金属层的改质方法 【技术领域】
本发明涉及一种半导体制程的方法，特别涉及一种金属层的改质方法。
背景技术
金属导线层在半导体技术中扮演极重要的角色，而精确无误地将各层金属导线层整合于一芯片中也是一项极为重要的技术。目前金属导线层的发展需要尽可能提高其可靠度、缩小其尺寸大小并且增加其制程容许度。
然而，金属导线层的制作技术中有几项困难点，必须加以改善。由于金属导线层的反射率相当高，在后续微影(photolithography)制程中高强度的反射率会导致曝光对准发生困难。因此，金属导线层的表面通常会形成一抗反射层(anti-reflective coating)，例如氮化钛，以降低微影曝光时的反射光强度，可提高微影制程容许度。
另外，目前常使用的金属导线材质多为铜铝合金(Cu/Al alloy)或铜铝硅合金(Cu/Al/Si alloy)，却往往容易在制程中发生铜铝(CuAl2)析出(precipitate)的问题。铜铝的析出会在后续蚀刻金属导电层时导致有毒残留物的产生，残留物会导致位于金属层下方的阻障层发生断线，而形成短路。
并且，金属导线层沉积过程中所残留的应力(stress)以及表面不平整而易造成光阻崩塌的问题，皆是目前急需改善的方向。
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明主要目的在于提供一种金属层的改质方法，可适用于半导体金属导线(conductivewiring)的制造。
【发明内容】
本发明的目的之一在于提供一种金属层地改质方法，以避免金属层不均匀，以避免铜铝(CuAl2)析出(precipitate)的问题发生，发生金属导电层短路的问题。
本发明的目的之二在于提供一种金属层的改质方法，以降低金属层反射率及反射率的差异，有利后续微影制作。
本发明的主要特征在于1.以热处理方式，包括烘烤或快速冷却，改质金属层。2.以含氮气体处理方式改质金属层。另外，这些改质方式可施行于1.形成金属层之前，2.形成金属层之后，3.形成第二金属阻障层钛之后，4.形成第二金属阻障层氮化钛之后。
为实现上述目的，本发明提出一种金属层的改质方法，此方法的步骤主要包括：
首先，提供一半导体基底；接着，形成一第一金属阻障层于上述基底表面；接着，形成一金属层于上述第一金属阻障层表面；然后，形成一第二金属阻障层于上述金属层表面；最后，实施一热处理程序。
如前所述，上述第一金属阻障层与上述第二金属阻障层分别由堆栈之钛(Ti)/氮化钛(TiN)所构成，而上述金属层为铜铝合金(Cu/Al alloy)或铜铝硅合金(Cu/Al/Si alloy)。
根据本发明，上述热处理程序可以急速冷却方式进行或以烘烤方式进行。
根据本发明，上述热处理程序可施行于形成上述金属层之后或施行于形成上述第二金属阻障层氮化钛(TiN)之后。
根据本发明，上述热处理程序的温度约为200-400℃。
根据本发明，上述急速冷却的温度变化是由室温约23℃，约5-10秒内，将温度上升至约350℃，接着，保持约50-70秒，最后在约30-100秒内将温度降至室温约23℃。
又，为获上述目的，本发明又提出一种金属层的改质方法，此方法的步骤主要包括：
首先，提供一半导体基底；接着，形成一第一金属阻障层于上述基底表面。然后，形成一金属层于上述第一金属阻障层表面；接着，形成一第二金属阻障层于上述金属层表面。最后，实施一含氮气体处理程序。
根据本发明，上述含氮气体处理程序可施行于形成上述金属层之后，或是施行于形成上述第二金属阻障层氮化钛(TiN)之后。
根据本发明，上述含氮气体包括一氧化二氮(N2O)或氮气(N2)。
本发明提供一种金属层的改质方法，以避免金属层不均匀，以避免铜铝(CuAl2)析出(precipitate)的问题发生，发生金属导电层短路的问题。
本发明提供一种金属层的改质方法，以降低金属层反射率及反射率的差异，有利后续微影制作。
【附图说明】
图1为根据本发明的金属层改质方法的一较佳实施例的制程剖面图。
图2为根据本发明的金属层改质方法的一较佳实施例的制程剖面图。
图3为根据本发明的金属层改质方法的一较佳实施例的制程剖面图。
图4为根据本发明的金属层改质方法的一较佳实施例的制程剖面图。
符号说明
100-半导体基底；
104-第一金属阻障层；
1041-钛；
1042-氮化钛；
106-金属层；
S100-热处理程序；
S102-含氮气体处理程序；
108-第二金属阻障层；
1081-钛；
1082-氮化钛。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
实施例1，以下请参考图1至图4的制程剖面图，说明根据本发明的一较佳实施例。
首先，请参照图1，提供一半导体基底100，其材质例如为硅(Si)，其上方可以形成任何所需的半导体组件，例如MOS晶体管、电阻、逻辑组件等，不过此处为了简化图式，仅以平整的基板100表示。在本发明的叙述中，“基底”一词包括半导体晶圆上已形成的组件与覆盖在晶圆上的各种涂层；“基底表面”一词包括半导体晶圆的所露出的最上层，例如硅晶圆表面、绝缘层、金属导线等。
接着，请参照图2，形成一第一金属阻障层104于基底100表面。第一金属阻障层104可由堆栈之钛(Ti)/氮化钛(TiN)所构成，利用物理气相沉积法(physical vapor deposition；PVD)或化学气相沉积法(chemical vapor deposition；CVD)而形成。制程温度约90-110℃，先以金属钛为靶材，形成钛1041的厚度约130-170，然后再于金属钛靶材之下通入氮气而形成氮化钛1042的厚度约180-220。
