[發明專利]鋁薄膜的形成方法

無效

• 申請號: 201010169194.X
• 申請日: 2010-04-27
• 公開（公告）號: CN102237299A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 張冠群;顧佳玉;林藝輝;林保璋
• 申請（專利權）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;H01L21/3205;H01L21/321
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種鋁薄膜的形成方法。

背景技術

集成電路的互連層材料一般采用鋁或者銅，在選用鋁互連結構時，通常采用濺射法形成鋁薄膜，之后再經過刻蝕將所述鋁薄膜圖案化，形成鋁互連結構。

濺射屬于物理氣相沉積(PVD)的一種，是在集成電路制造工藝中沉積金屬以及合金材料層的常用方法。濺射時，將晶圓與待沉積金屬材料構成的靶材放置于真空反應腔中，并將所述靶材設置為負偏壓；之后在所述反應強中通入氬氣(Ar)并等離子化生成氬離子，帶有正電荷的氬離子沖擊所述靶材，從靶材中濺射出金屬原子，其中一部分金屬原子沉積在所述晶圓表面形成金屬薄膜。另外，所述真空反應腔中通常設置有加熱器(heater)，用于在濺射過程中對所述晶圓進行加熱。

在專利號為ZL00102784.0的中國專利中公開了一種鋁互連結構的形成方法。圖1至圖4給出了該方法形成鋁互連結構的剖面結構示意圖。

如圖1所示，提供半導體基底100，在所述半導體基底上依次形成阻擋層101和鋁薄膜102。在形成所述阻擋層101之前，所述半導體基底100的表面上還可以形成介質層(圖中未示出)，如二氧化硅(SiO₂)。所述阻擋層101的材料為鈦(Ti)和/或氮化鈦(TiN)。所述鋁薄膜102的形成方法為濺射法。

如圖2所示，在所述鋁薄膜102上形成抗反射層103。所述抗反射層103的材料為鈦和/或氮化鈦，由于所述鋁薄膜102表面的反射率較高，會影響之后的光刻工藝的精度，而所述抗反射層103可以有效的提高光刻效果。

如圖3所示，在所述抗反射層103表面形成光刻膠層(圖中未示出)，并對所述光刻膠層進行圖案化，形成光刻膠圖形104。

如圖4所示，以所述光刻膠圖形104為掩膜，對所述抗反射層103和鋁薄膜102進行刻蝕。之后去除所述光刻膠圖形104，形成鋁互連結構。

在實際生產中，某些特定的應用要求形成的鋁薄膜102的厚度較大以降低電阻，但是如果濺射形成的所述鋁薄膜102的厚度較大(超過3μm)時，其中的晶粒(grain)的尺寸會明顯增大，導致相鄰晶粒之間無法緊密貼合，使得所述鋁薄膜102的表面微觀上較為粗糙，影響后續形成在其上的膜層的質量。如圖5所示，在區域102a處，所述鋁薄膜102在相鄰兩個晶粒之間形成明顯的凹陷，使得在該處的抗反射層103無法完全覆蓋鋁薄膜102的表面，暴露出一部分鋁材料。如圖6所示，之后在所述抗反射層103的表面上形成光刻膠圖形104。對光刻膠層進行圖案化形成光刻膠圖形104的過程包括曝光、顯影和定影等，由于在光刻過程中使用的顯影溶液等試劑一般都為酸性或堿性，如正型光刻膠的顯影液四甲基氫氧化銨((CH₃)₄NOH)為較強的堿性，所述顯影溶液會腐蝕所述區域102a內的暴露的鋁材料，使得被腐蝕的鋁薄膜部分在后續的刻蝕過程中無法被刻蝕去除，如圖7所示，對應于圖6中區域102a的位置處形成有殘留物102b，影響整個鋁互連結構的可靠性。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種鋁薄膜的形成方法，提高鋁薄膜的質量，避免在光刻和刻蝕工藝中由于鋁薄膜被腐蝕而形成殘留物。

本發明提供了一種鋁薄膜的形成方法，包括：

提供基底；

在所述基底上通過至少2個形成鋁金屬層的子步驟逐步形成所述鋁薄膜，其中每一子步驟形成的鋁金屬層的厚度小于或等于0.45μm。

可選的，在所述各子步驟之間還包括：對所述基底進行冷卻。

可選的，所述冷卻過程后所述基底的溫度低于300℃。

可選的，所述冷卻過程的冷卻速率為3℃/s至10℃/s。

可選的，所述冷卻過程的持續時間大于或等于10s。

可選的，所述各子步驟以及相應的冷卻過程是在同一反應腔中進行的。

可選的，所述鋁金屬層的形成方法為濺射法，使用的功率為10000瓦至13000瓦，濺射氣體為氬氣，所述氬氣的流量為15sccm至50sccm。

可選的，在所述濺射過程中，使用加熱器對所述基底進行加熱。

可選的，所述冷卻過程包括：移除所述加熱器并通入氬氣，所述氬氣的流量為33sccm至100sccm。

可選的，所述冷卻過程包括：關閉所述加熱器并通入氬氣，所述氬氣的流量為33sccm至100sccm。

與現有技術相比，本發明的技術方案有如下優點：