专利名称：一种减少金属线a1空洞的金属线溅射膜工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体集成电路制造工艺技术领域，具体涉及一种减少金属线Al空洞的改进工艺。
背景技术：
Al线互连在半导体芯片制造工艺中是不可缺少的，尤其在特征尺寸大于0.35μm的半导体制造工艺。通常，Al线层的结构是三明治结构，即底层为Ti/TiN，中间层为Al-Cu(0.5-1％Cu)，上层为Ti/TiN。溅射时分两次第一次溅射底层为Ti/TiN，第二次溅射Al/Ti/TiN。
随着器件尺寸的缩小，金属线的尺寸也同时在缩小。特别是在0.25μm及以下的半导体制造工艺中，Ti/TiN/Al/Ti/TiN金属线中出现了Al空洞，有的空洞甚至造成Al线断开。大量的Al空洞导致了电流传输失效或电阻变大，直接带来可靠性问题，使成品率大大降低。目前，常规采用的方法是在Al层刻蚀后，先放进400℃的炉子里N2/H2气氛下退火30分钟，然后用高密度等离子体方法(HDP-CVD)淀积SiO2(温度一般在400℃)，这样可以缓解HDP-CVD过程中对Al层带来的热应力。实际上，在HDP-CVD过程中上层Ti和Al反应生成TiAl3，反应后的体积减少了1.1％，这是Al空洞形成的主要原因。
然而，这种做法对Al空洞的防止效果并不像人们期待的那样有效，尤其是大生产过程中(HDP-CVD)淀积SiO2温度有时超过400℃(比如在400-450℃)，而Ti和Al反应生成TiAl3的温度为≥350℃。
发明内容
本发明的目的在于提出一种集成电路工艺中可以减少金属线中Al空洞的金属线溅射膜工艺。
通常情况下，金属层的结构为Ti/TiN/Al/Ti/TiN，溅射时分两次第一次溅射底层为Ti/TiN，第二次溅射Al/Ti/TiN。本发明对第二次溅射进行了改进1)提高溅射用的Al靶材中的Cu含量；2)在溅射TiN之前，不溅射Ti，而用N2气等离子体处理Al表面，使其表面形成一层薄的AlN膜(缓解Al和TiN之间的应力)，而后直接溅射TiN膜(光刻时作抗反射层用)。金属线层结构为Ti/TiN/Al/AlN/TiN；而且，Al层刻蚀后无需退火，直接进行HDP-CVD淀积SiO2。
鉴于以上改进，本Al/AlN/TiN溅射膜的新工艺如下1)第一次底层Ti/TiN溅射厚度为(5-10(Ti))/(20-30(TiN))nm(纳米)；2)第二次Al层的溅射Al靶材的成分为Al-Cu，其中Cu占耙材总质量0.8-1.2％，溅射膜厚度为400-500nm(纳米)；溅射温度为230-270℃，直流电压为13800-14200瓦，工艺气压设置为0毫托。
3)第三次AlN/TiN溅射在溅射TiN前，先用120-160sccm(立方厘米/每分钟)工艺N2气(99.999％纯度)等离子体处理Al表面4-6分钟，使其表面形成厚度为4-6nm一层薄的AlN膜(以缓解Al和TiN之间的应力)，随后按常规工艺溅射TiN时间10-12分钟，膜厚24-26nm，Ar气流量45-55sccm，N2流量80-100sccm；二者所用的直流电压为6300-6700瓦，工艺气压设置为0毫托。
溅射完成后的金属层结构为TiN/Al/AlN/TiN；刻蚀后，金属线无需退火。直接进行HDP-CVD淀积SiO2。
通孔刻蚀在进行层间膜通孔刻蚀时，将Al上层表面的AlN完全刻掉，以保证通孔金属与Al直接接触。
本发明用N2气等离子体处理Al表面，使其表面形成一层薄的AlN膜(缓解Al和TiN之间的应力)，而后直接溅射TiN膜。金属线层结构为Ti/TiN/Al/AlN/TiN；而且，Al层刻蚀后无需退火。该工艺在流程上与Ti/TiN/Al/Ti/TiN溅射完全兼容，无需新的投资。本发明工艺简单，操作方便，产量高，非常适用于大生产。新的金属层结构有效的减少了Al空洞的产生，提高了互连的可靠性，同时也提高了成品率。
具体实施例方式
下面通过具体实施例进一步描述本发明实施例11、Ti/TiN溅射膜的制备目前生产线溅射常用Endura 5500设备(美国应用材料公司)。用常规工艺在Ti/TiN溅射腔中制备底层Ti/TiN膜，其厚度为10/25nm。
