專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明介一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，具體介紹一種包括一個布線層的半導(dǎo)體器件以及構(gòu)成布線層的方法。本發(fā)明是對本發(fā)明人于1992年1月31日申請的、美國專利申請?zhí)枮?7/828，458的待決申請案中所涉及的發(fā)明主題進行的改進，該申請所披露的內(nèi)容包括在本申請中作為參考。
金屬化工藝被認為是半導(dǎo)體器件制造技術(shù)中最重要的問題，隨著技術(shù)日益向超大規(guī)模集成化方向發(fā)展，該問題決定著半導(dǎo)體器件的產(chǎn)量，性能(如運行速度)和可靠性。金屬的臺階覆蓋范圍在密度不太高的現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件方面并不是個嚴重問題，這是由于器件具有幾何形狀較大的固有特性，例如，接觸孔的高寬比(深度與寬度之比)較低，以及臺階較淺。然而，隨著半導(dǎo)體器件中集成密度的日益增大，接觸孔變得更小，而在半導(dǎo)體基片(襯底)表面形成的摻雜質(zhì)區(qū)也變得更薄。對于目前的這些密度較高的半導(dǎo)體器件，由于最后所得到的更高高寬比的接觸孔和更大的臺階，為了達到使半導(dǎo)體器件具有高速性，高產(chǎn)量和良好的可靠性的標準設(shè)計目標，改進傳統(tǒng)的鍍鋁工藝已變得十分必要。特別地，在制造更高集成度的半導(dǎo)體器件過程中，使用傳統(tǒng)的鋁金屬化工藝會產(chǎn)生以下問題因接觸孔的高寬比引起的鋁互連的失效，濺鍍的鋁的臺階覆蓋也很差，可靠性降低，硅沉淀造成接觸電阻增大，由于鋁釘(AlSpcking)形成導(dǎo)致淺結(jié)電性能的降低。
為了解決傳統(tǒng)的鋁金屬化工藝所帶來的一系列問題，人們提出了各種各樣的新工藝方法。例如，為防止上述鋁互連失效所引起的半導(dǎo)體可靠性的降低，有人提出以下的工藝方法。
下列專利出版物中披露了熔化方法日本公開公報62-132348號(YukiyosllSugano等申請)，日本公開公報63-99546號(ShinpeiIijima)，日本公開公報62-109341號(MasahiroShimizu等申請)，日本公開公報62-211915號(HidekazuOkabayashi等申請)，日本公開公報1-246831號(SeiichiIwamatsu申請)，日本公開公報59-171374(MasakiSatou申請)，以及第87306084.3號歐洲專利申請(RyoichiMukai等申請)。
根據(jù)上述方法，可以利用鋁或鋁合金的熔化和回流填滿接觸孔。簡要言之，就是在回流工序中，將鋁或鋁合金的金屬層加熱至熔化溫度以上，再讓熔化了的金屬流進接觸孔并填滿。這種回流工序必然帶來以下缺陷和不利，首先，為了使流動的熔融材料妥當?shù)靥顫M接觸孔，必須把半導(dǎo)體晶片水平放置。其次，流進接觸孔的液態(tài)金屬層會受到一個較小的表面張力，因此在凝固的時候就容易萎縮或變形，從而導(dǎo)致底層的半導(dǎo)體材料外露。再次，熱處理溫度不能精確控制，所以給定的結(jié)果很難再現(xiàn)。此外，盡管這些方法可以用金屬層的熔融金屬來填滿一個接觸孔，但金屬層的剩余區(qū)域(接觸孔的外部區(qū)域)會變得非常粗糙，從而影響以后的光刻工序。因此，為光滑或平整金屬層的這些粗糙區(qū)域，還需要進行第二次金屬化工藝。
作為對熔化鋁或鋁合金以填滿接觸孔的一個替換方法，并且為了改進金屬臺階覆蓋，第4970176號美國專利(克萊倫斯·丁·特拉西等申請)中披露了一種多步驟的金屬化工藝。根據(jù)上述專利，預(yù)置的第一厚度金屬層在冷溫(ColdTem)下被沉積在一片半導(dǎo)體晶片上。隨后，溫度逐漸達到大約400℃至500℃，在淀積余下的相對較薄的第二厚度的金屬層時，這個溫度可以使金屬層軟溶。金屬層軟熔的發(fā)生貫穿著晶粒長大、再結(jié)晶和體擴散(bulkoliffusion)。
