專利名稱：形成薄膜金屬導(dǎo)線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜金屬導(dǎo)線(以下稱為金屬導(dǎo)線)及其形成方法，更具 體地涉及金屬導(dǎo)線及其形成方法，當(dāng)形成用于高集成、高頻、高精度導(dǎo) 線襯底中的超精確導(dǎo)線時其有效地防止底切效應(yīng)(undercut effect )，從 而形成高集成、高頻、高精度金屬導(dǎo)線。
背景技術(shù)：
最近，隨著移動通信技術(shù)的開發(fā)，在移動通信技術(shù)領(lǐng)域中日益增加 對尺寸減小的、復(fù)合的、模塊化的、和高頻電子元件的需要。為滿足這 種需要，應(yīng)該進(jìn)一步提高金屬導(dǎo)線(配線)的精度。
圖1A 1D是顯示形成金屬導(dǎo)線的常規(guī)方法的圖。通過以下方法形 成金屬導(dǎo)線。首先，通過在包含超過99.5。/。氧化鋁的陶瓷襯底上濺射來 順序形成由Ti、 Pt、和A1組成的種金屬層(seed metal layer).種金屬 層的厚度分別i殳定為約3000、 200和3000A。然而，厚度可基于應(yīng)用領(lǐng) 域而不同。然后，在具有種金屬層的襯底上涂敷光刻膠以形成光刻膠(PR) 層，通過使用光刻方法以金屬導(dǎo)線圖案的形式部分除去PR層(圖1A)。
然后，在通過部分除去PR層而暴露的種金屬層上，鍍敷主金屬層 以形成金屬導(dǎo)線圖案。通過具有極好的膜形成速度的電鍍方法由Al形 成主金屬層(圖1B)。然后，使用剝離設(shè)備和化學(xué)品除去PR層(圖1C)。 此外，通過濕蝕刻法蝕刻在襯底上暴露的種金屬層(圖1D)。
在這種方法中，可發(fā)現(xiàn)通過濕蝕刻法蝕刻在襯底上暴露的種金屬層 時，在蝕刻金屬導(dǎo)線圖案時發(fā)生底切效應(yīng)，如圖1D所示。因此，難以 形成精確的導(dǎo)線圖案。此外，當(dāng)不充分地進(jìn)行種蝕刻時，由于殘留在種
金屬層上的殘余物而導(dǎo)致產(chǎn)生短路缺陷。隨著電路距離減小這種問題變 得突出。尤其是，在襯底是用于要求高精度阻抗布線性能的探針卡的襯 底或用作移動通信元件的多層布線村底時，其輸出特性受到致命的影 響，這使得難以實(shí)現(xiàn)需要高集成度和高精度的多層布線襯底。
同時，為防止半導(dǎo)體制造過程中的底切效應(yīng)，提出了一種方法，其 中通過電鍍或化學(xué)鍍在導(dǎo)線圖案的外表面上進(jìn)行鍍敷。然而，在實(shí)現(xiàn)用 于要求高集成度和高精度的探針卡的襯底的鍍敷情況下，當(dāng)在細(xì)微線寬
的填隙(gap filling)上未實(shí)現(xiàn)自底而上的填充時，在圖案中形成接縫 或空隙。由于短路的金屬導(dǎo)線或殘留在空隙中的電解質(zhì)的影響，這種接 縫或空隙可破壞元件。因此，在形成用于高集成和高精度襯底的金屬導(dǎo) 線時，需要通過更大改進(jìn)的鍍敷法形成保護(hù)膜。
同時，鋁通常用作金屬導(dǎo)線材料。這是因?yàn)殇X具有極好的電導(dǎo)率， 并易于處理和具有相對低的價格。然而，鋁形成的導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)高集成和高 性能高速元件中所需的導(dǎo)線電阻方面有局限性。因此，需要具有低電阻 和極好的電遷移(EM)性能的銅代替鋁用作金屬導(dǎo)線的材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供薄膜金屬導(dǎo)線及其形成方法，其中，在形成薄 膜導(dǎo)線時，形成PR層以與形成在高集成和高精度襯底上的金屬導(dǎo)線圖 案間隔預(yù)定距離，通過使用磁場的電鍍方法在高集成和高精度金屬導(dǎo)線 圖案上形成保護(hù)膜，使得在蝕刻期間防止底切效應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，形成薄膜金屬導(dǎo)線的方法包括以下步驟 在襯底上形成種金屬層；在種金屬層上形成第一光刻膠(PR)層，和使用 第一PR層作為掩模形成金屬導(dǎo)線圖案；除去第一PR層，然后形成與 金屬導(dǎo)線圖案間隔預(yù)定距離的第二PR層；通過電鍍形成包圍金屬導(dǎo)線 圖案的保護(hù)膜；和進(jìn)行蝕刻以除去第二PR層和種金屬層的暴露部分。
