专利名称：在半导体器件中形成金属布线的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件，且特别涉及一种用于形成器件的金属布线 的方法，该方法能够有效防止在金属布线工艺的后续退火工艺中出现的小丘 现象(hillock phenomenon)。
背景技术：
半导体技术的方案已集中于用于各种用途、具有增强存储容量的高速半 导体器件。为取得这样的性能，已开发出集成度、反应速度和金属布线工艺 得到改进的半导体器件。
金属布线工艺可能需要通过将硅之上和/或上方的半导体集成电路中的 各个晶体管互连，来实现构成电路的供电路径和信号传送路径。在此领域中， 非存储器器件引领着该技术。
半导体器件的金属布线层可由铜、钨、铝或它们的任何合金来形成。金 属布线层可起到与器件接触、将器件之间互连以及将芯片与外部电路之间连 接等等作用。
半导体器件的集成度增加了 ，并且金属布线的尺寸已经变得如此之小， 以致为了确保金属布线的电阻，要以扩展金属布线的厚度的方式来形成布线。
如图1所例示，使用溅射法，可以在设置有预定下部结构的半导体衬底 的下部绝缘夹层110之上和/或上方，沉积第一 Ti膜120和第一 TiN膜130。 可在TiN膜130之上和/或上方形成Al膜140。可随后顺序沉积第二 Ti膜150 和第二TiN膜160。
此后，可在第二TiN膜160之上和/或上方涂敷并图案化光致抗蚀剂，以 形成预定图案。此后，可在包括多层膜的Al布线堆叠结构上利用上述图案执 行干法刻工艺，上述多层膜由形成于Al膜140下方的第一 Ti膜120和第一
TiN膜130以及形成于Al膜140之上和/或上方的第二 Ti膜150和第二 TiN 膜160构成。
可形成上部层间介电层170，以在使用蚀刻工艺形成的多个A1布线堆叠 结构图案之间进行绝缘。
当使用溅射法沉积Al膜140时，可逐渐升温以通过增大金属晶粒的尺寸 来降低电阻并增强电迁移(EM)特性。因此，晶界可增大到使得金属晶粒的 尺寸增大的程度，且特别是在三相点(triplepoint)处晶界的凹陷(recession) 也随着Al的厚度变得更厚而增大。
如果在这种情况下执行后续退火工艺，那么为了解决由于A1与用作半导 体衬底的Si之间的热膨胀系数的差异而产生的应力，Al就会沿着晶界移动， 从而在表面上形成小丘并生长。
为了防止这类现象的发生，在Al之上和/或上方形成了 Ti/Tin。能够防 止小丘现象的膜是TiN膜。然而，如果TiN膜形成得过厚，它就可能降低布 线的电阻。所以，在扩展用于防止小丘现象的TiN的厚度上是有局限的。
发明内容
本发明实施例涉及一种用于形成半导体器件的金属布线的方法，该方法 能够有效防止在金属布线工艺的后续退火工艺中出现的小丘现象。
本发明实施例涉及一种用于形成半导体器件的金属布线的方法，该方法 包括以下步骤至少其中之一在包括预定下部结构的半导体衬底上方形成层 间绝缘层；在所述层间绝缘层上方形成A1布线堆叠结构，其中所述A1布线 结构由包括Al布线膜和第一 Ti基膜的多个膜构成，且第一 Ti基膜形成于所 述Al布线膜上方；在所述Al布线膜与所述第一 Ti基膜之间的界面形成Al 生长停止膜；且随后在所述层间绝缘层上方形成多个Al布线堆叠结构图案。
本发明实施例涉及一种用于形成半导体器件的金属布线的方法，该方法 包括以下步骤至少其中之一在包括预定下部结构的半导体衬底上方形成层 间绝缘层；在所述层间绝缘层上方形成A1布线堆叠结构，其中所述A1布线 结构由包括Al布线膜和第一 Ti基膜的多个膜构成，且第一 Ti基膜形成于所 述Al布线膜上方；在所述层间绝缘层之上形成多个Al布线堆叠结构图案； 且随后在所述Al布线膜与所述第一 Ti基膜之间的界面形成Al生长停止膜。
本发明实施例涉及一种用于半导体器件的金属布线结构，该半导体器件 包括层间绝缘层，形成于半导体衬底上方；多个A1布线堆叠结构图案，形 成于所述层间绝缘层之上。根据本发明实施例，所述多个A1布线堆叠结构图