根據(jù)特拉西等人的方法，一個具有大高寬比的接觸孔(通路孔)的臺階覆蓋可以改進。然而，用鋁或鋁合金填滿一個高寬比大于1，直徑小于1微米的接觸孔是不可能的。
在這同時，奧諾等人披露，當半導(dǎo)體基片的溫度在500℃以上時，鋁-硅的流動性會突然增大(見Proc，1990VMICConference，June11和12，PP，76-82)。根據(jù)這篇論文，Al-1%Si膜的應(yīng)力在500℃附近會急劇變化，這種膜在500℃時迅速產(chǎn)生應(yīng)力松弛。此外，為了圓滿填充接觸孔，必須把半導(dǎo)體基片的溫度維持在500℃至550℃之間。這一機理與特拉西等人的專利(4970176)中所述的金屬層軟溶(reflow)完全不同。
此外，C.S.帕克等人(包括一些本發(fā)明的發(fā)明人)披露了一種通過具有大高寬的接觸孔構(gòu)成一個金屬布線層的方法，該方法包括將鋁合金在100℃溫度以下沉積至3000 的厚度以及將沉積的鋁合金在550℃溫度二次加熱180秒，從而用鋁合金完全填滿接觸孔，見Proc.1991 VMIC Conference.Jun11和12，PP.326-328。這種方法現(xiàn)在正在美國專利和商標局進行審查，其美國專利申請?zhí)枮?7/585，218，發(fā)明名稱“一種在半導(dǎo)體器件中構(gòu)成金屬層的方法”。
因為對金屬層是在低于鋁的熔點的溫度時進行熱處理的，該金屬不會熔化。例如，在150℃溫度以下通過濺射沉積的鋁原子，當在550℃溫度進行熱處理時將產(chǎn)生徒動而不是熔化。當表面區(qū)域由于表面原子-它們與周圍原子無充分接觸-之間的能量增大而崎嶇不平或有很多細粒時，這種徒動會增加。因此，熱處理時，最初濺射的多粒層呈現(xiàn)出不斷增加的原子徒動。
根據(jù)上述方法，利用與傳統(tǒng)沉積方法所用的相同的濺射設(shè)備，然后對沉積的金屬進行退火處理，就能很容易地用金屬充分地填滿接觸孔。因此，即使是大高寬比的接觸孔也能被完全填滿。
然而，如果接觸孔中形成空隙，或者金屬層的臺階覆蓋范圍不適當，當把這種帶金屬層的半導(dǎo)體晶片維持在一定溫度和真空中時，接觸孔是不能被填滿的。此外，盡管以后在帶有已經(jīng)沉積的原始金屬層的半導(dǎo)體晶片上再構(gòu)成一個次級金屬層，仍然不能保證接觸孔的臺階覆蓋范圍就一定合適，于是，由于這種不適當臺階覆蓋范圍的關(guān)系，所制造的半導(dǎo)體器件的可靠性就會降低。
在硅技術(shù)的最早時期采用的是一種由直接沉積到硅上的純凈鋁所構(gòu)成的接觸結(jié)構(gòu)。然而，這種鋁-硅接觸呈現(xiàn)出一些不良的接觸特性，比如燒結(jié)過程中的結(jié)釘?shù)男纬伞Y(jié)步驟是在接觸金屬膜已經(jīng)被沉積并刻制成圖形之后進行的。對于這種鋁-硅接觸，燒結(jié)使硅表面上形成的自然氧化層與鋁發(fā)生反應(yīng)。由于鋁與薄的SiO2層發(fā)生反應(yīng)，生成Al2O3，在一個良好的歐姆接觸中，該自然氧化層最終會被完全耗盡。此后，鋁通過生成的Al2O3層擴散，到達硅表面，形成一個相近的金屬-硅接觸。這里，鋁必須通過Al2O3層擴散，才能到達剩余的SiO2。隨著Al2O3層厚度的不斷增加，鋁滲透需要更多的時間。因此，如果自然氧化層太厚，則相應(yīng)而生的Al2O3層也會厚得難以讓鋁通過它而擴散。在這種情況下，并非所有的SiO2都會被耗盡，結(jié)果會產(chǎn)生不良的歐姆接觸。鋁通過Al2O3的滲透率是溫度的函數(shù)。為了獲得合格的燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間，Al2O3的厚度應(yīng)當在5-10