在進(jìn)行電鍍時，可以通過磁場發(fā)生器施加磁場以進(jìn)行鍍敷。
磁場的強(qiáng)度可為400 ~ 1000高斯(Gauss )。
金屬導(dǎo)線可以為銅導(dǎo)線。
襯底可以為用于探針卡的襯底或用作移動通信元件的多層布線襯底。
磁場發(fā)生器可以配置有永磁體或電磁體。 每個永磁體和電磁體可以由幾個層構(gòu)成。 可以通過濕蝕刻來實(shí)施蝕刻。
預(yù)定多巨離可以為0.1-2pm。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供通過根據(jù)上述方面的方法形成的薄 膜金屬導(dǎo)線。
金屬可包括銅。
薄膜金屬導(dǎo)線可以為用于探針卡襯底的配線(wiring line)或用作 移動通信元件的多層配線。


由以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述及其他目的、特征及優(yōu) 點(diǎn)將更明顯，其中
圖1A 1D是顯示形成金屬導(dǎo)線的常規(guī)方法的圖2A 2J是顯示根據(jù)本發(fā)明形成薄膜金屬導(dǎo)線的方法的圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的磁場強(qiáng)度和鍍膜的沉積速率之間的相關(guān)性；
和
圖4A~4D顯示根據(jù)本發(fā)明的磁場強(qiáng)度階梯覆蓋之間的相關(guān)性。
具體實(shí)施例方式
以下，將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方案的形成薄膜金屬 導(dǎo)線的方法。
圖2A ~ 2J是顯示根據(jù)本發(fā)明的一種形成薄膜金屬導(dǎo)線的方法的圖。 如下實(shí)施根據(jù)本發(fā)明形成薄膜金屬導(dǎo)線的方法。 首先，如圖2A所示，通過化學(xué)鍍方法、化學(xué)氣相沉積(CVD)方法、 或物理氣相沉積(PVD)方法在襯底上順序形成Ti、 Pt和Cu層，從而形 成種金屬層(圖2A)。
在種金屬層上涂敷光敏PR膜。然后，通過曝光和顯影工藝形成第 一PR層(圖2B)。使用第一PR層作為掩模，通過電鍍方法形成金屬導(dǎo) 線圖案(圖2C)。
在形成金屬導(dǎo)線圖案之后，除去第一PR層(圖2D)。然后，在其 上形成有金屬導(dǎo)線圖案的襯底上涂敷第二PR層。在這種情況下，通過 曝光和顯影工藝形成第二PR層，使得與金屬導(dǎo)線圖案間隔預(yù)定距離(例 如0.1畫2^im)(圖2E)。
為了在金屬導(dǎo)線圖案周圍形成保護(hù)膜，進(jìn)行電鍍。在進(jìn)行電鍍時， 通過磁場發(fā)生器施加磁場(圖2F)。磁場的施加可以使用永磁體或電磁 體來進(jìn)行。為了在鍍敷浴中任意的磁場分布，可以以多種方式設(shè)置磁場 發(fā)生器。例如，多個電磁體層可以圍繞鍍敷浴設(shè)置，使得可以通過電磁 體調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度。
同時，對于鍍敷法，提供化學(xué)鍍方法和電鍍方法。在電鍍方法中， 可以實(shí)現(xiàn)極好的填隙性能和高速生長，甚至在具有高深寬比的布線結(jié)構(gòu) 中。然而，低的EM性能和復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)使得難以進(jìn)行控制。在電 鍍方法中，化學(xué)反應(yīng)相對簡單，易于進(jìn)行處理，并且EM性能極好。然 而，填隙性能低。
在本發(fā)明中，通過電鍍形成保護(hù)膜時，施加磁場以改善填隙性能和 生長速度。然后，可以在細(xì)微金屬導(dǎo)線圖案上形成高質(zhì)量保護(hù)膜(圖2H)。 在電鍍期間在垂直于電流方向的方向上由磁場發(fā)生器(電磁體或永磁體) 施加磁場時，通過洛倫茲力活化鍍敷離子的移動性。然后，在細(xì)微圖案 中可以實(shí)現(xiàn)極好的階梯覆蓋和填隙性能，并且可以實(shí)現(xiàn)均勻的鍍敷。
在通過上述方法在高精度金屬導(dǎo)線圖案上形成保護(hù)膜之后，除去第 二PR層(圖21)，并且通過蝕刻除去襯底上暴露的種層。然后，由于均 勻鍍敷的保護(hù)膜，未發(fā)生金屬導(dǎo)線圖案的底切(圖2J)。
圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的磁場強(qiáng)度和鍍膜的沉積速率(生長速度)之間
