專利名稱：在高溫金屬層上形成介質(zhì)層的方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及在導體層上形成鈍化層的方法，特別地涉及在高溫金屬層上形成介質(zhì)層的方法。
集成電路及內(nèi)連接通常的構(gòu)成中包括重摻雜多晶硅。然而由于重摻雜多晶硅薄層的表面電阻在20歐姆/方塊(ohms/square)的數(shù)量級上，這些薄層造成長的阻容(RC)時間常數(shù)，因而引起了不希望的時間延遲。這個不希望的時間延遲極大地影響了制造致密和高性能半導體器件的能力。所以，已使用幾種方法來改進半導體內(nèi)連接的表面電阻。
一種方法是聚化物(polycide)方法，是在被摻雜的多晶硅層上形成金屬硅化物。這種方法的一個缺點是，需要沉積和布圖二個薄層。而且當在多晶硅上形成金屬硅化物層時，硅化物的形成傾向于消耗多晶硅層中的摻雜物從而增加多晶硅層的表面電阻。
使用高溫金屬層，如鈦Ti，釩V，鉻Cr，鉭Ta或它們的氮化物作為埋層或作為內(nèi)連接是人們所希望的，因為只須沉積及構(gòu)圖的只有一個薄層。此外，高溫金屬層將提供一個低表面電阻并且沒有在聚化物過程所產(chǎn)生的摻雜物消耗問題。然而當使用已成圖案的高溫金屬層，例如作為掩埋的內(nèi)連接時，在這個高溫金屬層上形成有介質(zhì)層，在金屬層與介質(zhì)層間會發(fā)生脫層，這種情況尤其在這些薄層又被暴露于高溫時特別真實。這種脫層可導致電子元件可靠性問題。
因而，就需要有一種方法在高溫金屬層上形成介質(zhì)層，使介質(zhì)層與高溫金屬層間有良好附著力。
簡單地講，本發(fā)明的目的是提供一種在高溫金屬層上形成介質(zhì)層的方法。在基片的第一表面上形成已成圖案的高溫金屬層。用非氧化濕性光致抗蝕劑去除劑(wet photoresist stripper)去除用來使高溫金屬層布圖的光致抗蝕劑。然后在高溫金屬層上形成一介質(zhì)層。


圖1示出了本發(fā)明一實施例的放大的剖面圖；圖2-7示出了本發(fā)明圖1實施例在制備的各個階段的放大剖面圖。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的圖1實施例在另一制備階段的放大剖面圖；圖9示出了本發(fā)明的第二實施例的放大剖面圖。
總的來說，本發(fā)明提供在高溫金屬層上形成介質(zhì)層的方法。本發(fā)明通過參照圖1至9可更完全地來描述。作為本發(fā)明的實施例，圖1示出了帶摻雜區(qū)12的基片11以及在基片11一個表面上形成的介質(zhì)層13的放大剖面圖。典型地，基片11由半導體材料構(gòu)成。摻雜區(qū)12與基片11比較可以是相同或相反導電率型的。
當與其它摻雜區(qū)一起形成時，摻雜區(qū)12例如形成場效晶體管的源極或漏極、或雙極型晶體管的集電極、基極、或發(fā)射極。高溫金屬層14在介質(zhì)層13上形成并與摻雜區(qū)12相接觸。高溫金屬層14也可以，例如在沒有介質(zhì)層13的情況下與基片11完全接觸來形成埋入層。最好，高溫金屬層14包括鈦Ti、氮化鈦、釩V、氮化釩、鉻Cr、氮化鉻、鉭Ta或氮化鉭。這些高溫金屬之所以較好是因為它的表面電阻值在少于10歐姆/方塊的數(shù)量級上。此外，它們擁有有利于形成氧化物的自由能因而與介質(zhì)如硅氧化物形成良好接合。然而要在高溫金屬層14與介質(zhì)間形成良好接合，必須適當處理高溫金屬層14。本發(fā)明提供這樣的加工。在最佳實施例中，高溫金屬層14由氮化鈦構(gòu)成。介質(zhì)層16在高溫金屬層14上形成，來為例如多層金屬化法(a multi-level metallization sckeme)提供鈍化。
