專利名稱：導體層的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體元件的制造方法，特別是涉及一種導體層的制造方法。
背景技術：
鋁金屬由于電阻率低(約在3Ω·cm左右)、對于氧化硅的附著情形良好，且容易蝕刻而加工成形，已成為各大半導體廠普遍使用的主要導電材料。不過，由于鋁原子本身材料的特性，因此多會加入適量的銅，來強化鋁銅合金對于電致遷移的抵抗性。
一般而言，作為導線的鋁銅合金層是在300℃～400℃的溫度下先沉積一層鋁銅合金，于溫度下降之后涂布光致抗蝕劑光致抗蝕劑，之后經(jīng)過曝光、顯影等步驟，然后再進行蝕刻工藝而形成的。
請參照圖1，其繪示鋁與銅的二元相圖(Phase Diagram)。相圖中的橫坐標是銅的含量；縱坐標是溫度；α代表的是鋁和銅金屬的固態(tài)均勻混合相；θ代表的是CuAl2；α+θ則表示除了α相的鋁銅合金之外，還同時存在θ相的CuAl2。ab線代表了鋁銅合金的固溶線，這條線的溫度代表的就是α相與α+θ相之間的相變溫度。亦即，當鋁銅合金的溫度低于相轉移溫度時，除了α相的鋁銅合金，還同時存在θ相的CuAl2。
在進行工藝中，當鋁銅合金沉積完成且溫度下降之后，因機器操作或是光致抗蝕劑返工而對于鋁銅合金進行加熱升溫時，原本溫度下降后仍維持在α相的鋁銅合金，將逐漸轉變?yōu)棣?θ相的鋁銅合金，而產(chǎn)生CuAl2金屬析出物。由于CuAl2與α相鋁銅合金的蝕刻速率不同，因此，在后續(xù)蝕刻的過程中，很容易會造成CuAl2的殘留，而產(chǎn)生小丘(hillock)這樣的缺陷。
這種缺陷不但會降低工藝的成品率(yield)，造成鋁銅合金層的可靠度下降，還可能會導致芯片的刮傷與破片，對于后續(xù)的工藝亦相當不利。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的就是在提供一種導體層的制造方法，可以避免產(chǎn)生具有CuAl2的鋁銅合金，有助于后續(xù)蝕刻工藝的進行。
本發(fā)明的另一目的是提供一種導體層的制造方法，能夠將鋁銅合金維持在均勻混合相，避免在后續(xù)蝕刻工藝中出現(xiàn)缺陷，而得以提高工藝的成品率。
本發(fā)明提出一種圖案化導體層的制造方法，首先形成一層導體層，導體層的材料至少包括鋁銅合金。然后對導體層進行一熱處理工藝，將導體層加熱至大于鋁銅合金的相變溫度，接著再圖案化導體層。
依照本發(fā)明的實施例所述的圖案化導體層的制造方法，上述鋁銅合金中銅的重量百分比小于5.7％，例如是0.5％。
依照本發(fā)明的實施例所述的圖案化導體層的制造方法，上述進行熱處理工藝的步驟之前，還包括經(jīng)過一處理步驟，使鋁銅合金的組成由鋁銅均勻混合相逐漸變?yōu)榘蠧uAl2的鋁銅合金。此處理步驟例如是光致抗蝕劑返工工藝。
依照本發(fā)明的實施例所述的圖案化導體層的制造方法，上述形成導體層的溫度介于250℃至650℃之間。
依照本發(fā)明的實施例所述的圖案化導體層的制造方法，上述熱處理工藝例如是等離子體增強型化學氣相沉積工藝，進行的時間例如是大于3秒。上述熱處理工藝還可以是以一加熱器來進行。
依照本發(fā)明的實施例所述的圖案化導體層的制造方法，上述鋁銅合金之中還包括硅。
本發(fā)明提出一種導體層的制造方法，首先于基底上形成一層導體材料層，導體材料層的材料至少包括鋁銅合金。繼而于導體材料層上形成一層第一光致抗蝕劑層。然后進行一光致抗蝕劑返工工藝，移除此第一光致抗蝕劑層。接著對導體材料層進行一熱處理步驟，將導體材料層加熱至大于鋁銅合金的相變溫度。之后，于導體材料層上形成一層第二光致抗蝕劑層，并且以第二光致抗蝕劑層為掩模，蝕刻導體材料層。其后再將第二層光致抗蝕劑層移除。
依照本發(fā)明的實施例所述的導體層的制造方法，上述鋁銅合金中銅的重量百分比低于5.7％，例如是0.5％。
