專利名稱：在半導體器件中形成金屬布線的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件，且特別涉及一種用于形成器件的金屬布線 的方法，該方法能夠有效防止在金屬布線工藝的后續退火工藝中出現的小丘 現象(hillock phenomenon)。
背景技術：
半導體技術的方案已集中于用于各種用途、具有增強存儲容量的高速半 導體器件。為取得這樣的性能，已開發出集成度、反應速度和金屬布線工藝 得到改進的半導體器件。
金屬布線工藝可能需要通過將硅之上和/或上方的半導體集成電路中的 各個晶體管互連，來實現構成電路的供電路徑和信號傳送路徑。在此領域中， 非存儲器器件引領著該技術。
半導體器件的金屬布線層可由銅、鎢、鋁或它們的任何合金來形成。金 屬布線層可起到與器件接觸、將器件之間互連以及將芯片與外部電路之間連 接等等作用。
半導體器件的集成度增加了 ，并且金屬布線的尺寸已經變得如此之小， 以致為了確保金屬布線的電阻，要以擴展金屬布線的厚度的方式來形成布線。
如圖1所例示，使用濺射法，可以在設置有預定下部結構的半導體襯底 的下部絕緣夾層110之上和/或上方，沉積第一 Ti膜120和第一 TiN膜130。 可在TiN膜130之上和/或上方形成Al膜140?？呻S后順序沉積第二 Ti膜150 和第二TiN膜160。
此后，可在第二TiN膜160之上和/或上方涂敷并圖案化光致抗蝕劑，以 形成預定圖案。此后，可在包括多層膜的Al布線堆疊結構上利用上述圖案執 行干法刻工藝，上述多層膜由形成于Al膜140下方的第一 Ti膜120和第一
TiN膜130以及形成于Al膜140之上和/或上方的第二 Ti膜150和第二 TiN 膜160構成。
可形成上部層間介電層170，以在使用蝕刻工藝形成的多個A1布線堆疊 結構圖案之間進行絕緣。
當使用濺射法沉積Al膜140時，可逐漸升溫以通過增大金屬晶粒的尺寸 來降低電阻并增強電遷移(EM)特性。因此，晶界可增大到使得金屬晶粒的 尺寸增大的程度，且特別是在三相點(triplepoint)處晶界的凹陷(recession) 也隨著Al的厚度變得更厚而增大。
如果在這種情況下執行后續退火工藝，那么為了解決由于A1與用作半導 體襯底的Si之間的熱膨脹系數的差異而產生的應力，Al就會沿著晶界移動， 從而在表面上形成小丘并生長。
為了防止這類現象的發生，在Al之上和/或上方形成了 Ti/Tin。能夠防 止小丘現象的膜是TiN膜。然而，如果TiN膜形成得過厚，它就可能降低布 線的電阻。所以，在擴展用于防止小丘現象的TiN的厚度上是有局限的。

發明內容
本發明實施例涉及一種用于形成半導體器件的金屬布線的方法，該方法 能夠有效防止在金屬布線工藝的后續退火工藝中出現的小丘現象。
本發明實施例涉及一種用于形成半導體器件的金屬布線的方法，該方法 包括以下步驟至少其中之一在包括預定下部結構的半導體襯底上方形成層 間絕緣層；在所述層間絕緣層上方形成A1布線堆疊結構，其中所述A1布線 結構由包括Al布線膜和第一 Ti基膜的多個膜構成，且第一 Ti基膜形成于所 述Al布線膜上方；在所述Al布線膜與所述第一 Ti基膜之間的界面形成Al 生長停止膜；且隨后在所述層間絕緣層上方形成多個Al布線堆疊結構圖案。
本發明實施例涉及一種用于形成半導體器件的金屬布線的方法，該方法 包括以下步驟至少其中之一在包括預定下部結構的半導體襯底上方形成層 間絕緣層；在所述層間絕緣層上方形成A1布線堆疊結構，其中所述A1布線 結構由包括Al布線膜和第一 Ti基膜的多個膜構成，且第一 Ti基膜形成于所 述Al布線膜上方；在所述層間絕緣層之上形成多個Al布線堆疊結構圖案； 且隨后在所述Al布線膜與所述第一 Ti基膜之間的界面形成Al生長停止膜。
