半导体基材结构制造技术

一种半导体基材结构，此半导体基材包含了具有导电区域与非导电区域的基材，其中导电区域为铜导线所构成，且由电镀制程所形成。一合金层，形成于这些导电区域中，且该合金层由钴金属薄膜与铜金属薄膜经热处理制程所形成。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种半导体基材结构，特别涉及一种具有经表面处理的铜导线的半导体基材结构。
技术介绍
随着集成电路的线宽尺寸的微小化趋势，特别是0.25微米，乃至于0.13微米以下，组件的运算速度明显受到金属导线所造成的电阻电容延迟时间(ResistanceCapacitance Delay Time；RC Delay Time)的影响，以致于降低其运算速度。因此，面对目前积集度(Integration)更高的电路设计，除了必须采用具有更低电阻的金属材料，例如电阻值约为1.67微欧姆-公分的铜(Cu)，来取代传统所采用的电阻值约为2.66微欧姆-公分的铝，还必须搭配低介电常数的介电材料来建构多层金属导线，以改善RC延迟的现象。由于铜具有低电阻的特性，故以铜为导线的组件可承受更密集的电路排列。所以铜金属导线的使用，不仅可大幅缩减金属层的数目，降低生产成本，还可提升组件的运算速度。铜具有较高的抗电子迁移(Electro-migration)的能力，因此，以铜为导线的组件还具有更长的寿命及较佳的稳定性等优点。但是，由于铜金属无法使用传统的干式蚀刻技术，以进行导线布植，因此大部分采用镶嵌(Damascene)制程技术来进行铜导线的制作。目前较常使用于铜制程的为一种可以同时形成介层窗插塞及金属导线的技术，称为双重金属镶嵌(Dual Damascene)制程。但是，铜金属的一些化学性质，却也限制了铜制程在集成电路上的发展。举例来说，铜原子具有快速的扩散性，所以在电场的加速下，铜原子能穿透介电层而快速的扩散，尤其一旦铜原子扩散至硅基材中，将造成组件的特性退化与失效。因此，在铜金属层形成前，需要先形成防止铜和氧化层或硅层接触的阻障层(Barrier Layer)，以避免产生铜扩散的问题。阻障层的另一项作用，则是用来提升金属与其它材料的附着力。一般阻障层材料可分为金属阻障材料以及介电阻障层材料等，常见的阻障层材料，例如有钽(Ta)、氮化钽(TaN)、氮化钛(TiN)等等。在双重金属镶嵌结构的铜导线制程中，由于铜导线的上表面不具有阻障层。因此，在铜金属与介电蚀刻终止层的界面上，不仅铜金属易形成多孔性的氧化铜，且易造成快速的铜原子扩散。不仅造成集成电路严重的可靠度的问题，更降低了导电稳定性，且影响集成电路组件的质量。因此，如何能有效防止铜原子的扩散与氧化，有赖于提高铜导线表面的扩散能(Diffusion Energy)，不仅可以降低铜表面氧化与铜原子扩散的问题，还可提高集成电路的稳定性。而且可进一步提高集成电路的产品可靠度，为集成电路的使用者与制造者所殷殷企盼。
技术实现思路
鉴于上述的技术背景中，由于双重金属镶嵌制程的铜导线的上表面，因不具有覆盖于其上的阻障层，以致于造成集成电路严重的可靠度的问题，不仅降低了导电性能，更影响集成电路组件的质量。本技术的目的之一在于提供一种具有经过表面处理的铜导线的半导体基材结构，该铜导线表面不形成氧化铜，不会造成铜原子扩散的问题。根据以上所述的目的，本技术提供一种形成半导体基材结构的方法。此方法包含下列步骤，首先提供一基材具有若干个导电区域与若干个非导电区域。接着覆盖金属薄膜于导电区域的表面，然后清洁基材的表面。此方法还包含将金属薄膜进行热处理，使金属薄膜与导电区域的金属材料形成合金层。其中上述的覆盖金属薄膜于导电区域的表面，利用无电镀金属薄膜的制程来进行，而导电区域由铜导线所构成。无电镀金属薄膜的制程将基材浸入一预定的化学溶液中，以在预定区域上形成金属薄膜。一般而言，此制程可使用如无电镀镍(Niickel；Ni)、无电镀钯(Palladium；Pd)或者无电镀钴(Cobalt；Co)等方式进行。此无电镀制程特别合适于使用在半导体基材的铜导线上，其可在铜导线表面自然形成金属薄膜，有效隔离铜导线与介电蚀刻终止层的界面。有效提高铜导线的表面扩散能，降低铜导线表面氧化的机率，使集成电路的可靠度因而提高。且热处理后的铜导线与镍金属薄膜形成镍铜合金层。