一种改善半导体工艺流程中铝残留的方法

一种改善半导体工艺流程中铝残留的方法
【专利摘要】本发明提供一种改善半导体工艺流程中铝残留的方法，在硅片上生长铝互连复合金属膜时，在铝复合金属膜中的导电层AlCu与上方的阻挡层金属TiN之间增设一层钛金属层Ti，同时提高导电层AlCu与上方的阻挡层金属TiN的厚度，并降低铝互连复合金属膜的生长温度，通过本发明的方法能够有效改善半导体制造工艺中铝残留的问题。通过现有的设备即可实现，成本几乎没有增加。
【专利说明】一种改善半导体工艺流程中铝残留的方法 【【技术领域】】
[0001] 本发明是关于半导体制程领域，特别是关于一种改善半导体工艺流程中铝残留的 方法。 【【背景技术】】
[0002] 半导体的制程通常包括前段的器件形成的步骤和后段的金属互连的步骤。其中在 连接器件层和外部金线时会用到许多条铝线条，如果铝线条在腐蚀的时候有残留，则会导 致铝条河铝条之间产生漏电甚至导致导通，进而直接影响器件的性能，造成电性能的失效。
[0003] 现有的许多厂商一般会考虑做备件或者靶材的保养来改善铝残留的问题，因为工 艺腔体保养后一般会获得更好的工艺条件，但这增加了制造成本，而且也无法从源头解决 该问题。
[0004] 有些厂商会通过改善铝腐蚀的能力来改善铝的残留，但其结果也不是太理想。 【
【发明内容】
】
[0005] 本发明的目的在于提供一种改善半导体工艺流程中铝残留的方法。
[0006] 本发明的另一目的在于提供一种半导体制造中的铝互连复合金属膜。
[0007] 本发明的再一目的在于提供一种半导体制造中的铝互连复合金属膜的制造方法。
[0008] 为达成前述目的，本发明一种改善半导体工艺流程中铝残留的方法，其包括：
[0009] 在形成铝互连复合金属膜时，在铝复合金属膜中的导电层AlCu与上方的阻挡层 金属TiN之间增设一层钛金属层Ti，同时提高导电层AlCu与上方的阻挡层金属TiN的厚 度，并降低铝互连复合金属膜的生长温度。
[0010] 根据本发明的一个实施例，所述铝互连复合金属膜的导电层AlCu与上方的阻挡 层金属TiN之间的钛金属层Ti的厚度为50?250人，较佳的为150人。
[0011] 根据本发明的一个实施例，所述铝互连复合金属膜的导电层AlCu上方的阻挡层 金属TiN的厚度为为200?500人，较佳的为350A。
[0012] 根据本发明的一个实施例，所述铝互连复合金属膜的生长温度为230度?270度， 较佳的为250度。
[0013] 为达成前述另一目的，本发明一种铝互连复合金属膜，其中该铝互连复合金属膜 包括中间的导电层AlCu、位于导电层AlCu下方的接触层金属和阻挡层金属Ti/TiN，以及位 于导电层上方的阻挡层金属和抗反射涂层TiN。在所述导电层AlCu与上方的阻挡层金属 TiN之间还形成有一层钛金属层Ti。
[0014] 为达成前述再一目的，本发明一种制造铝互连复合金属膜的方法，其包括：
[0015] 在硅片上形成一层接触层金属Ti，
[0016] 在接触层金属Ti上形成一层阻挡层金属TiN ;
[0017] 在阻挡层金属上形成一层导电层AlCu ;
[0018] 在导电层金属AlCu上形成一层钛金属层Ti ;
[0019] 在钛金属层Ti上形成一层阻挡层金属TiN。
[0020] 本发明的半导体制造工艺中，在硅片上生长铝互连复合金属膜时，在铝复合金属 膜中的导电层AlCu与上方的阻挡层金属TiN之间增设一层钛金属层Ti，同时提高导电层 AlCu与上方的阻挡层金属TiN的厚度，并降低铝互连复合金属膜的生长温度，通过本发明 的方法能够有效改善半导体制造工艺中铝残留的问题。通过现有的设备即可实现，成本几 乎没有增加。 【【专利附图】

【附图说明】】
[0021] 图1是现有的技术中制造铝金属连线的示意图。
[0022] 图2是现有的铝互连复合金属膜的结构示意图。
[0023] 图3是本发明的铝互连复合金属膜的结构示意图。
[0024] 图4是本发明的铝互连复合金属膜的制造步骤流程图。
[0025] 图5是本发明的温度下铝金属表面的纹路间隙与现有的温度下铝金属表面纹路 间隙的比较图，其中左图为现有技术的铝纹路间隙图，右图为本发明的铝纹路间隙图。
[0026] 图6是其显示降低铝生长温度后铝残留的统计曲线图。
[0027] 图7是同时采用本发明的两种方法之后铝残留的统计曲线图。 【【具体实施方式】】