本發明實施例涉及一種用于半導體器件的金屬布線結構，該半導體器件 包括層間絕緣層，形成于半導體襯底上方；多個A1布線堆疊結構圖案，形 成于所述層間絕緣層之上。根據本發明實施例，所述多個A1布線堆疊結構圖
案由包括A1布線膜、第一 Ti基膜和Al生長停止膜的多個膜構成，第一Ti 基膜形成于所述Al布線膜上，且Al生長停止膜形成于所述Al布線膜與所述 第一Ti基膜之間。
本發明能夠有效防止在金屬布線工藝的后續退火工藝中出現的小丘現象。


圖1示出用于形成半導體器件的金屬布線的方法。 圖2A至圖5C示出根據本發明實施例用于形成半導體器件的金屬布線的 方法。
具體實施例方式
如示例性的圖2A所示，可在具有預定下部結構的半導體襯底之上和/或 上方形成第一層間絕緣層210?？稍诘谝粚娱g絕緣層210之上和/或上方順序 形成第一 Ti膜220和第一 TiN膜230?？稍诘谝?TiN膜230上方設置第一金 屬布線240，第一金屬布線240可由鋁(Al)構成。可在包括第一 Al布線240 的第一層間絕緣層210之上和/或上方順序形成第二 Ti膜250和第二 TiN膜 260，以形成具有多個膜的A1堆疊結構?？捎脼R射法來沉積上述的多個膜和 布線。
可將氮化物離子注入包括設置有多個膜的Al布線堆疊結構的半導體襯 底中。氮化物離子可用作反應離子，使用離子注入法將其注入到第一 Al布線 240與第二 Ti膜250之間的界面中。
如示例性的圖2B所示，注入的氮化物離子在第一 Al布線240與第二 Ti膜250之間的界面中與第二 Ti膜250反應，從而在第一 Al布線240與第 二 Ti膜250之間薄薄地且精細地形成由TiN構成的第一 Al生長停止膜270，。
第一 Al生長停止層270可用于抑制Al在第一 Al布線240中的移動，而 這又防止了因在Al布線堆疊結構上進行后續退火而形成小丘。
可通過在Al布線之上和/或上方直接形成由TiN和Al203至少其中之一 構成的生長停止膜，來形成第一 Al生長停止膜270。然而，如果第一A1生 長停止膜270是利用沉積工藝或氧化工藝形成的，就難以控制膜的厚度，而 這又可能增加導線電阻。
因此，根據本發明實施例，在形成設置有多個膜的A1布線堆疊結構之后， 即可利用氮化物離子或氧離子來運用離子注入法。然后，可在期望的位置注 入反應離子并使其發生反應，以形成第一A1生長停止膜270。所以，能夠防 止半導體器件的可靠性因形成小丘而退化，同時還使得布線特性的退化最小 化。
如示例性的圖2C所示，為了在第一層間絕緣層210之上和/或上方形成 多個Al布線堆疊結構圖案，可在包括有由TiN形成的第一 Al生長停止膜270 的A1布線堆疊結構上執行干蝕刻。此后，通過執行后續工藝如退火等等，來 得到預定的半導體器件。
如示例性的圖3A所示，可在具有預定下部結構的半導體襯底之上和/或 上方形成第二層間絕緣層310?？稍诘诙娱g絕緣層310之上和/或上方順序 形成第三Ti膜320和第三TiN膜330。可在第二 TiN膜330上方設置第二金 屬布線340，第二金屬布線340可由鋁(Al)構成?？稍诎ǖ诙?Al布線340 的第二層間絕緣層310之上和/或上方順序形成第四Ti膜350和第四TiN膜 360，以形成具有多個膜的A1堆疊結構?？衫脼R射法作為沉積膜和布線的 方式。
如示例性的圖3B所示，可在A1布線堆疊結構上執行干蝕刻，以在第二 層間絕緣層310之上和/或上方形成多個Al布線堆疊結構圖案。
如示例性的圖3C所示，可隨后使用離子注入法，將作為反應離子的氮 化物離子注入到每個Al布線堆疊結構圖案中的第二 Al布線340圖案與第四 Ti膜350之間的界面內。
注入的氮化物離子可在第二 Al布線340與第四Ti膜350之間的界面中 發生反應，從而在第二 Al布線340與第四Ti膜350之間形成第二 Al生長停 止膜370。
