顶层金属薄膜结构以及铝制程工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件及其制造领域，更具体地说，本发明涉及一种顶层金属薄膜结构以及采用所述以及铝制程工艺方法的铝制程工艺方法。
【背景技术】
[0002]目前，对于Al制程工艺，较常见的顶层金属薄膜结构是Ti/TiN/Al/Ti/TiN(如图1所示)和Ti/TiN/Al/TiN(如图2所示)。
[0003]在顶层金属沉积后，往往会增加或调整热处理工艺的顺序来修复前面工艺造成的损伤。
[0004]如果采用Ti/TiN/Al/Ti/TiN的薄膜结构，则额外的热处理工艺会使顶层金属上的Ti和Al反应，生成TiAl3,使得后续的钝化层蚀刻不能完全去除掉这一 TiAl化合物，导致焊盘表面存在有很严重的Ti残留，会造成后续的键合工艺失效。
[0005]另一方面，如果采用Ti/TiN/Al/TiN的薄膜结构，这可以很好地解决焊盘表面Ti残留的问题，但这会带来副作用，即顶层金属线蚀刻之后的冠状缺陷(crown defect)。这是由于没有了延展性良好的Ti做保护，顶部的TiN很容易开裂，接着金属层光刻过程中的显影液与去离子水和Al反应，生成了难以蚀刻掉的Al2O3，最后金属层刻蚀之后就会存在冠状缺陷残留。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种既能够解决焊盘表面Ti残留的问题又能够防止冠状缺陷的新颖的顶层金属薄膜结构和铝制程工艺方法。
[0007]为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种顶层金属薄膜结构，包括:从下至上依次连续层叠的第一材料层、第二材料层、第三材料层、第四材料层、第五材料层和第六材料层；其中，第一材料层和第五材料层的材料是Ti ;第二材料层、第四材料层和第六材料层的材料是TiN ;第三材料层为Al层。
[0008]优选地，所述顶层金属薄膜结构用于铝制程工艺。
[0009]优选地，第三材料层的厚度大于第一材料层、第二材料层、第四材料层、第五材料层和第六材料层的厚度。
[0010]优选地，第一材料层的厚度、第四材料层的厚度、第五材料层的厚度和第六材料层的厚度大致相同，第二材料层的厚度大于第一材料层、第四材料层、第五材料层和第六材料层的厚度，而且这些材料层厚度都可以进行微调。
[0011]而且，根据本发明，提供了一种铝制程工艺方法，包括:形成顶层金属薄膜结构；对顶层金属薄膜结构进行光刻和刻蚀；形成钝化氧化物层；形成钝化氮化硅层；执行热处理。
[0012]优选地，所述顶层金属薄膜结构包括从下至上依次连续层叠的第一材料层、第二材料层、第三材料层、第四材料层、第五材料层和第六材料层；其中，第一材料层和第五材料层的材料是Ti ;第二材料层、第四材料层和第六材料层的材料是TiN ;第三材料层为Al层。
[0013]优选地，第三材料层的厚度大于第一材料层、第二材料层、第四材料层、第五材料层和第六材料层的厚度。
[0014]优选地，第一材料层的厚度、第四材料层的厚度、第五材料层的厚度和第六材料层的厚度大致相同，第二材料层的厚度大于第一材料层、第四材料层、第五材料层和第六材料层的厚度，而且这些材料层厚度都可以进行微调。
[0015]本发明提供了一种新的顶层金属薄膜结构，一方面将Ti与Al隔离，同时为保证原有Al上Ti薄膜的作用，将该Ti膜夹在两层TiN中间，即将顶层金属上部的薄膜做成TiN/Ti/TiN的三明治结构；从而，采用顶层金属薄膜结构，既能得到无Ti残留的焊盘，又没有顶层金属线蚀刻后的冠状缺陷
【附图说明】
[0016]结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中:
[0017]图1示意性地示出了根据现有技术的顶层金属薄膜结构Ti/TiN/Al/Ti/TiN。
[0018]图2示意性地示出了根据现有技术的顶层金属薄膜结构Ti/TiN/Al/TiN。
[0019]图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的顶层金属薄膜结构。
[0020]需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
【具体实施方式】
[0021]为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
[0022]为了既能得到无Ti残留的焊盘，又没有顶层金属线蚀刻后的冠状缺陷，本发明提供了一种新的顶层金属薄膜结构:一方面将Ti与Al隔离，同时为保证原有Al上Ti薄膜的作用，将此Ti膜夹在两层TiN中间，即将顶层金属上部的薄膜做成TiN/Ti/TiN的三明治结构。
