專利名稱：一種減少鋁襯墊表面缺陷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生成鋁襯墊的工藝方法，尤其涉及一種減少鋁襯墊表面缺陷的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體制造過(guò)程中，在其后段的鈍化層工藝中，需要一層鋁墊，形成在金屬互連層的上端，作為測(cè)試電性連接和封裝的引線端。目前業(yè)界制造鋁墊，一般采用的工藝方法如圖1所示，其中:201為半導(dǎo)體襯底，襯底表面是金屬互連層，202為鈍化層，鈍化層一般由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等組成，作為阻止襯底金屬擴(kuò)散的阻擋層，203為鋁層，沉積的鋁與鈍化層中被刻蝕掉露出基底的金屬層連接。業(yè)界一般采用物理氣相淀積(Physical Vapor Deposition,簡(jiǎn)稱PVD) —步沉積法來(lái)沉積鋁層，因?yàn)榭紤]到鋁層的臺(tái)階覆蓋能力，其環(huán)境溫度一般會(huì)選擇270°C左右的高溫。而隨著集成電路的發(fā)展，半導(dǎo)體工藝從130nm到45nm，甚至進(jìn)步到28nm，后段的鈍化層鋁襯墊的厚度也發(fā)生了改變，從10000A到36000A，甚至有的產(chǎn)品鋁襯墊的厚度超過(guò)40000A，隨著厚度的增加，鋁襯墊的應(yīng)力也隨之增加，再加上在如此高溫環(huán)境中沉積鋁襯墊后，晶片放置到室溫環(huán)境中，由于溫差原因，就會(huì)在鋁襯墊中產(chǎn)生很大的應(yīng)力，導(dǎo)致晶圓表面產(chǎn)生須狀(whisker)缺陷，這種應(yīng)力隨著鋁襯墊厚度的增加，就愈加明顯，所以鋁襯墊越厚，須狀缺陷就越加嚴(yán)重；另外，鋁襯墊表面須狀缺陷受襯底表面狀況的影響也較大。須狀缺陷的尺寸足夠大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致相鄰鋁襯墊短路；而且在后續(xù)金屬化圖形蝕刻工藝過(guò)程中，導(dǎo)致蝕刻不干凈，形成如圖2所示的殘留101，影響良率。因此，在沉積鋁襯墊工藝時(shí)，減少須狀缺陷的數(shù)量是一個(gè)關(guān)鍵的工藝參數(shù)。中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?200910083469.5)公開了一種減少鋁襯墊表面須狀缺陷的方法，其方法是按照鋁襯墊厚度的不同，在270°C的高溫環(huán)境中，兩次或者多次沉積較薄的鋁襯墊，從而減小應(yīng)力，減少須狀缺陷。此方法的缺點(diǎn)是多次鋁沉積的過(guò)程中，鋁在高溫下會(huì)迅速生成A1203的氧化物，從而在多次沉積的鋁層界面都會(huì)形成表面介化層，從而不利于后續(xù)的鋁刻蝕工藝，造成工藝繁瑣，而且容易形成鋁殘留，從而影響良率。中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?200810222115.X)公開了一種低溫生長(zhǎng)鋁層的方法，其方法是通過(guò)增加等離子氣體流量和降低靶材直流電功率的方法實(shí)現(xiàn)在低溫環(huán)境下生長(zhǎng)鋁層，應(yīng)用于MM電容器件。此方法的缺陷是，鋁金屬的臺(tái)階覆蓋能力不佳，常溫生長(zhǎng)的鋁層不能較好的覆蓋有臺(tái)階的鈍化層，造成空隙(void)，容易產(chǎn)生剝落(peeling)和影響電學(xué)性能，限制了其應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種減少鋁襯墊表面缺陷的方法，以減少須狀缺陷且工藝簡(jiǎn)單、不產(chǎn)生其他缺陷。