[0028] 此处所称的"一个实施例"或"实施例"是指可包含于本发明至少一个实现方式中 的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的"在一个实施例中"并非均指同一 个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0029] 如图1所示，其显示现有的技术中制造铝金属连线的示意图。如图1中所示，在制 造金属互连线时，是先在硅片上生长铝，然后在铝上面涂布一层光刻胶，然后通过掩模板曝 光形成需要刻蚀的形状，之后经过刻蚀去除不需要的光刻胶露出需要腐蚀的铝，然后对铝 金属进行腐蚀以形成需要的互连金属线，腐蚀完铝之后再去除剩余的光刻胶，则形成一层 具有预定形状的金属互连线。其中在硅片上生长完铝之后，铝的表面会出现一定大小的纹 路间隙（grain)，当去除部分光刻胶露出需要腐蚀的铝的时候，由于光刻胶会残留在铝表面 的纹路间隙处，所以在进行铝的腐蚀的时候，由于铝表面纹路间隙处残留有光刻胶，使得该 部分铝无法完全腐蚀，所以会导致铝的残留。
[0030] 因此导致铝残留的根本原因是因为形成铝金属的时候出现有纹路间隙，导致光刻 胶的残留，使得铝无法腐蚀干净而形成铝的残留。所以为解决该问题，必须要么消除铝表面 的纹路间隙，要么减少铝表面纹路间隙处的光刻胶的残留。
[0031] 如图2所示，铝金属连线实际上是由多层金属组成的铝互连复合金属膜，其包括 中间的导电层AlCu、位于导电层AlCu下方的接触层金属和阻挡层金属Ti/TiN，以及位于导 电层上方的阻挡层金属层TiN。现有的铝互连复合金属膜中由于导电层上方的阻挡层金属 层TiN的柱状结构容易使光刻胶随着铝金属表面的纹路间隙处进入铝膜的内部，所以会形 成光刻胶在铝表面纹路间隙处的残留。所以本发明的方法为在生长铝互连复合金属膜时， 在导电层AlCu与上方的阻挡层金属层TiN之间增设一层钛金属层Ti，同时增加导电层上方 的阻挡层金属层TiN的厚度，这样光刻胶即无法进入铝膜内部，在去除光刻胶时即能够减 少光刻胶的残留，进而在刻蚀铝时即能减少铝金属的残留。
[0032] 也就是说，如图3所示，本发明的铝互连复合金属膜，其最终的结构包括最底层的 接触层金属Ti、位于接触层金属Ti上方的阻挡层金属层TiN、位于阻挡层金属层TiN上方 的导电层AlCu、位于导电层AlCu上方的钛金属层Ti以及位于钛金属层Ti上方的阻挡层金 属TiN。也就是铝金属的结构为Ti+TiN+AlCu+Ti+TiN。
[0033] 如图4所示，本发明的铝互连复合金属膜的制造步骤包括：
[0034] 步骤S1 :在硅片上形成一层接触层金属Ti。具体形成的步骤可以是采用物理气 相沉积的方法形成接触层金属Ti。所谓物理气相沉积即利用等离子体中的离子，对被溅镀 物体电极（即：靶材）轰击，使靶面原子脱离靶材运动到圆片表面沉积成膜。由于物理气相 沉积的方法是本领域技术人员应当知道的方法，本发明不再对物理气相沉积的具体步骤细 节以及进行沉积时的压力、温度等等各参数等进行说明。
[0035] 步骤S2 :在接触层金属Ti上形成一层阻挡层金属TiN。具体形成的方法可以通过 物理气相沉积的方法。
[0036] 步骤S3 :在阻挡层金属上形成一层导电层AlCu。具体形成的方法可以通过物理气 相沉积的方法。
[0037] 步骤S4 :在导电层金属AlCu上形成一层钛金属层Ti,其中钛金属层Ti的厚度为 50?250人，较佳的为150A。具体形成的方法可以通过物理气相沉积的方法。
[0038] 步骤S5 :在钛金属层Ti上形成一层阻挡层金属TiN，其中该阻挡层金属TiN的厚 度比现有的铝互连复合金属膜中的TiN的厚度厚，其厚度为200?500A，较佳的为350人。 具体形成的方法可以通过物理气相沉积的方法。
[0039] 以上是通过减少光刻胶在铝金属表面的纹路间隙处残留的方法来减少铝金属的 残留。如前所述，如果能够减少铝金属表面的纹路间隙，则更不会存在光刻胶在铝金属表面 的纹路间隙处的残留。所以本发明的进一步的解决方法为减少铝金属表面的纹路间隙，具 体的方法为控制铝金属生长时的温度。现有的铝金属的生长温度通常为300度，而本发明 的铝金属的生长温度降低为250度，期间有正负20度的波动，也即铝金属的生长温度降低 为230?270度。
[0040] 如图5所示，其显示本发明的温度下铝金属表面的纹路间隙与现有的温度下铝金 属表面纹路间隙的比较，从图中可以看出采用本发明的方法的铝金属表面的纹路间隙明显 比现有的温度下铝金属表面的纹路间隙少。
[0041] 如图6所示，其显示降低铝生长温度后铝残留的统计曲线图，由图中可以看出，由 于降低铝生长温度之后，铝金属表面的纹路间隙的减少使得铝残留的情况也大大减少。
