专利名称：金属插塞与接触窗的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属内连线的制作方法，尤其涉及一种金属插塞(metalplug)与接触窗的制作方法。
背景技术：
随着半导体元件持续微型化的发展，发展出各种高速且多功能的超大规模集成电路芯片。不过，由于半导体元件的微型化造成集成度的增加，使得内连线数目不断地增多，而导致芯片表面无法提供足够的表面积来容纳日益增多的内连线。为了解决此项问题，多重金属内连线结构便被提出，而成为集成电路制造技术所必须采取的方式。
而现在业界最常用的金属插塞是使用化学气相沉积法制作的钨插塞。由于这种插塞具有较佳的阶梯覆盖度、高熔点以及可被接受的导电能力，所以只需先用干式蚀刻形成接触窗开口或是介层窗开口，即可填入开口中。
不过因为金属插塞的尺寸也会随着元件的缩小而缩小，所以如何避免金属插塞的阻抗值增加已成为目前亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属插塞的制作方法，以改善材质间的内应力，以利于后续工艺，进而减少金属插塞的阻抗值。
本发明的再一目的是提供一种接触窗的制作方法，可减少接触窗中锁孔(key hole)的产生机率，以提升导电率及增加元件的可靠度。
本发明提出一种金属插塞的制作方法，是先提供一衬底，且衬底具有至少一开口。之后，于开口表面形成一阻障层，再于衬底上形成一金属层并填满开口。然后，对金属层进行一平坦化工艺，以去除开口以外的金属层。本发明的特征是于衬底上形成金属层之后，至少进行一道高温热处理。
依照本发明的优选实施例所述金属插塞的制作方法，上述的高温热处理的工艺温度在400℃～780℃之间。此外，在上述提供衬底后与在开口表面形成阻障层前还可包括进行另一道高温热处理。而且，上述于开口表面形成阻障层后与于衬底上形成金属层前还可包括进行另一道高温热处理。
依照本发明的优选实施例所述金属插塞的制作方法，上述的高温热处理包括热炉管处理、退火工艺或快速热退火工艺。
依照本发明的优选实施例所述金属插塞的制作方法，上述于开口表面形成阻障层的步骤包括先于开口表面形成一钛金属层，再于钛金属层上形成一氮化钛层，其中金属层的材质例如是钨。
本发明还提供一种接触窗的制作方法，包括a.提供一衬底、b.于衬底上形成一介电层、c.于介电层中形成一接触窗开口、d.于接触窗开口内形成一阻障层、e.于衬底上形成一金属层并填满接触窗开口以及f.平坦化金属层，以于接触窗开口内形成一接触窗，其中在前述e步骤之后至少需进行一高温热处理。
依照本发明的优选实施例所述接触窗的制作方法，上述的高温热处理的工艺温度在400℃～780℃之间。再者，在a步骤后与b步骤前还可包括进行另一道高温热处理。而且，上述b步骤后与c步骤前还可包括进行另一道高温热处理。
依照本发明的优选实施例所述接触窗的制作方法，上述的高温热处理包括热炉管处理、退火工艺或快速热退火工艺。
依照本发明的优选实施例所述接触窗的制作方法，上述于接触窗开口内形成阻障层的步骤包括先于接触窗开口表面形成一钛金属层，再于钛金属层上形成一氮化钛层，其中金属层的材质例如是钨。
因为本发明于衬底上形成金属层并填满接触窗开口之后至少进行一道高温热处理，所以能够在减少热预算前提下，降低差排及缺陷密度，同时调整内应力，以增强材质的强度、致密度以及插塞的电性表现。此外，本发明还可藉由高温热处理降低插塞中锁孔(key hole)的形成机率，进而提高插塞的导电率。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1是依照本发明的一优选实施例的金属插塞的制作流程步骤图；
图2A至图2D是依照本发明的另一优选实施例的接触窗的制造流程剖面图。
主要元件符号说明100～160步骤200衬底202介电层204接触窗开口206阻障层208金属层208a接触窗210高温热处理具体实施方式
图1是依照本发明一优选实施例的金属插塞的制作流程步骤图。
