專利名稱：用于改善半導(dǎo)體器件制造中的金屬缺陷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般針對半導(dǎo)體器件的制造方法，特別是針對改善較厚的 淀積的金屬中的金屬缺陷的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件的優(yōu)化持續(xù)是半導(dǎo)體工業(yè)的重要目標(biāo)。這些優(yōu)化方案 常包括將諸如感應(yīng)器的大尺度部件加到上面制成晶體管的同一芯片 上。 一般地，與用于形成半導(dǎo)體器件中的諸如互連的其它部件的那些 器件相比，這些大尺度器件需要淀積更厚的金屬。例如，在形成感應(yīng)
器的過程中，金屬厚度可達約1~3微米的厚度。
不幸的是，在這些厚金屬層的淀積過程中會出現(xiàn)金屬缺陷。由于 必須實現(xiàn)的厚度，晶片暴露于等離子體下較長的時間周期，這導(dǎo)致較 高和上升的晶片溫度。當(dāng)晶片最終在淀積過程結(jié)束時冷卻下來時，厚 金屬常常收縮，并且產(chǎn)生的力將導(dǎo)致金屬缺陷。這些金屬缺陷是非常 不希望有的，原因在于它們會影響成品率并導(dǎo)致可靠性問題。
為了解決這些問題，半導(dǎo)體工業(yè)已嘗試通過將淀積過程分為兩個 或三個分開的步驟來調(diào)整在厚金屬層的淀積過程中使用的熱聚積。例 如，進行金屬淀積10分鐘的周期，然后停止以允許襯底冷卻下來。然 后，再繼續(xù)金屬淀積IO分鐘，在該淀積周期結(jié)束時有冷卻下來的周期。 繼續(xù)這樣做，直到實現(xiàn)金屬層的完整的厚度。盡管這些過程在一定程 度上減少了缺陷的數(shù)量，但它們沒有完全解決仍觀察到金屬缺陷的問 題。
因此，需要提供可在避免與上述的常規(guī)過程相關(guān)的問題的同時淀 積厚層的方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述缺點，本發(fā)明在一個實施例中提供半導(dǎo)體器件的制 造方法。該方法包括設(shè)置半導(dǎo)體襯底和在半導(dǎo)體襯底上淀積金屬層。 金屬層具有約l微米或更厚的總厚度。淀積該金屬層的方法包括在半 導(dǎo)體襯底上淀積具有與其相關(guān)的壓縮或拉伸應(yīng)力的金屬層的第一部 分。應(yīng)力補償層被淀積在第一部分之上，使得應(yīng)力補償層具有與與第 一部分相關(guān)的壓縮或拉伸應(yīng)力相反的應(yīng)力。金屬層的第二部分然后被 淀積在應(yīng)力補償層之上。在一個實施例中，該方法可被用于制造具有
加入其中的感應(yīng)器的集成電路(IC)。
以上概述了本發(fā)明的一個實施例，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可更好地 理解以下的本發(fā)明的詳細說明。以下將說明形成本發(fā)明的權(quán)利要求的 主題的本發(fā)明的其它實施例和特征。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，他們可
發(fā)明的相同目的的其它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)認識到，這 些等同的結(jié)構(gòu)不背離本發(fā)明的精神和范圍。


為了更完全地理解本發(fā)明，現(xiàn)在參照結(jié)合附圖的以下說明，其中，
圖1示出通過本發(fā)明的一個實施例提供的半導(dǎo)體器件；
圖2A~2E示出制造通過本發(fā)明提供的半導(dǎo)體部件的一個實施例 的各個步驟；
圖3A~3E示出制造通過本發(fā)明提供的半導(dǎo)體部件的另一實施例 的各個步驟；以及
圖4示出通過本發(fā)明提供的集成電路的局部示圖。
具體實施例方式
首先參照圖1,示出由本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件100的一般局部 示圖。在本實施例中，半導(dǎo)體器件100包含可以為常規(guī)的設(shè)計并由常 規(guī)的工藝和材料制造的晶體管區(qū)域105。就這一點，晶體管區(qū)域包含 常規(guī)的晶體管106、互連107和介電層108。還包含諸如感應(yīng)器的半導(dǎo) 體部件110。但本發(fā)明的應(yīng)用不限于感應(yīng)器，并且應(yīng)注意，需要約1 微米或更厚的厚金屬淀積的任何半導(dǎo)體部件也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另 外，半導(dǎo)體部件110可位于半導(dǎo)體器件100的任意層級。在示出的實 施例中，半導(dǎo)體部件110位于最外層介電層108處或附近，并在器件 內(nèi)正好在最后互連層級之前。