范圍內(nèi)。既然Al2O3的最大厚度約為耗盡的自然氧化層的厚度，那么自然氧化層的容許厚度的近似上限也就固定下來了。硅表面在含氧的環(huán)境中曝露的時間越長，自然氧化層就越厚。因此，在大多數(shù)接觸工藝中，將晶片裝進用于金屬沉積的沉積槽之前，要進行表面清潔工序。
接觸合金溫度在450℃至500℃之間時，鋁吸收了0.5%至1%的硅。如果把純凈的鋁膜加熱到450℃，再提供一定的硅源，則鋁就會吸收溶解狀態(tài)中的硅直到接重量計的硅的濃度達到0.5%。半導(dǎo)體基片便可用作這樣的硅源，而出自基片的硅在高溫下通過擴散輸入到鋁。如果能獲得大量的鋁，則從鋁-硅界面下，大量的硅可以擴散進鋁膜。同時，膜上的鋁也會迅速移動以填補因硅的脫離造成的空隙。如果鋁的滲透比觸點下的Pn結(jié)深度還要深，該結(jié)就會大量漏電，甚至造成短路。這種現(xiàn)象被稱為結(jié)釘形成。
為了解決觸點處結(jié)釘形成的問題，沉積時通常把硅加進鋁膜中。鋁-硅合金(1.0wt%Si)已被廣泛用于制造觸點和集成電路的互連。使用鋁-硅合金代替純凈鋁可以減輕結(jié)釘形成所帶來影響，但不幸的是，引起另外一個問題。具體地說，在退火工藝的冷卻周期間，硅在鋁中的溶解性隨溫度的下降而降低。因此，鋁與硅形成過飽和狀態(tài)，從而引起鋁-硅溶液中硅沉淀物的核化和生長。在微粒邊界和交接處，核化通常以核化驅(qū)動力下降的級別迅速發(fā)生。在微粒邊界的Si沉淀可增加這些線對電遷移失敗的易感性，由于感生電遷移開路，這將導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的較早失效。根據(jù)上述方法(C.S.帕克的方法)，在一個半導(dǎo)體器件中構(gòu)成金屬布線層時，既然該金屬布線層在其構(gòu)成期間要經(jīng)歷加熱和冷卻循環(huán)，這個問題便會變得嚴重起來。
附

圖1顯示出金屬化之后，在半導(dǎo)體基片2的表面上形成的硅沉淀(8a，8b)。這里，數(shù)碼7表示金屬布線層。顯然，這些硅沉淀物應(yīng)當被除去。這些硅沉淀物迄今為止是用灰化、過蝕刻或濕蝕方法除去的，或者利用包含一個可以從基片上除去沉淀物的原子團的enchant來消除。
特別地，在高溫下沉積金屬層時，硅沉淀物很不容易被除去。如果用過蝕刻方法除掉硅沉淀，則其影象會被傳送到底層，過蝕刻之后這些影象仍會保留。于是，半導(dǎo)體基片表面的質(zhì)量和外觀仍然是低劣的。
目前也已經(jīng)知道，通過防止由于鋁釘形成而導(dǎo)致的淺結(jié)性能下降，以提高半導(dǎo)體的可靠性，可以在半導(dǎo)體晶片上形成的接觸孔中構(gòu)成一個阻擋層。例如，J.Vac.Sci.Technol.A4(4)1986，PP，1850-1854中披露了一種用反應(yīng)濺射法產(chǎn)生氮化鈦膜的方法。在第4897709號美國專利(NatsukiYokoyama等申請)中，描述了一種包含氮化鈦膜(阻擋層)的半導(dǎo)體器件，這層膜在接觸孔中構(gòu)成，用以防止金屬布線層和半導(dǎo)體基片之間產(chǎn)生反應(yīng)。該氮化鈦膜可以通過在一個冷式CVD設(shè)備上實施的低壓CVD方法而產(chǎn)生。對于一個具有大高寬比的相當精細的孔來說，生成的膜具有臺階覆蓋范圍良好的優(yōu)秀特性。氮化鈦膜生成之后，利用鋁合金，通過濺射方法便可產(chǎn)生布線層。
此外，YodaDakshi等人也提出了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包括以下步驟為防止布線層與半導(dǎo)體基片或接觸孔內(nèi)表面上的絕緣層之間產(chǎn)生反應(yīng)，形成雙阻擋層，然后用鋁合金這類的沉積的金屬填滿接觸孔，并將半導(dǎo)體基片加熱至所需溫度(見韓國專利公開公報，90-15277號，對應(yīng)于日本專利申請，01-061557號，1989年3月14日提交)。