[0042] 根据以上的说明，本发明的方法，一种是通过在铝复合金属膜中的导电层AlCu与 上方的阻挡层金属TiN之间增设一层钛金属层Ti，同时提高导电层AlCu与上方的阻挡层金 属TiN的厚度，来减少光刻胶在铝金属表面纹路间隙处的残留，进而改善铝金属的残留； 另外一种方法是通过降低铝互连复合金属膜的生长温度，而今少铝金属表面纹路间隙的生 长，光刻胶在铝金属表面纹路间隙处的残留，进而改善铝金属的残留。当然本发明也可以将 两种方法同时实施，即在铝复合金属膜中的导电层AlCu与上方的阻挡层金属TiN之间增设 一层钛金属层Ti，同时提高导电层AlCu与上方的阻挡层金属TiN的厚度，并且降低铝互连 复合金属膜的生长温度。
[0043] 如图7所示，其显示本发明通过在铝复合金属膜中的导电层AlCu与上方的阻挡层 金属TiN之间增设一层钛金属层Ti，同时提高导电层AlCu与上方的阻挡层金属TiN的厚 度，并且降低铝互连复合金属膜的生长温度之后铝残留的曲线图。由图中可以看出采用本 发明的方法之后铝残留的数量为0,可以证明本发明的方法能够充分改善半导体工艺流程 中错的残留。
[0044] 本发明的半导体制造工艺中，在硅片上生长铝互连复合金属膜时，在铝复合金属 膜中的导电层AlCu与上方的阻挡层金属TiN之间增设一层钛金属层Ti，同时提高导电层 AlCu与上方的阻挡层金属TiN的厚度，并降低铝互连复合金属膜的生长温度，通过本发明 的方法能够有效改善半导体制造工艺中铝残留的问题。通过现有的设备即可实现，成本几 乎没有增加。
[0045] 上述说明已经充分揭露了本发明的【具体实施方式】。需要指出的是，熟悉该领域的 技术人员对本发明的【具体实施方式】所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。 相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述【具体实施方式】。
【权利要求】
1. 一种改善半导体工艺流程中铝残留的方法，其包括： 在形成铝互连复合金属膜时，在铝复合金属膜中的导电层A1CU与上方的阻挡层金属 TiN之间增设一层钛金属层Ti，同时提高导电层AlCu与上方的阻挡层金属TiN的厚度，并 降低铝互连复合金属膜的生长温度。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铝互连复合金属膜的导电层AlCu与上 方的阻挡层金属TiN之间的钛金属层Ti的厚度为50?250A，较佳的为150A。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铝互连复合金属膜的导电层AlCu上方 的阻挡层金属TiN的厚度为200?500A，较佳的为350A。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铝互连复合金属膜的生长温度为230 度?270度，较佳的为250度。
5. -种铝互连复合金属膜，其中该铝互连复合金属膜包括中间的导电层AlCu、位于导 电层AlCu下方的接触层金属和阻挡层金属Ti/TiN，以及位于导电层上方的阻挡层金属和 抗反射涂层TiN ;其特征在于：在所述导电层AlCu与上方的阻挡层金属TiN之间还形成有 一层钛金属层Ti。
6. 如权利要求5所述的铝互连复合金属膜，其特征在于：所述铝互连复合金属膜的 导电层AlCu与上方的阻挡层金属TiN之间的钛金属层Ti的厚度为50?250人，较佳的为 150A。
7. 如权利要求5所述的铝互连复合金属膜，其特征在于：所述铝互连复合金属膜的导 电层AlCu上方的阻挡层金属TiN的厚度为200?500A，较佳的为350人。
8. -种制造铝互连复合金属膜的方法，其包括： 在娃片上形成一层接触层金属Ti， 在接触层金属Ti上形成一层阻挡层金属TiN ; 在阻挡层金属上形成一层导电层AlCu ; 在导电层金属AlCu上形成一层钛金属层Ti ; 在钛金属层Ti上形成一层阻挡层金属TiN。
9. 如权利要求8所述的制造铝互连复合金属膜的方法，其特征在于：所述铝互连复合 金属膜的导电层AlCu与上方的阻挡层金属TiN之间的钛金属层Ti的厚度为50?250A， 较佳的为150A,所述铝互连复合金属膜的导电层AlCu上方的阻挡层金属TiN的厚度为 200?500人，较佳的为350人。
10. 如权利要求8所述的制造铝互连复合金属膜的方法，其特征在于：所述铝互连复合 金属膜的生长温度为230度?270度，较佳的为250度。
【文档编号】H01L23/532GK104124204SQ201310157974
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月28日 优先权日:2013年4月28日
【发明者】马宜攒, 闵炼锋, 刘长安 申请人:无锡华润上华科技有限公司