依照本發(fā)明的實施例所述的導體層的制造方法，上述形成導體材料層的溫度介于250℃至650℃之間。
依照本發(fā)明的實施例所述的導體層的制造方法，上述移除第一光致抗蝕劑層的方法例如是等離子體灰化法。
依照本發(fā)明的實施例所述的導體層的制造方法，上述進行光致抗蝕劑返工工藝之后與進行熱處理步驟之前，導體材料層中形成有CuAl2。
依照本發(fā)明的實施例所述的導體層的制造方法，上述熱處理步驟例如是等離子體增強型化學氣相沉積工藝，進行的時間例如是大于3秒。此外，上述熱處理工藝還可以是以一加熱器來進行。
依照本發(fā)明的實施例所述的導體層的制造方法，上述鋁銅合金之中還包括硅。
本發(fā)明因于形成導體層之后，與蝕刻導體層之前，加入一次熱處理工藝，所以可以維持鋁銅合金的組成成分，避免θ相的CuAl2形成。如此不但有助于后續(xù)蝕刻工藝的進行，防止缺陷的形成，更可以增加工藝的成品率。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下配合附圖以及優(yōu)選實施例，以更詳細地說明本發(fā)明。


圖1是鋁-銅的二元相圖。
圖2是繪示本發(fā)明一實施例的一種圖案化導體層的制造流程圖。
圖3是繪示本發(fā)明另一實施例的一種導體層的制造流程圖。
簡單符號說明210、220、230、240、250、310、320、330、340、350、360、370步驟具體實施方式
圖2是繪示本發(fā)明一實施例的一種圖案化導體層的制造流程圖。
請參照圖2，本發(fā)明提供了一種圖案化導體層的制造方法，此圖案化導體層例如是金屬內(nèi)連線中的插塞或是導線。首先于基底上形成一層導體層(步驟210)，基底上例如是已經(jīng)形成有NMOS、PMOS、CMOS或存儲器等元件。形成導體層之前，可以先形成一層阻障層，阻障層的材料例如是鈦/氮化鈦。導體層的材料為鋁和銅均勻混合的鋁銅合金，鋁銅合金之中，還可以摻雜有微量的硅。導體層的形成方法例如是物理氣相沉積法中的直流等離子體濺射法、高溫濺射法或高壓濺射法等，形成的溫度例如是介于250℃～650℃之間，優(yōu)選的溫度例如是在300℃～400℃之間。
然后，導體層于沉積完成之后，進入光刻工藝之前，會先經(jīng)過溫度下降的過程(步驟220)，以便于后續(xù)光致抗蝕劑涂布、曝光、顯影等工藝。之后，由于機器操作或是光致抗蝕劑返工的情形，會對于導體層進行加熱升溫的步驟(步驟230)。這個加熱升溫的步驟提供導體層一定的能量，使得原本溫度下降之后，尚處于均勻混合的α相的鋁銅合金，產(chǎn)生了相變的情形，逐漸成為α+θ相的鋁銅合金。也就是說，鋁銅合金的成分不再是均勻混合的AlCu，還會有θ相的CuAl2。此加熱升溫的步驟例如是將導體層升溫至150℃～250℃左右。
為了解決上述CuAl2析出的問題，于是，接著進行熱處理工藝，將導體層加熱至大于相變溫度(步驟240)。將原本已經(jīng)成為α+θ相的鋁銅合金回復為原先α相的鋁銅合金。熱處理工藝例如是將導體層置于等離子體增強型化學氣相沉積的反應室中大于或等于3秒，例如是5秒至20秒左右，或是以加熱器進行，其例如是將基底置于加熱板(Hot Plate)上加熱，或者是利用快速熱工藝(Rapid Thermal Processing，RTP)的方法。熱處理工藝的溫度需要大于相變溫度，其例如是300℃以上，如300℃～500℃左右。當然，隨著鋁銅合金中鋁、銅含量比例的不同，合金的相變溫度也會有所不同，因此，熱處理工藝的溫度應視鋁銅合金的成分比例來做調(diào)整，而非固定在某個溫度范圍。
繼而，進行光刻、蝕刻工藝，圖案化導體層以形成圖案化的導體層(步驟250)。當然，光刻工藝包括了涂布光致抗蝕劑、曝光、顯影等步驟，蝕刻工藝可以是干式蝕刻或是濕式蝕刻，這些技術應為本領域的技術人員所周知，于此不再贅述。