[0023]图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的顶层金属薄膜结构。具体地，根据本发明优选实施例的顶层金属薄膜结构用于Al制程工艺。
[0024]如图3所示，根据本发明优选实施例的顶层金属薄膜结构包括从下至上依次连续层叠的第一材料层10、第二材料层20、第三材料层30、第四材料层40、第五材料层50和第六材料层60 ;其中，第一材料层10和第五材料层50的材料是Ti ;第二材料层20、第四材料层40和第六材料层60的材料是TiN ;第三材料层30为Al层。
[0025]其中，一般，第三材料层30 (Al层)的厚度大于第一材料层10、第二材料层20、第四材料层40、第五材料层50和第六材料层60的厚度。
[0026]优选地，第一材料层10的厚度、第四材料层40的厚度、第五材料层50和第六材料层60的厚度大致相同，第二材料层20的厚度大于第一材料层10、第四材料层40、第五材料层50和第六材料层60的厚度，并可以进行微调。
[0027]相应地，本发明的另一优选实施例提供了一种铝制程工艺方法，包括:
[0028]形成顶层金属薄膜结构；所述顶层金属薄膜结构包括从下至上依次连续层叠的第一材料层10、第二材料层20、第三材料层30、第四材料层40、第五材料层50和第六材料层60 ;其中，第一材料层10和第五材料层50的材料是Ti ;第二材料层20、第四材料层40和第六材料层60的材料是TiN ;第三材料层30为Al层。
[0029]对顶层金属薄膜结构进行光刻和刻蚀；
[0030]形成钝化氧化物层；
[0031]形成钝化氮化硅层；
[0032]执行热处理。
[0033]而且，根据测试结果可知，利用根据本发明优选实施例的顶层金属薄膜结构及铝制程工艺方法，既能得到无Ti残留的焊盘，又没有金属线蚀刻后的冠状缺陷。
[0034]此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
[0035]可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种顶层金属薄膜结构，其特征在于包括:从下至上依次连续层叠的第一材料层、第二材料层、第三材料层、第四材料层、第五材料层和第六材料层；其中，第一材料层和第五材料层的材料是Ti ;第二材料层、第四材料层和第六材料层的材料是TiN ;第三材料层为Al层。2.根据权利要求1所述的顶层金属薄膜结构，其特征在于，所述顶层金属薄膜结构用于铝制程工艺。3.根据权利要求1或2所述的顶层金属薄膜结构，其特征在于，第三材料层的厚度大于第一材料层、第二材料层、第四材料层、第五材料层和第六材料层的厚度。4.根据权利要求1或2所述的顶层金属薄膜结构，其特征在于，第一材料层的厚度、第四材料层的厚度、第五材料层的厚度和第六材料层的厚度大致相同，第二材料层的厚度大于第一材料层、第四材料层、第五材料层和第六材料层的厚度，而且这些材料层厚度都可以进行微调。5.一种铝制程工艺方法，其特征在于包括: 形成顶层金属薄膜结构； 对顶层金属薄膜结构进行光刻和刻蚀； 形成钝化氧化物层； 形成钝化氮化硅层； 执行热处理。6.根据权利要求5所述的铝制程工艺方法，其特征在于，所述顶层金属薄膜结构包括从下至上依次连续层叠的第一材料层、第二材料层、第三材料层、第四材料层、第五材料层和第六材料层；其中，第一材料层和第五材料层的材料是Ti ;第二材料层、第四材料层和第六材料层的材料是TiN ;第三材料层为Al层。7.根据权利要求6所述的铝制程工艺方法，其特征在于，第三材料层的厚度大于第一材料层、第二材料层、第四材料层、第五材料层和第六材料层的厚度。8.根据权利要求6所述的铝制程工艺方法，其特征在于，第一材料层的厚度、第四材料层的厚度、第五材料层的厚度和第六材料层的厚度大致相同，第二材料层的厚度大于第一材料层、第四材料层、第五材料层和第六材料层的厚度，而且这些材料层厚度都可以进行微调。
【专利摘要】本发明提供了一种顶层金属薄膜结构以及铝制程工艺方法。所述顶层金属薄膜结构包括：从下至上依次连续层叠的第一材料层、第二材料层、第三材料层、第四材料层、第五材料层和第六材料层；其中，第一材料层和第五材料层的材料是Ti；第二材料层、第四材料层和第六材料层的材料是TiN；第三材料层为Al层。
【IPC分类】H01L21/60, H01L23/482
【公开号】CN105140199
【申请号】CN201510490495
【发明人】徐杰, 李志国, 黄冲, 康军, 丁同国
【申请人】上海华虹宏力半导体制造有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月11日