铝薄膜的形成方法技术

一种铝薄膜的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上通过至少2个形成铝金属层的子步骤逐步形成所述铝薄膜，其中每一子步骤形成的铝金属层的厚度小于或等于0.45μm。本发明专利技术减小了铝薄膜中的晶粒尺寸，改善了其表面质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种。
技术介绍
集成电路的互连层材料一般采用铝或者铜，在选用铝互连结构时，通常采用溅射法形成铝薄膜，之后再经过刻蚀将所述铝薄膜图案化，形成铝互连结构。溅射属于物理气相沉积(PVD)的一种，是在集成电路制造工艺中沉积金属以及合金材料层的常用方法。溅射时，将晶圆与待沉积金属材料构成的靶材放置于真空反应腔中， 并将所述靶材设置为负偏压；之后在所述反应强中通入氩气(Ar)并等离子化生成氩离子， 带有正电荷的氩离子冲击所述靶材，从靶材中溅射出金属原子，其中一部分金属原子沉积在所述晶圆表面形成金属薄膜。另外，所述真空反应腔中通常设置有加热器(heater)，用于在溅射过程中对所述晶圆进行加热。在专利号为ZL00102784.0的中国专利中公开了一种铝互连结构的形成方法。图 1至图4给出了该方法形成铝互连结构的剖面结构示意图。如图1所示，提供半导体基底100，在所述半导体基底上依次形成阻挡层101和铝薄膜102。在形成所述阻挡层101之前，所述半导体基底100的表面上还可以形成介质层 (图中未示出)，如二氧化硅(SiO2)。所述阻挡层101的材料为钛(Ti)和/或氮化钛(TiN)。 所述铝薄膜102的形成方法为溅射法。如图2所示，在所述铝薄膜102上形成抗反射层103。所述抗反射层103的材料为钛和/或氮化钛，由于所述铝薄膜102表面的反射率较高，会影响之后的光刻工艺的精度， 而所述抗反射层103可以有效的提高光刻效果。如图3所示，在所述抗反射层103表面形成光刻胶层(图中未示出)，并对所述光刻胶层进行图案化，形成光刻胶图形104。如图4所示，以所述光刻胶图形104为掩膜，对所述抗反射层103和铝薄膜102进行刻蚀。之后去除所述光刻胶图形104，形成铝互连结构。在实际生产中，某些特定的应用要求形成的铝薄膜102的厚度较大以降低电阻， 但是如果溅射形成的所述铝薄膜102的厚度较大(超过3μπι)时，其中的晶粒(grain)的尺寸会明显增大，导致相邻晶粒之间无法紧密贴合，使得所述铝薄膜102的表面微观上较为粗糙，影响后续形成在其上的膜层的质量。如图5所示，在区域10 处，所述铝薄膜102在相邻两个晶粒之间形成明显的凹陷，使得在该处的抗反射层103无法完全覆盖铝薄膜102 的表面，暴露出一部分铝材料。如图6所示，之后在所述抗反射层103的表面上形成光刻胶图形104。对光刻胶层进行图案化形成光刻胶图形104的过程包括曝光、显影和定影等，由于在光刻过程中使用的显影溶液等试剂一般都为酸性或碱性，如正型光刻胶的显影液四甲基氢氧化铵((CH3)4NOH)为较强的碱性，所述显影溶液会腐蚀所述区域10 内的暴露的铝材料，使得被腐蚀的铝薄膜部分在后续的刻蚀过程中无法被刻蚀去除，如图7所示，对应于图6中区域10 的位置处形成有残留物102b，影响整个铝互连结构的可靠性。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种，提高铝薄膜的质量，避免在光刻和刻蚀工艺中由于铝薄膜被腐蚀而形成残留物。本专利技术提供了一种，包括提供基底；在所述基底上通过至少2个形成铝金属层的子步骤逐步形成所述铝薄膜，其中每一子步骤形成的铝金属层的厚度小于或等于0. 45 μ m。可选的，在所述各子步骤之间还包括对所述基底进行冷却。可选的，所述冷却过程后所述基底的温度低于300°C。可选的，所述冷却过程的冷却速率为3°C /s至10°C /s。可选的，所述冷却过程的持续时间大于或等于10s。可选的，所述各子步骤以及相应的冷却过程是在同一反应腔中进行的。可选的，所述铝金属层的形成方法为溅射法，使用的功率为10000瓦至13000瓦， 溅射气体为氩气，所述氩气的流量为15SCCm至50sCCm。