上述熱處理工藝可以解決CuAl2的金屬析出物的問題，進而避免蝕刻完成的鋁銅合金層產(chǎn)生的殘留，不但可以提高成品率，也有助于提高元件的可靠性。
為了更進一步說明本發(fā)明的應用，以下特別以含有光致抗蝕劑返工的工藝為例，具體說明本發(fā)明的實施方式。圖3為繪示本發(fā)明另一實施例的一種導體層的制造流程圖。
請參照圖3，首先于基底上形成一層導體材料層(步驟310)，基底上例如是已經(jīng)形成有PMOS、NMOS、CMOS或存儲器等元件。于形成導體材料層之前，可以先形成一層阻障層，阻障層的材料例如是鈦/氮化鈦。導體材料層的材料為鋁、銅均勻混合的鋁銅合金(即圖1中α相的鋁銅合金)，其中，銅的重量百分比小于5.7％，優(yōu)選比例例如是0.5％左右。鋁銅合金之中可以摻雜有微量的硅。導體層的形成方法例如是物理氣相沉積法中的直流等離子體濺射法、高溫濺射法或高壓濺射法等，形成的溫度例如是介于250℃～650℃之間，優(yōu)選的溫度例如是在300℃～400℃之間。
繼而，當導體材料層沉積完成之后，進入光刻工藝之前，會先經(jīng)過溫度下降的過程(步驟320)，以便于后續(xù)的光刻工藝。之后，于導體材料層上形成一層光致抗蝕劑層(步驟330)。光致抗蝕劑層的形成方法例如是先以旋轉涂布的方式形成一層光致抗蝕劑層于導體材料層上，之后再進行曝光顯影的步驟，將圖案移轉至光致抗蝕劑層。
經(jīng)過顯影的光致抗蝕劑層在繼續(xù)下一個步驟之前，會執(zhí)行一個品質(zhì)檢測的操作，稱為顯影后檢視(After Develop Inspection)。曝光后的光致抗蝕劑圖案若產(chǎn)生圖案扭曲或疊置誤差(Overlay Tolerance)則必需移除光致抗蝕劑層，進行光致抗蝕劑的返工(步驟340)。移除光致抗蝕劑層的方法例如是利用干式去光致抗蝕劑中的等離子體灰化(Plasma Ashing)的方式以完成之。以等離子體灰化來去除光致抗蝕劑，會對于導體材料層施加一定的高溫，例如是加熱至150℃～250℃。這會使得原本穩(wěn)定的α相鋁銅合金，產(chǎn)生了相變化的情形，而逐漸成為α+θ相的鋁銅合金，而形成θ相的CuAl2的金屬析出物。
接著，進行熱處理工藝，將導體材料層加熱至大于相變溫度(步驟350)，使已經(jīng)成為α+θ相的鋁銅合金回復為原先α相的鋁銅合金。熱處理工藝例如是將導體材料層置于等離子體增強型化學氣相沉積的反應室中超過3秒，優(yōu)選的時間大約是5秒至20秒左右。當然，熱處理工藝也可以是以加熱器進行，其例如是將基底置于加熱板上加熱，或者是以快速熱工藝(RTP)的方法，而不限于使用等離子體增強型化學氣相沉積法。熱處理工藝的溫度大于鋁銅合金的相變溫度，其例如是300℃以上，如300℃～500℃左右。當然，隨著鋁銅合金中鋁、銅含量比例的不同，鋁銅合金的相變溫度也會有所不同，因此，熱處理工藝的溫度應視鋁銅合金的成分比例來做調(diào)整，而非固定在某個溫度范圍。
之后，于導體材料層上形成另一層光致抗蝕劑層(步驟360)。此處的光致抗蝕劑層的形成方法，與前述的光致抗蝕劑層相同，同樣例如是先以旋轉涂布的方式共形地形成一層光致抗蝕劑層于導體材料層上，之后再進行曝光顯影的步驟，將圖案移轉至光致抗蝕劑層。接著，以此光致抗蝕劑層為掩模，蝕刻下方的導體材料層而形成圖案化的導體層(步驟370)，其后再移除這層光致抗蝕劑層。蝕刻完成后的導體層例如是作為金屬內(nèi)連線中的插塞或導線。
上述熱處理工藝可以解決現(xiàn)有技術中因降溫后提供熱能，而產(chǎn)生CuAl2的金屬析出物的問題，進而避免于蝕刻完成的鋁銅合金層上產(chǎn)生殘留，不但可以提高工藝的成品率，也有助于提高元件的可靠性。
綜上所述，本發(fā)明因于形成導體材料層之后、蝕刻導體材料層之前，加入一次熱處理工藝，將合金的溫度提高至相變溫度之上，所以可以維持鋁銅合金的組成成分，避免出現(xiàn)θ相的CuAl2。如此不但有助于后續(xù)蝕刻工藝的進行，防止缺陷的形成，還可以增加工藝的成品率，而得以提高元件的可靠性。此外，也能夠避免因CuAl2的殘留物可能產(chǎn)生的芯片損傷的問題。