實驗表明，為了在高溫金屬層14與介質(zhì)層16間提供好的粘合，高溫金屬層14在介質(zhì)層16之前必須在非氧化環(huán)境中進行處理。除其它因素外還發(fā)現(xiàn)高溫金屬層14在介質(zhì)層16沉積之前，其表面氧化大大地降低了兩層之間的粘合，特別是當高溫金屬層14與介質(zhì)層16被暴露于800℃以上的溫度時。
作為介質(zhì)層16在沉積之前在非氧化環(huán)境中處理高溫金屬的方法的一個例子，圖2示出了在制備的早期階段中的基片11。在介質(zhì)層13上形成一開口19來提供與摻雜區(qū)12的接觸。下一步如圖3所示，在介質(zhì)層13及基片11上形成高溫金屬層14來與摻雜區(qū)12相接觸。在使用如濺射，活性蒸鍍(reactive evaporation)及化學氣相沉積技術的領域中形成高溫金屬層14的方法是熟知的。
在最佳實施例中，高溫金屬層14包括氮化鈦且最好用活性離子濺射沉積來形成，在這種方法中鈍鈦金屬靶在氮氣存在的情況濺射。最好是氮化鈦因為氮化鈦薄膜具有表面電阻值在5歐姆/方塊數(shù)量級，它們在高溫下穩(wěn)定，它們提供良好的擴散障礙，它們具有低應力，且對與凹蝕(undercutting)及腐蝕有關的蝕刻有很高的抵抗。
圖4示出了在制造中另一階段的基片11。光致抗蝕劑層17沉積在高溫金屬層14上。光致抗蝕劑層17由負性抗蝕劑或正性抗蝕劑之一構(gòu)成。光致抗蝕劑層17最好用正性抗蝕劑如JRS 1X500EL 30 CD抗蝕劑，從日本Japan Synthetic Rubber Co.公司可獲得。在光致抗蝕劑層17沉積后，以一低溫來軟烘焙光致抗蝕劑17以便脫水并去除多余溶劑。下一步，用光掩模有選擇地將光致抗蝕劑層17暴露于光中。
如圖5所示，在暴光之后，光致抗蝕劑層17被顯影來有選擇的去除光致抗蝕劑從而形成所期望圖案。為了使正性光致抗蝕劑顯影，使用pH值堿性的含非金屬離子的顯影劑如四甲基銨氫氧化物(tetrra-methyl ammonium hydroxide)。這樣的顯影劑是MFCD-26，從Shipley公開可獲得。在顯影之后，光致抗蝕劑層17最好不經(jīng)受硬化處理，如深紫外線輻射或低能惰性氣體等離子體以防止光致抗蝕劑過度硬化。實驗表明光致抗蝕劑硬化處理會導致在去除剩余光致抗蝕劑層17之后殘留光致抗蝕劑保留在高溫金屬層14，特別圍繞在基片11的周邊。當使用濕性光致抗蝕劑涂層去除劑而非干性去除劑時尤為明顯。已發(fā)現(xiàn)在高溫金屬層14表面上的殘留光致抗蝕劑會促成高溫金屬層14與介質(zhì)層16間的不良粘著問題。
下一步，如圖6所示，刻蝕高溫金屬層14形成由剩余光致抗蝕劑17提供的圖案。例如用活性離子刻蝕系統(tǒng)與以氯為基本組分的化學劑(Chlorine based chemistry)來刻蝕高溫金屬層14。在某些應用中，最好不用BCl3為基本組分的化學劑來刻蝕高溫金屬層14因為殘留的BCl3可以保留在不受光致抗蝕劑層17保護的刻蝕表面上。殘留的BCl3在接下來的高溫處理過程中為硼擴散進基片11提供3潛在的摻雜源，因而形成不希望的P型區(qū)。
如圖7所示，在高溫金屬層14刻蝕后，用非氧化濕性光致抗蝕劑去除劑去除剩余光致抗蝕劑層17。當光致抗蝕劑層17由正性抗蝕劑構(gòu)成時，使用由N—甲基吡咯烷酮(n-methyl pyrrolidone(NMP))構(gòu)成pH值堿性的非氧化濕性光致抗蝕劑去除劑。這樣的去除劑的例子是PosistripTM，從EKC Technologies of Hayward，Califomia公司可獲得。當光致抗蝕劑17由負性抗蝕劑構(gòu)成時，使用由重芳族有劑溶劑與磺酸衍生物(sulfonic acid derirative)構(gòu)成的非氧化濕性光致抗蝕劑去除劑。這種光致抗蝕劑去除劑的例子是NS-12從Advanced Chemical Techpologies Inc.ofAllentowam Pennsylvania公開可獲得。
