专利名称：改善传输性能的金属导线结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种金属导线结构及其制造方法，特别涉及一种改善传输性能的金属导线结 构及其制造方法。
背景技术：
近年来金属导线在超大规模集成电路(VLSI)组件上的作用，除了作为传导电流的主要 媒介之外，还用来连接并整合组件上的各个晶体管和其它组件。因此，被选用的导线材料， 除了必须能够长期的执行电流的传导之外，还须能够与芯片的基底材料-硅，在物化性质上能 够一起稳定的共存才行。
例如图l所示的现有技术，在传统半导体基底30上形成的铝化铜导线34，导线下层皆具 有一第一钛/氮化钛层32，上层也具有一相同的第二钛/氮化钛层36，但铝化铜导线侧壁是裸 露的，不具有任何的间隙壁，因此很容易造成介层窗毒化(poison via)现象，而影响传输效 能。
当金属导线在传导电流的状态时，因为电场的影响，电子将会沿着导线的芯片边界(Grain Boundary),随着电子的流动而移动，这种现象我们称之为"电子迁移"(Electromigration)， 高电场所引起的热电子或短沟道效应会导致电子在沟道中加速。其中最热、最快的电子将损 坏漏极附近的氧化层和接口，并改变晶体管阈值和迁移率。由于迁移效应将随着器件工作时 间的增加而不断积累，电阻值也会随之增高，最终阈值的漂移太大时，金属导线就不能满足 技术指标的要求，因此如何降低这种现象发生。
针对上述技术问题，本发明提供一种改善传输性能的金属导线结构及其制造方法，以有 效克服现有缺点。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种改善传输性能的金属导线结构及其制造方法，通过金 属有机化学气相沉积法，将氮化钛沉积在半导体基底的金属导线上，最后利用非等向反应性 离子刻蚀，使氮化钛在金属导线侧壁形成一阻挡层，有效降低导线的电阻值。
本发明的另一目的在于，提供一种改善传输性能的金属导线制造方法，对该氮化钛薄膜 层进行一脉冲式等离子处理，以去除该氮化钛薄膜层中的杂质。
本发明的又一目的在于，提供一种改善传输性能的金属导线制造方法，通过该氮化钛间隙壁，可以有效降低传统金属导线中的电子迁移效应，相对地增加金属导线中的电子流。
本发明的再一目的在于，提供透一种改善传输性能的金属导线制造方法，当金属导线断 掉时，电子流也会顺着阻挡层形成的信道，透过金属导线表面流通，达到传导的效果，增加 产品的生命周期。
本发明的另一目的在于，提供透一种改善传输性能的金属导线制造方法，暴露的金属导 线侧壁会造成介层窗毒化(poison via)现象，靠着氮化钛间隙壁形成的阻挡层可以隔离预防 介层窗毒化现象发生。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案
一种改善传输性能的金属导线结构， 一半导体基底，在基底上设有第一钛/氮化钛层，将 金属导线设置在第一钛/氮化钛层上与半导体基底连接，在导线上方设置有第二钛/氮化钛层， 利用有机化学气相沉积法，沉积氮化钛间隙壁在金属导线侧壁上，作为一阻挡层。
本发明提供一种改善传输性能的金属导线制造方法，其步骤为在半导体基底上先沉积 第一钛/氮化钛层，将金属导线形成在第一钛/氮化钛层上，并沉积第二钛/氮化钛层在金属导 线上方；利用金属有机化学气相沉积法，在金属导线侧壁及上方沉积氮化钛薄膜层，并对此
氮化钛薄膜层进行一脉冲式等离子处理，去除该氮化钛薄膜层中的杂质，再利用非等向反应 性离子刻蚀，使氮化钛薄膜层只在金属导线侧壁上形成氮化钛间隙壁，作为一阻挡层。 以下结合附图及实施例进一步说明本发明。
图l为现有技术结构剖视图。
图2(a)到图2(d)为本发明在制作金属导线结构的各步骤结构剖视图。
图3(a)及图3(b)为本发明的另一实施例结构剖视图。
标号说明
10半导体基底
12第一钛/氮化钛层
14金属导线
16第二钛/氮化钛层
18氮化钛薄膜层
20钛薄膜层
22氮化钛间隙壁
24钛间隙壁
526金属层
30半导体基底
32第一钛/氮化钛层
34铝化铜导线
36第二钛/氮化钛层
具体实施例方式
本发明在改善传输性能的金属导线结构及其制造方法，通过有机化学气相沉积法，沉积 氮化钛间隙壁在金属导线侧壁形成一阻挡层，抑制电子迁移进而达到降低金属导线电阻率、 防止因金属导线侧壁暴露而造成介层窗毒化(poison via)现象，可延长金属导线的使用寿命。
图2(a)至图2(d)为本发明在制作金属导线的各步骤构造剖视图，如图2(a)所示，首先提 供一半导体基底10，在半导体基底10上已具有M0S组件(图中未示)，然后在半导体基底10 表面先沉积有一第一钛/氮化钛层12，再将一金属层26沉积在第一钛/氮化钛层12上，金属 层26的材料可为铝化铜；在金属层26上方再沉积有一第二钛/氮化钛层16;利用显影刻蚀技 术工艺，除去半导体基底10上的部分金属层26及第一、第二钛/氮化钛层12、 16，如图2(b) 所示，使剩余的部分金属层26作为金属导线14;再利用一金属有机化学气相沉积法(MOCVD)， 如图2(c)所示，在半导体基底10和第二钛/氮化钛层16表面及金属导线14的侧壁沉积一层 氮化钛薄膜层18，沉积厚度约为100埃 300埃，并对氮化钛薄膜层18进行一脉冲式等离子 处理，去除氮化钛薄膜层18中的碳氢类杂质。