请参照图1，本实施例的方法可应用于多重金属内连线工艺或其它需要形成金属插塞型态的半导体结构中，例如沟渠式电容器等元件。而本实施例的金属插塞制作方法通常是先进行步骤100，提供一衬底，且衬底具有至少一开口。而衬底可包括一硅晶片，于硅晶片上方例如已形成有一介电层，如金属间介电层(Inter-Metal Dielectric，IMD)或是层间介电层(Inter-layerDielectric，ILD)。再者，前述开口通常是利用干式蚀刻形成的。
然后，进行步骤110，于开口表面形成一阻障层。而阻障层的形成例如是先于开口表面形成一钛金属层，再于钛金属层上形成一氮化钛层。而形成钛金属层与氮化钛层的方法大多是利用氮化反应法、反应性溅镀法或金属有机化学气相沉积法(MOCVD)。
接着，在步骤120中，于衬底上形成一金属层并填满开口。其中，金属层的材质可为铝或钨，优选为钨。而形成金属层的方法例如是化学气相沉积法。
然后，于步骤130a中，进行一高温热处理，以使金属层晶粒大小趋向一致、表面更为平坦致密，并改善金属层与阻障层之间的内应力。其中，高温热处理的工艺温度约在400℃～780℃之间，且此高温热处理例如是热炉管处理、退火或快速热退火(Rapid Thermal Annealing，RTA)。
接着，于步骤140中，对金属层进行一平坦化工艺，以去除开口以外的金属层，其中平坦化工艺例如包括化学机械抛光法。
此外，在步骤140之后也可再进行步骤130b，以使金属层表面更为平坦致密，以利后续材质层的沉积。总之，在步骤120之后进行至少一道高温热处理将对金属层有极佳的好处。
另外，如果在步骤100与步骤110之间加一道高温热处理(亦即步骤140)，则开口底部与侧壁的晶粒大小将趋向一致，且表面会更为平坦致密，以利后续材质层的沉积。而在步骤110与步骤120之间还可加一道高温热处理(亦即步骤160)，以使阻障层晶粒大小趋向一致。
此外，本发明亦可应用于接触窗的工艺中，如图2A至图2D所示。
图2A至图2D是依照本发明的另一优选实施例的接触窗的制造流程剖面图，并仅于图1C中绘示本发明的高温热处理，以避免赘述。
请参照图2A，先提供一衬底200，再于衬底200上形成一介电层202。之后，可进行一道高温热处理，抑或直接进行下一图的工艺。
然后，请参照图2B，于介电层202中形成一接触窗开口204，再于接触窗开口204内形成一阻障层206。其中于接触窗开口204内形成阻障层206的步骤例如是先于接触窗开口204表面形成一钛金属层209，再于钛金属层209上形成一氮化钛层207。之后，可进行一道高温热处理，抑或直接进行下一图的工艺。
之后，请参照图2C，于衬底200上形成一金属层208并填满接触窗开口204，其中形成金属层208的方法例如包括化学气相沉积法，而金属层208的材质则例如是钨。之后，必需进行一道高温热处理210，以使金属层207晶粒大小趋向一致、表面更为平坦致密，并改善金属层208与阻障层206之间的内应力，使金属插塞中锁孔的产生机率降低，进而减少阻抗值并增加元件的可靠度。
随后，请参照图2D，平坦化金属层208，以于接触窗开口204内形成一接触窗208a，其中平坦化金属层208的方法例如包括化学机械抛光法。之后，也可在此时加一道高温热处理。
综上所述，本发明至少有以下特点1.本发明在形成金属插塞步骤中，于金属层形成后至少进行一次高温热处理，以便降低各材质中的差排及缺陷密度，以利后续工艺进行并获得良好电性表现。
2.此外，本发明中的高温热处理还可以改善金属插塞中锁孔的产生机率，进而减少阻抗值并增加元件的可靠度。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种金属插塞的制作方法，包括提供一衬底，该衬底具有至少一开口；于该开口表面形成一阻障层；于该衬底上形成一金属层并填满该开口；以及对该金属层进行一平坦化工艺，以去除该开口以外的该金属层，其中，于该衬底上形成该金属层之后，至少进行一第一高温热处理。