為了防止高溫金屬層14的表面氧化及其帶來的粘附問題，不用干性氧化基光致抗蝕劑去除方法如氧氣等離子體來去除剩余光致抗蝕劑層17。實驗表明如果使用任何干性氧化基光致抗蝕劑去除方法，來去除形成在高溫金屬層14上光致抗蝕劑層，會導致高溫金屬層14與其后在高溫金屬層14上形成的介質(zhì)層間的粘附問題。已發(fā)現(xiàn)由于干性氧化基光致抗蝕劑去除方法造成的高溫金屬層14的表面氧化是粘附問題的很大成因。而且如果對高溫金屬層14需要光致抗蝕劑或刻蝕再加工，則必須使用濕性光致抗蝕劑去除劑來防止其后的粘附問題。
在最佳實施例中，為去除光致抗蝕劑層17，順次使用包含NMP的二個槽。第一個槽最好再循環(huán)及過濾并保持在約75到85℃。帶有光致抗蝕劑層17的基片11在第一槽中暴露于NMP約15分鐘。第二槽最好保持在約45到55℃并用來去除任何殘留的光致抗蝕劑層17?；?1暴露在第二槽中的NMP里約5分鐘。在第二NMP槽之后，用去離子水清洗基片11并用普通的沖洗器/干燥器技術干燥基片11。
再參看圖1，在去除光致抗蝕劑層17后，在高溫金屬層14上形成介質(zhì)層16。介質(zhì)層可以是氧化硅，氮化硅，氮氧化硅，PSG或BPSG。在最佳實施例中，介質(zhì)層16是使用增強型等離子體(PE)化學氣相沉積從四乙基原硅酸酯TEOS(tetraethylorthosilicate)中沉積出氧化硅，通常稱作增強型等離子體四乙基原硅酸酯(PETEOS)。比較可取是，以約125至145埃/秒(Angstroms/Second)的生長速度在約400℃的溫度下沉積。
介質(zhì)層16可以被形成圖案也可不形成圖案。如圖8所示，可以使介質(zhì)層16形成圖案來形成通道21提供高溫金屬層14與金屬化觸點22的接觸?？捎蒙鲜鲞^程來形成多層金屬及介質(zhì)。在沉積之后，可選地介質(zhì)層16被退火來減少介質(zhì)層16內(nèi)的應力，特別是位于形成圖案的高溫金屬層14的邊緣。較好地，在介質(zhì)層16由PETEOS構(gòu)成時，在一隋性氣體如氮氣中并加少于3000ppm濃度氧氣在約1000℃時將介質(zhì)層退火約60分鐘。隋性氣體的使用較好地防止由于氧氣通過介質(zhì)層6擴散引起的高溫金屬層14的氧化。此外，退火使PETEOS致密穩(wěn)定化，利于進一步的高溫處理。
圖9示出了第二個實施例，這里在介質(zhì)層16上形成第二個介質(zhì)層18來提供附加的屏障防止高溫金屬層14氧化。當基片11在高溫金屬層14及介質(zhì)層16形成后被暴露于侵蝕性氧化環(huán)境如高溫濕性氧化過程時，第二介質(zhì)層18就是一種有效抵抗各種氧化物質(zhì)的障礙。這種第二介質(zhì)層的一個例子是氮化硅。
到現(xiàn)在為止，應當理解本發(fā)明提供了一種用于在高溫金屬層上形成介質(zhì)層的方法。通過沒有光致抗蝕劑硬化步驟來處理用于為高溫金屬層形成圖案的光致抗蝕劑層以及用非氧化光致抗蝕劑去除劑去除用于為高溫金屬層形成圖案的光致抗蝕劑層，大大改善了在高溫金屬層及接著形成在高溫金屬層上的介質(zhì)層之間的粘附問題。甚至在接下來的高溫環(huán)境中介質(zhì)層將粘附到高溫金屬層上。
權(quán)利要求
