一種減小鋁襯墊晶界損傷的方法
2023-05-16 13:13:46 1
一種減小鋁襯墊晶界損傷的方法
【專利摘要】本發明公開了一種減小鋁襯墊晶界損傷的方法，包括如下步驟：提供一具有金屬互連層的半導體襯底；於所述半導體襯底表面按照從下自上的順序依次形成阻擋層、粘合層以及鋁襯墊層；於所述鋁襯墊層表面沉積一層保護層；繼續形成一抗反射層以將所述保護層的表面予以覆蓋。通過於鋁襯墊層上設置一層保護層，並與所述保護層上表面設置一層抗反射層，以達到減小後續刻蝕工藝中受溫差影響所產生的晶界損傷，以及等離子體能量過大而導致的刻蝕損傷。
【專利說明】一種減小鋁襯墊晶界損傷的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體製造領域，尤其涉及一種減小鋁襯墊晶界損傷的方法。
【背景技術】
[0002]半導體製造過程中，在其後段的鈍化層工藝中，需要在金屬互連層的上端形成一層鋁襯墊，以作為測試電性連接和封裝的引線端。
[0003]在半導體製造工藝中，形成鋁襯墊時採用的蝕刻工藝被認為是導致等離子體誘導損傷(plasma induced damage)的來源之一。在所述蝕刻過程中，當接近蝕刻終點時,被蝕刻的鋁變得很薄，其累積了大量的蝕刻等離子體所誘導產生的正電荷。在蝕刻過程所產生的電場的作用下，半導體襯底中的電子向很薄的鋁層移動，從而導致柵氧化層的擊穿，即所述等離子體誘導損傷。
[0004]而隨著集成電路的發展，半導體工藝從130nm到28nm，後段的鋁的厚度也隨著器件特定的需求發生改變(如射頻電路中需要鋁作為電感)，其厚度從Ium到3.6um。由於溫差原因，就會在鋁襯墊中產生很大的應力，導致產生須狀缺陷，在後續的刻蝕工藝中進一步惡化，最終會對封裝的引線接觸產生影響。
[0005]中國專利(CN 102810561A)公開了一種半導體器件及其製造方法。在根據該發明的半導體器件中，使用鋁合金代替鋁來作為最終的金屬柵極。因此，使對高介電常數金屬柵極的使用化學機械研磨法工藝的最終接觸界面由純Al變為鋁合金，從而減少了金屬柵極中的缺陷，例如，腐蝕、凹坑和損傷等，並且提高了半導體器件的可靠性。
[0006]該專利主要解決了金屬鋁在半導體製造工藝中腐蝕、凹坑和損傷等問題，但其解決方式是通過替換材料來實現，而非改進器件結構。
[0007]中國專利(CN 103094097A)公開了一種半導體器件的製造方法，包括:提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成絕緣層，且在所述絕緣層中形成一金屬鋁層；在所述金屬鋁層上依次形成底部抗反射塗層和光刻膠，對所述金屬鋁層進行圖形化處理；採用等幅波等離子體對所述經圖形化的金屬鋁層進行主蝕刻；採用脈衝等離子體對所述經圖形化的金屬鋁層進行過蝕刻；去除所述底部抗反射塗層和光刻膠。根據該發明，可以在形成鋁襯墊的過程中避免所採用的蝕刻等離子體導致的等離子體誘導損傷。
[0008]該專利為最接近本發明的現有技術，主要解決了金屬鋁層在半導體製造工藝中等離子體誘導損傷問題，但其解決方式是通過替換工藝方法，而非改進器件結構。
【發明內容】
[0009]鑑於上述問題，本發明提供了一種減小鋁襯墊晶界損傷的方法；該方法包括如下步驟:
[0010]提供一具有金屬互連層的半導體襯底；
[0011]於所述半導體襯底表面按照從下自上的順序依次形成阻擋層、粘合層以及鋁襯墊層；
[0012]於所述鋁襯墊層表面沉積一層保護層；
