金屬化方法以及防止銅鋁合金出現腐蝕性缺陷的方法
2023-06-26 22:03:21 1
專利名稱：金屬化方法以及防止銅鋁合金出現腐蝕性缺陷的方法
技術領域：
本發明涉及半導體集成電路製造技術領域，特別涉及金屬化方法以及防止銅鋁合 金出現腐蝕性缺陷的方法。
背景技術：
晶片金屬化是應用化學或物理處理方法在晶片上澱積導電金屬薄膜的過程。這一 過程與層間介質(ILD)的澱積緊密相連，金屬線在IC電路中傳導信號，層間介質則分離金 屬之間的電連接，保證信號不受鄰近金屬線的影響。層間介質一旦被澱積，便被光刻成圖 形、刻蝕以便在各金屬層和矽之間形成通路。金屬化對不同金屬連接有專門的術語名稱。互連(interconnect)指導電材料(如 金屬或多晶矽)製成的連線將電信號傳輸到晶片的不同部分。互連也被用作晶片上器件和 整個封裝之間的普通金屬連接。接觸(contact)是指矽晶片內的器件與第一金屬層之間在 矽表面的連接。填充薄膜是指用金屬薄膜填充層間介質的通孔，以便在兩金屬層之間形成 電連接。在半導體製造業中，最早的互連金屬是鋁，而且它仍然是業界最普遍採用的互連 金屬。鋁在20攝氏度時具有2. 65微歐姆/釐米的低電導率，雖然比銅、金、銀的電阻率稍 高，然而銅和銀都比較容易腐蝕，在矽和二氧化矽中具有高擴散率，這些都成為其應用於半 導體製造的障礙。金和銀比鋁昂貴得多，而且在氧化膜上附著性差。而鋁能夠很容易和氧 化矽反應，形成氧化鋁，這促進了氧化鋁和鋁之間得附著，使得鋁可以輕易澱積在矽片上。然而鋁有眾所周知的電遷移率引起的可靠性問題由於動量從傳輸電流的電子轉 移，引起鋁原子在導體中移動，原子的移動導致原子在導體負極的消耗，引起負極附近鋁層 減薄甚至出現斷路。由銅鋁形成合金，當銅含量在0.5%至4%之間時，鋁的電遷移得到控 制，因此目前銅鋁合金成為晶片金屬化中常採用的金屬合金。在對半導體集成電路產品進行檢驗的過程中，常常會在銅鋁合金的表面發現腐蝕 性缺陷。腐蝕性缺陷的表現通常是銅鋁合金表面顏色出現異常變化，嚴重時甚至導致銅鋁 合金構成的金屬薄膜從晶片上剝離。現有技術中，晶片金屬化的工藝流程往往要反覆進行多次。其中某一次的金屬化 過程如圖1所示，包括如下步驟步驟101 在晶片上已經形成的第η層銅鋁合金薄膜表面沉積鈍化層薄膜。所述鈍 化層的成份可以是氮化矽(SiN)或氧化矽(Si02)，或者氮氧化矽(SI-O-N)。η為自然數。步驟102 在鈍化層表面塗布光刻膠，並進行曝光顯影，將光掩膜板上的圖形轉印 到光刻膠上。步驟103 以剩餘的光刻膠為掩膜對鈍化層進行蝕刻，蝕刻造成的凹坑底部要達 到第η層金屬薄膜。步驟104 用剝除液對蝕刻表面進行溼法剝除(WET Stripper)處理，以便去除蝕 刻過程留下的剩餘產物，然後再用清洗液對蝕刻表面進行溼法清洗(Rinse)，以便徹底去除雜質。步驟105 在晶片表面沉積金屬阻擋層以及第n+1層銅鋁合金薄膜。根據金屬學的知識可以知道，由於銅和鋁的化學電位不同，由這兩種金屬組成的 合金如果置於電解質溶液中，就會發生所謂的原電池反應，造成電化學腐蝕。而上述步驟 104中的溼法剝除處理以及溼法清洗就是將第η層銅鋁合金暴露電解質溶液中。現有技術 中通過優化工藝流程儘可能地縮短銅鋁合金暴露在電解質溶液中的時間。但即使如此，仍 然可以檢測到銅鋁合金上的腐蝕性缺陷。銅鋁合金的腐蝕性缺陷會嚴重影響器件性能，導 致產出率降低。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於，提出一種金屬化方法，可以有效減少由於銅鋁合金 出現腐蝕性缺陷而導致的器件產出率下降。