專利名稱：金屬連線的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種金屬連線的制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路的制作是極其復(fù)雜的過程，目的在于將特定電路所需的各 種電子元件和線路，縮小制作在一小面積基底上。近年來，隨著半導(dǎo)體集成電 路制造技術(shù)的發(fā)展，晶片中所含元件的數(shù)量不斷增加，元件的尺寸也隨集成度 的提高而不斷縮小，晶片的表面漸漸無法提供足夠的面積來制作所需的內(nèi)連導(dǎo) 線。為了適應(yīng)新的需求，兩層以上的金屬導(dǎo)電設(shè)計，已逐漸成為許多集成電路 所必須采用的方式，特別是一些功能較復(fù)雜的產(chǎn)品，如微處理器等，甚至需要 五層或六層以上的金屬導(dǎo)線，才能使各元件發(fā)揮應(yīng)用的功效。因此，內(nèi)連導(dǎo)線 制程工藝已成為現(xiàn)今半導(dǎo)體制程中不可或缺的重要技術(shù)之一。
為了清楚的闡述該內(nèi)連導(dǎo)線制程，請結(jié)合參見圖1A至圖1C。
首先，如圖1A所示，提供一半導(dǎo)體基底100,如一硅晶圓。在基底上依次 形成阻擋層110、金屬層120和抗反射層130。在實際制造過程中，先在基底上 沉積底氮化鈦層，接著沉積銅鋁合金層，然后再沉積頂?shù)亴印?br> 其次，如圖1B所示，在形成各層的基底上涂覆光刻膠層140,圖案化光刻 膠層定義出導(dǎo)線圖案。
請參見圖1C，利用上述的圖案化的光刻膠層140作為掩^H依次刻蝕抗反 射層130、金屬層120和阻擋層110，形成內(nèi)連導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。
在對金屬層120熱處理過程時，例如退火處理，金屬層表面可能出現(xiàn)凸起。 其詳細(xì)描述如下。
請參見圖2A，其所示為鋁沉積于半導(dǎo)體基底上的示意圖。在形成金屬層時， 先在較低的溫度下將金屬鋁沉積在半導(dǎo)體基底200上，在半導(dǎo)體基底200上形 成鋁晶格210 (grain),晶格210與晶格210之間則形成有晶界220。
3接著進(jìn)行退火(Anneal )處理，其加熱溫度通常為400°C ,隨著溫度的升高， 金屬層與半導(dǎo)體基底會受熱膨脹，由于金屬層與半導(dǎo)體基底材料的膨脹系數(shù)不 一致，因此會使得金屬層與基材之間產(chǎn)生相當(dāng)大的不協(xié)調(diào)。
請參見圖2B，其所示為退火后的鋁在半導(dǎo)體基底上的示意圖。退火過程的 高溫，使鋁晶格210和半導(dǎo)體基底200均產(chǎn)生熱膨脹，由于鋁是附著在半導(dǎo)體 基底200上，但鋁的熱膨脹系數(shù)大于半導(dǎo)體基底材料的熱膨脹系數(shù)，導(dǎo)致鋁晶 格210受到極大的壓應(yīng)力，為使壓應(yīng)力舒緩，鋁原子會沿著晶界220擴(kuò)散，進(jìn) 而累積成長，而在其上方形成小凸起或尖凸230 (Hillock)。這種在金屬層上形 成的小凸起或尖凸230，會造成元件表面粗糙而造成漏電、短路，且不均勻的金 屬內(nèi)部晶格也會導(dǎo)致金屬導(dǎo)線在高溫高壓的情況下電子遷移，造成可靠性下降， 等情形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)在制造半導(dǎo)體金屬連線的工藝中，進(jìn)行退火等熱 處理時，由于金屬層和半導(dǎo)體基底的膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致金屬層上出現(xiàn)的小凸 起或尖凸，進(jìn)而是產(chǎn)生出來的金屬內(nèi)連導(dǎo)線性能低下，可靠性差等技術(shù)問題。
有鑒于此，本發(fā)明提供一種金屬連線的制造方法，包括以下步驟
提供一半導(dǎo)體基底；
在所述基底上形成阻擋層；
對所述阻擋層進(jìn)^f于熱處理；
在所述阻擋層上形成金屬層；
在所述金屬層上形成隔離層；
在所述金屬層上形成抗反射層；
在所述抗反射層涂覆光刻膠層，圖案化光刻膠層定義出導(dǎo)線圖案；
依次刻蝕所述抗反射層、所述金屬層和所述阻擋層，形成導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步的，所述阻擋層為氮化鈦層。