接着，请参照图3，形成一金属层106于第一金属阻障层104表面。金属层106可包括铜铝合金(Cu/Al alloy)或铜铝硅合金(Cu/Al/Si alloy)，其成份例如为原子百分比Al99.5％、Cu0.5％，原子百分比Al98.5％、Cu0.5％与Si1％，可利用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积法(CVD)形成。制程温度约270-330℃，金属层106的厚度约2500-4000。
此时，于形成金属层106之后，可施行本发明的主要改质步骤，实施一热处理程序S100。热处理程序S100可以烘烤方式进行或以急速冷却方式进行，温度约为200-400℃。并且，该热处理程序S100可于含氮气环境下施行，例如一氧化二氮(N2O)或氮气(N2)。该热处理程序S100可以防止铜铝(CuAl2)析出(precipitate)。铜铝的析出会在后续蚀刻金属导电层时导致有毒残留物的产生，残留物会导致位于金属层下方的阻障层发生断线，而形成短路。该热处理程序S100，亦可以改善金属层均匀度，避免发生金属导电层短路的问题，又可以有效控制金属层反射率的均匀度，有利后续微影制成的施行。
最后，请参照图4，形成一第二金属阻障层108于金属层106表面。第二金属阻障层108可由堆栈之钛(Ti)/氮化钛(TiN)所构成，利用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积法(CVD)形成。制程温度约90-110℃，先以金属钛为靶材，形成钛1081的厚度约90-110，然后可以同时进行一电浆处理与一气体处理(例如含氮气体)，以使钛1081氮化。然后，再于金属钛靶材之下通入氮气而形成氮化钛1082的厚度约650-750。并且，氮化钛1082可同时作为抗反射层(anti-reflectioncoating)。
根据本发明，本实施例的改质方法是步骤S100的热处理程序，而热处理程序S100可施行于形成金属层106之后，抑或是施行于形成第二金属阻障层的氮化钛1082之后。
并且，根据本发明，本实施例的改质方法是步骤S100的热处理程序，还可以配合一电浆处理或一气体处理(例如含氮气体)同时进行，且施行顺序是在形成第二金属阻障层氮化钛1082之后。
根据本发明急速冷却的温度变化是由室温约23℃，在约5-10秒内，将温度上升至约350℃，接着，保持约50-70秒，最后在约30-100秒内将温度降至室温约23℃。
同样地，以下请配合图1至图4的制程剖面图，说明根据本发明的另一较佳实施例。
首先，请参照图1，提供一半导体基底100，其材质例如为硅(Si)，其上方可以形成任何所需的半导体组件，例如MOS晶体管、电阻、逻辑组件等，不过此处为了简化图式，仅以平整的基板100表示。在本发明的叙述中，“基底”一词是包括半导体晶圆上已形成的组件与覆盖在晶圆上的各种涂层；“基底表面”一词包括半导体晶圆的所露出的最上层，例如硅晶圆表面、绝缘层、金属导线等。
接着，请参照图2，形成一第一金属阻障层104于基底100表面。第一金属阻障层104可由堆栈之钛(Ti)/氮化钛(TiN)所构成，利用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积法(CVD)而形成。制程温度约90-110℃，先以金属钛为靶材，形成钛1041的厚度约130-170，然后再于金属钛靶材之下通入氮气而形成氮化钛1042的厚度约180-220。
接着，请参照图3，形成一金属层106于第一金属阻障层104表面。金属层106可包括铜铝合金(Cu/Al alloy)或铜铝硅合金(Cu/Al/Si alloy)，其成份例如为原子百分比Al99.5％、Cu0.5％，原子百分比Al98.5％、Cu0.5％与Si1％，可利用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积法(CVD)而形成。制程温度约200-400℃，金属层106的厚度约2500-4000。
最后，请参照图4，形成一第二金属阻障层108于金属层106表面。第二金属阻障层108可由堆栈之钛(Ti)/氮化钛(TiN)所构成，利用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积法(CVD)而形成，制程温度约90-110℃，先以金属钛为靶材，形成钛1081的厚度约90-110，然后再于金属钛靶材之下通入氮气而形成氮化钛1082的厚度约650-750。并且，氮化钛1082可同时作为抗反射层(anti-reflection coating)。
根据本发明，本实施例的改质方法是步骤S102的含氮气体处理程序，而含氮气体处理程序S102可施行于形成金属层106之前，或是形成金属层106之后，或是施行于形成第二金属阻障层钛1081之后，抑或是施行于形成第二金属阻障层氮化钛1082之后。
根据本发明，本实施例的改质方法是步骤S102的含氮气体处理程序，而含氮气体处理程序S102可以配合一热处理程序同时进行，可施行于形成金属层106之前(形成第一金属阻障层氮化钛1042之后)，或是形成金属层106之后，或是施行于形成第二金属阻障层钛1081之后，抑或是施行于形成第二金属阻障层氮化钛1082之后。
根据本发明，本实施例的改质方法是步骤S102的含氮气体处理程序，而含氮气体处理程序S102可以配合一电浆处理程序同时进行，可施行于形成金属层106之前(形成第一金属阻障层氮化钛1042之后)，或是施行于形成第二金属阻障层钛1081之后，抑或是施行于形成第二金属阻障层氮化钛1082之后。
本发明的改质程序包括1.以热处理方式，包括烘烤或急速冷却，改质金属层。2.以含氮气体处理方式改质金属层。其实施例已分别说明于前文，然各种改质可单独使用实施，亦可以合并使用实施。
虽然以上结合附图详细地描述了本发明的最佳实施方式，但是并非用以限定本发明的范围，对于本领域内熟练的技术人员而言，可以做出各种修改和变更，而不背离本发明的范围和实质，因此，本发明的保护范围仅由权利要求书限定。