本發明實施例提出的金屬化方法，包括如下步驟在晶片上已經形成的第η層銅鋁合金薄膜表面沉積鈍化層，η為自然數；在鈍化層表面塗布光刻膠，並進行曝光顯影，形成光刻膠圖案；以光刻膠圖案為掩膜對鈍化層進行蝕刻，蝕刻造成的凹坑底部要達到第η層金屬 薄膜；用剝除液對發生蝕刻反應的部分進行溼法剝除處理；然後再將晶片浸入盛放在容 器的清洗液中，清洗液對發生蝕刻反應的部分進行溼法清洗，同時在盛放清洗液的容器中 持續通入二氧化碳氣體；在蝕刻造成的凹坑中沉積金屬阻擋層以及第n+1層銅鋁合金薄膜。所述鈍化層為氮化矽、氧化矽或氮氧化矽。本發明實施例還提出一種防止銅鋁合金出現腐蝕性缺陷的方法，在對晶片的銅鋁 合金薄膜上覆蓋的鈍化層蝕刻，並對發生蝕刻反應的部分進行溼法剝除處理之後，包括如 下步驟將晶片浸入盛放在容器的清洗液中，清洗液對發生蝕刻反應的部分進行溼法清 洗，同時在盛放清洗液的容器中持續通入二氧化碳氣體。在金屬化過程中，通過蝕刻過程打開銅鋁合金薄膜上覆蓋的鈍化層薄膜後，對蝕 刻表面進行溼法處理的過程中，銅鋁合金薄膜置於電解質環境中，很容易發生原電池反應 而造成腐蝕性缺陷。本發明方案在溼法處理所使用的清洗液中持續通入二氧化碳氣體，可 以有效抑制原電池反應，極大避免了銅鋁合金表面出現腐蝕性缺陷的概率。此外，採用通二氧化碳氣體的方法不會引入新的雜質。而且二氧化碳氣體通入溶 液中形成的碳酸是一種弱酸，不會對銅鋁合金造成酸性腐蝕。二氧化碳氣體是一種常見的 工業廢氣，成本幾乎為零，而且二氧化化碳排放到空氣中會造成溫室效應，本發明方案還可 以減少二氧化碳排放，對保護環境有一定的貢獻。
圖1為現有技術中的晶片金屬化處理流程圖；圖2為銅鋁合金表面出現的腐蝕性缺陷的結構示意圖3為本發明實施例的晶片金屬化處理流程圖。
具體實施例方式由於現有技術中對晶片進行溼法清洗處理中使用的清洗液為鹼性溶液，其中含有 大量氫氧根離子(0H—)，與銅鋁合金髮生如下反應陽極反應
權利要求
1.一種金屬化方法，包括如下步驟在晶片上已經形成的第η層銅鋁合金薄膜表面沉積鈍化層，η為自然數；在鈍化層表面塗布光刻膠，並進行曝光顯影，形成光刻膠圖案；以光刻膠圖案為掩膜對鈍化層進行蝕刻，蝕刻造成的凹坑底部要達到第η層金屬薄膜；用剝除液對發生蝕刻反應的部分進行溼法剝除處理；然後再將晶片浸入盛放在容器的 清洗液中，清洗液對發生蝕刻反應的部分進行溼法清洗，同時在盛放清洗液的容器中持續 通入二氧化碳氣體；在蝕刻造成的凹坑中沉積金屬阻擋層以及第η+1層銅鋁合金薄膜。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述鈍化層為氮化矽、氧化矽或氮氧化娃。
3.一種防止銅鋁合金出現腐蝕性缺陷的方法，其特徵在於，在對晶片的銅鋁合金薄膜 上覆蓋的鈍化層蝕刻，並對發生蝕刻反應的部分進行溼法剝除處理之後，包括如下步驟將晶片浸入盛放在容器的清洗液中，清洗液對發生蝕刻反應的部分進行溼法清洗，同 時在盛放清洗液的容器中持續通入二氧化碳氣體。
全文摘要
本發明公開了一種金屬化方法，包括如下步驟在晶片上已經形成的第n層銅鋁合金薄膜表面沉積鈍化層，n為自然數；在鈍化層表面塗布光刻膠，並進行曝光顯影，形成光刻膠圖案；以光刻膠圖案為掩膜對鈍化層進行蝕刻，蝕刻造成的凹坑底部要達到第n層金屬薄膜；用剝除液對發生蝕刻反應的部分進行溼法剝除處理；然後再將晶片浸入盛放在容器的清洗液中，清洗液對發生蝕刻反應的部分進行溼法清洗，同時在盛放清洗液的容器中持續通入二氧化碳氣體；在蝕刻造成的凹坑中沉積金屬阻擋層以及第n+1層銅鋁合金薄膜。本發明還公開了一種防止銅鋁合金出現腐蝕性缺陷的方法。本發明方案可以極大避免銅鋁合金表面出現腐蝕性缺陷的概率。
文檔編號H01L21/768GK102044485SQ200910197670
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月23日 優先權日2009年10月23日
發明者王敏, 王曉東, 錢進 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司