專利名稱：：提高半導體金屬布線過程中鋁銅互連的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種制造半導體器件的方法，更具體地，涉及一種可以^是高鋁(Al)-銅(Cu)互連的方法，其可以改善在半導體金屬布線過程中使用鋁銅(AlCu)合金，而由于銅(Cu)的偏析現(xiàn)象導致的晶片低產(chǎn)量的問題。
背景技術(shù)：
：通常，由于鋁(Al)易于形成圖案及其諸如具有低導電率等物理性質(zhì)，鋁已被廣泛用于形成半導體集成電路的金屬布線。然而近年來，為了獲得高度集成的半導體器件，需要降低半導體電路的尺寸。因此，可以提高鋁線的總互連，但是會降低線寬(linewidth)。未來在線寬減少的鋁線中實現(xiàn)以前性能而集中在金屬布線上和/或上方的高電流密度，已經(jīng)因為電遷移(EM)等導致了半導體器件的失效。因此，為了提高鋁線中的EM特性，已經(jīng)在4吏用向鋁(Al)中加入特定量的銅(Cu)的鋁銅合金。具有鋁銅合金的一般電路結(jié)構(gòu)可以包括鋁銅金屬層、抗反射涂層的上層和由TiN、Ti、TiW等構(gòu)成的阻擋層的下層，以防止雜質(zhì)滲透到鋁中，也是為了增加粘著力。在具有這種結(jié)構(gòu)的器件中，每一層的沉積是按一個順序來進行的。然而，在采用鋁銅合金的金屬布線過程中，由于在該過程中沉積鋁銅之后會發(fā)生一些問題，會發(fā)生時間延遲，即晶片在室中保持在一特定溫度。因此會產(chǎn)生這樣的問題當發(fā)生時間延遲時，以特定量加入到鋁中用于^是高EM特性的銅會發(fā)生偏析。銅的這種偏析在隨后的金屬反應性離子的蝕刻(RIE)時起到了阻斷的作用，從而產(chǎn)生了金屬線橋(metallinebridge)。金屬線橋的形成是半導體器件中產(chǎn)量降低的主要原因。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實施方式涉及一種制造半導體器件的方法，更具體地，涉及一種改善鋁-銅互連以增加晶片產(chǎn)量的方法，而避免在使用鋁銅合金的半導體金屬布線過程中發(fā)生不期望的銅偏析。本發(fā)明的實施方式涉及一種在半導體金屬布線過程中的鋁銅互連的方法，該方法以如下方式提高晶片的產(chǎn)量根據(jù)在之前的銅偏析引起的室中發(fā)生的時間延遲，以預定的時間、預定的溫度對相應的晶片實施退火過程，將銅沉淀重新凝固到鋁膜中。本發(fā)明的實施方式涉及一種在半導體金屬布線過程中增強鋁銅互連的方法，其可以包4舌以下步驟中的至少一個在晶片上和/或上方的絕緣層上和/或上方為金屬布線沉積阻擋層；然后在該阻擋層的最上表面上和/或上方為金屬布線沉積鋁銅合金層；然后在該鋁銅合金層上和/或上方沉積抗反射涂覆膜；然后，在沉積抗反射涂覆膜之后，將晶片在處理室(processingchamber)中保持預定的時間；然后在晶片上實施退火處理以防止鋁銅合金中的銅的偏析。本發(fā)明的實施方式涉及一種方法，包4舌以下步驟中的至少一個在一室中在一晶片上形成具有鋁成分和銅成分的金屬層；然后在該金屬層上形成抗反射涂覆膜；然后在該室中以第一預定時間保持該晶片；然后在一預定溫度下對該晶片實施第二預定時間的退火過程。本發(fā)明的實施方式涉及一種方法，包4舌以下步驟中的至少一個在一室中在一晶片上為金屬布線形成鋁銅合金層；然后在該鋁銅合金層上形成抗反射涂覆膜；然后在該室中保持該晶片；然后以預定時間在預定溫度下對該晶片實施退火過程。圖1示出了在半導體金屬布線過程中由室中的時間延遲導致的銅的偏析的SEM圖像。圖2示出了晶片上發(fā)生銅偏析的部分的AES分析的曲線圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的具有0%產(chǎn)量的晶片的失效才莫式分析的SEM圖像。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的根據(jù)鋁中銅的重量百分比的銅的熱狀態(tài)圖的曲線圖。低的SEM圖4象。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的根據(jù)是否實施淬火過程的晶片產(chǎn)量的對比。具體實施方式才艮據(jù)本發(fā)明的實施方式，圖1示出了在200。C的處理室中經(jīng)受金屬布線過程的半導體襯底的對比，以及由在室中進行金屬布線處理過程中的時間延遲導致的金屬線之間發(fā)生銅偏析的程度，和在半導體坤于底上和/或上方的EIR之前再加工(rework)(淬火)對半導體村底的效果。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>此外，如表2所示來進行實驗，以檢查當發(fā)生銅偏析時對半導體器件產(chǎn)量的影響，以及通過再加工過程的銅偏析的重凝固的量。將時間延遲的時間施加到金屬層1、3和6上，在層基底(layerbasis)上和/或上方的每一次金屬RIE之后利用SEM圖〗象可見察到銅偏析。當檢查晶片的產(chǎn)量時，通過失效模式對金屬布線橋進行檢驗。