专利名称:形成金属互连的方法
本发明涉及半导体器件的制造方法，特别涉及形成金属互连的方法。该发明涉及钨层制成的金属互连和铝互连的相互连接。
随着半导体器件领域的高集成度，用于金属互连的开口中底面的直径与高度的比值即高宽比有日益增加的趋势。因此，为了完全填充具有大的高宽比的开口，需要在金属互连工艺中使用有良好台阶覆盖性的金属。
因此，在金属互连中通常使用在CVD工艺中具有良好台阶覆盖性的钨层。由于具有良好台阶覆盖，由CVD工艺得到的钨层能减少开口内部发生的如空隙等的故障。
图1a示出了已知的钨金属互连和铝互连的连接。
参考图1a，绝缘层形成在半导体衬底上。此时，钨互连包括在所述绝缘层中。由TiN和Ti构成的多导电层形成在钨互连的底部。通过公知的光腐蚀技术和干腐蚀技术腐蚀以上绝缘层形成接触孔。浸润层和铝层依次形成在包括所述接触孔的绝缘层上，填充接触孔。
然而，在下面对铝层的热处理工艺或回流工艺中，所述铝层和所述钨单层相互反应，由此钨互连的体积收缩，并产生合金。体积收缩在金属互连上产生空隙，并且铝层和钨层的合金使电阻增加。
图1b和1c示出了现有技术相互连接的钨互连和铝互连中W、H、C、F每个部分的EDX成分分析。
参考图1b，根据图1a所示的W部分中成分分析的结果，除了钨W没有其它的峰值。因此，在该部分中没有产生钨和铝的合金。
参考图1b、1c和1d，根据分析，在图1a所示的C、F、H部分中除了钨峰值外，还有一些铝峰值。因此，在以上部分中产生包括钨和铝的合金。
提出本发明解决以上问题。根据本发明，可以防止铝互连和钨互连相互反应，由此不会发生铝和钨反应产生合金、体积收缩以及铝层和钨层界面产生空隙的问题。
因此，本发明的一个目的是提供一种形成金属互连的方法，该方法能防止金属互连中电阻增加。
为了达到以上目的，本发明的一个方案提供一种形成金属互连的方法，包括以下步骤在半导体衬底上形成第一导电层；在包括第一导电层的半导体衬底上形成绝缘层；腐蚀部分绝缘层直到露出第一导电层的上表面，形成接触孔；至少在接触孔的底部形成阻挡层；进行第一热处理使阻挡层致密；至少在接触孔的两个侧壁上形成浸润层；在浸润层上形成铝(Al)层，填充接触孔；进行第二热处理，用铝层完全填充接触孔。
根据本发明的另一方案，形成金属互连的方法，包括以下步骤在半导体衬底上形成第一导电层；在包括第一导电层的半导体衬底上形成绝缘层；腐蚀部分绝缘层直到露出第一导电层的上表面，形成接触孔；至少在接触孔的底部和两个侧壁上形成浸润层；在浸润层上形成铝层，填充接触孔；进行热处理，用铝层完全填充接触孔，所述浸润层的厚度足以防止第一和第二导电层相互反应。
参考图2c和3b，根据本发明，通过至少在接触孔的底部形成阻挡层，并进行热处理使阻挡层致密或通过形成厚度足以防止第一和第二导电层相互反应的浸润层制成金属互连。因此，可以防止第一导电层和铝层的反应，由此防止铝和钨反应产生合金、体积收缩和铝层和钨层界面产生空隙，从而防止金属互连中电阻增加。
参考以下附图，本领域的技术人员可以理解本发明，并且本发明的目的将很显然。
图1a示出了根据现有技术形成金属互连的方法的半导体器件；图1b到1e为显示图1a所示每个部分中成分分析的结果图形；图2a到2c为根据本发明的第一实施例制造半导体器件的新方法的工艺步骤的剖面图；以及图3a到3b为根据本发明的第二实施例制造半导体器件的新方法的工艺步骤的剖面图。
下面参考优选实施例的样品说明本发明，但应该意识到本发明可以在很宽的范围内修改和改变，本发明的范围由附带的权利要求
书限定。
现在参考图2a到2b介绍本发明的优选实施例。
参考图2a，首先，第一绝缘层102形成在半导体衬底100上。由随后形成的Ti层和TiN层构成的多层106形成在第一绝缘层102上，钨层108形成在TiN层上，形成钨互连。第二绝缘层104形成在包括钨互连的第一绝缘层102上。
光刻胶(未显示)形成在第二绝缘层104上，由公知的光腐蚀工艺形成光刻胶层图形，限定出接触孔。使用光刻胶层图形作掩模腐蚀第二绝缘层104，直到露出钨层，形成接触孔。
阻挡层110由选自TiN以及TiN和Ti构成的多层中的一个制成，该多层位于包括接触孔的第二绝缘层104上。阻挡层110形成在接触孔的底部和两个侧壁上。阻挡层110可用于防止下面的工艺中铝层的反应。
进行热处理工艺使所述阻挡层110致密。通过对阻挡层进行热处理工艺，作为浸润层的质量降低，同时作为防止阻挡层110的上层和下层相互反应的阻挡层质量提高。通过选自RTN(快速热氮化)工艺和使用加热炉的热处理工艺中的一个进行上述热处理工艺。使用加热炉的热处理工艺在400℃到600℃的温度下进行约45分钟。RTN工艺在600℃到700℃的温度下进行约20分钟。在该实施例中，TiN层110形成在接触孔的底部和侧壁上，但如果TiN层110仅形成在接触孔的底部，也可以获得阻挡层的作用，是由于接触孔底部上的阻挡层110密度很高，在热处理过程中足以防止阻挡层110的上层和下层相互反应。