在示出的實施例中，感應(yīng)器部件IIO包含具有插入的應(yīng)力補償層 120的分段金屬層115，該應(yīng)力補償層120位于金屬層115的分段部分 115a之間。因此，通過在不同的階段插入應(yīng)力補償層120或多個應(yīng)力 補償層120，總應(yīng)力在整個淀積過程中被補償。在大多數(shù)實施例中， 部分115a將具有相同的金屬成分，該金屬成分包含其合金。但是，在 其它實施例中，部分115a可由不同的金屬或合金構(gòu)成，但不管該金屬 或合金的成分是什么，都優(yōu)選與應(yīng)力補償層120的金屬或合金成分不 同。如在本實施例中看出的那樣，金屬層115包含具有第一、第二和 第三部分115a，該應(yīng)力補償層120位于金屬層115的第一和第二部分 115a以及第二和第三部分115a之間。
本發(fā)明認識到，上面討論的控制熱聚積不足以充分減少在厚度為 1微米或更厚的金屬層中出現(xiàn)的金屬缺陷的數(shù)量。本發(fā)明還認識到， 金屬缺陷可歸因于在厚金屬層淀積時與厚金屬層有關(guān)的壓縮或拉伸應(yīng) 力。還認識到，可通過將金屬層分段成分開的層部分并在這些部分之 間放置應(yīng)力補償層，實現(xiàn)這些金屬層中的金屬缺陷的大大減少。應(yīng)力 補償層120以使得它具有與金屬層115的應(yīng)力相反的相關(guān)應(yīng)力的方式 被淀積。應(yīng)力補償層120將有效抵消金屬內(nèi)的固有應(yīng)力并減少或消除 金屬缺陷的出現(xiàn)。
圖2A示出可在一個制造階段中在圖1的半導(dǎo)體器件100中使用 的半導(dǎo)體器件200的上部分的一個實施例的放大圖。在圖2A中，金 屬層205的第一部分205a被淀積在介電層210上。淀積周期結(jié)束時的 金屬層205的總厚度應(yīng)為約1微米或更厚。在該階段，諸如鈦/氮化鈦 (Ti/TiN )或鉭/氮化鉭(Ta/TaN )的常規(guī)的阻擋層(未示出)可位于
介電層210和第一部分205a之間。阻擋層可具有約60nm的厚度。
可通過使用諸如物理汽相淀積(PVD)的常規(guī)的淀積工藝淀積金 屬層205的第一部分205a。在一個實施例中，淀積參數(shù)可包含使用 鋁靶；和在約2500 8500mTorr的壓力下和在約4000 ~ 12000瓦的功 率下、在具有約10~30sccm的流速的諸如氬氣的惰性氣體中進行濺 射。第一部分205a的淀積條件導(dǎo)致應(yīng)力215被引入第一部分205a中。 這里，應(yīng)力215被示為拉伸應(yīng)力，但該應(yīng)力也可為壓縮應(yīng)力。在某些 實施例中，第一部分205a的應(yīng)力可為約1E8 5E9帕。金屬層205可 由任何導(dǎo)電金屬、合金或適于制造半導(dǎo)體器件的任何其它導(dǎo)電材料構(gòu) 成。例如，金屬層205可以是鋁，或者，在其它的實施例中，它例如 可以是銅、金、銀鉑或鈀等等。
第 一部分205a的厚度將依賴于金屬層205的總的最終厚度和金屬 層205最終被分割成的部分的數(shù)量。例如，金屬層205的各部分的厚 度可以為約0.3~1.5微米。在圖2A示出的實施例中，金屬層205要 被分割成總厚度為約1.4微米的兩個部分。由此，第一部分205a的厚 度將為約0.70微米。
如圖2B所示，在淀積第一部分205a后，應(yīng)力補償層220被淀積 在第一部分205a之上。在有利的實施例中，應(yīng)力補償層220是單層， 但它也可以是多層的疊層；對于本發(fā)明的所有實施例均是如此。應(yīng)力 補償層220以導(dǎo)致其具有與下面的第一部分205a的應(yīng)力相反的應(yīng)力 225的方式被淀積。例如，如果第一部分205a具有拉伸應(yīng)力，那么應(yīng) 力補償層220將被淀積為具有壓縮應(yīng)力。另 一方面，如果第 一部分205a 具有壓縮應(yīng)力，那么應(yīng)力補償層220將被淀積為具有拉伸應(yīng)力。常規(guī) 的工藝可被用于淀積應(yīng)力補償層220。在一個有利的實施例中，賊射 工藝被用于淀積該層。例如，鈦靶可被使用，并且諸如氬氣的惰性氣 體可與氮氣一起流動以形成TiN層。氬氣的流速的例子可以為約5~ 30sccm。氮氣的流速也可為約5~30sccm。 一個實施例的其它例子包 括在約2500 ~ 8500mTorr的壓力下和在約2000 ~ 8000瓦的功率下進 行濺射工藝。這些淀積參數(shù)可導(dǎo)致應(yīng)力范圍為約1E10~3E10帕的應(yīng)
