層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體器的方法，其特征在于，在所述制造合金的熱處理的步驟中，該熱處理是在惰性氣體的環(huán)境中，在300至500℃的溫度條件下執(zhí)行的。
5.一種制造半導(dǎo)體器的方法，其中包括如下步驟在具有絕緣表面的半導(dǎo)體基片上形成一個(gè)多層結(jié)構(gòu)，包括阻擋層、由鋁或主要成分是鋁的合金所構(gòu)成的互連金屬層、置于所述互連金屬層之上的鈦層、置于所述鈦層之上的防反射層以及置于所述防反射層之上的二氧化硅層；把在所述多層結(jié)構(gòu)中的二氧化硅層、防反射層和鈦層構(gòu)圖為互連圖案的形狀；執(zhí)行熱處理，其中所述構(gòu)圖的結(jié)構(gòu)被加熱，以便于至少在所述互連金屬層與鋁層之間的界面處造成在所述互連金屬層中的鋁與鈦之間的合金化反應(yīng)，并且形成一個(gè)鋁鈦合金層；利用所述構(gòu)圖的二氧化硅層作為掩膜對(duì)互連金屬層和阻擋層進(jìn)行構(gòu)圖；生成一個(gè)層間絕緣膜，覆蓋所述構(gòu)圖的互連層；對(duì)該層間絕緣膜進(jìn)行平面化；以及執(zhí)行另一個(gè)熱處理，以對(duì)層間絕緣膜進(jìn)行脫氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造半導(dǎo)體器的方法，其特征在于，形成在所述互連金屬層之上的鈦層的膜厚在5至25nm的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造半導(dǎo)體器的方法，其特征在于，所述阻擋層具有鄰接于互連金屬層的氮化鈦層和鄰接于絕緣表面的鈦層。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造半導(dǎo)體器的方法，其特征在于，在所述制造合金的熱處理的步驟中，該熱處理是在惰性氣體的環(huán)境中，在300至500℃的溫度條件下執(zhí)行的。
全文摘要
在形成具有一種結(jié)構(gòu)的互連層中,其中鋁互連層被覆蓋有一層間絕緣膜,以用于防止在鋁互連層中產(chǎn)生空隙。包括阻擋層4、鋁互連金屬層5、鈦層2和防反射層6的多層結(jié)構(gòu)形成在具有絕緣表面的半導(dǎo)體基片上,然后所述多層結(jié)構(gòu)的層面被構(gòu)圖為互連圖案的形狀,至少達(dá)到鈦層2,并且所述構(gòu)圖的結(jié)構(gòu)被加熱,使鈦層2轉(zhuǎn)化為鋁鈦合金層,然后,生長層間絕緣膜以覆蓋所示構(gòu)圖的互連層,對(duì)該層間絕緣膜平面化,以及執(zhí)行另一個(gè)熱處理以對(duì)該層間絕緣膜脫氣。
文檔編號(hào)H01L23/52GK1264922SQ0010278
公開日2000年8月30日 申請(qǐng)日期2000年2月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月25日
發(fā)明者山本悅章, 廣田俊幸 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社