如示例性的圖4A所示，可在具有預定下部結構的半導體襯底之上和/或 上方形成第三層間絕緣層410?？稍诘谌龑娱g絕緣層410之上和/或上方順序
形成第五Ti膜420和第五TiN膜430?？稍诘谖錞iN膜430上方設置第三金 屬布線440，第三金屬布線440可由鋁(Al)構成。可在包括第三Al布線440 的第三層間絕緣層410之上和/或上方順序形成第六Ti膜450和第六TiN膜 460，以形成具有多個膜的A1堆疊結構?？衫脼R射法作為沉積膜和布線的 方式。
在形成A1布線堆疊結構之后，可隨后使用離子注入法，將作為反應離子 的氧離子注入到第三Al布線440圖案與第六Ti膜450之間的界面內?？商?換地，可用離子注入法，將作為反應離子的氮化物離子注入到第三Al布線 440圖案與第六Ti膜450之間的界面內。
如示例性的圖4B所示，注入的氧離子與第三Al布線440中的Al反應， 從而在第三Al布線440圖案與第六Ti膜450之間形成薄的一層由八1203構 成的第三Al生長停止膜470。第三Al生長停止層470能夠抑制Al的移動， 因而能在后續退火期間防止在Al布線堆疊結構上形成小丘。并且還能減少布 線特性的退化。
如示例性的圖4C所示，可在所得到的包括第三Al生長停止膜470的 Al布線堆疊結構上執行干蝕刻，以在第三層間絕緣層410之上和/或上方形 成多個Al布線堆疊結構圖案。
如示例性的圖5A所示，可在第四層間絕緣層510之上和/或上方順序形 成第七Ti膜520、第七TiN膜530、第四A1布線540、第八Ti膜550以及 第八TiN膜560。第四層間絕緣層510可形成于具有預定下部結構的半導體 襯底之上和/或上方。第七Ti膜520和第七TiN膜530可形成于第四層間絕 緣層410之上和/或上方。第四金屬布線540可設置于第七TiN膜530上方， 第四金屬布線540可由鋁(Al)構成。第八Ti膜550和第八TiN膜560可形 成于包括第四Al布線540的第四層間絕緣層510之上和/或上方，以形成具 有多個膜的Al堆疊結構。可利用濺射法作為沉積膜和布線的方式。
如示例性的圖5B所示，可在A1布線堆疊結構上執行干蝕刻，以在第四 層間絕緣層510之上和/或上方形成多個Al布線堆疊結構圖案。
如示例性的圖5C所示，可隨后執行離子注入法，以將作為反應離子的 氧離子注入每個Al布線堆疊結構圖案中的第四Al布線540圖案與第八Ti 膜550之間的界面中。
注入的氧離子在第四Al布線540圖案與第八Ti膜550之間的界面發生 反應，從而在第四Al布線540圖案與第八Ti膜550之間形成第四Al生長停 止膜570。第四Al生長停止膜570可由^203構成。
因此根據本發明實施例，在Al布線堆疊結構形成之后形成金屬布線結構 的方法中，可將氮化物或氧離子注入Al布線與Ti膜之間的界面中，以與Ti 膜或A1布線反應。這些反應防止在后續退火處理期間形成小丘。特別是，這 類實施例提供了一種由TiN和A1203至少其中之一構成的Al生長停止膜，該 Al生長停止膜位于Al布線與TiN膜之間，用以抑制A1的移動，從而提高了 半導體器件的可靠性。
盡管本說明書已描述了本發明實施例，但應理解，本領域技術人員可以 構想出許多其它的修改方案和實施例，而這些修改方案和實施例均將落入本 說明書的精神和所公開原理的范圍內。更具體地說，在本說明書、附圖和所 附權利要求的范圍內，對組成部件和/或附屬的組合排列的排列進行各種變更 與改型。除了組成部件和/或排列的變更與修改之外，本發明的多種用途對本 領域技術人員而言也是顯而易見的。
權利要求
