形成金属互连的方法技术

本发明专利技术提供了一种形成金属互连的方法，所述方法包括：在前端器件层上依次形成层间介电层、第一阻挡层、金属层和第二阻挡层；对所述第二阻挡层、所述金属层和所述第一阻挡层进行刻蚀，以露出所述金属层的侧壁；对所述金属层进行冷凝处理和光照射处理，并通入氧化性气体，以在所述侧壁上形成钝化层。根据本发明专利技术的方法，能够有效解决由于对铝金属进行刻蚀而引入的氯对金属互连结构的腐蚀问题，避免了因腐蚀而导致的断线现象的发生，从而保证了金属互连的电学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造工艺，尤其涉及一种防止金属互连结构腐蚀的方法。
技术介绍
在集成电路antegrated-Circuit，IC)的制造技术中，器件主体完成后，依据电 路布局设计，采用金属薄膜或多晶硅制成的连线将电信号传输到芯片的不同部分，这种传 导电信号的金属薄膜或多晶硅被称作互连。通过互连结构，将器件内不同部分，或各个器件 之间做适当的连接。互连也可被用作芯片上器件和整个封装之间普通的金属连接。铝在集 成电路中是最广泛被使用的一种互连金属，它已经被使用了近三十年，因为铝具有诸多优 点，所以到目前为止，大部分的集成电路还是以铝作为金属互连材料。铝的优点在于铝的电 阻系数比大部分金属的电阻系数低，因此导电性能良好；铝能够很容易与硅和二氧化硅反 应，加热形成氧化铝，因此促进了铝与硅以及二氧化硅之间的附着；铝能和硅形成良好的欧 姆接触；铝易于加工，合金温度较低；以及铝金属的沉积技术和刻蚀技术较为成熟。上述优 点使得在制作多种金属互连线时，铝还是很受重视的。图1A-1B是现有技术形成铝互连结构的剖视图。如图IA所示，首先，在形成了金 属层间介电层(IMD) 101的前端器件层100上，形成第一阻挡层102，利用溅射等方法在第一 阻挡层102的表面上形成铝金属层103，在铝金属层103表面上形成第二阻挡层104。其中 阻挡层的材料可以是钛(Ti)/氮化钛(TiN)等，所述第一阻挡层和第二阻挡层的作用是用 来防止互连线中的金属原子沿电子运动方向迁移而引起的电迁移效应，该电迁移效应可能 会引起IC中的互连线在工作过程中产生断路或短路，从而引起IC失效。接着，在第二阻挡 层104上依次涂敷抗反射涂层和光刻胶，并利用曝光显影等工艺形成具有图案的光刻胶层 105。然后，如图IB所示，以光刻胶层105为掩膜对第二阻挡层、金属层和第一阻挡层进 行刻蚀。现有技术中通常通入氯气或含氯气体作为刻蚀剂，利用低压等离子体放电，将氯气 或含氯气体等离子体化。然后等离子体与表面材料发生反应，从而对铝金属进行刻蚀，即利 用氯气与铝的反应来生成具有挥发性的铝的氯化物(AlyClx),然后通过真空气泵将AlyClx 连同腔内未发生反应的氯气和其它气体一起抽走。但仍会有少量的氯残留在刻蚀腔室内， 加上AlyClx的化学性质十分活泼，很容易与空气中的水反应，而形成聚合物。该聚合物将会 和氯反应生成氯的聚合物，因此残留的氯会以两种形式存在，即具有悬挂键的游离态和与 聚合物结合的聚合态。其中氯的聚合物附着在铝金属层的侧壁上，如图IB所示。接着，在 剥离腔室内利用氧气形成的等离子体去除光刻胶层105。然后，在冷凝腔室中对去除光刻胶 的结构层进行冷却。最后，清洗去除结构层表面的残留物，完成铝金属互连。然而，残留的氯会对铝产生腐蚀，该腐蚀会导致金属互连断线现象的发生。在现有 技术的光刻胶剥离工艺期间，可以通过腔室中的水蒸气除去部分氯气，即氯气会与剥离腔 内的水蒸气发生化学反应，生成氧气和氯化氢气体，从腔中扩散出去，从而去除在铝金属层 的侧壁表面上具有悬挂键的氯。但是，在铝表面与聚合物结合的氯，就很难通过上述方法去除。虽然可以在光刻胶的剥离工艺之后，通过对晶片进行湿法清洗来去除氯的聚合物，但是 在通过湿法清洗去除氯的聚合物之前，铝金属表面已经受到了腐蚀。因此，需要一种方法，能够有效解决由于对铝金属进行刻蚀而引入的氯对金属互 连结构的腐蚀问题，以便避免因腐蚀而导致的断线现象的发生，从而保证金属互连的电学 性能。
技术实现思路