案由包括A1布线膜、第一 Ti基膜和Al生长停止膜的多个膜构成，第一Ti 基膜形成于所述Al布线膜上，且Al生长停止膜形成于所述Al布线膜与所述 第一Ti基膜之间。
本发明能够有效防止在金属布线工艺的后续退火工艺中出现的小丘现象。
图1示出用于形成半导体器件的金属布线的方法。 图2A至图5C示出根据本发明实施例用于形成半导体器件的金属布线的 方法。
具体实施例方式
如示例性的图2A所示，可在具有预定下部结构的半导体衬底之上和/或 上方形成第一层间绝缘层210。可在第一层间绝缘层210之上和/或上方顺序 形成第一 Ti膜220和第一 TiN膜230。可在第一 TiN膜230上方设置第一金 属布线240，第一金属布线240可由铝(Al)构成。可在包括第一 Al布线240 的第一层间绝缘层210之上和/或上方顺序形成第二 Ti膜250和第二 TiN膜 260，以形成具有多个膜的A1堆叠结构。可用溅射法来沉积上述的多个膜和 布线。
可将氮化物离子注入包括设置有多个膜的Al布线堆叠结构的半导体衬 底中。氮化物离子可用作反应离子，使用离子注入法将其注入到第一 Al布线 240与第二 Ti膜250之间的界面中。
如示例性的图2B所示，注入的氮化物离子在第一 Al布线240与第二 Ti膜250之间的界面中与第二 Ti膜250反应，从而在第一 Al布线240与第 二 Ti膜250之间薄薄地且精细地形成由TiN构成的第一 Al生长停止膜270，。
第一 Al生长停止层270可用于抑制Al在第一 Al布线240中的移动，而 这又防止了因在Al布线堆叠结构上进行后续退火而形成小丘。
可通过在Al布线之上和/或上方直接形成由TiN和Al203至少其中之一 构成的生长停止膜，来形成第一 Al生长停止膜270。然而，如果第一A1生 长停止膜270是利用沉积工艺或氧化工艺形成的，就难以控制膜的厚度，而 这又可能增加导线电阻。
因此，根据本发明实施例，在形成设置有多个膜的A1布线堆叠结构之后， 即可利用氮化物离子或氧离子来运用离子注入法。然后，可在期望的位置注 入反应离子并使其发生反应，以形成第一A1生长停止膜270。所以，能够防 止半导体器件的可靠性因形成小丘而退化，同时还使得布线特性的退化最小 化。
如示例性的图2C所示，为了在第一层间绝缘层210之上和/或上方形成 多个Al布线堆叠结构图案，可在包括有由TiN形成的第一 Al生长停止膜270 的A1布线堆叠结构上执行干蚀刻。此后，通过执行后续工艺如退火等等，来 得到预定的半导体器件。
如示例性的图3A所示，可在具有预定下部结构的半导体衬底之上和/或 上方形成第二层间绝缘层310。可在第二层间绝缘层310之上和/或上方顺序 形成第三Ti膜320和第三TiN膜330。可在第二 TiN膜330上方设置第二金 属布线340，第二金属布线340可由铝(Al)构成。可在包括第二 Al布线340 的第二层间绝缘层310之上和/或上方顺序形成第四Ti膜350和第四TiN膜 360，以形成具有多个膜的A1堆叠结构。可利用溅射法作为沉积膜和布线的 方式。
如示例性的图3B所示，可在A1布线堆叠结构上执行干蚀刻，以在第二 层间绝缘层310之上和/或上方形成多个Al布线堆叠结构图案。
如示例性的图3C所示，可随后使用离子注入法，将作为反应离子的氮 化物离子注入到每个Al布线堆叠结构图案中的第二 Al布线340图案与第四 Ti膜350之间的界面内。
注入的氮化物离子可在第二 Al布线340与第四Ti膜350之间的界面中 发生反应，从而在第二 Al布线340与第四Ti膜350之间形成第二 Al生长停 止膜370。
如示例性的图4A所示，可在具有预定下部结构的半导体衬底之上和/或 上方形成第三层间绝缘层410。可在第三层间绝缘层410之上和/或上方顺序
形成第五Ti膜420和第五TiN膜430。可在第五TiN膜430上方设置第三金 属布线440，第三金属布线440可由铝(Al)构成。可在包括第三Al布线440 的第三层间绝缘层410之上和/或上方顺序形成第六Ti膜450和第六TiN膜 460，以形成具有多个膜的A1堆叠结构。可利用溅射法作为沉积膜和布线的 方式。