可选的，在所述溅射过程中，使用加热器对所述基底进行加热。可选的，所述冷却过程包括移除所述加热器并通入氩气，所述氩气的流量为 33sccm 至 IOOsccm0可选的，所述冷却过程包括关闭所述加热器并通入氩气，所述氩气的流量为 33sccm 至 IOOsccm0与现有技术相比，本专利技术的技术方案有如下优点本技术方案分多个子步骤来形成铝薄膜，其中每一子步骤形成的铝金属层的厚度较小，小于或等于0. 45 μ m，使得形成的铝薄膜的晶粒较小，提高了铝薄膜的质量，避免了在光刻和刻蚀工艺中由于铝薄膜被腐蚀而形成的残留物缺陷。附图说明图1至图4是现有技术的铝互连结构形成方法的剖面结构示意图；图5至图7是现有技术的铝互连结构形成方法中铝薄膜被腐蚀形成残留物的过程的剖面结构示意图；图8是晶粒尺寸以及缺陷数随铝薄膜的厚度的变化关系曲线图；图9是本专利技术实施例的的流程示意图；图10至图14是本专利技术实施例的铝互连结构的形成过程的剖面结构示意图。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广。因此本专利技术不受下面公开的具体实施方式的限制。现有技术铝薄膜的形成过程一般都是通过溅射一次性形成的，如图8所示，经过专利技术人研究发现，随着形成的铝薄膜的厚度增大，铝薄膜中的晶粒尺寸也逐渐增大，相应的，当晶粒直径大于3. 5 μ m时，形成的铝互连结构中的缺陷数开始急剧增大，影响器件的可靠性。本专利技术的技术方案通过多个子步骤逐步形成铝薄膜，其中每一子步骤形成的铝金属层的厚度较小，小于或等于0. 45 μ m，使得形成的铝薄膜中的晶粒尺寸较小，相邻晶粒之间紧密排列，提高了铝薄膜的表面质量，避免了在后续的光刻和刻蚀工艺中由于铝薄膜被腐蚀而形成的残留物缺陷。图9示出了本专利技术实施例的的流程示意图。如图9所示，包括 执行步骤SlOl，提供基底；执行步骤S102，在所述基底上通过至少2个形成铝金属层的子步骤逐步形成所述铝薄膜，其中每一子步骤形成的铝金属层的厚度小于或等于0. 45 μ m。下面以铝互连结构的形成过程为实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明，图10 至图14示出了本专利技术实施例的铝互连结构的形成过程的剖面结构示意图。结合图9和图10，执行步骤S101，提供基底。本实施例中具体为提供基底200。所述基底200的材质可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅中的一种，所述基底200的材质也可以是硅锗化合物，所述基底200还可以是绝缘体上硅(S0I，Silicon On Insulator) 结构或硅上外延层结构。在所述基底200中形成有半导体器件(图中未示出)，例如具有栅极、源极和漏极的金属氧化物半导体(M0Q器件。本实施例中，所述基底200的表面还形成有介质层(图中未示出)，其材料选自氧化硅、氮化硅、硼硅玻璃等。结合图9和图11，在所述基底上通过至少2个子步骤逐步形成所述铝薄膜，其中每一子步骤形成的铝金属层的厚度小于或等于0. 45 μ m。本实施例中具体包括，首先在所述基底200的表面上形成阻挡层201，所述阻挡层 201的材料选自钛和/或氮化钛，本实施例中优选为钛，其形成方法为溅射法。之后在所述阻挡层201上形成第一铝金属层20加。所述第一铝金属层20 的形成方法为溅射法，使用的功率为1000本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种铝薄膜的形成方法，其特征在于，包括：提供基底；在所述基底上通过至少２个形成铝金属层的子步骤逐步形成所述铝薄膜，其中每一子步骤形成的铝金属层的厚度小于或等于０．４５μｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张冠群，顾佳玉，林艺辉，林保璋，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31