力補償膜。并且，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解如何改變淀積參數(shù)以實現(xiàn)具 有與其相關(guān)的壓縮應(yīng)力或拉伸應(yīng)力的膜。
應(yīng)力補償層220的存在提供優(yōu)于現(xiàn)有工藝和器件的優(yōu)點。例如， 已發(fā)現(xiàn)，使用本發(fā)明，由應(yīng)力補償層220提供的相反應(yīng)力大大減少可 在單一厚度金屬層被淀積時形成的金屬缺陷的數(shù)量。就這一點，隨著 本發(fā)明的實現(xiàn)，可以增加產(chǎn)品可靠性和成品率。另外，由于半導(dǎo)體器 件100從用于淀積金屬層205的室中被移至用于淀積應(yīng)力補償層220 的室中，因此第一部分205a具有固有冷卻下來的機會，這也有助于金 屬缺陷形成的減少。
在圖2C中，金屬層205的第二部分205b被淀積到應(yīng)力補償層220 之上。在有利的實施例中，第二部分205b具有與第一部分205a相同 的金屬或金屬合金成分，并且相同的工藝可被用于淀積第二部分 205b。在這種情況下，第二部分205b具有的與其相關(guān)的應(yīng)力215的 類型也可以與與第一部分205a相關(guān)的應(yīng)力相同，或者，作為替代方案， 它可具有相反的與其相關(guān)的應(yīng)力。由于下面的應(yīng)力補償層220的存在， 因此可以相信，分給第一部分205a的應(yīng)力225也可被分給第二部分 205b。關(guān)于材料，其它的實施例不排除在形成第二部分205b的過程 中使用不同的材料。
在圖2C所示的實施例中，第二部分205b的淀積完成金屬層205 的總厚度，并且，在有利的實施例中，第二部分205b的厚度將大致與 第一部分205a相同。例如，如果金屬層205的目標(biāo)金屬厚度為1.4微 米，那么第一和第二部分205a和205b將分別具有約0.70微米的厚度。 但應(yīng)理解，第一和第二部分205a和205b的厚度不需要相同； 一個可 以比另一個厚，并且仍在本發(fā)明的范圍內(nèi)。但是，它們的單個厚度將 合計達到金屬層205的目標(biāo)厚度。
一旦完成金屬層205和應(yīng)力補償層220的淀積，光刻膠層230就 如圖2D所示被淀積和構(gòu)圖，并且可進行常規(guī)的蝕刻以如圖2E所示形 成半導(dǎo)體部件235。如上所述，在一個實施例中，半導(dǎo)體部件235可 以是感應(yīng)器。
圖3A示出可在圖1的半導(dǎo)體器件中使用的由本發(fā)明提供的半導(dǎo) 體部件300的另一實施例。在本實施例中，附加的金屬層和應(yīng)力補償 層如下面所述的那樣被淀積。在實現(xiàn)圖3A所示的結(jié)構(gòu)時，用于構(gòu)造 圖2C所示的器件的相同工藝和材料可被用于構(gòu)造圖3A所示的結(jié)構(gòu)。 就這一點，相同的附圖標(biāo)記被使用。
在淀積第二部分205b后，并且與圖2C的實施例不同，還沒有實 現(xiàn)金屬層205的總厚度。因此，在圖3B所示的實施例中，另一應(yīng)力 補償層310被淀積在第二部分205b之上。該應(yīng)力補償層310可具有與 應(yīng)力補償層220相同的成分，并且它還可具有約50nm的厚度。就這 一點，與上述的相同的工藝和材料可被用于形成應(yīng)力補償層310。在 有利的實施例中，應(yīng)力補償層310具有的與其相關(guān)的應(yīng)力315將與上 面關(guān)于圖2C所示的實施例說明的應(yīng)力215相反。這種相反應(yīng)力進一 步減少第二部分205b中的金屬缺陷的形成。
在淀積應(yīng)力補償層310之后，金屬層205的第三部分205c被淀積 在應(yīng)力補償層310之上。在本實施例中，第三部分205c的淀積完成金 屬層205的總厚度。在有利的實施例中，第三部分205c具有與第一和 第二部分205a和205b相同的金屬或金屬合金成分，并且相同的工藝 也可被用于淀積第三部分205c。在這種情況下，第三部分205c具有 的與其相關(guān)的應(yīng)力的類型也可與與第 一和第二部分205a和205b相關(guān) 的應(yīng)力215相同。由于下面的應(yīng)力補償層310的存在，因此可以相信， 分給第二部分205b的應(yīng)力315也可被分給第三部分205c。關(guān)于材料， 其它的實施例不排除在形成第三部分205c的過程中使用不同的材料。