为了补偿作为浸润层降低质量的阻挡层110，选自Ti层或TiN层的层112形成在阻挡层110上。以上Ti层作为浸润层比TiN层有更好的质量，同时Ti层作为阻挡层比TiN层有更差的质量。此时，浸润层在接触孔两个侧壁上的厚度为30▲到100▲。虽然在该实施例中浸润层形成在接触孔的底部和两个侧壁上，当浸润层112仅形成在接触孔的两个侧壁上时，浸润层112的作用为浸润层，由此可以在铝回流工艺中起所需的浸润层的作用。
铝层114形成在浸润层112上填充接触孔，进行为热处理的铝回流工艺完全填充接触孔。铝回流工艺在450℃到550℃的温度下进行。对于下面的工艺，在400℃到450℃的温度下进行改善如晶体管等的半导体器件容量的热处理。
现在详细介绍根据本发明的另一实施例。
首先，第一绝缘层102形成在半导体衬底100上。由随后形成的Ti层和TiN层构成的多层106形成在第一绝缘层102上，钨层108形成在TiN层上，形成钨互连。第二绝缘层104形成在包括所述钨互连的第一绝缘层102上。
光刻胶(未显示)形成在第二绝缘层104上，由公知的光腐蚀工艺形成光刻胶层图形，限定出接触。使用光刻胶层图形作掩模腐蚀第二绝缘层104，直到露出钨层，形成接触孔。
选自TiN以及TiN和Ti构成位于包括接触孔的第二绝缘层104上的多层中的一个选择层110。此时，接触孔底部上的选择层110厚度约150▲以上，这样可使选择层110在下面的铝回流工艺中起浸润层的作用，同时起阻挡层的作用，防止选择层的上和下层在热处理工艺中相互反应。下面的工艺与以上第一实施例中介绍的一样。
提供本发明解决在半导体器件中形成钨和铝互连的现有技术中由于铝互连反应互连体积收缩并产生合金的问题，以及由于合金和空隙电阻增加的问题。根据本发明，通过形成作用为阻挡层的浸润层，可以防止铝互连和钨互连相互反应，由此防止合金和空隙的发生，从而互连之间的接触电阻减少。
权利要求
1.一种形成金属互连的方法，包括以下步骤在半导体衬底上形成第一导电层；在包括第一导电层的半导体衬底上形成绝缘层；腐蚀部分绝缘层直到露出第一导电层的上表面，形成接触孔；至少在接触孔的底部形成阻挡层；选择使用快速热氮化或使用加热炉热处理工艺中的一种进行第一热处理使阻挡层致密；至少在接触孔的两个侧壁上形成浸润层；在浸润层上形成第二导电层，填充接触孔；使用回流工艺进行第二热处理，用第二导电层完全填充接触孔。
2.根据权利要求
1的方法，其中所述第一导电层由钨(W)制成。
3.根据权利要求
1的方法，其中所述阻挡层由选自TiN以及TiN和Ti构成的多层中一个制成。
4.根据权利要求
1的方法，其中所述浸润层由选自TiN和Ti中一个制成。
5.根据权利要求
1的方法，其中所述接触孔底部上的所述阻挡层的厚度约150或更小，所述接触孔两壁上的所述浸润层的厚度为30到100。
6.根据权利要求
1的方法，其中由选自RTN(快速热氮化)工艺和使用加热炉的热处理工艺中的一个进行所述第一热处理工艺。
7.根据权利要求
6的方法，其中所述使用加热炉的热处理工艺在400℃到600℃的温度下进行约45分钟。
8.根据权利要求
6的方法，其中RTN工艺在600℃到700℃的温度下进行约20分钟。
9.根据权利要求
1的方法，其中所述第二导电层由铝制成。
10.一种形成金属互连的方法，包括以下步骤在半导体衬底上形成第一导电层；在包括第一导电层的半导体衬底上形成绝缘层；腐蚀部分绝缘层直到露出第一导电层的上表面，形成接触孔；至少在接触孔的底部和两个侧壁上形成浸润层；在浸润层上形成第二导电层，填充接触孔；利用回流工艺进行热处理，用第二导电层完全填充接触孔，所述浸润层的厚度足以防止所述第一和第二导电层相互化学地反应。
11.根据权利要求
10的方法，其中所述第一导电层由钨(W)制成。
12.根据权利要求
10的方法，其中所述浸润层由选自TiN以及TiN和Ti构成的多层中的一个制成。
13.根据权利要求
10的方法，其中所述浸润层厚度约150以上。
14.根据权利要求
10的方法，其中所述第二导电层由铝制成。
专利摘要
本发明涉及一种形成金属互连的方法。在半导体衬底上形成第一导电层，其上再形成绝缘层。腐蚀部分绝缘层直到露出第一导电层的上表面，形成接触孔。至少在接触孔的底部形成阻挡层。进行第一热处理使阻挡层致密。至少在接触孔的两个侧壁上形成浸润层。在浸润层上形成第二导电层，填充接触孔。进行第二热处理，用第二导电层完全填充接触孔。该方法可以防止第一和第二导电层反应导致的产生合金、体积收缩和界面空隙，从而防止金属互连中电阻增加。
文档编号H01L21/768GKCN1118871SQ98125263
公开日2003年8月20日 申请日期1998年12月11日
发明者朴仁善, 金晟泰, 李斗焕, 许元九 申请人:三星电子株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan