200428532 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種半導體製程的方法，且特別是有 關於一種金屬層之改質方法。 【先前技術】 金屬導線層在半導體技術中扮演極重要的角色，而精 確無誤地將各層金屬導線層整合於一晶片中也是一項極為 重要的技術。目前金屬導線層的發展需要盡可能提高其可 靠度、縮小其尺寸大小並且增加其製程容許度。 然而，金屬導線層之製作技術中有幾項困難點，必須 加以改善。由於金屬導線層的反射率相當高，在後續微影 (photol i thography)製程中高強度的反射率會導致曝光對 準發生困難。因此，金屬導線層的表面通常會形成一抗反 射層（anti-reflective coating)，例如氮化鈦，以降低 微影曝光時的反射光強度，可提高微影製程容許度。 另外’目前常使用的金屬導線材質多為銅鋁合金（Cu/ A1 alloy)或銅紹石夕合金（Cu/Al/Si alloy)，卻往往容易 在製程中务生銅紹（CuA12)析出（precipitate)的問題。銅 紹的析出會在後續姓刻金屬導電層時導致有毒殘留物的產 生’殘留物會導致位於金屬層下方的阻障層發生斷線，而 形成短路。 並且’金屬導線層沉積過程中所殘留的應力（s ^ r e s s) 以及表面不平整而易造成光阻崩塌的問題，皆是目前急需 改善的方向。
0702-9528TW:f(Nl) ； 91P74 ； Felicia.ptd 第5頁 200428532 五、發明說明（2) 有鑑於此 提供一種金屬 (conductive \ 【發明内容】 本發明之 以避免金屬層 (precipitate: 本發明之 以降低金屬層 的施行。 本發明之 快速冷卻，改 層。另外，這 形成金屬層之 成第二金屬阻 為獲致上 法，此方法的 首先’提 障層於上述基 屬阻障層表面 層表面。最後
的改質方 出 短路的問 法 ， ’為了解決上述問題，本發明主 層的改質方法，可適用於半導 要目的在於 Π r i n g)的製造。 、金屬導線 目的之一在於提供一種金屬層 不均勻，以避免銅鋁（CuA12)杆 〉的問題發生，發生金屬導電層 目的之二在於提供一種金屬層的改質方法， 反射率及反射率之差異，有利後續微影製成 主要特徵在於1 ·以熱處理方式，包括烘烤= 質金屬層。2.以含氮氣體處理方式改免金 些改質方式可施行於1·形成金屬層之A ’ 2·; 後，3 ·形成第二金屬阻障層之欽之後 4 · 障層之氮化鈦之後。 述之目的，本發明提出一種金屬層的改貝方 步驟主要係包括： 供一半導體基底。接著，形成_第一金屬阻 底表面。接著，形成一金屬層於上述第〆^ 。然後，形成一第二金屬阻障層於上述金屬 ，貫施一熱處理程序。 200428532 五、發明說明（3) 如前所述，上述第一金屬阻障層與上述第二金屬阻障 層分別係由堆疊之欽（T丨）/氮化鈦（T i N)所構成，而上述金 屬層係銅鋁合金（Cu/Al al l〇y)或鋼鋁矽合金（Cu/Al/Si alloy) 0 根據本發明’上述熱處理程序可以急速冷卻方式進行 或以烘烤方式進行。 根據本發明’上述熱處理程序可施行於形成上述金屬 層之後或施行於形成上述第二金屬阻障層之氮化鈦（T i N) 之後。 根據本發明’上述熱處理程序之溫度約為2 0 0〜4 0 0 °C。 根據本發明，上述急速冷卻的溫度變化係由室溫約2 3 。(：，於約5〜1 〇秒内，將溫度上升至約3 5 0 °C，接著，保持 約5 0〜7 0秒，最後在約3 0〜1 〇 〇秒内將溫度降至室溫約2 3 〇C。 又，為獲上述目的，本發明又提出一種金屬層的改質 方法，此方法的步驟主要係包括： 首先’知1七、半^"體基底。接著，形成一第一金屬阻 障層於上述基底表面。然後，形成一金屬層於上述第一金 屬阻障層表面。接著，形成一第二金屬阻障層於上述金屬 層表面。最後，實施一含氮氣體處理程序。 根據本發明，上述含氮氣體處理程序可施行於形成上 述金屬層之後’或是施行於形成上述第二金屬阻障層之氮
0702-9528TWf(Nl) ； 91P74 ； Felicia.ptd 200428532 五、發明說明（4) 化鈦（T i N )之後。 根據本發明 氣（N2)。
上述含氮氣體包括_ 氧化二氮（N2〇)或氡 為使本發明之上述目的、特徵和_ 下文特舉較佳實施例’並配合所附圖式 下： x 點能更明顯易懂 ，作詳細說明如 【實施方式】 實施例1 以下請配合參考第1圖至第4圖之制立 據本發明之一較佳實施例。 之-程剖面圖，說明根 …Ϊ先請參照第1圖’提供—半導體基底100，其材質 例如為矽（Si)，其上方可以形成任何所 貝 例如M0S電晶豸、電阻、邏輯元件等，不過此處為"了簡化 圖式，僅以平整的基板100表示 <。在本發明的敘述中，” 基底”一詞係包括半導體晶圓上已形成的元件與覆蓋在晶 圓上的各種塗層，’’基底表面"一詞係包括半導體晶圓的所 露出的最上層’例如矽晶圓表面、絕緣層、金屬導線等。 接著，請芩照第2圖，形成一第一金屬阻障層丨〇 4於基 底100表面。第一金屬阻障層104可由堆疊之鈦（Ti) /氮化 鈦（T i N )所構成’利用物理氣相沉積法（p乜y s i c a 1 v a ρ 〇 r deposition; PVD)或化學氣相沉積法（chemicai vap〇r deposi tion ; CVD)，而形成。製程溫度約90〜;i 10 〇c，先以
0702-9528TWf(Nl) ； 91P74 ； Felicia.ptd 第8頁 200428532 五、發明說明（5) -—- 金屬鈦為靶材，形成鈦1041之厚度約13〇〜17〇 A，然後再 於金屬鈦靶材之下通入氮氣而形成氮化鈦1〇42 180〜220 A 。 接著，請參照第3圖，形成一金屬層1〇6於第一全屬阻 障層1〇4表面。金屬層106可包括銅鋁合金（Cu/ai aii〇y) 或銅銘矽合金（Cu/A1/Sl aU〇y)，其成份例如為原子百分 比A199. 5%、CuO. 5%，原子百分比A198· 5%、Cu〇. 5% 與^1% ，可利用物理氣相沉積（PVD)或化學氣相沉積法（CVD)形 成。製程溫度約2 70〜3 3 0。(：，金屬層1〇6之厚度約 2500〜4000 A 。 此日守，於形成金屬層1 Q 6之後，可施行本發明之主要 改質步驟，實施一熱處理程序S1〇〇。熱處理程序si〇〇可以 烘烤方式進行或以急速冷卻方式進行，溫度約為2〇〇〜4〇〇 °C。並且，該熱處理程序31⑽可於含氮氣氛環境下施行， 例如氧化一氮（h 0 )或氮氣（)。該熱處理程序g 1 Q Q可以 =止銅鋁（CuAl2)析出（precipi tate)。銅鋁的析出會在後 續餘刻金屬導電層時導致有毒殘留物的產生，殘留物會導 致位於金屬層下方的阻障層發生斷線，而形成短路。二熱 處理程序S1 00，亦可以改善金屬層均勻度，避免發生金屬 導電層短路的問題，又可以有效控制金屬層反射率的均勻 度，有利後續微影製成的施行。 隶後，明參R?、第4圖，形成一第二金屬阻障層1 q 8於金 屬層106表面。第二金屬阻障層ι〇8可由堆疊之鈦（Ti) /氮 化鈦（TiN)所構成，利用物理氣相沉積（PVD)或化學氣相沉
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Η 0702-9528TWf(Nl) ； 91P74 ； Felicia.ptd 第9頁 200428532 五、發明說明（6) 積法（CVD)形成。製程溫度約90〜110 °C，先以金屬鈦為靶 材，形成鈦1081之厚度約90〜110 A，然後可以同時進行一 電衆處理與一氣體處理（例如含氮氣體），以使鈦1 〇 8 1氮 化。然後，再於金屬鈦靶材之下通入氮氣而形成氮化鈦 1082之厚度約650〜750A。並且，氮化鈦1〇82可同時作為 抗反射層（anti-reflection coating)。 根據本發明，本實施例之改質方法係步驟31〇〇之熱處 理紅序，而熱處理程序S 1 〇 〇可施行於形成金屬層1 〇 β之後 ，抑或是施行於形成第二金屬阻障層之氮化鈦1〇82之後。 並且，根據本發明，本實施例之改質方法係步驟81⑽ 之熱處理程序，還可以配合一電漿處理或一氣體處理（例 如含氮氣體）同時進行，且施行順序係在形成第二金屬阻 障層之氮化鈦1 0 8 2之後。 根據本奄明之急速冷卻的溫度變化係由室溫約U ，於約5]◦秒内，將溫度上升至約35〇t，接著，保持約 50〜70秒，最後在約30 4 00秒内將溫度降至室溫約。 實施例2 同樣地，卩下請配合參考第1圖至第4圖之製程剖面 圖’說明根據本發明之一較佳實施例。 表枉d面 首先，請參照第1圖，提供一半I ,T f / 卞等體基底100，其材晳 例如為矽（s i)，其上方可以形成任 才貝 , unQ ^ n ^ 取任何所需的半導體元件， 例如Μ 0 S笔晶體、電阻、邏輯元件望 < 在本發明的敘述中，” 回斗、^ 件專’不過此處為了簡化 圖式，僅以平整的基板100表示之。