在圖3C所示的實施例中，第三部分205c的淀積完成金屬層205 的總厚度，并且，在有利的實施例中，第三部分205c的厚度將大致與 第一和第二部分205a和205b相同。例如，如果金屬層205的目標(biāo)金 屬厚度為1.45微米，那么第一、第二和第三部分205a、 205b和205c 將分別具有約0.45微米的厚度。但應(yīng)理解，第一、第二和第三部分 205a、 205b和205c的厚度不需要相同； 一個可以比其它的厚或者它 們可具有不同的厚度，并且仍在本發(fā)明的范圍內(nèi)。但是，它們的單個
厚度將合計達到金屬層205的目標(biāo)厚度。并且，在本實施例以及其它 的實施例中，金屬層205的各個部分均可具有相同的與各自相關(guān)的應(yīng) 力的類型，或者各個部分可以以使得各個部分中的應(yīng)力的類型交替變 化的方式被淀積。類似地，位于各個部分之間的應(yīng)力補償層310也可 與其它的應(yīng)力補償層交替。因此，在某些實施例中，總的疊層可包含 具有交替的類型的與它們相關(guān)的應(yīng)力的層。給予這里的教導(dǎo)，本領(lǐng)域 技術(shù)人員可理解如何交替改變淀積參數(shù)以實現(xiàn)這種類型的交替應(yīng)力模 式。
一旦完成金屬層205和應(yīng)力補償層220和310的淀積，光刻膠層 315就如圖3D所示被淀積和構(gòu)圖，并且可進行常規(guī)的蝕刻以如圖3E 所示形成半導(dǎo)體部件320。如上所述，在一個實施例中，半導(dǎo)體部件 320可以是感應(yīng)器。雖然以上的實施例說明了僅被分段成具有位于其 間的插入的應(yīng)力補償層的兩個或三個層的金屬層，但可以理解，本發(fā) 明可被用于將金屬層分段成具有位于各對段之間的應(yīng)力補償層的任何 數(shù)量的段。
簡單轉(zhuǎn)到圖4，示出包含可以為上述實施例中的任一個的半導(dǎo)體 部件410和如上面關(guān)于圖1討論的常規(guī)晶體管結(jié)構(gòu)415的IC 400的局 部示圖。半導(dǎo)體部件可以為上面討論和在圖1、 2E或3E中示出的實 施例中的任一個。半導(dǎo)體部件410通過常規(guī)的結(jié)構(gòu)與下面的晶體管結(jié) 構(gòu)415電連接，該常規(guī)的結(jié)構(gòu)的細節(jié)沒有被示出。還應(yīng)理解，本領(lǐng)域 技術(shù)人員會理解如何完成IC 400以形成有效的IC。
通過將厚金屬層分段并在這些段之間放置應(yīng)力降低層，與上面討 論的常規(guī)的工藝和器件相比，本發(fā)明提供在厚金屬層中招致更少的金 屬缺陷的工藝和器件。結(jié)果，產(chǎn)品成品率和產(chǎn)品可靠性增加。
雖然已詳細說明了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在不背離 最寬的形式的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，他們可在這里提出各種 變化、替代和變更方式。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底上淀積金屬層，該金屬層具有約1微米或更厚的總厚度；在半導(dǎo)體襯底上淀積金屬層的第一部分，該第一部分具有與其相關(guān)的壓縮或拉伸應(yīng)力；將應(yīng)力補償層放在第一部分之上，使得應(yīng)力補償層具有與與第一部分相關(guān)的壓縮或拉伸應(yīng)力相反的應(yīng)力；和在應(yīng)力補償層上淀積金屬層的第二部分。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，應(yīng)力補償層包含鈥、鉭、氮化鈦、氮化鉭或它們的組合，并且金屬層包含鋁、銅、金、銀、鉑、 鈀或它們的組合。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，應(yīng)力補償層是第一應(yīng)力補償 層，并且該方法還包括在第二部分上淀積第二應(yīng)力補償層，該第二 應(yīng)力補償層具有與與第二部分相關(guān)的壓縮或拉伸應(yīng)力相反的應(yīng)力；和 在第二應(yīng)力補償層上淀積該厚度的第三部分。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，第 一部分具有范圍為約1E8 ~ 5E9帕的與其相關(guān)的應(yīng)力，并且應(yīng)力補償層具有范圍為約1E10~3E10 帕的與第一部分的應(yīng)力相反的應(yīng)力。