進(jìn)一步的，所述阻擋層與所述基底之間有第一黏附層。
進(jìn)一步的，所述第一黏附層為鈦層。
進(jìn)一步的，所述金屬層為鋁層。進(jìn)一步的，所述隔離層為氮化鈦。 進(jìn)一步的，所述抗反射層為氮氧化硅層。
進(jìn)一步的，所述抗反射層與所述基底之間有第二層黏附層。 進(jìn)一步的，所述第二黏附層為鈦層。
進(jìn)一步的，所述熱處理的溫度為350度至450度。 進(jìn)一步的，所述熱處理的時間為40秒至60秒。
綜上所述，本發(fā)明提供的金屬連線的制造方法是在半導(dǎo)體基底上形成阻擋 層步驟和形成金屬層步驟之間增加熱處理步驟，對阻擋層起到退火的效果，使 阻擋層重新結(jié)晶而硬化，減小了后續(xù)在阻擋層上形成的金屬層因退火等熱處理 所導(dǎo)致的金屬晶格的壓應(yīng)力，使金屬層不會出現(xiàn)凸起或尖凸的情況，進(jìn)而保證 了制造出的器件的電子穩(wěn)定性，提高了產(chǎn)品的良品率。


圖1A至圖1C所示為現(xiàn)有技術(shù)中金屬內(nèi)連導(dǎo)線制程工藝示意圖2A所示為金 屬層沉積于半導(dǎo)體基底上的示意圖2B所示為退火后的金屬層在半導(dǎo)體基底上的示意圖3所示為本發(fā)明實施例提供的金屬連線的制造方法的流程圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，給出較佳實施例并結(jié)合附圖，對本 發(fā)明作進(jìn)一步說明。
請參見圖3，其所示為本發(fā)明實施例提供的金屬連線的制造方法的流程圖。 該制造方法包括
S310:提供一半導(dǎo)體基底；
S320:在所述基底上形成阻擋層；
在本實施例中，所述阻擋層為氮化鈦(TiN)層。所述阻擋層與所述基底之 間有第一黏附層。所述第一熟附層為鈦(Ti)層。
Ti層的作用是作為介質(zhì)層與金屬層之間的粘附層，以提供兩層材料間更好 的粘附性，而TiN層是作為阻擋層避免Ti與金屬層，如鋁(Al)，接觸反應(yīng)而產(chǎn)生電阻較高的TiAl3,同時也可以避免金屬層與上下層產(chǎn)生相互擴(kuò)散。 S330:對所述阻擋層進(jìn)行熱處理；
在本實施例中，所述熱處理的溫度為350。C至450°C。優(yōu)選的為400。C,進(jìn) 4亍熱處理的時間為40秒至60秒。
該熱處理過程對阻擋層，如TiN,起到退火的效果，使TiN重新結(jié)晶并硬化， 減小了后續(xù)在阻擋層上形成的金屬層因退火等熱處理所導(dǎo)致的金屬晶格的壓應(yīng) 力，使金屬層的晶格排列更加整齊，不會使金屬層出現(xiàn)凸起或尖凸的情況。
S340:在所述阻擋層上形成金屬層；
在本實施例中，所述金屬層為鋁層。選用鋁的優(yōu)點是鋁具有較低的電阻系 數(shù)，且與半導(dǎo)體基底間具有良好的附著性，在刻蝕制程中也表現(xiàn)出較佳的刻蝕 特性。
S350:在所述金屬層上形成隔離層；
在本實施例中，所述隔離層為氮化鈦(TiN)層。所述抗反射層與所述基底
之間有第二層黏附層。所述第二勦附層為鈦(Ti)層。 S360:在所述金屬層上形成抗反射層； 在本實施例中，所述抗反射層為氮氧化硅(SiON)層。 S370:在所述抗反射層涂覆光刻膠層，圖案化光刻月交層定義出導(dǎo)線圖案； S380:依次刻蝕所述抗反射層、所述金屬層和所述阻擋層，形成內(nèi)連導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。
試驗對比傳統(tǒng)方法和本發(fā)明實施例提供的方法形成的金屬層的特性，經(jīng)過 對同一環(huán)境下生長的金屬層進(jìn)行觀察和測量，得出如下結(jié)果
按照傳統(tǒng)方法的金屬層的金屬晶格間的間隔平均值為1.276um，標(biāo)準(zhǔn)方差為 1.108;按照辦發(fā)明提供的方法形成的金屬層的金屬晶格間的間隔平均值為 0.826um,標(biāo)準(zhǔn)方差為0.375。結(jié)果說明經(jīng)過本發(fā)明所提供的方法處理后，金屬 層的金屬間隔的均勻度有明顯的改善。