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種減少鋁襯墊表面缺陷的方法，應(yīng)用于一具有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的襯底上，其特征在于，包括以下步驟:步驟1:將所述襯底置入一第一反應(yīng)腔中，同時(shí)啟動(dòng)設(shè)置在第一反應(yīng)腔中的第一加熱裝置；步驟2:向所述第一反應(yīng)腔內(nèi)通入氣體，進(jìn)行第一層鋁沉積工藝，于所述襯底的上表面制備第一鋁層；步驟3:將所述上表面制備有第一鋁層的襯底移入第二反應(yīng)腔中，同時(shí)啟動(dòng)設(shè)置在第二反應(yīng)腔內(nèi)的第二加熱裝置；步驟4:向所述第二反應(yīng)腔內(nèi)通入氣體，進(jìn)行第二層鋁沉積工藝，于所述襯底的上表面制備第二鋁層；其中，所述第一鋁層和所述第二鋁層構(gòu)成一鋁襯墊。上述的一種減少鋁襯墊表面缺陷的方法，其特征在于，還包括制備所述具有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的襯底的工藝，該襯底的制備工藝包括:于所述襯底的上表面沉積一金屬連接層后，沉積一鈍化層覆蓋于所述金屬連接層的上表面；

部分刻蝕所述鈍化層至所述金屬連接層的上表面，形成連接凹槽；所述第一鋁層覆蓋于所述鈍化層的上表面及所述連接凹槽的側(cè)壁及底部。上述的一種減少鋁襯墊表面缺陷的方法，其特征在于，所述第一鋁層的厚度是所述鋁襯墊厚度的1/8 1/4，所述鋁襯墊的厚度與現(xiàn)有工藝中一步沉積形成的鋁襯墊的厚度相同。上述的一種減少鋁襯墊表面缺陷的方法，其特征在于，所述第一鋁層的厚度為2000A 8000A。上述的一種減少鋁襯墊表面缺陷的方法，其特征在于，在所述第一層鋁沉積工藝中，所述第一反應(yīng)腔內(nèi)的溫度T1為100°C彡T1 ( 220°C。上述的一種減少鋁襯墊表面缺陷的方法，其特征在于，在所述第一層鋁沉積工藝中，所述第一反應(yīng)腔內(nèi)的溫度是200°C。上述的一種減少鋁襯墊表面缺陷的方法，其特征在于，在所述第二層鋁沉積工藝中，所述第二反應(yīng)腔內(nèi)的溫度T2為250°C彡T2 ( 300°C。上述的一種減少鋁襯墊表面缺陷的方法，其特征在于，在所述第二層鋁沉積工藝中，所述第二反應(yīng)腔內(nèi)的溫度是270°C。上述的一種減少鋁襯墊表面缺陷的方法，其特征在于，還包括利用第一鋁靶材進(jìn)行所述第一層鋁沉積工藝，且施加在所述鋁靶材上的直流電功率P1為28KW ^P1 ^ 35KW。上述的一種減少鋁襯墊表面缺陷的方法，其特征在于，還包括利用第二鋁靶材進(jìn)行所述第二層鋁沉積工藝，且施加在所述鋁靶材上的直流電功率P2為20KW ^ P2 ^ 25KW。上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或者有益效果:在本發(fā)明的實(shí)施方案中，將鋁襯墊分為兩層來(lái)分別沉積，第一層鋁沉積在低溫下用增大靶材直流電功率的方法生長(zhǎng)薄的一層鋁層，第二層鋁沉積在高溫下生長(zhǎng)。較低的反應(yīng)溫度使得第一鋁層的晶粒較小，表面平整，表面介質(zhì)層也得到了有效的控制，在后續(xù)的金屬線圖形形成過(guò)程中容易被蝕刻掉；同時(shí)，在低溫生長(zhǎng)鋁層時(shí)加大了靶材直流電功率，濺射出來(lái)的鋁離子具有較大的動(dòng)能，從而實(shí)現(xiàn)了很好的鈍化層臺(tái)階覆蓋能力，在高溫環(huán)境下生長(zhǎng)第二鋁層時(shí)，由于有了冷卻緩沖時(shí)間，晶圓表面溫度會(huì)下降，而且下層第一鋁層介質(zhì)表面平整，從而容易釋放應(yīng)力，減少了須狀缺陷。