最后请参阅图2(d),经过非等向反应性离子刻蚀，去除部分半导体基底10和第二钛/氮 化钛层16表面的氮化钛薄膜层18，使残留下来的氮化钛薄膜层18作为氮化钛间隙壁22，而 该氮化钛间隙壁22只位于金属导线14的侧壁上，作为一阻挡层。
另外，本发明除了上述实施例之外，更具有另一实施例，请同时参阅图3(a)及图3(b)， 在沉积氮化钛薄膜层18步骤之前，可先在半导体基底10和第二钛/氮化钛层16表面及金属 导线14侧壁上，利用离子化金属等离子沉积法，先形成一钛薄膜层(IMPTi)20，其中钛薄膜 层20厚度为100埃 200埃，此时氮化钛薄膜层18之厚度则为100埃 200埃；氮化钛薄膜 层18与钛薄膜层20经非等向反应性离子刻蚀后，最后只在金属导线14侧壁上形成钛间隙壁 24与氮化钛间隙壁22的阻挡层。
由于电子迁移效应将随着器件工作时间的增加而不断积累，电阻值也会随之增高，最终 阈值的漂移太大时，电子组件就会发生短路，本发明改善传输性能的金属导线结构及其制造 方法，主要是在铝化铜导线侧壁上形成氮化钛间隙壁22，氮化钛使用在金属导线上，其阻挡层的功用，可以提升金属导线对电子迁移问题的免疫能力，进而降低导线电阻率，增加导线 中的电子流，当金属导线内部发生中断时，因为有阻挡层包覆着导线，所以电子流仍可透过 导线表层继续在阻挡层提供的信道内传导电子流，而达到相同的效果。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域内的技术人 员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡
依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
权利要求
1、 一种改善传输性能的金属导线制造方法，其特征在于包括以下步骤提供一半导体基底，在该基底上已形成有MOS组件；在该半导体基底表面形成一金属导线，并在该金属导线上方先沉积有一第一钛/氮化钛层；利用一金属有机化学气相沉积法(MOCVD)，在该半导体基底和该第二钛/氮化钛层表面及侧壁上沉积一氮化钛薄膜层，并对该氮化钛薄膜层进行一脉冲式等离子处理，去除该氮化钛薄膜层中的杂质；以及用非等向反应性离子刻蚀，去除部分该半导体基底和该第二钛/氮化钛层表面的该氮化钛薄膜层，使剩余的该氮化钛间隙壁只位于该金属导线侧壁上，以作为一阻挡层。
2、 根据权利要求1所述的改善传输性能的金属导线制造方法，其特征在于该金属导线材料 为铝化铜。
3、 根据权利要求1所述的改善传输性能的金属导线制造方法，其特征在于在该半导体基底 上形成该金属导线步骤之前，可在该半导体基底上先形成一第一钛/氮化钛层。
4、 根据权利要求1所述的改善传输性能的金属导线制造方法，其特征在于该氮化钛薄膜层 沉积厚度为100埃 300埃。
5、 根据权利要求1所述的改善传输性能的金属导线制造方法，其特征在于在沉积该氮化钛薄膜层步骤之前，在该半导体基底及该金属导线侧壁和该第二钛/氮化钛层上，利用一离子化金属等离子沉积法，先形成一钛薄膜层(IMPTi)，使该氮化钛薄膜层与该钛薄膜层经非等向反应性离子刻蚀后，形成该阻挡层。
6、 根据权利要求5所述的改善传输性能的金属导线制造方法，其特征在于该钛间隙壁厚度为100埃 200埃，且该氮化钛间隙壁厚度为100埃 200埃，成为一阻挡层。
7、 根据权利要求1所述的改善传输性能的金属导线制造方法，其特征在于该氮化钕薄膜层中的杂质为一碳氢类杂质。
8、 一种改善传输性能的金属导线结构，其特征在于包括 一半导体基底，在该基底上己形成有MOS组件； 一第一钛/氮化钛层，在该半导体基底上；一金属导线，设置在该第一钛/氮化钛层上与该半导体基底连接，在该导线上方设置有一 第二钛/氮化钛层；以及一氮化钕间隙壁，利用有机化学气相沉积法设置在该金属导线侧壁上，以作为一阻挡层。
9、 根据权利要求8所述的改善传输性能的金属导线结构，其特征在于该金属导线材料为铝 化铜。
10、根据权利要求8所述的改善传输性能的金属导线结构，其特征在于该氮化钛间隙壁厚度为100埃 300埃。
11、 根据权利要求8所述的改善传输性能的金属导线结构，其特征在于在该氮化钛间隙壁与该金属导线侧壁间还设置有一钛间隙壁。
12、 根据权利要求11所述的改善传输性能的金属导线结构，其特征在于该钛间隙壁厚度为100埃 200埃，且该氮化钛间隙壁厚度为100埃 200埃，成为一阻挡层。
全文摘要
本发明利用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)，将氮化钛(TiN)形成的薄膜沉积在该半导体铝铜合金导线的侧壁上，经过非等向反应性离子刻蚀(anisotropy RIE)后可以增加金属导线的传输性能，和增加金属信道边缘的覆盖性，此举不但可降低铝化铜金属导线的电阻值，还可有效地增加电子流。
文档编号H01L23/522GK101286472SQ200710039428
公开日2008年10月15日 申请日期2007年4月12日 优先权日2007年4月12日
发明者易万兵 申请人:上海宏力半导体制造有限公司