[0013]繼續形成一抗反射層以將所述保護層的表面予以覆蓋。
[0014]所述的減小鋁襯墊晶界損傷的方法，其中，所述保護層的材質為鈦。
[0015]所述的減小鋁襯墊晶界損傷的方法，其中，所述保護層的厚度為50-100埃。
[0016]所述的減小鋁襯墊晶界損傷的方法，其中，所述抗反射層的材質為氮氧化矽。
[0017]所述的減小鋁襯墊晶界損傷的方法，其中，所述阻擋層的材質為氮化鉭。
[0018]所述的減小鋁襯墊晶界損傷的方法，其中，所述阻擋層的厚度為400-600埃。
[0019]所述的減小鋁襯墊晶界損傷的方法，其中，所述粘合層的材質為鈦與氮化鈦混合物。
[0020]所述的減小鋁襯墊晶界損傷的方法，其中，所述粘合層的厚度為400-600埃。
[0021]上述技術方案具有如下優點或有益效果:
[0022]通過本發明的方法在鋁襯墊層表面沉積一層鈦以減少後續刻蝕對晶界的損傷，且使用S1N充當抗反射層，從而有效減少厚鋁工藝中採用Ti+TiN作為抗反射層所帶來的高能量等離子體對柵極損傷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]參考所附附圖，以更加充分的描述本發明的實施例。然而，所附附圖僅用於說明和闡述，並不構成對本發明範圍的限制。
[0024]圖1是本發明方法中鋁襯底刻蝕工藝中各層的結構示意圖；
[0025]圖2是採用傳統工藝刻蝕抗反射層後形成的結構示意圖；
[0026]圖3是採用本發明的方法刻蝕抗反射層後形成的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]本發明提供一種改進鋁襯墊晶界的方法，可應用於技術節點為65/55nm的工藝中；可應用於以下技術平臺中:Logic以及RF。
[0028]本發明的核心思想是通過在鋁襯墊層上塗覆一層材質易於刻蝕的保護層，材質可優選鈦，同時，在保護層的上方，再設置一層抗反射層，其優選材質為S1N，以減小在後續刻蝕保護層的工藝過程中，因刻蝕的等離子體能量太大而導致的鋁襯墊的晶界損傷。
[0029]下面結合附圖對本發明方法進行詳細說明。
[0030]首先，提供一半導體襯底，該半導體襯底已完成器件電路與金屬互連層的刻蝕製作，如圖1中所示結構。
[0031]如圖1所示，上述半導體襯底包括:金屬互連層101、第一介質層102、第一絕緣層103、第二介質層104、第二絕緣層105和第三介質層106，且上述金屬互連層101上方的第二絕緣層105和第三介質層106已通過刻蝕工藝打開了缺口。形成該半導體襯底的工藝為本領域技術人員所公知，在此便不予贅述。
[0032]金屬互連層隨後，在上述半導體襯底上表面沉積一層阻擋層107，其目的是為防止後續沉積鋁襯墊的工藝中產生的鳥嘴效應對金屬互連層101產生破壞，並防止鋁襯墊層的同向擴散。
[0033]優選的，該阻擋層107的材質為氮化鉭。
[0034]進一步優選的，氮化鉭阻擋層的厚度為400-600埃(例如，400埃、430埃、或600
埃等)。
[0035]然後，於上述阻擋層107的上表面沉積一層粘合層108，其作用是黏連阻擋層107和鋁襯墊層，以保證鋁襯墊層與阻擋層之間的牢固接觸。
[0036]優選的，該粘合層108的材質鈦與氮化鈦的混合物。
[0037]進一步優選的，上述粘合層108的厚度優選為400-600埃(例如:400埃、430埃、500埃或600埃)。
[0038]進一步優選的，粘合層108可採用鈦與氮化鈦同時沉積的工藝操作方式，使兩種材料混合均勻。