此外，61-183942號日本專利公開公報中，描述了一種構(gòu)成阻擋層的方法，它包括以下步驟通過沉積Mo，W，Ti或Ta這樣的金屬構(gòu)成金屬層，再在該金屬層上構(gòu)成氮化鈦層，將該金屬層和氮化鈦層熱處理，從而通過該金屬層與半導(dǎo)體基片之間及界面處的反應(yīng)產(chǎn)生一個硅化金屬層。于是，阻擋性能得以提高。然而，僅僅構(gòu)成一個阻擋層，對于克服上述C.S.帕克的金屬噴鍍工藝中所存在的缺陷和弊端，仍然不夠充分。
為解決上述問題，S.I.Lee(本發(fā)明的發(fā)明人之一)等人也提出了一項發(fā)明，現(xiàn)正在美國專利與商標局進行審查，名稱是“制造半導(dǎo)體器件的方法”，美國專利申請?zhí)枮?7/828，458。這項發(fā)明介紹了一種通過半導(dǎo)體器件中的接觸孔構(gòu)成金屬布線層的方法，它包括以下步驟使用由純凈鋁和不含硅成分的鋁合金中選出一種金屬中的一種在一片附有絕緣層-其上有接觸孔-的半導(dǎo)體晶片上構(gòu)成第一金屬層，將該金屬層熱處理，以便用第一金屬層的金屬完全填滿接觸孔，然后在第一金屬層上構(gòu)成含有硅成分的第二金屬層。
附圖2至5顯示了一種根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)成金屬布線層的方法。
附圖2表示構(gòu)成第一金屬層的步驟。具體地說，配有絕緣夾層22的半導(dǎo)體基片21上形成一個直徑0.8微米、帶有呈階梯狀部分的開口23。此后，基片21經(jīng)過清潔。
次之，由高熔點金屬化合物，如TiN構(gòu)成的擴散阻擋層24沉積在絕緣夾層22的整個表面上和露出半導(dǎo)體基片21的若干部分上。阻擋層的厚度最好在200至1500 之間。半導(dǎo)體基片21被放進濺射反應(yīng)槽，在該槽中，當溫度約為150℃并且在預(yù)置的真空中，通過沉積一種金屬，如鋁或不含硅成分的鋁合金，厚度達到整個(復(fù)合的)金屬層所需厚度的三分之二時，便構(gòu)成第一個金屬層25(4000 ，當整個金屬層所需厚度為6000 時)。由此構(gòu)成的第一個金屬層25具有較小的鋁微粒和較高的表面自由能。
附圖3表示填充開口23的步驟。具體地，在不破壞真空狀態(tài)的情況下，將半導(dǎo)體晶片放入另一個濺射反應(yīng)槽中，對第一個金屬層25進行熱處理，最好在550℃溫度下持續(xù)3分鐘，從而使鋁原子遷移至開口23。鋁原子的遷移引起其表面自由能降低，從而減小了其表面區(qū)域并便于用鋁完全填滿開口，如附圖3所示。
附圖4表示在第一金屬層25上構(gòu)成第二金屬層26的步驟。具體地，在低于350℃溫度下，通常沉積整個金屬層所需厚度的剩余部分，便構(gòu)成第二個金屬層26，從而完成整個金屬層。第二個金屬層26用含硅成分的鋁合金構(gòu)成，比如Al-Si或Al-Cu-Si。
附圖5表示利用傳統(tǒng)的平版印刷工藝，該方法在半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域為人所熟知，通過除去第二個金屬層26、第一個金屬層25和阻擋層24的預(yù)定部分而獲得的金屬布線圖。
此外，根據(jù)上述07/828，458號美國專利申請中所描述的發(fā)明，上述第二金屬層26可以按照與第一金屬層同樣的方式進行熱處理，從而平整該金屬層的表面，以便在構(gòu)成金屬布線圖形27之前改進隨后的光刻工藝。
根據(jù)以上發(fā)明，將不含Si成分的金屬和含Si成分的金屬相繼沉積以構(gòu)成一個復(fù)合的金屬層。當半導(dǎo)體基片的溫度降低時，不含Si成分的金屬層從含Si成分的金屬中吸收硅原子。因此，布線圖構(gòu)成之后，半導(dǎo)體基片的表面不會形成硅沉積物。
