[發(fā)明專利]布線層結(jié)構(gòu)及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080025444.0
• 申請(qǐng)日: 2010-05-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102804352A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 牧一誠(chéng);谷口兼一;中里洋介
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三菱綜合材料株式會(huì)社;株式會(huì)社愛(ài)發(fā)科
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/3205
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/3205;C22C9/00;C22C9/01;C22C9/05;C22C9/10;H01B5/14;H01L21/28;H01L21/285;H01L21/324;H01L21/336;H01L23/52;H01L29/417;H01L29/423
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 孫秀武;高旭軼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及布線層結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域，特別涉及在晶體管等半導(dǎo)體裝置中使用的布線層結(jié)構(gòu)及該布線層結(jié)構(gòu)的制造方法。

本申請(qǐng)基于2009年6月12日在日本提交的日本特愿2009-141440，主張優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容援引到此。

背景技術(shù)

從高速驅(qū)動(dòng)和低成本化的觀點(diǎn)考慮，作為T(mén)FT面板用的布線層，電阻率比目前主流的Al系布線層低的Cu系布線層廣受人們期待。

但是，Cu與Al等布線材料相比，存在與玻璃或Si等的基底基板材料的密合性差，Cu向基底基板擴(kuò)散的問(wèn)題。

為克服這種問(wèn)題，人們開(kāi)發(fā)了Cu布線，它是采用在氧氣氛下濺射Cu合金的方法，在玻璃基板或非晶形Si基板上形成Cu合金層的氧化物層，在其上形成Cu單體或Cu合金層(例如參照非專利文獻(xiàn)1)。在該布線層中，Cu單體或Cu合金層確保低電阻，Cu合金的氧化物層提高Cu布線和基底基板的界面的密合性，同時(shí)發(fā)揮防止Cu向基底基板擴(kuò)散的阻擋層的作用。

對(duì)于使用Cu合金而成的布線層，人們提出了含有各種添加元素的布線層(參照專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2)。

這些專利文獻(xiàn)中，公開(kāi)了以下技術(shù)：導(dǎo)入氧氣，同時(shí)濺射純銅靶(或添加有Mg、Al、Si、Be、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy中的至少一種)，成膜含有氧、并以銅為主成分的阻擋層，然后停止氧氣的導(dǎo)入，濺射上述靶，成膜純銅的低電阻層。上述含有氧、并以銅為主成分的阻擋層與硅或玻璃的密合性高，低電阻，同時(shí)通過(guò)阻擋層也可以防止銅向硅基板的擴(kuò)散。

如上所述形成的布線層中，在抗蝕膜上沿著規(guī)定的圖案形成開(kāi)口部，通過(guò)干式或濕式蝕刻除去在該開(kāi)口部露出的布線層的材料，由此形成布線層圖案。由此，形成基底層的一部分露出的狀態(tài)。

已知在非晶硅薄膜或多晶硅薄膜等非單晶半導(dǎo)體薄膜上形成如上所述的Cu布線層圖案、使半導(dǎo)體薄膜的一部分露出時(shí)，在該露出的半導(dǎo)體薄膜表面存在大量懸空鍵(失去共價(jià)鍵合的對(duì)象，未參與鍵合的鍵合鍵)。懸空鍵不穩(wěn)定，因此通常在含有非單晶半導(dǎo)體薄膜的半導(dǎo)體元件(TFT等)的制作工序中，在布線層圖案(源/漏電極等)形成后進(jìn)行氫等離子體處理，使懸空鍵終結(jié)，使其穩(wěn)定。

有報(bào)道稱，在該氫等離子體處理時(shí)，氫離子容易侵入并貫通布線層，使Cu合金的氧化物層被還原，被還原的氧與氫鍵合，生成水(水蒸氣)，由此導(dǎo)致界面發(fā)生剝離，密合性變差的現(xiàn)象(例如參照非專利文獻(xiàn)2)。

因此，人們要求開(kāi)發(fā)在如上所述的氫等離子體處理后不會(huì)發(fā)生密合性變差等不良情況的、具備高氫等離子體耐受性的Cu布線層。

專利文獻(xiàn)1：國(guó)際公開(kāi)第2008/081805號(hào)

專利文獻(xiàn)2：國(guó)際公開(kāi)第2008/081806號(hào)

非專利文獻(xiàn)1：日經(jīng)エレクトロニクス、日經(jīng)BP社，平成21年1月，2009年2月9日號(hào)，52-56頁(yè)

非專利文獻(xiàn)2：大西順雄“［ＦＰＤＩプレビュー］大型ＦＰＤのＴＦＴ配線用新Ｃｕ合金、アルバックと三菱マテリアルが協(xié)業(yè)して課題を克服（[FPDI展望]大型FPD的TFT布線用新Cu合金，アルバック與三菱マテリアル?yún)f(xié)同攻關(guān)課題）”[online]，平成20年10月27日，Tech-On，[平成21年2月12日檢索]，互聯(lián)網(wǎng)<URL<http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20081027/160184/>。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的在于提供與半導(dǎo)體或玻璃基板的基底層的密合性高、向基底層擴(kuò)散的阻擋性優(yōu)異、且氫等離子體耐受性優(yōu)異的低電阻的布線層結(jié)構(gòu)及其制造方法。

為解決上述課題，本發(fā)明的布線層結(jié)構(gòu)具備：半導(dǎo)體基板或玻璃基板的基底基板；在該基底基板上形成的含氧Cu層或含氧Cu合金層；在該含氧Cu層或該含氧Cu合金層上形成的、含有Al、Zr、Ti中的至少一種的氧化物層；以及在該氧化物層上形成的、含有Al、Zr、Ti中的至少一種的Cu合金層。這里，“半導(dǎo)體基板或玻璃基板”也包括在一個(gè)面具備半導(dǎo)體層或二氧化硅層的基板。

本發(fā)明中，在為了提高與半導(dǎo)體和玻璃基板等基底基板的密合性而設(shè)置的含氧Cu層或含氧Cu合金層、與含有Al、Zr、Ti中的至少一種的Cu合金層之間形成含有Al、Zr、Ti中的至少一種的氧化物層。通過(guò)該氧化物層的存在，即使進(jìn)一步進(jìn)行氫等離子體處理，氫離子也難以進(jìn)入含氧Cu層或含氧Cu合金層中(氫等離子體耐受性提高)，含氧Cu層或含氧Cu合金層中的氧難以發(fā)生還原，界面難以剝離，可實(shí)現(xiàn)密合性的進(jìn)一步提高。