1.一種方法，包括在包括預定下部結構的半導體襯底上形成層間絕緣層；在所述層間絕緣層上形成Al布線堆疊結構，其中所述Al布線堆疊結構由包括Al布線膜和第一Ti基膜的多個膜構成，且所述第一Ti基膜形成于所述Al布線膜上；在所述Al布線膜與所述第一Ti基膜之間的界面形成Al生長停止膜；且隨后在所述層間絕緣層上形成多個Al布線堆疊結構圖案。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中所述多個A1布線堆疊結構圖案是 使用干蝕刻工藝形成的，而所述Al生長停止膜是使用離子注入法形成的。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中所述離子注入法包括將反應離子注 入所述Al布線膜與所述第二 Ti基膜之間的界面中。
4. 根據權利要求3所述的方法，其中所述反應離子包括氮化物離子。
5. 根據權利要求4所述的方法，其中所述Al生長停止膜包含TiN。
6. 根據權利要求3所述的方法，其中所述反應離子包括氧離子。
7. 根據權利要求5所述的方法，其中所述Al生長停止膜包含Al203。
8. 根據權利要求1所述的方法，其中所述多個膜還包括形成于所述Al 布線膜與所述層間絕緣層之間的第二 Ti基膜和第三Ti基膜以及形成于所述 第一Ti基膜上的第四Ti基膜。
9. 根據權利要求4所述的方法，其中所述第一Ti基膜和所述第二Ti基 膜包括Ti膜而所述第二 Ti基膜和所述第四Ti基膜包括TiN膜。
10. —種方法，包括在包括預定下部結構的半導體襯底上形成層間絕緣層； 在所述層間絕緣層上形成Al布線堆疊結構，其中所述Al布線堆疊結構由包括Al布線膜和第一 Ti基膜的多個膜構成，且所述第一 Ti基膜形成于所述A1布線膜上；在所述層間絕緣層上形成多個A1布線堆疊結構圖案；且隨后 在所述Al布線膜與所述第一 Ti基膜之間的界面形成Al生長停止膜。
11. 根據權利要求10所述的方法，其中所述多個Al布線堆疊結構圖案 是使用干蝕刻工藝形成的，而所述Al生長停止膜是使用離子注入法形成的。
12. 根據權利要求11所述的方法，其中所述離子注入法包括將反應離子 注入所述Al布線膜與所述第二 Ti基膜之間的界面中。
13. 根據權利要求12所述的方法，其中所述反應離子包括氮化物離子。
14. 根據權利要求13所述的方法，其中所述Al生長停止膜包含TiN。
15. 根據權利要求12所述的方法，其中所述反應離子包括氧離子。
16. 根據權利要求15所述的方法，其中所述Al生長停止膜包含A1203。
17. 根據權利要求1所述的方法，其中所述多個膜還包括形成于所述A1 布線膜與所述層間絕緣層之間的第二 Ti基膜和第三Ti基膜以及形成于所述 第一Ti基膜上的第四Ti基膜。
18. —種裝置，包括 層間絕緣層，形成于半導體襯底上； 多個A1布線堆疊結構圖案，形成于所述層間絕緣層上； 其中所述多個Al布線堆疊結構圖案由包括Al布線膜、第一 Ti基膜以及Al生長停止膜的多個膜構成，所述第一 Ti基膜形成于所述Al布線膜上方， 且所述Al生長停止膜形成于所述Al布線膜與所述第一 Ti基膜之間。
19. 根據權利要求18所述的裝置，其中所述多個膜還包括形成于所述 Al布線膜與所述層間絕緣層之間的第二 Ti基膜和第三Ti基膜以及形成于所 述第一 Ti基膜上的第四Ti基膜。
20. 根據權利要求19所述的裝置，其中所述第一 Ti基膜和所述第二 Ti 基膜包括Ti膜，所述第二 Ti基膜和所述第四Ti基膜包括TiN膜，并且所述 Al生長停止膜包含TiN和A1203至少其中之一。
全文摘要
一種用于形成半導體器件的金屬布線的方法，該方法能夠有效防止在金屬布線工藝的后續退火工藝中出現的小丘現象。這種用于形成半導體器件的金屬布線方法包括通過使注入的反應離子與Ti膜或Al布線膜中的Al反應，在Al布線膜的上界面上形成Al生長停止膜。
文檔編號H01L21/70GK101192567SQ200710193499
公開日2008年6月4日 申請日期2007年11月27日 優先權日2006年11月27日
發明者金萬植 申請人:東部高科股份有限公司