然而，當形成一個復(fù)合的金屬層時，純凈鋁或不含Si成分的鋁合金被沉積，以形成第一金屬層，然后，含Si成分的鋁合金被沉積，構(gòu)成第二金屬層。因此，如果接觸孔的內(nèi)表面上構(gòu)成的擴散阻擋層不良，就會產(chǎn)生微細的結(jié)釘15，如附圖6所示。這里，數(shù)碼13代表摻雜區(qū)。于是，結(jié)會被損傷，時間一長，將引起漏電。
基于上述，可以認識到，目前很需要一種包含布線層，既不產(chǎn)生Si沉積也不產(chǎn)生容易導(dǎo)致漏電的Al釘形成的半導(dǎo)體器件及其制造方法，它可以克服上述的、目前能獲得的工藝方法的缺陷和弊端。本發(fā)明就是為實現(xiàn)這一目的而完成的。
根據(jù)本發(fā)明的目的就是供提一種包含可靠的布線層，在隨后的熱處理工序中不形成硅，并且不產(chǎn)生微細鋁釘形成的半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明的另一目的是，提供一種按金屬布線圖構(gòu)成布線層的改良方法。
根據(jù)本發(fā)明，所提供的含有布線層的半導(dǎo)體器件包括一個半導(dǎo)體基片;一個在半導(dǎo)體基片上具有開口的絕緣層，該開口暴露出該絕緣層底層表面的一部分;一個在絕緣層上構(gòu)成的第一導(dǎo)電層，該第一導(dǎo)電層完全填滿開口，并且第一導(dǎo)電層由在隨后的熱處理工序中不產(chǎn)生硅沉淀的材料所構(gòu)成。該開口可以是延伸至半導(dǎo)體基片表面的接觸孔，從而暴露出其中摻有雜質(zhì)的半導(dǎo)體基片表面的一部分。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第一導(dǎo)電層包括含硅成分的第一金屬層和不含硅成分的第二(Al-1%Si)或Al-Cu-Si合金(Al-0.5%Cu-1%Si)這樣的金屬而構(gòu)成。第二金屬層可以由純凈鋁、Al-Cu合金(Al-0.5%Cu)或Al-Ti合金這樣的金屬而構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，第一導(dǎo)電層是由包含硅成分，靠近開口的內(nèi)表面，底層的外露表面，絕緣層表面的下面部分和實質(zhì)上不包含硅成分的上部構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，第一導(dǎo)電層由含有按重量計不高于0.5%的硅成分的金屬構(gòu)成，按重量計的硅成分最好在0.2%至0.5%之間。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，第一導(dǎo)電屬由在開口的內(nèi)表面，絕緣層和底層的外露表面上形成的高熔點的硅化金屬層所構(gòu)成，或者由在高熔點的硅化金屬層上形成的、以及不含硅成分的金屬或含有按重量計不高于0.5%的硅成分的金屬構(gòu)成的金屬層所構(gòu)成。本發(fā)明的實踐過程中所使用的合適的，高熔點的硅化金屬包括，如Wsi2，MoSi2，TiSi2，TaSi2，等等。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，第一導(dǎo)電層是由在開口的內(nèi)表面，絕緣層和底層的外露表面上形成的高熔點的金屬層，以及在該高熔點的金屬層上形成的含有硅成分的金屬層所構(gòu)成的。本發(fā)明的實踐過程中所使用的合適的、高熔點的金屬包括，如Ti，Mo，W和Ta。
此外，可以在絕緣層的表面，開口的內(nèi)表面、底層的外露表面上以及第一導(dǎo)電層下面構(gòu)成一個擴散阻擋層。該擴散阻擋層可以由鈦這樣的過渡金屬或氮化鈦這樣的過渡金屬化合物所構(gòu)成。
另外，帶有一個平整表面第二個導(dǎo)電層可在填滿開口的第一導(dǎo)電層上構(gòu)成。第二導(dǎo)電層最好由不含硅成分的金屬構(gòu)成。然而，如果第一個導(dǎo)電層是由高熔點的金屬層和含硅成分的金屬層所構(gòu)成，則第二個導(dǎo)電層可以由含硅成分的金屬構(gòu)成。