在形成A1布线堆叠结构之后，可随后使用离子注入法，将作为反应离子 的氧离子注入到第三Al布线440图案与第六Ti膜450之间的界面内。可替 换地，可用离子注入法，将作为反应离子的氮化物离子注入到第三Al布线 440图案与第六Ti膜450之间的界面内。
如示例性的图4B所示，注入的氧离子与第三Al布线440中的Al反应， 从而在第三Al布线440图案与第六Ti膜450之间形成薄的一层由八1203构 成的第三Al生长停止膜470。第三Al生长停止层470能够抑制Al的移动， 因而能在后续退火期间防止在Al布线堆叠结构上形成小丘。并且还能减少布 线特性的退化。
如示例性的图4C所示，可在所得到的包括第三Al生长停止膜470的 Al布线堆叠结构上执行干蚀刻，以在第三层间绝缘层410之上和/或上方形 成多个Al布线堆叠结构图案。
如示例性的图5A所示，可在第四层间绝缘层510之上和/或上方顺序形 成第七Ti膜520、第七TiN膜530、第四A1布线540、第八Ti膜550以及 第八TiN膜560。第四层间绝缘层510可形成于具有预定下部结构的半导体 衬底之上和/或上方。第七Ti膜520和第七TiN膜530可形成于第四层间绝 缘层410之上和/或上方。第四金属布线540可设置于第七TiN膜530上方， 第四金属布线540可由铝(Al)构成。第八Ti膜550和第八TiN膜560可形 成于包括第四Al布线540的第四层间绝缘层510之上和/或上方，以形成具 有多个膜的Al堆叠结构。可利用溅射法作为沉积膜和布线的方式。
如示例性的图5B所示，可在A1布线堆叠结构上执行干蚀刻，以在第四 层间绝缘层510之上和/或上方形成多个Al布线堆叠结构图案。
如示例性的图5C所示，可随后执行离子注入法，以将作为反应离子的 氧离子注入每个Al布线堆叠结构图案中的第四Al布线540图案与第八Ti 膜550之间的界面中。
注入的氧离子在第四Al布线540图案与第八Ti膜550之间的界面发生 反应，从而在第四Al布线540图案与第八Ti膜550之间形成第四Al生长停 止膜570。第四Al生长停止膜570可由^203构成。
因此根据本发明实施例，在Al布线堆叠结构形成之后形成金属布线结构 的方法中，可将氮化物或氧离子注入Al布线与Ti膜之间的界面中，以与Ti 膜或A1布线反应。这些反应防止在后续退火处理期间形成小丘。特别是，这 类实施例提供了一种由TiN和A1203至少其中之一构成的Al生长停止膜，该 Al生长停止膜位于Al布线与TiN膜之间，用以抑制A1的移动，从而提高了 半导体器件的可靠性。
尽管本说明书已描述了本发明实施例，但应理解，本领域技术人员可以 构想出许多其它的修改方案和实施例，而这些修改方案和实施例均将落入本 说明书的精神和所公开原理的范围内。更具体地说，在本说明书、附图和所 附权利要求的范围内，对组成部件和/或附属的组合排列的排列进行各种变更 与改型。除了组成部件和/或排列的变更与修改之外，本发明的多种用途对本 领域技术人员而言也是显而易见的。
权利要求
1.一种方法，包括在包括预定下部结构的半导体衬底上形成层间绝缘层；在所述层间绝缘层上形成Al布线堆叠结构，其中所述Al布线堆叠结构由包括Al布线膜和第一Ti基膜的多个膜构成，且所述第一Ti基膜形成于所述Al布线膜上；在所述Al布线膜与所述第一Ti基膜之间的界面形成Al生长停止膜；且随后在所述层间绝缘层上形成多个Al布线堆叠结构图案。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述多个A1布线堆叠结构图案是 使用干蚀刻工艺形成的，而所述Al生长停止膜是使用离子注入法形成的。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述离子注入法包括将反应离子注 入所述Al布线膜与所述第二 Ti基膜之间的界面中。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述反应离子包括氮化物离子。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述Al生长停止膜包含TiN。
