形成铝金属引线的方法技术

本发明专利技术公开了一种在一衬底的一接触孔或沟槽中选择性地形成铝引线。在一衬底的主表面和该接触孔或沟槽的内表面上形成一含氮的中间层。对该中间层的位于该衬底主表面上的一第一表面部分利用等离子体进行处理，以在该中间层的该第一表面部分形成一钝化层。然后，在没有插入的真空间歇的情况下，仅在该中间层的位于该接触孔或沟槽的内表面上的一第二表面部分化学汽相沉积一铝膜。对该中间层的该第一表面部分的所述利用等离子体的处理抑制了在该中间层的该第一表面部分上的铝膜的化学汽相沉积。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及半导体集成电路器件的制造，更具体地，本专利技术涉及形成半导体集成电路器件中的金属引线的方法。
技术介绍
金属引线的恰当形成是半导体器件制造中越来越重要的一个方面。金属引线的电阻应尽可能的低，以利于电信号的快速传输。然而，电路设计者必须使妨碍经济效益的低电阻与器件的稳定性相平衡。这样看来，通常将铝视为在相对较低的成本下实现低电阻的可靠引线的优选材料，铝已被广泛地应用于形成半导体器件中的金属引线。同时，随着半导体器件的组件的集成度持续地增加，金属引线的宽度和厚度有所减小。另外，形成在半导体衬底和绝缘层中的接触孔(contacthole)和凹口(recess)变得越来越小，这导致了尺寸比(aspect ratio)的增大。从而，用于可靠并完全地填充具有增大的尺寸比的孔的技术的发展成为能够实现器件集成度的进一步增大的重要因素。Al-CVD(铝化学汽相沉积)是一种用于以低电阻的铝金属填充接触孔和凹口的技术。AL-CVD工艺分为两种类型，即，覆盖Al沉积(blanket-Aldeposition)工艺和选择性Al沉积(selective-Al deposition)工艺。在覆盖Al沉积工艺中，铝沉积在晶片的整个表面上，以填充该接触孔。此工艺部分地依赖于铝的良好的台阶覆盖特性(step-coverage characteristics)。然而，当铝沉积至一定厚度时，晶片表面变得粗糙并由于孔中空隙的形成使得填充小的接触孔变得困难。另一方面，选择性Al沉积工艺利用在绝缘层上的生长与导体层上的生长的生长速率特性的差异选择性地沉积铝。然而，在铝沉积前沉积一覆盖金属垒层(blanket metal barrier layer)以抑制金属铝中的铝原子与下面衬底中的硅原子间的反应的情况中，通常不能采用这种技术。此覆盖垒金属层的存在抑制了利用选择性Al沉积工艺仅在接触孔中选择性形成金属内连(interconnection)。用于在存在垒金属层的情况下形成金属内连的择优型金属沉积(PMDpreferential metal deposition)法在与本专利技术共同受让的于2002年4月23日授予的美国专利No.6,376,355中描述，其内容作为参考在此引入。首先参照图1(a)，PDM工艺的一个实施例的部分特征为，在介电层100的上表面和形成在介电层100中的接触孔104的内表面上的TiN/Ti膜102的沉积。附图标记102a表示一Ti膜，而附图标记102b表示一TiN膜。然后，仍然参考图1(a)，仅在TiN/Ti膜的上表面上形成材料层106。材料层106的例子包括铝、钛和钽。然后，获得的具有材料层106的结构暴露在空气或氧等离子体下，从而至少部分地氧化材料层106以形成抗核化层(ANLanti-nucleation layer)108，如图1(b)所示。ANL 108的例子包括氧化铝、氧化钛或氧化钽。参照图1(c)，对获得的具有ANL 108的结构进行铝的覆盖CVD。然而，由于ANL 108的存在，铝无法CVD沉积在介电层100的上表面上。铝层110更倾向于选择性地仅形成在接触孔104的内表面上。然后，如图1(d)所示，在一回流工艺后，进行铝的物理汽相沉积(PVD)，以用铝112完全地填充介电层中的接触孔。使用该PMD工艺，通过利用CVD-Al的良好的台阶覆盖特性，有助于用铝填充具有大的尺寸比的接触孔。然而，PMD工艺的一个不足在于产量的降低，其主要产生于如ANL108的绝缘层的形成。例如，材料层106的沉积构成了一个附加的工艺步骤。另外，通常采用真空间歇(vacuum break)来实现自然氧化材料层106的目的，这同样会增加工艺时间。