再者，可以在有平整平面的第二導(dǎo)電層上形成一個抗反射層，以提高隨后的光刻工藝的效率。
根據(jù)本發(fā)明，開口是一個接觸孔或者是有梯階的或錐形的通路孔。開口的高寬比大于1.0，最好是1.0至2.0，開口的大小尺寸不超過1.0微米，其中的大小尺寸被定為直徑或者錐形接觸孔的平均直徑。
本發(fā)明還提供一種制造包含布線層的半導(dǎo)體器件的方法，它包括以下步驟在半導(dǎo)體基片上構(gòu)成一個絕緣層;
給該絕緣層提供一個開口，暴露該絕緣層一個底層表面的一部分;
在隨后的熱處理工序中，在該絕緣層之上構(gòu)成一個不產(chǎn)生硅沉的第一導(dǎo)電層;并且將第一導(dǎo)電層進行熱處理，并持續(xù)適當時間，以便用第一導(dǎo)電層的材料填滿開口。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可以通過相繼進行的沉積第一金屬以構(gòu)成第一金屬層和沉積第二金屬以構(gòu)成第二金屬層而獲得第一導(dǎo)電層。第一個金屬是含硅成分的鋁合金，比如Al-Si合金或Al-Cu-Si合金，第二個金屬是純凈鋁或不含硅成分的鋁合金，比如Al-Ti合金或Al-Cu合金。第一和第二個金屬層最好都在低于150℃的溫度下沉積。沉積溫度越低，金屬原子在隨后的熱處理過程中遷移進開口就越容易。第一導(dǎo)電層的厚度最好是布線層預(yù)定厚度的三分之一到三分之二左右。
第一金屬層的厚度最好不超過布線層預(yù)定厚度的四分之一，第二金屬層的厚度最好不低于布線層預(yù)定厚度的十二分之五。
第一導(dǎo)電層在真空狀態(tài)下形成之后，在不破壞真空狀態(tài)的條件下對其進行熱處理。熱處理的進行如下使用一種氣導(dǎo)方法或快速熱退火(RTA)方法，在10m乇或低于此的惰性氣氛中，或者在5×10-7乇或低于此的真空中，溫度范圍為0.8Tm至Tm(最好是500-550℃)，此處Tm是第一金屬的熔化溫度，對半導(dǎo)體基片加熱。
熱處理可以在惰性氣體環(huán)境中(如N2或Ar)，或者還原氣體環(huán)境中(如H2)進行，當金屬層被熱處理時，金屬原子遷移進開口，從而減少其表面自由能。結(jié)果，開口完全被金屬所填滿。當金屬原子遷移進開口時，金屬層的表面區(qū)域縮小。于是，金屬層的垂懸部分從開口的上部消失，開口的進口面積變大。因此，當此后沉淀第二個導(dǎo)電層時，便可獲得良好的金屬層臺階覆蓋范圍。
如果在上述熱處理工序中真空狀態(tài)被破壞，氧化過程便會形成一層Al2O3膜，這將阻礙Al原子在上述溫度下遷移進開口。于是，開口不可能完全被金屬填滿，這顯然不是所需要的結(jié)果。上述熱處理工序的時間不少于1分鐘，若使用氬氣傳導(dǎo)方法和快速熱退火設(shè)備，則熱處理工序的時間最好持續(xù)1至5分鐘，對該金屬層最好分幾個循環(huán)，每次約20至30秒進行熱處理，或者連續(xù)進行大約2分鐘。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，第一導(dǎo)電層可以通過以下步驟獲得。在絕緣層、開口的內(nèi)表面和底層的外露表面上形成一個硅層，在該硅層上產(chǎn)生一個金屬層，該金屬層由純凈鋁和不含硅成分的鋁合金如Al-Ti合金或Al-Cu合金所組成的一組金屬中所選出的一種金屬構(gòu)成。該金屬層是在上述150℃以下的低溫，在真空狀態(tài)中通過沉積純凈鋁或鋁合金而構(gòu)成。第一導(dǎo)電層在溫度范圍為0.8Tm至Tm時進行熱處理，此處Tm是金屬的熔化溫度。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，第一導(dǎo)電層是通過沉積含有按重量計不高于0.5%、最好是0.2%至0.5%的硅成分的鋁合金而構(gòu)成。