所以，本技术的铜导线的无电镀制程可有效改善铜导线的抗电子迁移，应力迁移(StressMigration；SM)与依时介电崩溃(Time Dependent Dielectric Breakdown；TDDB)等特性。附图说明图1是本技术半导体基材的铜导线横截面的结构示意图；图2是一流程示意图，说明本技术的铜导线的无电镀方法。具体实施方式本技术提供一种铜导线的表面处理的方法，提高铜导线的表面扩散能，以改善铜导线表面氧化的问题，不仅提高集成电路的操作的稳定性，更可进一步提高集成电路产品的可靠度。以下将以图标及详细说明清楚说明本技术的精神，如熟悉此技术的人员在了解本技术的较佳实施例后，当可由本技术所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本技术的精神与范围。参阅图2，如图中所示为一流程示意图，以用来说明本技术的铜导线的无电镀方法。步骤110，首先提供一基材，此基材上具有导电区域与非导电区域，如图1所示，例如导电区域10为铜导线1的上表面，而非导电区域12则为围绕于铜导线周围的介电材料等。步骤120，为选择性的在此基材上的导电区域，形成金属薄膜。例如使用无电镀的方法在此导电区域上形成金属薄膜。无电镀的方法是将基材浸入预定的化学溶液中，以进行化学反应，使自然形成金属薄膜于导电区域上。举例而言，在上述的铜导线的上表面，以无电镀的方法，形成镍(Nickel；Ni)金属薄膜14，其厚度约为200埃(Angstrom)至1000埃，较佳的为500埃。以下提供一范例数据，如表一中的数据，以说明使用无电镀镍于铜导线上，进而形成镍金属薄膜的详细数据资料，此范例数据仅用来说明本技术的实施方式，而非用来限定本技术的范围。表一使用于铜导线的无电镀镍的化学溶液的化学成分参考数据 当使用表一中的化学溶液进行铜导线的无电镀镍时，首先将化学溶液的PH值调整至4，并于制程中维持工作温度为88±1℃。由于无电镀的方法会自然在导电区域形成无电镀金属薄膜，而在非导线区域并不会形成此金属薄膜，故十分合适于在具有部分导电区域与部分非导电区域的半导体基材上进行加工。本技术并不限定使用于无电镀镍，也可使用钴(Cobalt；Co)，或者是钯(Palladium；Pd)金属的无电镀制程，或者其它形成金属薄膜于上述的基材的导电区域的制程，其均不脱离本技术的范围。步骤130，在完成导电区域的金属薄膜附着后，清洗基材表面。步骤140，则再将此基材进行热处理，更进一步的使此金属薄膜与导电区域的金属表面形成合金层，例如将镍金属与铜金属以约400摄氏度加热30分钟至60分钟后，以形成一镍铜合金层16，而镍铜合金则具有优越的耐蚀性与耐热性。由于铜原子易于扩散且易于氧化，以致于造成集成电路的产品可靠度的降低，本技术有效利用无电镀镍或无电镀其它金属，提高铜导线的表面扩散能，以有效隔离铜导线与介电蚀刻终止层。不仅使集成电路的可靠度因而提高，且进一步的进行热处理，使铜导线表面与镍金属薄膜形成镍铜合金层。本技术有效改善铜导线表面的特性，使抗电子迁移，应力迁移与依时介电崩溃等特性均获得有效改善。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体基材结构，其特征在于，其至少包含：　　　　一基材，该基材上具有若干个导电区域与若干个非导电区域，且这些导电区域包含一第一金属薄膜，其中该第一金属薄膜由电镀制程所形成；以及　　　　一合金层，形成于这些导电区域，其中该合金层由一第二金属薄膜与该第一金属薄膜所形成，且该第二金属薄膜使用与该第一金属薄膜的不同材料所构成。

【技术特征摘要】
US 2003-5-16 10/439,3581.一种半导体基材结构，其特征在于，其至少包含一基材，该基材上具有若干个导电区域与若干个非导电区域，且这些导电区域包含一第一金属薄膜，其中该第一金属薄膜由电镀制程所形成；以及一合金层，形成于这些导电区域，其中该合金层由一第二金属薄膜与该第一金属薄膜所形成，且该第二金属薄膜使用与该第一金属薄膜的不同材料所构成。2.根据权利要求1所述的半导体基材结构，其特征在于上述的第一金属薄膜为一铜薄膜所构成。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：万文恺，林义雄，雷明达，彭宝庆，林正忠，林佳惠，刘埃森，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：71[中国|台湾]