2.如权利要求1所述的金属插塞的制作方法，其中该高温热处理的工艺温度在400℃～780℃之间。
3.如权利要求1所述的金属插塞的制作方法，其中该第一高温热处理包括热炉管处理、退火工艺或快速热退火工艺。
4.如权利要求1所述的金属插塞的制作方法，其中该第一高温热处理包括于该衬底上形成该金属层并填满该开口之后以及对该金属层进行该平坦化工艺之前进行。
5.如权利要求1所述的金属插塞的制作方法，其中该第一高温热处理包括对该金属层进行该平坦化工艺之后进行。
6.如权利要求1所述的金属插塞的制作方法，其中提供该衬底之后以及于该开口表面形成该阻障层之前，还包括进行一第二高温热处理。
7.如权利要求6所述的金属插塞的制作方法，其中该第二高温热处理包括热炉管处理、退火工艺或快速热退火工艺。
8.如权利要求1所述的金属插塞的制作方法，其中于该开口表面形成该阻障层之后以及于该衬底上形成该金属层之前，还包括进行一第三高温热处理。
9.如权利要求8所述的金属插塞的制作方法，其中该第三高温热处理包括热炉管处理、退火工艺或快速热退火工艺。
10.如权利要求1所述的金属插塞的制作方法，其中于该开口表面形成该阻障层的步骤包括于该开口表面形成一钛金属层；以及于该钛金属层上形成一氮化钛层。
11.如权利要求1所述的金属插塞的制作方法，其中形成该金属层的方法包括化学气相沉积法。
12.如权利要求11所述的金属插塞的制作方法，其中该金属层的材质包括钨。
13.如权利要求1所述的金属插塞的制作方法，其中该平坦化工艺包括化学机械抛光法。
14.一种接触窗的制作方法，包括a.提供一衬底；b.于该衬底上形成一介电层；c.于该介电层中形成一接触窗开口；d.于该接触窗开口内形成一阻障层；e.于该衬底上形成一金属层并填满该接触窗开口；以及f.平坦化该金属层，以于该接触窗开口内形成一接触窗，其中于前述e步骤之后至少进行一第一高温热处理。
15.如权利要求14所述的接触窗的制作方法，其中该第一高温热处理的工艺温度在400℃～780℃之间。
16.如权利要求14所述的接触窗的制作方法，其中该第一高温热处理包括热炉管处理、退火工艺或快速热退火工艺。
17.如权利要求14所述的接触窗的制作方法，其中该第一高温热处理包括于步骤e之后以及步骤f之前进行。
18.如权利要求14所述的接触窗的制作方法，其中该第一高温热处理包括在步骤f之后进行。
19.如权利要求14所述的接触窗的制作方法，其中于c步骤与d步骤之间还包括进行一第二高温热处理。
20.如权利要求19所述的接触窗的制作方法，其中该第二高温热处理包括热炉管处理、退火工艺或快速热退火工艺。
21.如权利要求14所述的接触窗的制作方法，其中于d步骤与e步骤之间还包括进行一第三高温热处理。
22.如权利要求21所述的接触窗的制作方法，其中该第三高温热处理包括热炉管处理、退火工艺或快速热退火工艺。
23.如权利要求14所述的接触窗的制作方法，其中于该接触窗开口内形成该阻障层的步骤包括于该接触窗开口表面形成一钛金属层；以及于该钛金属层上形成一氮化钛层。
24.如权利要求14所述的接触窗的制作方法，其中于该衬底上形成该金属层的方法包括化学气相沉积法。
25.如权利要求24所述的接触窗的制作方法，其中该金属层的材质包括钨。
26.如权利要求14所述的接触窗的制作方法，其中平坦化该金属层的方法包括化学机械抛光法。
全文摘要
一种金属插塞的制作方法，是先提供一衬底，且衬底具有至少一开口。之后，于开口表面形成一阻障层，再于衬底上形成一金属层并填满开口。然后，对金属层进行一平坦化工艺，以去除开口以外的金属层。本发明的特征是于衬底上形成金属层之后，至少进行一道高温热处理。本发明由于增加高温热处理，因此能够消除不同膜层之间的内应力，并可降低金属插塞的阻抗值。
文档编号H01L21/70GK1917167SQ20051009213
公开日2007年2月21日 申请日期2005年8月19日 优先权日2005年8月19日
发明者洪宗佑, 黄建中, 谢朝景, 许嘉麟 申请人:联华电子股份有限公司