2、Al层的溅射在Al溅射腔里，Al靶材的成分为Al-Cu(1.0％Cu)，溅射膜厚度为450nm；溅射温度为250℃；直流电压为14000瓦，工艺气压设置为0毫托。然后进入Ti/TiN溅射腔。
3、AlN/TiN溅射在溅射TiN前，先用140sccm(立方厘米/每分钟)工艺N2气(99.999％纯度)等离子体处理Al表面5分钟，使其表面形成一层5nm的AlN膜(缓解Al和TiN之间的应力)，随后按常规工艺溅射TiN时间11分钟，膜厚25nm，Ar气流量50sccm，N2流量90sccm；二者所用的直流电压为65000瓦，工艺气压设置为0毫托。
4、溅射完成后的金属线层结构为TiN/Al/AlN/TiN；在接下去的金属线刻蚀完成后，金属线刻蚀后无需退火；直接进行HDP-CVD淀积SiO2。
5、通孔刻蚀在进行层间膜通孔刻蚀时，将Al上层表面的5nm AlN完全刻掉，以保证通孔金属与Al直接接触。
实施例21、Ti/TiN溅射膜的制备设备同例1，Ti/TiN厚度为5/20nm。
2、Al层的溅射在Al溅射腔里，Al靶材的成分为Al-Cu，Cu占1.2％，溅射膜厚度为400nm；溅射温度为230℃；直流电压为13800瓦，工艺气压设置为0毫托。
3、AlN/TiN溅射在溅射TiN前，先用120sccm工艺N2气等离子体处理Al表面4分钟，使其表面形成一层薄的AlN膜，厚度为4nm；随后溅射TiN时间12分钟，膜厚26nm，Ar气流量45sccm，N2流量100sccm；二者所用的直流电压为63000瓦，工艺气压设置为0毫托。
其余条件和步骤同例1。
实施例31、Ti/TiN溅射膜的制备设备同例1，Ti/TiN厚度为10/30nm。
2、Al层的溅射在Al溅射腔里，Al靶材Al-Cu中，Cu占8％，膜厚度为500nm；溅射温度为270℃；直流电压为14200瓦，工艺气压设置为0毫托。
3、AlN/TiN溅射在溅射TiN前，先用160sccm工艺N2气等离子体处理Al表面6分钟，使其表面形成一层薄的AlN膜，厚度为6nm；随后溅射TiN时间10分钟，膜厚24nm，Ar气流量55sccm，N2流量80sccm；二者所用的直流电压为67000瓦，工艺气压设置为0毫托。
其余条件和步骤同例1。
权利要求
1.一种集成电路工艺中金属线溅射膜工艺，其特征在于具体步骤如下A、第一次溅射Ti/TiN底层，厚度为(5-15)/(20-30)nm；B、第二次溅射Al层，Al靶材成分为Al-Cu，其中Cu占靶材总质量的0.8-1.2％；溅射膜厚度为400-500nm，溅射温度为230-270℃；直流电压为13800-14200瓦，工艺气压设置为0毫托；C、第三次溅射AlN/TiN，在溅射TiN之前，先用120-160sccm工艺N2气等离子体处理Al表面4-6分钟，使其表面形成厚度为4-6nm的一层AlN膜，随后按常规工艺溅射TiN，时间10-12分钟，膜厚24-26nm，Ar气流量45-55sccm，N2流量80-100sccm；二者所用的直流电压为6300-6700瓦，工艺气压设置为0毫托。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于溅射完成后得到的金属层结构为TiN/Al/AlN/TiN；刻蚀后，直接进行HDP-CUD淀积SiO2。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于在进行层间膜通孔刻蚀时，将Al上层表面的4-6nm AlN完全刻掉。
全文摘要
本发明属于半导体集成电路制造工艺技术领域，具体涉及一种金属线溅射膜工艺。为了有效的解决金属线Al空洞问题，本发明在溅射完Al后，不溅射Ti，用N
文档编号C23C14/16GK1540030SQ20031010827
公开日2004年10月27日 申请日期2003年10月30日 优先权日2003年10月30日
发明者缪炳有 申请人:上海集成电路研发中心有限公司, 上海华虹(集团)有限公司