的相關(guān)性。如圖3所示，可以發(fā)現(xiàn)隨著磁場強(qiáng)度增加，生長增速增加。 然而，強(qiáng)度超過400高斯的時候，生長速度降低。
圖4A 4D顯示磁場強(qiáng)度和深寬比5:1的ljim圖案中階梯覆蓋之間 的相關(guān)性。如圖4A~ 4D所示，可以發(fā)現(xiàn)磁場強(qiáng)度為0高斯(圖4A)~ 200高斯(圖4B)時，由于不良的鍍敷而導(dǎo)致圖案的邊緣厚度增加，以 及不可靠地鍍敷溝槽的低部，從而形成空隙。然而，磁場的強(qiáng)度為400 高斯(圖4C)~600高斯(圖4D)時，階梯覆蓋變得極好，并且不形成 空隙。
因此，考慮到鍍膜的沉積速率和填隙特征，在電鍍期間施加超過400 高斯或優(yōu)選400-1000高斯的磁場時，可形成金屬導(dǎo)線圖案的保護(hù)膜， 其具有極好的沉積速率和填隙性能。在這種情況下，盡管與施加 400-1000高斯的磁場相比可能沒有差異，但是可以施加超過1000高斯 的磁場。
根據(jù)本發(fā)明，在制造形成高密度電路的高密度襯底例如探針卡襯底 或用作移動通信元件的多層布線襯底時，形成PR層以與金屬導(dǎo)線間隔 預(yù)定距離，從而在金屬導(dǎo)線圖案周圍形成保護(hù)膜。然后，通過電鍍方法 在間隔中形成包圍金屬導(dǎo)線圖案的保護(hù)膜。在進(jìn)行電鍍時，在金屬導(dǎo)線 圖案周圍形成增加電鍍速度并具有極好的填隙性能的保護(hù)膜，這使得能 防止底切效應(yīng)。
雖然已經(jīng)參考本發(fā)明的某些示例性實(shí)施方案顯示并描述了本發(fā)明，但 是應(yīng)理解，不背離如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍，本領(lǐng)域 技術(shù)人員可以在形式上和細(xì)節(jié)上進(jìn)行不同的變化。
權(quán)利要求
1. 一種形成薄膜金屬導(dǎo)線的方法，所述方法包括以下步驟:在襯底上形成種金屬層；在所述種金屬層上形成第一光刻膠(PR)層，和使用所述第一PR層作為掩模形成金屬導(dǎo)線圖案；除去所述第一PR層，然后形成與所述金屬導(dǎo)線圖案間隔預(yù)定距離的第二PR層；通過電鍍形成包圍所述金屬導(dǎo)線圖案的保護(hù)膜；和進(jìn)行蝕刻以除去所述種金屬層的暴露部分和所述第二PR層。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中，當(dāng)進(jìn)行所述電鍍時，通過磁場發(fā)生器 施加磁場以進(jìn)行所述鍍敷。
3. 權(quán)利要求2的方法，其中所述磁場的強(qiáng)度為400 ~ 1000高斯。
4. 權(quán)利要求1 ~3任一項(xiàng)的方法，其中所述金屬導(dǎo)線是銅導(dǎo)線。
5. 權(quán)利要求4的方法，其中所述襯底是用于探針卡的襯底或用作移 動通信元件的多層布線襯底。
6. 權(quán)利要求3的方法，其中所述磁場發(fā)生器配置有永磁體或電磁體。
7. 權(quán)利要求6的方法，其中所述永磁體和所述電磁體的每一個由幾 個層構(gòu)成。
8. 權(quán)利要求1的方法，其中通過濕蝕刻來實(shí)施所述蝕刻。
9. 權(quán)利要求1的方法，其中所述預(yù)定距離是0.1-2pm。
10. 通過權(quán)利要求1的方法形成的薄膜金屬導(dǎo)線。
11. 權(quán)利要求10的薄膜金屬導(dǎo)線，其中所述金屬包含銅。
12. 權(quán)利要求11的薄膜金屬導(dǎo)線，其中所述薄膜金屬導(dǎo)線包括用于 探針卡襯底的配線或用作移動通信元件的多層配線。
全文摘要
提供了形成薄膜金屬導(dǎo)線的方法，所述方法包括以下步驟在襯底上形成種金屬層；在種金屬層上形成第一光刻膠(PR)層，和使用第一PR層作為掩模形成金屬導(dǎo)線圖案；除去第一PR層，然后形成與金屬導(dǎo)線圖案間隔預(yù)定距離的第二PR層；通過電鍍形成包圍金屬導(dǎo)線圖案的保護(hù)膜；和進(jìn)行蝕刻以除去第二PR層和種金屬層的暴露部分。
文檔編號H01L21/768GK101378033SQ20071016100
公開日2009年3月4日 申請日期2007年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者金尚喜 申請人:塔工程有限公司