5. —種集成電路的制造方法，包括 在半導(dǎo)體襯底上形成晶體管；在晶體管上形成介電層； 介電層中形成電連接晶體管的互連；和 在介電層中的一個上形成感應(yīng)器，包含在半導(dǎo)體襯底上淀積金屬層，該金屬層具有約l微米或更厚的總厚度，并包含在半導(dǎo)體襯底上淀積金屬層的厚度的第一部分，該第一部分具有與其相關(guān)的壓縮或拉伸壓力； 在金屬層的厚度的第一部分上放置應(yīng)力補償膜，使得應(yīng) 力補償膜分給第一部分與與第一部分相關(guān)的壓縮或拉伸應(yīng)力相反的應(yīng)力；和在應(yīng)力補償膜上淀積金屬層的厚度的第二部分。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，應(yīng)力補償層包含鈦、鉭、氮化鈦、氮化鉭或它們的組合，并且金屬層包含鋁、銅、金、銀、鉑、 把或它們的組合。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，應(yīng)力補償層是第一應(yīng)力補償 層，并且該方法還包括在第二部分上淀積第二應(yīng)力補償層，該第二 應(yīng)力補償層分給第二部分與與第二部分相關(guān)的壓縮或拉伸應(yīng)力相反的 應(yīng)力；和在第二應(yīng)力補償層上淀積該厚度的第三部分。
8. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中，用于形成第一和第二部分的淀積參數(shù)包含使用鋁靶；和在約 2500~8500mTorr的壓力下、在約4000 ~ 12000瓦的功率下、在具有 約10~30sccm的流速的諸如氬氣的惰性氣體中進行濺射，并且，放 置應(yīng)力補償層包含使用鈦靶和流動惰性氣體與氮氣以形成TiN層，其 中，在約2500 ~ 8500mTorr的壓力下和在約2000 ~ 8000瓦的功率下， 惰性氣體在約5 30sccm的流速下流動，并且氮氣在約5~30sccm的 流速下流動。
9. 一種集成電路，包括 位于半導(dǎo)體襯底之上的晶體管；位于晶體管之上的介電層；位于介電層之上或里面的電連接晶體管的互連；和 位于介電層中的一個之上的感應(yīng)器，該感應(yīng)器包含具有約l微米 或更厚的組合厚度的金屬層，并包含金屬層的第一部分；位于第一部分之上的應(yīng)力補償層；和位于應(yīng)力補償層之上的金屬層的第二部分。
10. 如權(quán)利要求9所述的集成電路，其中，應(yīng)力補償層包含鈦、 鉭、氮化鈦、氮化鉭或它們的組合，并且金屬層包含鋁、銅、金、銀、 鉬、把或它們的組合。
11.如權(quán)利要求9所述的集成電路，其中，應(yīng)力補償層是第一應(yīng) 力補償層，并且集成電路還包含第二部分之上的第二應(yīng)力補償層，并 且金屬層的第三部分位于第二應(yīng)力補償層之上。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于改善半導(dǎo)體器件制造中的金屬缺陷的方法。本發(fā)明在一個方面中提供半導(dǎo)體器件的制造方法。該方法包括設(shè)置半導(dǎo)體襯底和在半導(dǎo)體襯底上淀積具有約1微米或更厚的總厚度的金屬層。通過在半導(dǎo)體襯底上淀積具有與其相關(guān)的壓縮或拉伸應(yīng)力的金屬層的厚度的第一部分，形成金屬層。應(yīng)力補償層被淀積在第一部分之上，使得應(yīng)力補償層分給第一部分與與第一部分相關(guān)的壓縮或拉伸應(yīng)力相反的應(yīng)力。金屬層的厚度的第二部分然后被淀積在應(yīng)力補償層之上。
文檔編號H01L27/06GK101106077SQ200710127028
公開日2008年1月16日 申請日期2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月29日
發(fā)明者蘭比爾·辛格, 納斯·M·羅斯 申請人:艾格瑞系統(tǒng)有限公司