200428532 五、發明說明（7) 基底π —詞係包括半導體晶圓上已形成的元件與覆蓋在晶 圓上的各種塗層；”基底表面π —詞係包括半導體晶圓的所 露出的最上層，例如石夕晶圓表面、絕緣層、金屬導線等。 接著，請參照第2圖，形成一第一金屬阻障層1 〇 4於基 底100表面。第一金屬阻障層104可由堆疊之鈦（Ti) /氮化 鈦（TiN)所構成，利用物理氣相沉積（PVD)或化學氣相沉積 法（CVD)而形成。製程溫度約90〜11 0 °C，先以金屬鈦為革巴 材，形成鈦1 041之厚度約130〜170 A，然後再於金屬鈦革巴 材之下通入氮氣而形成氮化鈦1042之厚度約180〜220A。 接著，請參照第3圖，形成一金屬層1 〇 6於第一金屬阻 障層104表面。金屬層106可包括銅鋁合金（Cu/Al alloy) 或銅鋁矽合金（Cu/Al/Si alloy)，其成份例如為原子百分 比八199.5%、（：11〇.5%，原子百分比八198_5%、（：11〇.5%與8110/〇 ，可利用物理氣相沉積（PVD)或化學氣相沉積法（CVD)而形 成。製程溫度約200〜400 °C，金屬層106之厚度約 2500〜4000 A ° 最後’請參照第4圖，形成一第二金屬阻障層1 〇 8於金 屬層106表面。苐一金屬阻障層可由堆疊之鈦（Ti) /氮 化数（TiN)所構成，利用物理氣相沉積（pVD)或化學氣相沉 積法（CVD)而形成，製程溫度約9〇〜U(rc，先以金屬鈦為 革巴材’形成鈦1081之厚度約9〇〜丨1〇 a，然後再於金屬鈦靶 材之下通入氮氣而形成氮化鈦1〇82之厚度約65〇〜75〇A。 亚且’ II化欽1 0 82可同時作為抗反射層（anti_reflecti〇n coating) 〇
第11頁 ’然各種改質可單獨 200428532 五、發明說明（8) 根據本發明，本實施例之改質方法係步驟S丨〇 2之 氣體處理程序’而含氮氣體處理程序S 1 Q 2可施行於形 屬層106之前，或是形成金屬層1〇6之後，或是施行於 第一金屬阻障層之鈦1 0 8 1之後，抑或是施行於形成第 屬阻障層之氮化鈦1 0 8 2之後。 根據本發明，本實施例之改質方法係步驟3丨〇 2之 氣體處理程序，而含氮氣體處理程序81〇2可以配合一 理程序同時進行，可施行於形成金屬層1〇6之前（形成 金屬阻障層之氣化欽1042之後），或是形成金屬層1〇6 ，或是施行於形成第二金屬阻障層之鈦丨〇 8丨之後，抑 施行於形成第二金屬阻障層之氮化鈦1〇82之後。 根據本發明，本實施例之改質方法係步驟31〇2之 氣體處理程序’而含氮氣體處理程序川2可以配合— 理程序同時進行，可施行於形成金屬層⑽之前（ 金屬阻障層之氮化鈦1042之後），或是施行於形成第 屬阻障層之鈦1 0 8 1之後，抑式θ A > 丨或疋施行於形成第二金Μ 層之氮化鈦1 0 82之後。 珩至^ 本發明之改質程序包括1 # 士 •以熱處理方式，句括 急速冷卻，改質金屬層。2 ·以人^ # 匕括Μ — $氮氣體處理方式改w 層。其貫施例以分別說明於文前 貝 實施，亦可以合併使用實施。 本發明雖以較佳實施例揭露如上 本發明的範圍’任何熟習此項技蓺者 含氮 成金 形成 二金 含氡 熱處 第— 之後 或是 含氮 電槳 第〜 二金 F且障 烤或 金屬 使用 然其並非用以限定 在不脫離本發明之
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0702-9528TWf(Nl) ； 91P74 ； Felicia.ptd 第13頁 200428532 圖式簡單說明 第1圖至第4圖係顯示根據本發明之金屬層改質方法之 一較佳實施利之製程剖面圖。 【符號說明】 100〜半導體基底； 1 0 4〜第一金屬阻障層； 1 0 4 1〜鈦； 1 0 4 2〜氮化鈦； 1 0 6〜金屬層； S10Q〜熱處理程序； S102〜含氮氣體處理程序； 108〜第二金屬阻障層； 1 0 8卜鈦； 1 0 8 2〜氮化鈦。
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