[發(fā)明專利]金屬化方法以及防止銅鋁合金出現(xiàn)腐蝕性缺陷的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910197670.6
• 申請(qǐng)日: 2009-10-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102044485A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢進(jìn);王曉東;王敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/768
• 分類號(hào): H01L21/768
• 代理公司: 北京德琦知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018
• 代理人: 謝安昆;宋志強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及金屬化方法以及防止銅鋁合金出現(xiàn)腐蝕性缺陷的方法。

背景技術(shù)

芯片金屬化是應(yīng)用化學(xué)或物理處理方法在芯片上淀積導(dǎo)電金屬薄膜的過(guò)程。這一過(guò)程與層間介質(zhì)(ILD)的淀積緊密相連，金屬線在IC電路中傳導(dǎo)信號(hào)，層間介質(zhì)則分離金屬之間的電連接，保證信號(hào)不受鄰近金屬線的影響。層間介質(zhì)一旦被淀積，便被光刻成圖形、刻蝕以便在各金屬層和硅之間形成通路。

金屬化對(duì)不同金屬連接有專門的術(shù)語(yǔ)名稱。互連(interconnect)指導(dǎo)電材料(如金屬或多晶硅)制成的連線將電信號(hào)傳輸?shù)叫酒牟煌糠帧；ミB也被用作芯片上器件和整個(gè)封裝之間的普通金屬連接。接觸(contact)是指硅芯片內(nèi)的器件與第一金屬層之間在硅表面的連接。填充薄膜是指用金屬薄膜填充層間介質(zhì)的通孔，以便在兩金屬層之間形成電連接。

在半導(dǎo)體制造業(yè)中，最早的互連金屬是鋁，而且它仍然是業(yè)界最普遍采用的互連金屬。鋁在20攝氏度時(shí)具有2.65微歐姆/厘米的低電導(dǎo)率，雖然比銅、金、銀的電阻率稍高，然而銅和銀都比較容易腐蝕，在硅和二氧化硅中具有高擴(kuò)散率，這些都成為其應(yīng)用于半導(dǎo)體制造的障礙。金和銀比鋁昂貴得多，而且在氧化膜上附著性差。而鋁能夠很容易和氧化硅反應(yīng)，形成氧化鋁，這促進(jìn)了氧化鋁和鋁之間得附著，使得鋁可以輕易淀積在硅片上。

然而鋁有眾所周知的電遷移率引起的可靠性問(wèn)題：由于動(dòng)量從傳輸電流的電子轉(zhuǎn)移，引起鋁原子在導(dǎo)體中移動(dòng)，原子的移動(dòng)導(dǎo)致原子在導(dǎo)體負(fù)極的消耗，引起負(fù)極附近鋁層減薄甚至出現(xiàn)斷路。由銅鋁形成合金，當(dāng)銅含量在0.5％至4％之間時(shí)，鋁的電遷移得到控制，因此目前銅鋁合金成為芯片金屬化中常采用的金屬合金。

在對(duì)半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)的過(guò)程中，常常會(huì)在銅鋁合金的表面發(fā)現(xiàn)腐蝕性缺陷。腐蝕性缺陷的表現(xiàn)通常是銅鋁合金表面顏色出現(xiàn)異常變化，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致銅鋁合金構(gòu)成的金屬薄膜從芯片上剝離。

現(xiàn)有技術(shù)中，芯片金屬化的工藝流程往往要反復(fù)進(jìn)行多次。其中某一次的金屬化過(guò)程如圖1所示，包括如下步驟：

步驟101：在芯片上已經(jīng)形成的第n層銅鋁合金薄膜表面沉積鈍化層薄膜。所述鈍化層的成份可以是氮化硅(SiN)或氧化硅(SiO2)，或者氮氧化硅(SI-O-N)。n為自然數(shù)。

步驟102：在鈍化層表面涂布光刻膠，并進(jìn)行曝光顯影，將光掩膜板上的圖形轉(zhuǎn)印到光刻膠上。

步驟103：以剩余的光刻膠為掩膜對(duì)鈍化層進(jìn)行蝕刻，蝕刻造成的凹坑底部要達(dá)到第n層金屬薄膜。

步驟104：用剝除液對(duì)蝕刻表面進(jìn)行濕法剝除(WET?Stripper)處理，以便去除蝕刻過(guò)程留下的剩余產(chǎn)物，然后再用清洗液對(duì)蝕刻表面進(jìn)行濕法清洗(Rinse)，以便徹底去除雜質(zhì)。

步驟105：在芯片表面沉積金屬阻擋層以及第n+1層銅鋁合金薄膜。

根據(jù)金屬學(xué)的知識(shí)可以知道，由于銅和鋁的化學(xué)電位不同，由這兩種金屬組成的合金如果置于電解質(zhì)溶液中，就會(huì)發(fā)生所謂的原電池反應(yīng)，造成電化學(xué)腐蝕。而上述步驟104中的濕法剝除處理以及濕法清洗就是將第n層銅鋁合金暴露電解質(zhì)溶液中。現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)優(yōu)化工藝流程盡可能地縮短銅鋁合金暴露在電解質(zhì)溶液中的時(shí)間。但即使如此，仍然可以檢測(cè)到銅鋁合金上的腐蝕性缺陷。銅鋁合金的腐蝕性缺陷會(huì)嚴(yán)重影響器件性能，導(dǎo)致產(chǎn)出率降低。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于，提出一種金屬化方法，可以有效減少由于銅鋁合金出現(xiàn)腐蝕性缺陷而導(dǎo)致的器件產(chǎn)出率下降。

本發(fā)明實(shí)施例提出的金屬化方法，包括如下步驟：

在芯片上已經(jīng)形成的第n層銅鋁合金薄膜表面沉積鈍化層，n為自然數(shù)；

在鈍化層表面涂布光刻膠，并進(jìn)行曝光顯影，形成光刻膠圖案；

以光刻膠圖案為掩膜對(duì)鈍化層進(jìn)行蝕刻，蝕刻造成的凹坑底部要達(dá)到第n層金屬薄膜；

用剝除液對(duì)發(fā)生蝕刻反應(yīng)的部分進(jìn)行濕法剝除處理；然后再將芯片浸入盛放在容器的清洗液中，清洗液對(duì)發(fā)生蝕刻反應(yīng)的部分進(jìn)行濕法清洗，同時(shí)在盛放清洗液的容器中持續(xù)通入二氧化碳?xì)怏w；

在蝕刻造成的凹坑中沉積金屬阻擋層以及第n+1層銅鋁合金薄膜。

所述鈍化層為氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。

本發(fā)明實(shí)施例還提出一種防止銅鋁合金出現(xiàn)腐蝕性缺陷的方法，在對(duì)芯片的銅鋁合金薄膜上覆蓋的鈍化層蝕刻，并對(duì)發(fā)生蝕刻反應(yīng)的部分進(jìn)行濕法剝除處理之后，包括如下步驟：

將芯片浸入盛放在容器的清洗液中，清洗液對(duì)發(fā)生蝕刻反應(yīng)的部分進(jìn)行濕法清洗，同時(shí)在盛放清洗液的容器中持續(xù)通入二氧化碳?xì)怏w。