通過對同一環(huán)境下生長的金屬層的電子遷移性測試(215°C,電流密度15 mA/um2)，得出如下結(jié)果按照傳統(tǒng)方法的金屬層平均壽命在90小時左右，按 照辦發(fā)明提供的方法的金屬層平均壽命在130小時左右。結(jié)果說明經(jīng)過本發(fā)明 所提供的方法處理后，壽命有明顯延長，可靠性有明顯改善。綜上所述，本發(fā)明實施例提供的金屬連線的制造方法是在半導(dǎo)體基底上形 成阻擋層步驟和形成金屬層步驟之間增加熱處理步驟，對阻擋層起到退火的效 果，使阻擋層重新結(jié)晶而硬化，減小了后續(xù)在阻擋層上形成的金屬層因退火等 熱處理導(dǎo)致的金屬晶格的壓應(yīng)力，使金屬層不會出現(xiàn)凸起或尖凸的情況，進(jìn)而 保證了制造出的器件的電子穩(wěn)定性，提高了產(chǎn)品的良品率。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所 屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許 的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種金屬連線的制造方法，其特征在于，包括以下步驟提供一半導(dǎo)體基底；在所述基底上形成阻擋層；對所述阻擋層進(jìn)行熱處理；在所述阻擋層上形成金屬層；在所述金屬層上形成隔離層；在所述金屬層上形成抗反射層；在所述抗反射層涂覆光刻膠層，圖案化光刻膠層定義出導(dǎo)線圖案；依次刻蝕所述抗反射層、所述金屬層和所述阻擋層，形成導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述阻擋層為氮化鈦層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述阻擋層與所述基底 之間有第一黏附層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述第一黏附層為鈦層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述金屬層為鋁層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述隔離層為氮化鈦。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述抗反射層為氮氧化 硅層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述抗反射層與所述基 底之間有第二層黏附層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述第二勦附層為鈦層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述熱處理的溫度為 350度至450度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述熱處理的時間為 40秒至60秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬連線的制造方法，包括以下步驟提供一半導(dǎo)體基底；在所述基底上形成阻擋層；對所述阻擋層進(jìn)行熱處理；在所述阻擋層上形成金屬層；在所述金屬層上形成隔離層和抗反射層；在所述抗反射層涂覆光刻膠層，圖案化光刻膠層定義出導(dǎo)線圖案；依次刻蝕所述抗反射層、所述金屬層和所述阻擋層，形成導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。該制造方法是在半導(dǎo)體基底上形成阻擋層步驟和形成金屬層步驟之間增加熱處理步驟，對阻擋層起到退火的效果，使阻擋層重新結(jié)晶而硬化，減小了后續(xù)在阻擋層上形成的金屬層因退火等熱處理所導(dǎo)致的金屬晶格的壓應(yīng)力，使金屬層不會出現(xiàn)凸起或尖凸的情況，進(jìn)而保證了制造出的器件的電子穩(wěn)定性，提高了產(chǎn)品的良品率。
文檔編號H01L21/70GK101645415SQ20091005370
公開日2010年2月10日 申請日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月24日
發(fā)明者軍 康, 洋 汪, 王立兵 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司