雖然本發(fā)明以優(yōu)選實施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領域的技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應當以后附的權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種圖案化導體層的制造方法，包括形成一導體層，該導體層的材料至少包括鋁銅合金；對該導體層進行一熱處理工藝，將該導體層加熱至大于鋁銅合金的相變溫度；以及圖案化該導體層。
2.根據(jù)權利要求1所述的圖案化導體層的制造方法，其中，鋁銅合金中銅的重量百分比小于5.7％。
3.根據(jù)權利要求2所述的圖案化導體層的制造方法，其中，鋁銅合金中銅的重量百分比約為0.5％。
4.根據(jù)權利要求1所述的圖案化導體層的制造方法，其中，在進行該熱處理工藝的步驟之前，還包括經(jīng)過一處理步驟，使鋁銅合金的組成由鋁銅均勻混合相逐漸變?yōu)榘蠧uAl2的鋁銅合金。
5.根據(jù)權利要求4所述的圖案化導體層的制造方法，其中，該處理步驟包括一光致抗蝕劑返工工藝。
6.根據(jù)權利要求1所述的圖案化導體層的制造方法，其中，形成該導體層的溫度介于250℃至650℃之間。
7.根據(jù)權利要求1所述的圖案化導體層的制造方法，其中，該熱處理工藝包括等離子體增強型化學氣相沉積工藝。
8.根據(jù)權利要求1所述的圖案化導體層的制造方法，其中，該熱處理工藝包括以一加熱器進行。
9.根據(jù)權利要求1所述的圖案化導體層的制造方法，其中，鋁銅合金之中還包括硅。
10.一種導體層的制造方法，該方法包括于一基底上形成一導體材料層，該導體材料層的材料至少包括鋁銅合金；于該導體材料層上形成一第一光致抗蝕劑層；進行一光致抗蝕劑返工工藝，移除該第一光致抗蝕劑層；對于該導體材料層進行一熱處理步驟，將該導體材料層加熱至大于鋁銅合金的相變溫度；于該導體材料層上形成一第二光致抗蝕劑層；以該第二光致抗蝕劑層為掩模，蝕刻該導體材料層；以及移除該第二光致抗蝕劑層。
11.根據(jù)權利要求10所述的導體層的制造方法，其中，鋁銅合金中銅的重量百分比低于5.7％。
12.根據(jù)權利要求10所述的導體層的制造方法，其中，鋁銅合金中銅的重量百分比約為0.5％。
13.根據(jù)權利要求10所述的導體層的制造方法，其中，形成該導體材料層的溫度介于250℃至650℃之間。
14.根據(jù)權利要求10所述的導體層的制造方法，其中，移除該第一光致抗蝕劑層的方法包括等離子體灰化法。
15.根據(jù)權利要求10所述的導體層的制造方法，其中，進行該光致抗蝕劑返工工藝之后與進行該熱處理步驟之前，該導體材料層中形成有CuAl2。
16.根據(jù)權利要求10所述的導體層的制造方法，其中，該熱處理步驟包括一等離子體增強型化學氣相沉積法。
17.根據(jù)權利要求10所述的導體層的制造方法，其中，該熱處理工藝包括以一加熱器進行。
18.根據(jù)權利要求10所述的導體層的制造方法，其中，鋁銅合金之中還包括硅。
全文摘要
一種圖案化導體層的制造方法，首先于基底上形成一層至少包含鋁銅合金的導體層。然后，對此導體層進行一熱處理工藝，將導體層加熱至大于相變溫度。接著再圖案化導體層。此方法可以避免金屬析出物的形成，有助于后續(xù)蝕刻工藝的進行。
文檔編號H01L21/02GK1941320SQ20051010884
公開日2007年4月4日 申請日期2005年9月30日 優(yōu)先權日2005年9月30日
發(fā)明者黃建欣, 顏文彬 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司