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，在一衬底的一接触孔或沟槽中选择性地形成铝引线。在一衬底的主表面和该接触孔或沟槽的内表面上形成一含氮的中间层。对该中间层的位于该衬底的主表面上的一第一表面部分利用等离子体进行处理，以在该中间层的该第一表面部分形成一钝化层。然后，在没有插入的真空间歇的情况下，仅在该中间层的位于该接触孔或沟槽的内表面上的一第二表面部分上化学汽相沉积(CVD)一铝膜。对该中间层的该第一表面部分的该等离子体处理抑制了在该中间层的该第一表面部分上的铝膜的CVD沉积。根据本专利技术的另一方面，在一衬底的一接触孔或沟槽中选择性地形成铝引线。在一衬底的主表面和该接触孔或沟槽的内表面上形成一含氮的中间层。对该中间层的位于该衬底的主表面上的一第一表面部分利用等离子体进行处理，以在该中间层的该第一表面部分形成一钝化层。然后，在没有插入的真空间歇的情况下，仅在该中间层的位于该接触孔或沟槽的内表面上的一第二表面部分上CVD沉积一铝膜。对该中间层的该第一表面部分的等离子体处理抑制了在该中间层的该第一表面部分上的铝膜的CVD沉积。然后，仍在没有插入的真空间歇的情况下，在该钝化层和该铝膜上沉积一铝层，以填充该接触孔或沟槽。根据本专利技术的又一方面，在一衬底的一接触孔或沟槽中选择性地形成铝引线。在一衬底的主表面和该接触孔或沟槽的内表面上形成一第一中间层。然后，在该第一中间层上形成一含氮的第二中间层。对该第二中间层的位于该衬底的主表面上的一第一表面部分利用等离子体进行处理，以在该中间层的该第一表面部分形成一钝化层。然后，在没有插入的真空间歇的情况下，仅在该第二中间层的位于该接触孔或沟槽的内表面上的一第二表面部分上CVD沉积一铝膜。对该第二中间层的该第一表面部分的等离子体处理抑制了在该第二中间层的该第一表面部分上的铝膜的CVD沉积。然后，仍在没有插入的真空间歇的情况下，在该钝化层和该铝膜上沉积一铝层，以填充该接触孔或沟槽。根据本专利技术的再一方面，在一衬底的一接触孔或沟槽中选择性地形成铝引线。在一衬底的主表面和该接触孔或沟槽的内表面上形成一含氮的中间层。然后，部分地刻蚀该中间层以获取一部分地刻蚀的中间层。对该部分地刻蚀的中间层的位于该衬底的主表面上的一第一表面部分利用等离子体进行处理，以在该部分地刻蚀的中间层的该第一表面部分形成一钝化层。然后，在没有插入的真空间歇的情况下，仅在该部分地刻蚀的中间层的位于该接触孔或沟槽的内表面上的一第二表面部分上CVD沉积一铝膜。对该部分地刻蚀的中间层的该第一表面部分的等离子体处理抑制了在该部分地刻蚀的中间层的该第一表面部分上的铝膜的CVD沉积。然后，仍在没有插入的真空间歇的情况下，在该钝化层和该铝膜上沉积一铝层，以填充该接触孔或沟槽。附图说明本专利技术的上述及其它方面和优点将通过以下结合附图的详细描述变得更易理解，其中图1(a)至1(d)是用于描述择优型金属沉积(PMD)工艺的截面图；图2(a)至2(d)是用于描述根据本专利技术实施例的金属沉积工艺的截面图；图3是示出根据本专利技术另一实施例的工艺顺序的流程图；图4是示出根据本专利技术又一实施例的工艺顺序的流程图；以及图5是示出根据本专利技术再一实施例的工艺顺序的流程图。具体实施例方式本专利技术的特征至少部分地在于对一位于一接触孔(或凹口、沟槽等)的外部的湿(wetting)或垒层进行一使用等离子体的钝化处理。该钝化有效地抑制后面的CVD-Al工艺中，在该接触孔外部的已处理的层上的铝的沉积，但有助于一薄铝层沉积在该接触孔的内部。结果，不需要沉积本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在一衬底的一接触孔或沟槽中形成铝引线的方法，其中，该衬底包括一上主表面，以及该接触孔或沟槽由一在该衬底的该上主表面下延伸的内表面定义，所述方法包括：在一衬底的主表面和该接触孔或沟槽的内表面上形成一含氮的中间层；对该中间层 的位于该衬底的主表面上的一第一表面部分利用等离子体进行处理，以在该中间层的该第一表面部分形成一钝化层；以及仅在该中间层的位于该接触孔或沟槽的内表面上的一第二表面部分上化学汽相沉积一铝膜，其中，对该中间层的该第一表面部分的所述利用等离 子体的处理抑制了在该中间层的该第一表面部分上的铝膜的化学汽相沉积；其中，所述利用等离子体的处理和所述化学汽相沉积在没有插入的真空间歇的情况下实施。