6. 根据权利要求3所述的方法，其中所述反应离子包括氧离子。
7. 根据权利要求5所述的方法，其中所述Al生长停止膜包含Al203。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述多个膜还包括形成于所述Al 布线膜与所述层间绝缘层之间的第二 Ti基膜和第三Ti基膜以及形成于所述 第一Ti基膜上的第四Ti基膜。
9. 根据权利要求4所述的方法，其中所述第一Ti基膜和所述第二Ti基 膜包括Ti膜而所述第二 Ti基膜和所述第四Ti基膜包括TiN膜。
10. —种方法，包括在包括预定下部结构的半导体衬底上形成层间绝缘层； 在所述层间绝缘层上形成Al布线堆叠结构，其中所述Al布线堆叠结构由包括Al布线膜和第一 Ti基膜的多个膜构成，且所述第一 Ti基膜形成于所述A1布线膜上；在所述层间绝缘层上形成多个A1布线堆叠结构图案；且随后 在所述Al布线膜与所述第一 Ti基膜之间的界面形成Al生长停止膜。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中所述多个Al布线堆叠结构图案 是使用干蚀刻工艺形成的，而所述Al生长停止膜是使用离子注入法形成的。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中所述离子注入法包括将反应离子 注入所述Al布线膜与所述第二 Ti基膜之间的界面中。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述反应离子包括氮化物离子。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中所述Al生长停止膜包含TiN。
15. 根据权利要求12所述的方法，其中所述反应离子包括氧离子。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述Al生长停止膜包含A1203。
17. 根据权利要求1所述的方法，其中所述多个膜还包括形成于所述A1 布线膜与所述层间绝缘层之间的第二 Ti基膜和第三Ti基膜以及形成于所述 第一Ti基膜上的第四Ti基膜。
18. —种装置，包括 层间绝缘层，形成于半导体衬底上； 多个A1布线堆叠结构图案，形成于所述层间绝缘层上； 其中所述多个Al布线堆叠结构图案由包括Al布线膜、第一 Ti基膜以及Al生长停止膜的多个膜构成，所述第一 Ti基膜形成于所述Al布线膜上方， 且所述Al生长停止膜形成于所述Al布线膜与所述第一 Ti基膜之间。
19. 根据权利要求18所述的装置，其中所述多个膜还包括形成于所述 Al布线膜与所述层间绝缘层之间的第二 Ti基膜和第三Ti基膜以及形成于所 述第一 Ti基膜上的第四Ti基膜。
20. 根据权利要求19所述的装置，其中所述第一 Ti基膜和所述第二 Ti 基膜包括Ti膜，所述第二 Ti基膜和所述第四Ti基膜包括TiN膜，并且所述 Al生长停止膜包含TiN和A1203至少其中之一。
全文摘要
一种用于形成半导体器件的金属布线的方法，该方法能够有效防止在金属布线工艺的后续退火工艺中出现的小丘现象。这种用于形成半导体器件的金属布线方法包括通过使注入的反应离子与Ti膜或Al布线膜中的Al反应，在Al布线膜的上界面上形成Al生长停止膜。
文档编号H01L21/70GK101192567SQ200710193499
公开日2008年6月4日 申请日期2007年11月27日 优先权日2006年11月27日
发明者金万植 申请人:东部高科股份有限公司