1.用于在高溫金屬層上形成介質(zhì)層的方法，其特征在于包括步驟提供帶有第一及第二表面的基片；在基片的第一表面形成高溫金屬層，其中高溫金屬層具有利于氧化物形成的自由能；在高溫金屬層上沉積光致抗蝕劑層；有選擇地將光致抗蝕劑層暴露于光；使光致抗蝕劑層顯影以便有選擇地去除光致抗蝕劑來在光致抗蝕劑層形成圖案；與光致抗蝕劑層的圖案相一致刻蝕高溫金屬層；用非氧化光致抗蝕劑去除劑去除剩余的光致抗蝕劑；在高溫金屬層上形成介質(zhì)層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在基片的第一表面上形成高溫金屬層的步驟包括，形成一金屬層，金屬層是從由鈦、氮化鈦、釩、氮化釩、鉻、氮化鉻、鉭、及氮化鉭組成的組中選擇的；其中形成介質(zhì)層的步驟包括，使用增強型等離子體化學氣相沉積從TEOS中沉積出氧化硅層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使光致抗蝕劑層顯影的步驟包括，在刻蝕高溫金屬步驟之前且沒有光致抗蝕劑硬化步驟，使光致抗蝕劑層顯影。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積光致抗蝕劑層的步驟包括，沉積正性光致抗蝕劑，且用非氧化光致抗蝕劑去除劑去除光致抗蝕劑層的步驟包括，用包含pH值堿性的N—甲基吡咯烷酮構(gòu)成的去除劑去除光致抗蝕劑層。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中去除光致抗蝕劑的步驟包括有在保持在約75到85℃溫度的N—甲基吡咯烷酮第一槽中去除光致抗蝕劑層并在保持在約45到55℃溫度的N—甲基吡咯烷酮第二槽中去除殘留光致抗蝕劑。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步的特征在于包括在隋性氣體中介質(zhì)層退火的步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中退火步驟包括將介質(zhì)層在氮氣中加熱到約1000℃。
8.在氮化鈦層上形成介質(zhì)層的方法，其中介質(zhì)層在高溫條件下粘附在氮化鈦上，其特征在于包括步驟提供具有第一表面或第二表面的半導體基片；在第一面上形成氮化鈦層；在氮化鈦層上沉積光致抗蝕劑層；將光致抗蝕劑層有選擇地暴光；將光致抗蝕劑層顯影來有選擇地去除光致抗蝕劑以便在光致抗蝕劑層內(nèi)形成圖案，其中光致抗蝕劑層被顯影而沒有接下來的光致抗蝕劑的硬化步驟；刻蝕氮化鈦，使氮化鈦層與光致抗蝕劑層的圖案相一致；用非氧化光致抗蝕劑去除劑去除剩余光致抗蝕劑；在氮化鈦層上沉積介質(zhì)層；且在帶有少于3000ppm氧氣的惰性環(huán)境中使介質(zhì)層退火。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中沉積光致抗蝕劑層的步驟包括，沉積正性光致抗蝕劑，且用非氧化光致抗蝕劑去除劑去除光致抗蝕劑層的步驟包括有用包含pH值堿性的N—甲基吡咯烷酮組成的去除劑去除光致抗蝕劑層，其中在溫度保持在約75到85℃的N—甲基吡咯烷酮第一槽中去除光致抗蝕劑，并且在溫度保持在45—55℃的N—甲基吡咯烷酮第二槽中去除殘留光致抗蝕劑。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中沉積介質(zhì)層的步驟包括用包含TEOS的加增型等離子體源沉積氧化硅。
全文摘要
提供一種在高溫金屬層14上形成介質(zhì)層的方法。通過用非氧化光致抗蝕劑去除劑處理高溫金屬層14而沒有光致抗蝕劑硬化步驟，在高溫金屬層14與接下來形成在高溫金屬層14上的介質(zhì)層16間的粘附被大大地改善。在高溫環(huán)境介質(zhì)層16將粘附到高溫金屬層14上。這個方法適于半導體集成電路的多層金屬化及埋層結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L21/312GK1116363SQ9510141
公開日1996年2月7日 申請日期1995年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月2日
發(fā)明者詹姆斯·A·塞勒斯 申請人:摩托羅拉公司