[發(fā)明專利]形成金屬互連的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010102434.4
• 申請日: 2010-01-27
• 公開（公告）號: CN102136451A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 南基旭
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L23/532
• 代理公司: 北京市磐華律師事務(wù)所 11336
• 代理人: 董巍;顧珊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，尤其涉及一種防止金屬互連結(jié)構(gòu)腐蝕的方法。

背景技術(shù)

在集成電路(Integrated-Circuit，IC)的制造技術(shù)中，器件主體完成后，依據(jù)電路布局設(shè)計，采用金屬薄膜或多晶硅制成的連線將電信號傳輸?shù)叫酒牟煌糠郑@種傳導(dǎo)電信號的金屬薄膜或多晶硅被稱作互連。通過互連結(jié)構(gòu)，將器件內(nèi)不同部分，或各個器件之間做適當?shù)倪B接。互連也可被用作芯片上器件和整個封裝之間普通的金屬連接。鋁在集成電路中是最廣泛被使用的一種互連金屬，它已經(jīng)被使用了近三十年，因為鋁具有諸多優(yōu)點，所以到目前為止，大部分的集成電路還是以鋁作為金屬互連材料。鋁的優(yōu)點在于鋁的電阻系數(shù)比大部分金屬的電阻系數(shù)低，因此導(dǎo)電性能良好；鋁能夠很容易與硅和二氧化硅反應(yīng)，加熱形成氧化鋁，因此促進了鋁與硅以及二氧化硅之間的附著；鋁能和硅形成良好的歐姆接觸；鋁易于加工，合金溫度較低；以及鋁金屬的沉積技術(shù)和刻蝕技術(shù)較為成熟。上述優(yōu)點使得在制作多種金屬互連線時，鋁還是很受重視的。

圖1A-1B是現(xiàn)有技術(shù)形成鋁互連結(jié)構(gòu)的剖視圖。如圖1A所示，首先，在形成了金屬層間介電層(IMD)101的前端器件層100上，形成第一阻擋層102，利用濺射等方法在第一阻擋層102的表面上形成鋁金屬層103，在鋁金屬層103表面上形成第二阻擋層104。其中阻擋層的材料可以是鈦(Ti)/氮化鈦(TiN)等，所述第一阻擋層和第二阻擋層的作用是用來防止互連線中的金屬原子沿電子運動方向遷移而引起的電遷移效應(yīng)，該電遷移效應(yīng)可能會引起IC中的互連線在工作過程中產(chǎn)生斷路或短路，從而引起IC失效。接著，在第二阻擋層104上依次涂敷抗反射涂層和光刻膠，并利用曝光顯影等工藝形成具有圖案的光刻膠層105。

然后，如圖1B所示，以光刻膠層105為掩膜對第二阻擋層、金屬層和第一阻擋層進行刻蝕。現(xiàn)有技術(shù)中通常通入氯氣或含氯氣體作為刻蝕劑，利用低壓等離子體放電，將氯氣或含氯氣體等離子體化。然后等離子體與表面材料發(fā)生反應(yīng)，從而對鋁金屬進行刻蝕，即利用氯氣與鋁的反應(yīng)來生成具有揮發(fā)性的鋁的氯化物(Al_yCl_x)，然后通過真空氣泵將Al_yCl_x連同腔內(nèi)未發(fā)生反應(yīng)的氯氣和其它氣體一起抽走。但仍會有少量的氯殘留在刻蝕腔室內(nèi)，加上Al_yCl_x的化學(xué)性質(zhì)十分活潑，很容易與空氣中的水反應(yīng)，而形成聚合物。該聚合物將會和氯反應(yīng)生成氯的聚合物，因此殘留的氯會以兩種形式存在，即具有懸掛鍵的游離態(tài)和與聚合物結(jié)合的聚合態(tài)。其中氯的聚合物附著在鋁金屬層的側(cè)壁上，如圖1B所示。接著，在剝離腔室內(nèi)利用氧氣形成的等離子體去除光刻膠層105。然后，在冷凝腔室中對去除光刻膠的結(jié)構(gòu)層進行冷卻。最后，清洗去除結(jié)構(gòu)層表面的殘留物，完成鋁金屬互連。

然而，殘留的氯會對鋁產(chǎn)生腐蝕，該腐蝕會導(dǎo)致金屬互連斷線現(xiàn)象的發(fā)生。在現(xiàn)有技術(shù)的光刻膠剝離工藝期間，可以通過腔室中的水蒸氣除去部分氯氣，即氯氣會與剝離腔內(nèi)的水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氧氣和氯化氫氣體，從腔中擴散出去，從而去除在鋁金屬層的側(cè)壁表面上具有懸掛鍵的氯。但是，在鋁表面與聚合物結(jié)合的氯，就很難通過上述方法去除。雖然可以在光刻膠的剝離工藝之后，通過對晶片進行濕法清洗來去除氯的聚合物，但是在通過濕法清洗去除氯的聚合物之前，鋁金屬表面已經(jīng)受到了腐蝕。

因此，需要一種方法，能夠有效解決由于對鋁金屬進行刻蝕而引入的氯對金屬互連結(jié)構(gòu)的腐蝕問題，以便避免因腐蝕而導(dǎo)致的斷線現(xiàn)象的發(fā)生，從而保證金屬互連的電學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術(shù)方案的保護范圍。

為了解決金屬互連的腐蝕問題，本發(fā)明提供了一種形成金屬互連的方法，所述方法包括：在前端器件層上依次形成層間介電層、第一阻擋層、金屬層和第二阻擋層；對所述第二阻擋層、所述金屬層和所述第一阻擋層進行刻蝕，以露出所述金屬層的側(cè)壁；對所述金屬層進行冷凝處理和光照射處理，并通入氧化性氣體，以在所述側(cè)壁上形成鈍化層。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其中所述刻蝕步驟的刻蝕劑為氯氣或含氯氣體。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其中所述金屬層是鋁金屬層。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其中所述鈍化層為氧化鋁層。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其中所述照射燈是紫外燈、深紫外燈或極紫外燈。