在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进 一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的 关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。为了解决金属互连的腐蚀问题，本专利技术提供了一种，所述方 法包括在前端器件层上依次形成层间介电层、第一阻挡层、金属层和第二阻挡层；对所述 第二阻挡层、所述金属层和所述第一阻挡层进行刻蚀，以露出所述金属层的侧壁；对所述金 属层进行冷凝处理和光照射处理，并通入氧化性气体，以在所述侧壁上形成钝化层。根据本专利技术的另一方面，其中所述刻蚀步骤的刻蚀剂为氯气或含氯气体。根据本专利技术的另一方面，其中所述金属层是铝金属层。根据本专利技术的另一方面，其中所述钝化层为氧化铝层。根据本专利技术的另一方面，其中所述照射灯是紫外灯、深紫外灯或极紫外灯。根据本专利技术的另一方面，其中所述氧化性气体包括臭氧、氧气或其它含氧气体中 的一种或几种。根据本专利技术的另一方面，其中所述氧化性气体是臭氧。根据本专利技术的另一方面，其中所述臭氧的流速为500 5000sCCm。根据本专利技术的另一方面，其中所述照射灯的照射时间大于或等于20秒，小于或等 于冷凝腔室内的工艺时间与通过机械臂将晶片从冷凝腔室转移到外界的时间之差。根据本专利技术的方法，能够有效解决由于对铝金属进行刻蚀而引入的氯对金属互连 结构的腐蚀问题，避免了因腐蚀而导致的断线现象的发生，从而保证了金属互连的电学性 能。附图说明本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本发 明的实施例及其描述，用来解释本专利技术的原理。在附图中，图1A-1B是现有技术形成铝互连结构的剖视图；图2A-2D是根据本专利技术形成铝互连结构的工艺流程中各个步骤的剖视图；图3是根据本专利技术形成铝互连结构的工艺流程图。具体实施例方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然 而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以 实施。在其它的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。为了彻底理解本专利技术，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便说明本专利技术是如 何在未增加工艺时间的情况下，通过在冷凝腔室中设置照射灯同时通入氧化性气体来解决 金属腐蚀问题的。显然，本专利技术的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细 节。本专利技术的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本专利技术还可以具有其它 实施方式。为了避免刻蚀后残留的氯对铝金属互连的腐蚀作用，本专利技术提出了在冷凝腔室中 使用照射灯并通入氧化性气体，以在金属互连结构表面形成钝化膜来防止腐蚀的方法。参 照图2A至图2D，示出了根据本专利技术形成铝互连结构的工艺流程中各个步骤的剖视图。首先，如图2A所示，在形成了金属层间介电层(IMD)201的前端器件层200上，利 用溅射等方法形成第一阻挡层202，第一阻挡层的材料可以是钛(Ti)/氮化钛(TiN)等。然 后，利用溅射等方法在第一阻挡层202的表面上形成铝金属层203，在铝金属层203表面上 利用溅射等方法形成第二阻挡层204，第二阻挡层的材料可以是钛(Ti)/氮化钛(TiN)等。 所述第一阻挡层和第二阻挡层是用来抑制互连线中的金属原子沿电子运动方向迁移而引 起的电迁移效应，该电迁移效应可能会引起IC中的互连线在工作过程中产生断路或短路， 从而引起IC失效。接着，在第二阻挡层204的表面上涂敷抗反射涂层和光刻胶，并进行曝 光显影等工艺，最终形成具有图案的光刻胶层205。然后，如图2B所示，在刻蚀腔室内，以具有图案的光刻胶层205为掩膜对第二阻挡 层、金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种形成金属互连的方法，所述方法包括：在前端器件层上依次形成层间介电层、第一阻挡层、金属层和第二阻挡层；对所述第二阻挡层、所述金属层和所述第一阻挡层进行刻蚀，以露出所述金属层的侧壁；对所述金属层进行冷凝处理和光照射处理，并通入氧化性气体，以在所述侧壁上形成钝化层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：南基旭，
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[中国|上海]