圖1是鋁襯墊結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是采用現(xiàn)有工藝后須狀缺陷經(jīng)過(guò)金屬化刻蝕后的形貌示意圖；圖3是本發(fā)明生成鋁襯墊的流程示意圖；圖4是米用現(xiàn)有工藝生成的招襯塾的表面形貌不意圖；圖5是采用本發(fā) 明的工藝方法生成的鋁襯墊的表面形貌示意圖；圖6是采用現(xiàn)有工藝生成的鋁襯墊表面用暗場(chǎng)掃描儀捕捉到的須狀缺陷數(shù)量示意圖；圖7是采用本發(fā)明的工藝方法生成的鋁襯墊表面用暗場(chǎng)掃描儀捕捉到的須狀缺陷數(shù)量示意圖；圖8是采用本發(fā)明的工藝方法生成的36000A的鋁襯墊失效分析(FailureAnalysis,簡(jiǎn)稱FA)切片后的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但是不作為本發(fā)明的限定。圖3是本發(fā)明沉積鋁襯墊的流程示意圖，如圖3所示，步驟301:將襯底置入第一反應(yīng)腔，啟動(dòng)第一反應(yīng)腔內(nèi)的第一加熱裝置，控制第一反應(yīng)腔內(nèi)的溫度T1在100°C≤T1≤ 220°C之間，如100°C、150°C、22(rC等等，且最佳溫度為200 0C ；步驟302:向第一反應(yīng)腔內(nèi)通入氣體，將施加在第一鋁靶材上的直流電功率P1控制在28KW ≤ P1 ≤ 35KW之間，如28KW、32KW、35KW等等，且最佳直流電功率為30KW，進(jìn)行第一層鋁沉積工藝，在襯底的上表面制備第一鋁層；步驟303:將上表面制備有第一鋁層的襯底移入第二反應(yīng)腔，啟動(dòng)第二反應(yīng)腔內(nèi)的第二加熱裝置，控制第二反應(yīng)腔內(nèi)的溫度1'2在250℃≤T2≤300°C之間，如250°C、275°C、300°C等等，且最佳溫度為270°C ；步驟304:向第二反應(yīng)腔內(nèi)通入氣體，將施加在第二鋁靶材上的直流電功率P2控制在20KW≤P2≤25KW之間，如20KW、22KW、25KW等等，進(jìn)行第二層鋁沉積工藝，在表面覆
蓋有第一鋁層的襯底上制備第二鋁層；其中，第一鋁層和第二鋁層構(gòu)成一鋁襯墊。在現(xiàn)有的鋁襯墊沉積過(guò)程中，反應(yīng)腔的溫度通常選擇為270°C，本實(shí)施例中，第一層鋁淀積工藝中的反應(yīng)溫度優(yōu)選為200°C，反應(yīng)腔的溫度越高，可以增加鋁層的臺(tái)階覆蓋能力，但是無(wú)疑會(huì)增大鋁層的應(yīng)力，從而造成須狀缺陷，而反應(yīng)腔的溫度過(guò)低，鋁層臺(tái)階覆蓋能力極差，會(huì)產(chǎn)生void。實(shí)際應(yīng)用中，綜合考慮兩方面的因素，選擇有助于鋁層生長(zhǎng)的因素，將第一反應(yīng)腔的溫度T控制在100°C< T ( 220°C之間，生長(zhǎng)出來(lái)的鋁層晶粒較小，表面平整，表面介質(zhì)層也得到了控制，在后續(xù)的金屬層刻蝕過(guò)程中更容易被刻蝕。同時(shí)，現(xiàn)有的鋁襯墊沉積過(guò)程中，施加在鋁靶材上的直流電功率通常為22KW，在本實(shí)施例中，第一層鋁淀積工藝中，施加在鋁靶材上的直流電功率優(yōu)選為30KW，選擇較高的電功率，會(huì)產(chǎn)生較大的電場(chǎng)能量，可以加大對(duì)鋁靶材的刻蝕，濺射出來(lái)的鋁離子具有較大的動(dòng)能，從而能滿足即使在較低的溫度下也能完全均勻地覆蓋在鈍化層表面，得到較好的臺(tái)階覆蓋比。在現(xiàn)有的鋁襯墊沉積過(guò)程中，通常采用一步沉積法來(lái)生長(zhǎng)鋁襯墊，本實(shí)施例中采用兩次鋁沉積，第一鋁層的厚度，根據(jù)所需鋁襯墊厚度的不同，控制在鋁襯墊厚度的1/8--1/4，優(yōu)選為5000A。第一鋁層的厚度增大無(wú)疑于可以減小第二鋁層的應(yīng)力，但是會(huì)減少鋁層的臺(tái)階覆蓋能力，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將第一鋁層的厚度控制在鋁襯墊厚度的1/8--1/4;第二層鋁沉積采用的工藝與現(xiàn)有技術(shù)相同，第二鋁層的厚度為鋁襯墊厚度減去第一鋁層的厚度，即如果第一鋁層的厚度為鋁襯墊厚度的1/4，那么第二鋁層的厚度就為鋁襯墊厚度的3/4。由于分為兩步沉積，增加了冷卻的緩沖時(shí)間，鋁層表面溫度下降，應(yīng)力下降；而且因?yàn)榈谝讳X層平整，有利于第二鋁層的應(yīng)力釋放，減少了須狀缺陷。