專利名稱：可減少金屬蝕刻殘留物的形成導電結構層的方法
技術領域：
本發明是關于一種半導體制程的方法及其結構，特別是關于一種減少金屬蝕刻殘留物(metal etching residue)的方法及其結構。其為于形成導電結構層時，在金屬層沉積前，加入前原位金屬層(pre in-situmetal layer)，以減少導電結構層蝕刻殘留物的方法。
金屬為廣泛的應用在集成電路中的聯機(interconnect)的材料，且常為多層結構形式的導電結構層。為改善金屬的性質，常于金屬中加入雜質(dopant)，但此雜質會造成金屬沉積時，晶體成長不均勻，以致導電結構層蝕刻后，蝕刻殘留物的發生。
以鋁為例，為改善鋁的電致遷移(electron migration)系數及降低鋁與硅底材(silicon substrate)互相擴散形成尖峰(spiking)，因此便于鋁中添加銅及硅等雜質，以鋁硅銅合金作為導電結構層的金屬層的主要材料。
為更有效地預防鋁與硅相互擴散，同時降低兩者之間的阻值(resistance)，需在金屬層與硅底材中間加入一層阻絕效果良好的阻障層(barrier layer)，此阻障層一般由一層鈦(titanium)和一層氮化鈦(titanium nitride)組成。通常于阻障層沉積完成后，會將芯片暴露于空氣一段時間，及經過熱處理(thermal treatment)其中之一來增加氮化鈦的阻絕能力。而在熱處理同時，底層的鈦會與硅底材表面，形成一層硅化鈦(titanium silicide)，以降低導電結構層與硅底材的電阻值。接著再沉積一金屬層于阻障層上方。再于此金屬層上沉積一抗反射層(anti-reflective layer)，此抗反射層包括氮化鈦。此阻障層，金屬層和抗反射層共同組成導電結構層。
如
圖1A所示，是公知的導電結構層剖面示意圖。此導電結構層形成于一半導體基底10上，其包括形成一介電層12位于此半導體基底10上。介電層12有一開口14暴露基底10上的部份組件區域。共形的阻障層20形成于開口14與介電層12上，然后以熱處理及于空氣中冷卻一段時間二者擇一的方法處理阻障層20。金屬層24形成于阻障層20上。另外抗反射層26也形成于金屬層24上。參閱圖1B，金屬層24及阻障層20經微影蝕刻定義后，形成一公知導電結構層。在蝕刻過程中，一些點狀殘留物16會殘留于暴露的介電層12上。公知的蝕刻殘留物造成的可能原因之一，與處理阻障層20有關。處理阻障層20時，阻障層20表面晶體間隙易形成氧化物，造成后續形成金屬層24時，金屬晶體成長不均勻，而使雜質分布不均，以致在蝕刻導電結構層過程中，一些點狀殘留物16會殘留于暴露的介電層12上。
圖2是電子顯微鏡相片顯示公知的導電結構層于蝕刻后，有去除不盡的殘留物存在。
有鑒于此，本發明提供一種可減少金屬蝕刻殘留物的形成導電結構層的方法及其結構，可以以增加前原位金屬層于導電結構層中，使金屬層的晶體成長更為均勻，以降低導電結構層蝕刻后蝕刻殘留物發生的機率。
本發明提供一種可減少金屬蝕刻殘留物的形成導電結構層的方法。在沉積金屬層于基底之前，先行沉積前原位金屬層，再于連續真空狀態下，沉積此金屬層。
在上述的方法中，加入前原位金屬層的作用在于可提供金屬層一個適當的沉積表面，使金屬層的晶體成長可以更為均勻，以減少雜質分布不均的現象發生。如此，可降低導電結構層經蝕刻后蝕刻殘留物發生的機率。此前原位金屬層與此金屬層為組成導電結構層的全部或一部份。
本發明提供一種可減少金屬蝕刻殘留物的導電結構層的結構。此導電結構層形成于一基底上，具有位于基底上的前原位金屬層，和位于前原位金屬層上的一金屬層。此結構可降低金屬層經蝕刻后蝕刻殘留物發生的機率。前原位金屬層與金屬層為組成導電結構層的全部或一部份。
為讓本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合所附圖，作詳細說明圖面說明圖1A是公知的導電結構層剖面示意圖，此導電結構層位于基底上；圖1B是公知定義后的導電結構層剖面示意圖，殘留物留置于介電層上；圖2的電子顯微鏡相片顯示公知的導電結構層于蝕刻后，有去除不盡的殘留物存在；
圖3A至圖3E，是本發明的導電結構層的制造流程剖面示意圖，此導電結構層位于基底上；以及圖4的電子顯微鏡相片顯示本發明的導電結構層于蝕刻后，點狀蝕刻殘留物可有效地被避免。