[0039]然後在粘合層108上表面沉積一層鋁襯墊層109，作為器件測試電性連接和封裝的引線端。
[0040]優選的，鋁襯墊層109的厚度為14.5千埃。
[0041]隨後，在鋁襯墊層109上方沉積一層保護層110。設置保護層110的目的，是為在後續的刻蝕工藝中，保護鋁襯墊層109不會由於溫差而導致晶界損傷。
[0042]優選的，上述保護層110的材質為鈦。
[0043]進一步優選的，上述保護層110的厚度為50-100埃(例如:50埃、70埃或100埃)。
[0044]進一步優選的，上述保護層110的可通過物理沉積工藝製備。
[0045]最後，在保護層110上方設置一層抗反射層111，以保護鋁襯墊層109在後續刻蝕工藝中不會累積電荷，進而保護了器件柵極不會受到等離子體電荷的擊穿損傷。
[0046]優選的，抗反射層111的材質優選為S1N。
[0047]進一步優選的，抗反射層111材質S1N由SiH4、N20和氦氣在射頻400攝氏度下反應生成。
[0048]圖2是採用傳統工藝刻蝕抗反射層後形成的結構示意圖，採用現有技術工藝處理的半導體襯底，因為沒有材質為鈦保護層與抗反射層，剩餘的鋁襯墊層109』的開孔處201易形成如圖所示的坑狀損傷。
[0049]圖3是採用本發明的方法刻蝕抗反射層後形成的結構示意圖，當完成上述實施例中個步驟之後，對上述各層進行刻蝕並填充介質層後，剩餘的鋁襯墊層109』的開孔處201即可避免傳統工藝對鋁襯墊層造成的晶界損傷。
[0050]綜上所述，本發明的減小鋁襯墊晶界損傷的方法，通過於鋁襯墊層上設置一層保護層，並於上述保護層上表面設置一層抗反射層，以達到減小後續工藝中受溫差影響所產生的晶界損傷，以及刻蝕等離子體能量過大而導致的刻蝕損傷。
[0051]對於本領域的技術人員而言，閱讀上述說明後，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權利要求書應看作是涵蓋本發明的真實意圖和範圍的全部變化和修正。在權利要求書範圍內任何和所有等價的範圍與內容，都應認為仍屬本發明的意圖和範圍內。
【權利要求】
1.一種減小鋁襯墊晶界損傷的方法，其特徵在於，所述方法包括: 提供一具有金屬互連層的半導體襯底； 於所述半導體襯底表面按照從下自上的順序依次形成阻擋層、粘合層以及鋁襯墊層； 於所述鋁襯墊層表面沉積一層保護層； 繼續形成一抗反射層以將所述保護層的表面予以覆蓋。
2.如權利要求1所述的減小鋁襯墊晶界損傷的方法，其特徵在於，所述保護層的材質為鈦。
3.如權利要求1所述的減小鋁襯墊晶界損傷的方法，其特徵在於，所述保護層的厚度為 50-100 埃。
4.如權利要求1所述的減小鋁襯墊晶界損傷的方法，其特徵在於，所述抗反射層的材質為氮氧化矽。
5.如權利要求1所述的減小鋁襯墊晶界損傷的方法，其特徵在於，所述阻擋層的材質為氮化鉭。
6.如權利要求1所述的減小鋁襯墊晶界損傷的方法，其特徵在於，所述阻擋層的厚度為 400-600 埃。
7.如權利要求1所述的減小鋁襯墊晶界損傷的方法，其特徵在於，所述粘合層的材質為鈦與氮化鈦混合物。
8.如權利要求1所述的減小鋁襯墊晶界損傷的方法，其特徵在於，所述粘合層的厚度為 400-600 埃。
【文檔編號】H01L21/02GK104465322SQ201410697339
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月26日 優先權日:2014年11月26日
【發明者】俞宏俊, 黃奕仙 申請人:上海華力微電子有限公司