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>7--240min350。C/70s-8-—240min權(quán)。C飾s一—9一一—---10--一-240min-11—-—-240min350°C〃0s12-—-一240min400。C/200s圖1分別示出了在表1所示的實驗模擬之后，條件l、2、3和4的圖像。如圖1所示，在樣本SEM圖^f象100中，當沒有時間延遲時，可以看到，在執(zhí)行金屬RIE之后形成的金屬線圖案之外的部分經(jīng)受蝕刻并且氧化物部分是清晰的。然而，在樣本SEM圖像102中，當時間未^皮蝕刻，而是繼續(xù)存在。此夕卜，正如樣本SEM圖像104和樣本SEM圖像106中，隨著時間延遲的增加，銅偏析的程度變得嚴重。圖2示出了如圖1所示的在半導體襯底上存在缺陷的部分的AES分析曲線圖。如圖2的曲線圖的分析所示，4全測到缺陷部分的銅(Cu)成分。如果銅成分保持上述狀況，則實施隨后的金屬RIE時，它們就成為阻礙蝕刻的原因。如圖3所示，作為這種現(xiàn)象的結(jié)果，更密集的金屬布線成為金屬橋的原因，這樣就導致最終半導體器件的低產(chǎn)量(基于產(chǎn)量為0%(零產(chǎn)量晶片)的晶片的失效模式分析)。也就是說，由于時間延遲，在鋁銅合金中的銅成分^皮固化并分離出來，這樣就導致銅偏析。該銅偏析也可以才艮據(jù)銅的重量百分比通過熱狀態(tài)圖來察看。尤其是，如根據(jù)圖4所示的銅的重量百分比通過熱狀態(tài)圖曲線圖可以看出的，當銅的重量百分比為0.5時，因為當銅經(jīng)受在120到200°C的溫度范圍的老化時會發(fā)生相變，所以發(fā)生了偏析。因此，在沉積鋁銅合金(300。C)之后，當Ti(200。C)或TiN(200°C)^皮沉積在鋁銅合金線上以形成抗反射涂覆(ARC)膜時，在具有一定溫度的處理室中發(fā)生的時間延遲會導致在鋁銅合金中發(fā)生老化，在這種情況下，會產(chǎn)生銅的沉淀物。當實施隨后的金屬RIE時，這種銅的沉淀物起障礙物(block)的作用，從而導致微橋(microbridge)。才艮據(jù)本發(fā)明的實施方式，在由于老化發(fā)生銅偏析的情況下，在300°C或更高的溫度下以預定的時間實施退火工藝，可以4吏銅重凝固在鋁膜上。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，在發(fā)生老化的情況下(其中，在使用鋁銅合金膜為了金屬互連過程的金屬沉積過程中，半導體襯底在預定溫度的處理室中保持一定的時間)，可以-使銅在金屬布線過程之后通過退火過程重性凝固到鋁膜中。因此，實現(xiàn)了銅偏析的顯著降低。實際上，隨后的退火處理可以在半導體金屬布線過程中在晶片上進行，所述半導體金屬布線過程包括在金屬布線上和/或上方、在半導體晶片上和/或上方的絕鄉(xiāng)彖層上和/或上方沉積包含TiN、Ti和TiW中至少一種的阻擋力莫，在該阻擋膜的最上表面上和/或上方沉積用于金屬布線的鋁銅合金膜，以防止由時間延遲(在沉積抗反射涂覆膜之后，晶片保持在室中)導致的銅偏析。如圖5所示，其示出在金屬RIE后的晶片的SEM圖像，該晶片經(jīng)過表1所示的條件(即當時間延遲是60min、120min，和240min時，在400°C下進行200秒和在350°C下進行70秒)的淬火處理?？梢钥闯?，在具有60min延遲時間的晶片SEM圖像500中，與圖1的SEM圖^f象相比，當在350。C下淬火70秒時，銅沉淀^皮除去。然而在有120min延遲時間的SEM圖像502中，與當晶片不經(jīng)受淬火工藝時SEM圖像(106)相比，銅偏析顯著降低。此外，在SEM圖像(504)中，當在有240min延遲時間的晶片上在400。C下實施200秒的淬火工藝時，銅偏才斤凈皮除去。因此，可以看出，由在處理室中的時間延遲引起的偏析的銅成分可以通過適當?shù)拇慊鸸に囍啬痰戒X膜上。圖6示出了晶片的產(chǎn)量，其取決于是否在每一金屬層中在200°C處理室的時間延遲之后實施淬火工藝，如表2列出的?？梢钥闯?，在沒有時間延遲的處理工藝的晶片上表現(xiàn)出正常的產(chǎn)量，而不管對于哪一個金屬層，在120min或更長延遲時間之后不進行淬火工藝的晶片的產(chǎn)量為0%。這是因為，如上所述，在鋁銅在一定的溫度沉積之后，在一定溫度的室中發(fā)生時間延遲時，由于銅的老化會發(fā)生銅的偏析。這意味著，在金屬RIE的時候，銅沉淀形成金屬線的微橋(micro-bridges),降低了產(chǎn)量。此外，如實例圖6所示，可以看出，當由于120min或更長的延遲時間引起發(fā)生銅的老化時，晶片的產(chǎn)量比正常的晶片產(chǎn)量低30%。這意味著由于長期銅老化產(chǎn)生的銅沉淀沒有通過淬火過程完全重新凝固到鋁膜中，如實例圖5所示，但仍有部分殘留。也可以看到，盡管會發(fā)生20min或更長的時間延遲，但如果在400。C下實施200秒的淬火過程，產(chǎn)量就不會降低。如圖5所示，這意味著，由銅的老化引起的沉淀可以通過適當?shù)拇慊疬^程將銅完全地重新凝固到鋁(A1)膜中。