附圖標記說明10、50半導體基底12、52介電層14、54開口20、60阻障層16蝕刻殘留物62前原位金屬層24、64金屬層26、66抗反射層本發明提供一種可減少金屬蝕刻殘留物的形成導電結構層的方法及其結構。其特征在沉積金屬層前，先于同一真空機臺中，沉積前原位金屬層于一基底，以提供此金屬層一個適當的沉積表面，使此金屬層的成長可以更為均勻，以減少雜質分布不均的現象發生。如此，可降低金屬層經蝕刻后蝕刻殘留物發生的機率。
圖3A至圖3D是根據本發明的一較佳實施例，本發明的導電結構層的制造流程剖面示意圖，此導電結構層位于一基底上。此導電結構層于蝕刻后，蝕刻殘留物可有效地被避免。首先，請參照圖3A，于半導體基底50上沉積一介電層52，后經由微影蝕刻步驟，于此介電層52上形成一開口54，此開口54暴露出基底50上的組件(未示于圖)的部份區域。
然后，請參照圖3B，于開口54和介電層52上沉積一阻障層60。此阻障層60共形于基底50上的一結構表面。當開口54為接觸窗時，此阻障層60例如可包括二層，其由先沉積一層鈦，再沉積一層氮化鈦而組成，或者由先沉積一層鈦，再沉積一層鎢化鈦組成。當開口54為介層窗時，此阻障層60例如包括氮化鈦及鎢化鈦二者之一。此阻障層60的厚度視開口的縱橫比(aspect ratio)而定。此阻障層60于沉積后，再經過熱處理或于空氣中冷卻一段時間其中之一，以增加阻障層60的阻絕效果。
然后，請參照圖3C，在阻障層60上沉積前原位金屬層62，此前原位金屬層可為鈦、鎢化鈦、及氮化鈦其中之一，較佳為氮化鈦。其厚度例如是約50埃到約1100埃。此前原位金屬層62未經過熱處理及于空氣中冷卻一段時間二者擇一，可提供一個適當的沉積表面。只要有沉積此前原位金屬層62，即可達到減少導電結構層金屬蝕刻殘留物的功能。
請參照圖3D，在沉積前原位金屬層62的同一真空機臺，于連續真空狀態環境下，沉積一金屬層64于此前原位金屬層62上。一般也可沉積抗反射層66于此金屬層64上。
請參照圖3E，經一微影蝕刻步驟，定義阻障層60，前原位金屬層62，金屬層64，以及抗反射層66，于是形成本發明的可減少金屬蝕刻殘留物的導電結構層。由于此金屬層64沉積于此前原位金屬層62上，此前原位金屬層62提供一個適當的沉積表面，使此金屬層64的晶體成長更為均勻，以減少雜質分布不均的現象發生。如此可降低導電結構層經蝕刻后蝕刻殘留物發生的機率。此金屬層64包括鋁、銅、鎢、鋁合金、鋁硅合金、鋁硅銅合金、鋁銅合金、銅合金、及鎢合金其中的一，其中較佳為鋁硅合金和鋁硅銅合金。而抗反射層66例如包括氮化鈦。
圖4的電子顯微鏡相片顯示本發明的導電結構層于蝕刻后，點狀蝕刻殘留物可有效地被避免。請同時參閱圖2與圖4，于圖2中，點狀蝕刻殘留物散布于導電結構層之間的暴露的介電層上。于圖4中，采用本發明的方法，于形成金屬層64之前，先形成前原位金屬層62。如此，傳統的點狀蝕刻殘留物可有效地被避免。
雖然圖3D揭露的本發明的導電結構層的較佳實施例如包括阻障層60、前原位金屬層62、金屬層64、和抗反射層66，本發明的導電結構層，實際上只需要前原位金屬層62和金屬層64，就可達到減少金屬蝕刻殘留物的目的。
綜上所述，本發明的可減少金屬蝕刻殘留物的形成導電結構層的方法，具有許多特征(1)本發明的導電結構層中的前原位金屬層，在沉積金屬層前沉積，屬于同一真空機臺中的沉積步驟，并未增加制程困難度。
(2)本發明的導電結構層，因形成前原位金屬層62，于蝕刻后，蝕刻殘留物有效被避免。
(3)本發明的導電結構層，因于蝕刻后，蝕刻殘留物有效被避免，可增加組件的可靠度。
雖然本發明已以一較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發明，任何熟習此技術者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當以權利要求書范圍所界定為準。
權利要求
1.一種可減少金屬蝕刻殘留物的形成導電結構層的方法，其特征在于包括下列步驟提供一基底；形成一阻障層于該基底上；形成一前原位金屬層于該阻障層上；以及于該前原位金屬層的同一真空環境中，連續形成一金屬層于前原位金屬層上。