圖4是采用現(xiàn)有工藝生成的招襯墊的表面形貌示意圖；如圖所示，圖中401表示，采用現(xiàn)有工藝淀積鋁襯墊，鋁襯墊表面產(chǎn)生的須狀缺陷。圖5是采用本發(fā)明的工藝方法生成的鋁襯墊的表面形貌示意圖；如圖所示，圖中402表示，采用本發(fā)明提供的生成鋁襯墊的工藝方法，形成的鋁襯墊表面產(chǎn)生的須狀缺陷。對(duì)比圖4和圖5，不難發(fā)現(xiàn)，同樣在以2um為單位的測(cè)量條件下，現(xiàn)有工藝生成的鋁襯墊表面的須狀缺陷的顆粒大小大于采用本發(fā)明的工藝方法生成的鋁襯墊的表面的須狀缺陷的顆粒大小，即采用本發(fā)明提供的生長(zhǎng)鋁襯墊的方法可以有效減小須狀缺陷。圖6是采用現(xiàn)有工藝生成的鋁 襯墊表面用暗場(chǎng)掃描儀捕捉到的須狀缺陷數(shù)量示意圖；如圖所示，圖中501表示，采用現(xiàn)有工藝生成的鋁襯墊表面產(chǎn)生的須狀缺陷；根據(jù)圖中顯示可以知道，一張晶圓片中的很大部分芯片均產(chǎn)生了很多須狀缺陷。圖7是采用本發(fā)明的工藝方法生成的鋁襯墊表面用暗場(chǎng)掃描儀捕捉到的須狀缺陷數(shù)量示意圖；如圖所示，圖中502表示，采用本發(fā)明提供的生成鋁襯墊的工藝方法，形成的鋁襯墊的表面的須狀缺陷；根據(jù)圖中顯示可以知道，一張晶圓片中的少部分芯片產(chǎn)生了少量的須狀缺陷。對(duì)比圖6和圖7，不難發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明提供的生成鋁襯墊的工藝方法，形成的鋁襯墊的表面的須狀缺陷比采用現(xiàn)有工藝生成的鋁襯墊的表面的須狀缺陷少，由此可以得出，采用本發(fā)明可以有效減少鋁襯墊的表面的須狀缺陷。圖8是采用本發(fā)明的工藝方法生成的36000A的鋁襯墊失效分析切片后的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖所示，圖中601是半導(dǎo)體襯底，602是金屬層銅，603是鋁襯墊，604是鈍化層。鈍化層604部分被刻蝕，從而露出金屬互連層銅602，通過(guò)本發(fā)明提供的工藝方法生成的鋁襯墊603，部分與金屬互連層銅602接觸，從而達(dá)到導(dǎo)電能力，部分與鈍化層604接觸，達(dá)到絕緣的效果。失效分析切片的結(jié)果表明，通過(guò)本發(fā)明提供的工藝方法生成的鋁襯墊，臺(tái)階覆蓋能力良好，且兩層界面之間表面介質(zhì)層也得到了控制。綜上所述，本發(fā)明通過(guò)將鋁襯墊分為兩層來(lái)分別沉積，第一層鋁沉積在低溫下用增大靶材直流電功率的方法生長(zhǎng)薄的一層鋁層，第二層鋁沉積在高溫下生長(zhǎng)。較低的反應(yīng)溫度使得第一鋁層的晶粒較小，表面平整，表面介質(zhì)層也得到了有效的控制，在后續(xù)的金屬線圖形形成過(guò)程中容易被蝕刻掉；同時(shí)，在低溫生長(zhǎng)鋁層時(shí)加大了靶材直流電功率，濺射出來(lái)的鋁離子具有較大的動(dòng)能，從而實(shí)現(xiàn)了很好的鈍化層臺(tái)階覆蓋能力，在高溫環(huán)境下生長(zhǎng)第二鋁層時(shí)，由于有了冷卻緩沖時(shí)間，晶圓表面溫度會(huì)下降，而且下層第一鋁層介質(zhì)表面平整，從而容易釋放應(yīng)力，減少了須狀缺陷。以上所述僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的申請(qǐng)專利范圍，所以凡運(yùn)用本發(fā)明說(shuō)明書及圖示內(nèi)容所作出的等效變化，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種減少鋁襯墊表面缺陷的方法，應(yīng)用于一具有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的襯底上，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:將所述襯底置入一第一反應(yīng)腔中，同時(shí)啟動(dòng)設(shè)置在第一反應(yīng)腔中的第一加熱裝置； 步驟2:向所述第一反應(yīng)腔內(nèi)通入氣體，進(jìn)行第一層鋁沉積工藝，于所述襯底的上表面制備第一鋁層； 步驟3:將所述上表面制備有第一鋁層的襯底移入第二反應(yīng)腔中，同時(shí)啟動(dòng)設(shè)置在第二反應(yīng)腔內(nèi)的第二加熱裝置； 步驟4:向所述第二反應(yīng)腔內(nèi)通入氣體，進(jìn)行第二層鋁沉積工藝，于所述襯底的上表面制備第二鋁層； 其中，所述第一鋁層和所述第二鋁層構(gòu)成一鋁襯墊。