本發(fā)明所使用的合適的鋁合金包括，如Al-Si合金，Al-Cu-Si合金等等。按照上述相同的方式對鋁合金進行沉積加熱處理。這里，第一導(dǎo)電層的厚度最好是半導(dǎo)體器件的布線層預(yù)定厚度的10%至80%。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，第一導(dǎo)電層可以通過以下方法而獲得。在絕緣層、開口的內(nèi)表面和底層的外露表面上構(gòu)成一個富硅的、高熔點的硅化金屬層，并在該高熔點的硅化金屬層上構(gòu)成一個第一金屬層，本發(fā)明中所使用的合適的硅化金屬包括，如WSi2，MoSi2，TiSi2，TaSi2等等。該第一金屬層是從一組純凈鋁，Al-Cu合金，Al-Ti合金和含有按重量計不高于0.5%的硅成分的鋁合金組成的金屬中選出一種金屬而構(gòu)成。按照上述同樣的方式對第一個金屬層進行沉積和熱處理。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，第一導(dǎo)電層可以通過以下方法而獲得。在絕緣層，開口的內(nèi)表面和底層的外露表面構(gòu)成一個高熔點的金屬層，并在該高熔點的金屬層上構(gòu)成含有硅成分的第一金屬層。本發(fā)明中所使用的合適的高熔點金屬包括，如W，Mo，Ti，Ta等等。第一金屬層由含硅成分的鋁合金，比如Al-Si，Al-Cu-Si等等而構(gòu)成，按照上述同樣的方式對其進行沉積和熱處理。
此后，通過以下方法構(gòu)成第二導(dǎo)電層。沉積金屬完全按照上述關(guān)于構(gòu)成第一金屬層的相同方式-在低于350℃的溫度下沉積金屬除外-進行。第二導(dǎo)電層構(gòu)成之后，也按照第一導(dǎo)電層熱處理的相同方式對其進行熱處理。
所有上述工序最好都在10m乇或低于此的惰性氣體環(huán)境中，或者在5×10-7乇或低于此的真空狀態(tài)中進行，并且不破壞真空狀態(tài)。
此外，形成半導(dǎo)體基片上的開口之后，可以在包括該開口在內(nèi)的半導(dǎo)體晶片的整個表面上形成一個擴散阻擋層。該擴散阻擋層可由一種過渡金屬或者鈦或氮化鈦這樣的過渡金屬化合物構(gòu)成。
再者，可以在第二導(dǎo)電層上構(gòu)成一個抗反射層，以防止在以后的光刻工序中出現(xiàn)多余的反射，從而提高金屬布線的可靠性。
附圖1表示按照現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)成布線層之后，在半導(dǎo)體基片表面上形成的硅沉淀物;
附圖2至5表示構(gòu)成布線層現(xiàn)有方法(如07/828，458號美國專利申請所述);
附圖6表示按照附圖2至5所述之現(xiàn)有方法構(gòu)成布線層之后所發(fā)生的精細結(jié)釘形成;
附圖7至11表示根據(jù)本發(fā)明的布線層的實施例;
附圖12至17表示根據(jù)本發(fā)明用以構(gòu)成布線層的方法的一個實施例;
附圖18至22表示根據(jù)本發(fā)明用以構(gòu)成布線層的方法的另一實施例;
附圖23至25表示根據(jù)本發(fā)明用以構(gòu)成布線層的方法的又一實施例;
附圖26至28表示根據(jù)本發(fā)明用以構(gòu)成布線層的方法的又一實施例;
附圖29至31表示根據(jù)本發(fā)明用以構(gòu)成布線層的方法的又一實施例。
附圖7至11表示根據(jù)本發(fā)明，不產(chǎn)生硅沉淀物的布線層的實施例。
附圖7表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的布線層的橫截面圖。