2.根據權利要求1所述的可減少金屬蝕刻殘留物的形成導電結構層的方法，其特征在于其中前原位金屬層包括鈦、氮化鈦及鎢化鈦其中之一。
3.根據權利要求1所述的可減少金屬蝕刻殘留物的形成導電結構層的方法，其特征在于其中金屬層包括鋁，銅，鎢，鋁硅合金，鋁硅銅合金，鋁銅合金，鋁合金，銅合金及鎢合金其中之一。
4.根據權利要求1所述的可減少金屬蝕刻殘留物的形成導電結構層的方法，其特征在于其中包括處理該阻障層的步驟。
5.根據權利要求4所述的可減少金屬蝕刻殘留物的形成導電結構層的方法，其特征在于其中該處理該阻障層的步驟包括高溫熱回火處理及于空氣中冷卻一段時間二者擇一。
6.根據權利要求4所述的可減少金屬蝕刻殘留物的形成導電結構層的方法，其特征在于其中阻障層包括至少一二金屬層。
7.根據權利要求1所述的可減少金屬蝕刻殘留物的形成導電結構層的方法，其特征在于其中阻障層包括鈦，氮化鈦，及鎢化鈦其中之一。
8.根據權利要求1所述的可減少金屬蝕刻殘留物的形成導電結構層的方法，其特征在于其中基底包括介電層與定義于該介電層之一開口。
9.根據權利要求1所述的可減少金屬蝕刻殘留物的形成導電結構層的方法，其特征在于包括沉積一抗反射層于金屬層上。
10.根據權利要求9所述的可減少金屬蝕刻殘留物的形成導電結構層的方法，其特征在于其中形成抗反射層步驟中，抗反射層包括氮化鈦。
11.根據權利要求1所述的可減少金屬蝕刻殘留物的形成導電結構層的方法，其特征在于包括一微影與一蝕刻步驟以定義該阻障層與前位金屬層與金屬層。
12.一種形成導電結構層的方法，其特征在于包括下列步驟提供一基底；形成一前原位金屬層于基底上；以及形成一金屬層于前原位金屬層上。
13.根據權利要求12所述的形成導電結構層的方法，其特征在于其中金屬層是在形成前原位金屬層的同一真空機臺中，以連續方式形成于該前原位金屬層上。
14.根據權利要求12所述的形成導電結構層的方法，其特征在于其中前原位金屬層包括鈦、氮化鈦、及鎢化鈦其中之一。
15.根據權利要求12所述的形成導電結構層的方法，其特征在于其中金屬層包括鋁，鎢，銅，鋁硅合金，鋁硅銅合金，鋁銅合金，鋁合金，鎢合金，和銅合金其中之一。
16.根據權利要求12所述的形成導電結構層的方法，其特征在于包括一微影與一蝕刻步驟以定義前位金屬層與金屬層。
17.一種導電結構層的結構，形成于一基底上，其特征在于該結構包括一阻障層，形成于基底上；一前原位金屬層，形成于阻障層上；以及一金屬層，位于該前原位金屬層上。
18.根據權利要求17所述的導電結構層的結構，其特征在于其中前原位金屬層包括鈦、氮化鈦及鎢化鈦其中之一。
19.根據權利要求17所述的導電結構層的結構，其特征在于其中金屬層包括鋁，鎢，銅，鋁硅合金，鋁硅銅合金，鋁銅合金，鋁合金，鎢合金及銅合金其中之一。
20.根據權利要求17所述的導電結構層的結構，其特征在于其中阻障層包括至少一二金屬層。
21.根據權利要求17所述的導電結構層的結構，其特征在于其中阻障層包括鈦，氮化鈦和鎢化鈦其中之一。
22.根據權利要求17所述的導電結構層的結構，其特征在于其中基底包括一介電層與定義于該介電層之一開口。
23.根據權利要求17所述的導電結構層的結構，其特征在于包括一抗反射層，該抗反射層位于一金屬層之上。
24.一種導電結構層的結構，形成于一基底上，其特征在于該結構包括一前原位金屬層，形成于基底上；以及一金屬層，形成于前原位金屬層上。
25.根據權利要求24所述的導電結構層的結構，其特征在于其中前原位金屬層包括鈦、氮化鈦及鎢化鈦其中之一。
26.根據權利要求24所述的導電結構層的結構，其特征在于其中金屬層包括鋁，鎢，鋁硅合金，鋁硅銅合金，鋁銅合金，鋁合金，鎢合金及銅合金其中之一。
全文摘要
本發明涉及一種可減少金屬蝕刻殘留物的形成導電結構層的方法。當形成導電結構層時,在金屬層沉積前,加入前原位金屬層,此前原位金屬層使此金屬層之晶體成長更為均勻,而減少此導電結構層蝕刻殘留物的方法。并具有導電結構層的結構。
文檔編號H01L21/02GK1379451SQ01110530
公開日2002年11月13日 申請日期2001年4月10日 優先權日2001年4月10日
發明者楊登棠, 賈穎昌, 呂錕溢, 溫錦祥 申請人:華邦電子股份有限公司