【技术特征摘要】
US 2002-11-27 10/305,2441.一种在一衬底的一接触孔或沟槽中形成铝引线的方法，其中，该衬底包括一上主表面，以及该接触孔或沟槽由一在该衬底的该上主表面下延伸的内表面定义，所述方法包括在一衬底的主表面和该接触孔或沟槽的内表面上形成一含氮的中间层；对该中间层的位于该衬底的主表面上的一第一表面部分利用等离子体进行处理，以在该中间层的该第一表面部分形成一钝化层；以及仅在该中间层的位于该接触孔或沟槽的内表面上的一第二表面部分上化学汽相沉积一铝膜，其中，对该中间层的该第一表面部分的所述利用等离子体的处理抑制了在该中间层的该第一表面部分上的铝膜的化学汽相沉积；其中，所述利用等离子体的处理和所述化学汽相沉积在没有插入的真空间歇的情况下实施。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述形成一中间层、所述利用等离子体的处理以及所述化学汽相沉积在没有插入的真空间歇的情况下实施。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述利用等离子体的处理和所述化学汽相沉积在同一反应腔内实施。4.如权利要求1所述的方法，其中，该中间层为从由TiN、TaN、Ta/TaN、Ti/TaN和Ta/TiN层构成的组中选取的一个。5.如权利要求1所述的方法，其中，该中间层为一Ti/TiN层。6.如权利要求1所述的方法，其中，该等离子体为N2等离子体。7.如权利要求6所述的方法，其中，该N2等离子体通过将Ar和N2导入一腔中获得。8.如权利要求7所述的方法，其中，该Ar和该N2在0.1至5torr的压强下导入，且，Ar的流速为50至1000sccm而N2的流速为50至1000sccm。9.如权利要求8所述的方法，其中，等离子体功率为50至300watts。10.如权利要求1所述的方法，其中，该等离子体为NH3等离子体。11.如权利要求1所述的方法，其中，该等离子体为Ar等离子体。12.如权利要求1所述的方法，其中，利用MPA、DMEAA或DMAH作为前驱体化学汽相沉积该铝膜。13.如权利要求1所述的方法，还包括在该钝化层和该铝膜上沉积一铝层以填充该接触孔或沟槽。14.如权利要求13所述的方法，其中，该铝层通过物理汽相沉积和一回流工艺沉积。15.如权利要求1所述的方法，其中，该接触孔的直径小于0.5μm。16.如权利要求1所述的方法，其中，该接触孔的尺寸比大于2。17.一种在一衬底的一接触孔或沟槽中形成铝引线的方法，其中，该衬底包括一上主表面，以及该接触孔或沟槽由一在该衬底的该上主表面下延伸的内表面定义，所述方法包括在一衬底的主表面和该接触孔或沟槽的内表面上形成一含氮的中间层；对该中间层的位于该衬底的主表面上的一第一表面部分利用等离子体进行处理，以在该中间层的该第一表面部分形成一钝化层；仅在该中间层的位于该接触孔或沟槽的内表面上的一第二表面部分上化学汽相沉积一铝膜，其中，对该中间层的该第一表面部分的所述利用等离子体的处理抑制了在该中间层的该第一表面部分上的铝膜的化学汽相沉积；以及在该钝化层和该铝膜上沉积一铝层，以填充该接触孔或沟槽；其中，所述形成一中间层、所述利用等离子体的处理以及所述铝膜的化学汽相沉积在没有插入的真空间歇的情况下实施。18.如权利要求17所述的方法，其中，所述形成一中间层、所述利用等离子体的处理、所述化学汽相沉积以及所述沉积一铝层在没有插入的真空间歇的情况下实施。19.如权利要求18所述的方法，其中，所述利用等离子体的处理和所述化学汽相沉积在同一反应腔内实施。20.如权利要求17所述的方法，其中，该中间层为从由TiN、TaN、Ta/TaN、Ti/TaN和Ta/TiN层构成的组中选取的一个。21.如权利要求17所述的方法，其中，该中间层为一Ti/TiN层。22.如权利要求17所述的方法，其中，该等离子体为N2等离子体。23.如权利要求17所述的方法，其中，该铝层通过物理汽相沉积和一回流工艺沉积。24.如权利要求17所述的方法，其中，该接触孔的直径小于0.5μm。25.如权利要求17所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钟鸣，朴仁善，李德，全宗植，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]