才艮據(jù)本發(fā)明的實施例，為了解決在使用加入了特定量銅的鋁膜的金屬互連過程中的金屬沉積過程中，由在特定溫度的室中的時間延遲導致的銅的偏析引起的晶片產(chǎn)量降低，可以通過淬火過程將銅沉淀重新凝固到鋁膜中。該淬火過程可以是根據(jù)《1起銅偏析的時間延遲以預定時間和預定溫度對相應晶片進行的退火過程。因此，可以顯著提高半導體器件的產(chǎn)量。盡管本文中已經(jīng)描述了多種實施方式，但應該明白，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以提出許多其他的修改和實施方式，這些修改和實施例均落在本發(fā)明原理的精神和范圍內(nèi)。更具體地，可以對說明書、附圖和所附4又利要求范圍內(nèi)的組成部分和/或主題組合安排進4亍各種變化和》爹改。除組成部分和/或安排的變化和^f改之外，對本領(lǐng)i或才支術(shù)人員來i兌可替代的應用是顯而易見的。權(quán)利要求1.一種方法，包括在一室中在一晶片上形成絕緣層；然后在所述絕緣層上為金屬布線形成阻擋層；然后在所述阻擋層上為所述金屬布線形成鋁銅合金層；然后在所述鋁銅合金層上形成抗反射涂膜；然后在形成所述抗反射涂覆膜之后，將所述晶片在所述室中保持一預定時間；然后在所述晶片上實施退火過程。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當形成所述抗反射涂覆膜之后，并且所述晶片在所述室中保持少于2小時時，在350。C或更高的溫度下對所述晶片實施70秒或更長時間的退火過程。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當形成所述抗反射涂覆膜之后，并且所述晶片在所述室中保持少于2小時時，在400。C或更高的溫度下對所述晶片實施200秒或更長時間的退火過程。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述阻擋膜包含TiN、Ti和TiW中的4壬一種。5.—種方法，包括在一室中在一晶片上形成具有鋁成分和銅成分的金屬層；然后在所述金屬層上形成抗反射涂覆膜；然后將所述晶片在所述室中保持第一預定時間;然后以一預定溫度和第二預定時間^t所述晶片實施退火過程。6.才艮據(jù)4又利要求5所述的方法，其中，所述第一預定時間少于2小時，而所述第二預定時間是70秒或更長。7.才艮據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述預定溫度是350。C。8.才艮據(jù)片又利要求5所述的方法，其中，所述第一預定時間少于2小時，而所述第二預定時間是200秒或更長。9.4艮據(jù)^f又利要求8所述的方法，或更高。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，11.才艮據(jù)^k利要求5所述的方法，12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述預定溫度是400°C其中，所述阻擋月莫包含TiN。其中，所述阻擋月莫包含Ti。其中，所述阻擋膜包含TiW。13.—種方法，包4舌在一室中在一晶片上為金屬布線形成鋁銅合金層；然后在所述鋁銅合金層上形成抗反射涂覆膜；然后在所述室中保持所述晶片；然后《于所述晶片以預定時間和預定溫度實施退火過禾呈。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述預定時間是70秒或更長。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述預定溫度是350。C或更高。16.才艮據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述預定時間是70秒或更長，而所述預定溫度是350。C。17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述預定時間是200秒或更長。18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述預定溫度是400。C或更高。19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述預定時間是200秒或更長，而所述預定溫度是400。C。20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包含，在形成所述鋁銅層之前在所述晶片上形成絕緣層；然后在所述絕緣層上形成阻擋膜。全文摘要一種在半導體器件金屬布線過程中增強鋁和銅互連的方法。為了解決在金屬沉積過程中由時間延遲導致的銅偏析引起的晶片產(chǎn)量降低，通過根據(jù)時間延遲以預定時間和預定溫度在晶片上實施退火的淬火過程將銅沉淀重新凝固進鋁膜。文檔編號H01L21/70GK101335234SQ200810127810公開日2008年12月31日申請日期2008年6月25日優(yōu)先權(quán)日2007年6月25日發(fā)明者金建熙申請人:東部高科股份有限公司