2.如權(quán)利要求1所述的減少鋁襯墊表面缺陷的方法，其特征在于，還包括制備所述具有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的襯底的工藝，該襯底的制備工藝包括: 于所述襯底的上表面沉積一金屬連接層后，沉積一鈍化層覆蓋于所述金屬連接層的上表面； 部分刻蝕所述鈍化層至所述金屬連接層的上表面，形成連接凹槽； 其中，所述第一鋁層覆蓋于所述鈍化層的上表面及所述連接凹槽的側(cè)壁及底部。
3.如權(quán)利要求1所述的減少鋁襯墊表面缺陷的方法，其特征在于，所述第一鋁層的厚度是所述鋁襯墊厚度的1/8 1/4。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的減少鋁襯墊表面缺陷的方法，其特征在于，所述第一鋁層的厚度為2000A 8000A。
5.如權(quán)利要求1所述的減少鋁襯墊表面缺陷的方法，其特征在于，在所述第一層鋁沉積工藝中，所述第一反應(yīng)腔內(nèi)的溫度Tl為100°C彡Tl ( 220°C。
6.如權(quán)利要求5所述的減少鋁襯墊表面缺陷的方法，其特征在于，在所述第一層鋁沉積工藝中，所述第一反應(yīng)腔內(nèi)的溫度是200°C。
7.如權(quán)利要求1所述的減少鋁襯墊表面缺陷的方法，其特征在于，在所述第二層鋁沉積工藝中，所述第二反應(yīng)腔內(nèi)的溫度T2為250°C彡T2 ( 300°C。
8.如權(quán)利要求7所述的減少鋁襯墊表面缺陷的方法，其特征在于，在所述第二層鋁沉積工藝中，所述第二反應(yīng)腔內(nèi)的溫度是270°C。
9.如權(quán)利要求1所述的減少鋁襯墊表面缺陷的方法，其特征在于，還包括利用第一鋁靶材進(jìn)行所述第一層鋁沉積工藝，且施加在所述鋁靶材上的直流電功率P1S28KW ^ P1 ^ 35KW。
10.如權(quán)利要求1所述的減少鋁襯 墊表面缺陷的方法，其特征在于，還包括利用第二鋁靶材進(jìn)行所述第二層鋁沉積工藝，且施加在所述鋁靶材上的直流電功率P2為20KW ^ P2 ^ 25KW。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種減少鋁襯墊表面缺陷的方法，將鋁襯墊分為兩層來(lái)分別沉積，第一層鋁沉積在低溫下用增大靶材直流電功率的方法生長(zhǎng)薄的一層鋁層，第二層鋁沉積在高溫下生長(zhǎng)。較低的反應(yīng)溫度使得第一鋁層的晶粒較小，表面平整，表面介質(zhì)層也得到了有效的控制，在后續(xù)的金屬線圖形形成過(guò)程中容易被蝕刻掉；同時(shí)，在低溫生長(zhǎng)鋁層時(shí)加大了靶材直流電功率，濺射出來(lái)的鋁離子具有較大的動(dòng)能，從而實(shí)現(xiàn)了很好的鈍化層臺(tái)階覆蓋能力，在高溫環(huán)境下生長(zhǎng)第二鋁層時(shí)，由于有了冷卻緩沖時(shí)間，晶圓表面溫度會(huì)下降，而且下層第一鋁層介質(zhì)表面平整，從而容易釋放應(yīng)力，減少了須狀缺陷。
文檔編號(hào)H01L21/60GK103165483SQ201310054748
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月20日
發(fā)明者趙萬(wàn)金, 胡彬彬, 劉睿, 龍吟, 倪棋梁, 陳宏璘 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司