专利名称：减少金属线缺陷的改进工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体集成电路制造工艺技术领域，具体涉及一种减少金属线缺陷的改进工艺。
背景技术：
Al线互连在半导体芯片制造工艺中是不可缺少的，尤其在特征尺寸大于0.35μm的半导体制造工艺。通常，Al线层的结构是三明治结构，即底层为Ti/TiN，中间层为Al-Cu(0.5-1％Cu)，上层为Ti/TiN。溅射时分两次第一次溅射底层为Ti/TiN，第二次溅射Al/Ti/TiN。
随着器件尺寸的缩小，金属线的尺寸也同时在缩小。特别是在0.25μm及以下的半导体制造工艺中，Ti/TiN/Al/Ti/TiN(通常厚度为30/110/470/25/75纳米)金属线中出现了Al空洞，有的空洞甚至造成Al线断开。大量的Al空洞导致了电流传输失效或电阻变大，直接带来可靠性问题，使成品率大大降低。目前，常规采用的方法是在Al层刻蚀后，先放进400℃的炉子里N2/H2气氛下退火30分钟，然后用高密度等离子体方法(HDP-CVD)淀积SiO2(温度一般在400℃)，这样可以缓解HDP-CVD过程中对Al层带来的热应力。实际上，在HDP-CVD过程中上层Ti和Al反应生成TiAl3，反应后的体积减少了1.1％，这是Al空洞形成的主要原因。
然而，这种做法对Al空洞的防止效果并不像人们期待的那样有效，尤其是大生产过程中(HDP-CVD)淀积SiO2温度有时超过400℃(比如在400-450℃)，而Ti和Al反应生成TiAl3的温度为≥350℃。为了减少Al空洞，我们提出一种新的改进方案1)减小Al层上下的Ti/TiN厚度；2)同时减小Al层厚度，降低溅射温度；3)提高Al靶中Cu的含量；4)提高刻蚀后金属线的退火温度，使Ti和Al反应生成TiAl3在HDP-CVD之前完成。通过以上改进，可以抑制Al空洞的出现。
发明内容
本发明的目的是提出一种可减少金属线中的Al空洞的HDP-CVD淀积工艺。
通常情况下，金属层的结构为Ti/TiN/Al/Ti/TiN，相应的厚度分别为30/110/470/25/75纳米。金属线刻蚀后的退火温度一般为400℃。溅射时分两次第一次溅射底层为Ti/TiN，第二次溅射Al/Ti/TiN。我们的改进方案分以下几个方面1)Al层上下的Ti/TiN厚度减少；2)同时减小Al层厚度；提高溅射用的Al靶材中的Cu含量(原工艺含量0.5％Cu)，降低溅射温度(原有的溅射温度为380℃)；4)提高刻蚀后金属线的退火温度。
鉴于以上改进，Ti/TiN/Al/Ti/TiN溅射膜的新工艺如下1)上下层Ti/TiN溅射其厚度分别为(5-15(Ti))/(20-30(TiN))纳米；2)Al层的溅射Al靶材的成分为Al-Cu，其中Cu为0.8-1.2％质量比，溅射温度为250-350℃，溅射膜厚度为400-440纳米；3)退火处理金属线刻蚀后需退火，温度420-460℃。退火气体可采用N2-H2，其中H2占5-15％体积比。
然后进行HDP-CVD淀积SiO2。
本发明通过减少Ti/TiN厚度、提高Al靶材中的Cu含量和提高退火温度等手段来减少在HDP-CVD淀积SiO2的过程中所形成的Al空洞。本改进工艺流程简单，操作方便，产量高，非常适用于大生产。
具体实施例方式
下面通过具体实施例进一步描述本发明实施例11、Ti/TiN溅射膜的制备目前生产线溅射常用Endura 5500设备(美国应用材料公司)。用常规工艺在Ti/TiN溅射腔中制备上、下层Ti/TiN(10/25nm)膜。
2、Al层的溅射在Al溅射腔里，Al靶材的成分为Al-Cu，Cu占1％，溅射膜厚度为420纳米；溅射温度为300℃。
3、退火温度金属线刻蚀后需在炉子中退火，温度440℃，退火气体N2-H2(10％H2)。然后进行HDP-CVD淀积SiO2。
实施例21、溅射设备同例1，上、下层Ti/TiN的厚度为5/30nm。
2、Al靶材的成分为Al-Cu，Cu占0.8％，溅射膜厚度为400纳米；溅射温度为250℃。
3、退火，温度为460℃，退火气体为N2-H2，H2占5％。然后进行HDP-CVD淀积SiO2。
实施例31、溅射设备同例1，上、下层Ti/TiN的厚度为15/20nm。
2、Al靶材的成分为Al-Cu，Cu占1.2％，溅射膜厚度为440纳米；溅射温度为350℃。
3、退火，温度为420℃，退火气体为N2-H2，H2占15％。然后进行HDP-CVD淀积SiO2。
上述各实施例都大大减少了原来工艺中出现的Al空洞，提高了金属线五连的可靠性和成品率。
权利要求
1.一种减少金属线缺陷的改进工艺，其特征在于1)上下层Ti/TiN溅射厚度为(5-15)/(20-30)纳米；2)Al层溅射Al靶材成分为Al-Cu，其中Cu占0.8-1.2％质量比，溅射温度为250-350℃，溅射膜厚度为400-440纳米；3)退火处理刻蚀后金属线退火，温度为420-460℃。
2.根据权利要求1所述的减少金属线缺陷的改进工艺，其特征在于上述金属线刻蚀后退火的气体是N2-H2混合气体，其中H2占5-15％体积比。
全文摘要
本发明属于半导体集成电路制造工艺技术领域，具体涉及一种减少金属线缺陷的改进工艺。包括1)减小Al层上下的Ti/TiN厚度；2)同时减小Al层厚度，降低溅射温度；3)提高Al靶中Cu的含量；4)提高刻蚀后金属线的退火温度，使Ti和Al反应生成TiAl
文档编号H01L21/321GK1540728SQ200310108280
公开日2004年10月27日 申请日期2003年10月30日 优先权日2003年10月30日
发明者缪炳有 申请人:上海集成电路研发中心有限公司, 上海华虹(集团)有限公司