如附圖7所示，本實施例的布線層構(gòu)成一個半導(dǎo)體基片31，在其表面部分有一個摻雜區(qū)43;一個絕緣層32，在接觸孔開口處形成臺階;一個在絕緣層32表面、接觸孔內(nèi)表面和半導(dǎo)體基片31的外露表面部分上的擴散阻擋層34，在半導(dǎo)體基片31中已經(jīng)構(gòu)成了摻雜區(qū)43;一個在擴散阻擋層34上構(gòu)成的第一導(dǎo)電層37，該層完全填滿了接觸孔，一個在第一導(dǎo)電層37上構(gòu)成的具有平整表面的第二導(dǎo)電層39;以及一個在第二導(dǎo)電層39上形成的抗反射層40。
任何傳統(tǒng)的絕緣層都可作為本發(fā)明中所使用的絕緣層，比如SiO2層，BPSG層，SOG層，BSG層等等。在本實施例中，接觸孔的尺寸(限定為接觸孔的直徑)大約是0.8微米，其高寬比約為1.0。擴散阻擋層34包括由過渡金屬如Ti構(gòu)成的第一擴散阻擋層和由過渡金屬化合物如氮化鈦構(gòu)成的第二擴散阻擋層。第一和第二擴散阻擋層的厚度最好分別約為200至500
和300至1500
。
第一導(dǎo)電層37包括一個含硅成分的第一金屬層和一個不含硅成分的第二金屬層，Al-Si合金，Al-Cu-Si合金(Al-0.5%Cu-1%Si)等等均可作為含硅成分的金屬。純凈鋁、Al-Cu合金(Al-0.5%Cu合金)，Al-Ti等等合金均可作為不含硅成分的金屬。
用濺射方法構(gòu)成的第一導(dǎo)電層37的厚度不受限制，只要在0.8Tm至Tm溫度下進行加熱時，此處Tm是構(gòu)成第一導(dǎo)電層37的金屬的熔化溫度，其厚度足以填滿接觸孔，并且在沉積工序中不形成導(dǎo)電層的懸重。絕緣層上第一導(dǎo)電層的厚度最好是布線層預(yù)置厚度的三分之一至三分之二。具體地，當接觸孔尺寸為0.8微米，布線層厚度為0.6微米時，第一導(dǎo)電層的厚度最好約為2000至4000
。第一和第二金屬層的厚度不受限制，只要由此獲得的第一導(dǎo)電層不產(chǎn)生硅沉積?？紤]到均勻性，第一和第二金屬層的厚度最好都大于500
左右。為了防止形成硅沉積，第一金屬層的厚度最好不超過布線層預(yù)置厚度的四分之一，第二金屬層的厚度最好不小于布線層預(yù)置厚度的十二分之五。第一金屬層和第二金屬層之間的界面(無圖示)在接觸孔中可以是模糊的，因為它們沉積之后，在熱處理工序中流進了接觸孔，但仍然留在絕緣層上。
具有平整表面的第二導(dǎo)電層39是由上述不含硅成分的金屬所構(gòu)成的。第二導(dǎo)電層39的厚度最好是布線層預(yù)置厚度的三分之一至三分之二左右。具體地，在本實施例中，第二導(dǎo)電層39在絕緣層32上的厚度約為2000至4000
。
第二導(dǎo)電層39上構(gòu)成的抗反射層40防止了在隨后的光刻工序中出現(xiàn)所不需要的反射，例如，為了形成一個布線圖。抗反射層最好由氮化鈦這樣的過渡金屬化合物構(gòu)成。
附圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例繪制的布線層的橫截面圖。
如附圖8所示，本實施例的布線層包括一片在其表面部分有一摻雜區(qū)63的半導(dǎo)體基片51，一個帶有錐形接觸孔的絕緣層52，一個在絕緣層52的表面、接觸孔的內(nèi)表面和半導(dǎo)體基片51(其中已經(jīng)形成摻雜區(qū)63)的外露表面上構(gòu)成的擴散阻擋層54，一個在完全填滿接觸孔的在擴散阻擋層54上構(gòu)成的第一導(dǎo)電層57，一個在第一導(dǎo)電層57上構(gòu)成的帶有平整平面的每二導(dǎo)電層59，以及一個在第二導(dǎo)電層59上構(gòu)成的抗反射層60。本實施例中，接觸孔作為一個開口，其尺寸約為0.8微米，高寬比約為1至2。這里，接觸孔的尺寸定義為錐形接觸孔的平均直徑，其高寬比也是用這一平均直徑計算的。
第一導(dǎo)電層57包括一個含硅成分的在接觸孔內(nèi)表面，半導(dǎo)體基片51的外露表面和絕緣層52的一個表面附近下部，以及實質(zhì)上不含硅成分的上部。
在第一導(dǎo)電層57的下部和上部之間可以沒有分界線(虛線)，因為不含硅成分的金屬層從該金屬層下面構(gòu)成的硅層中吸收了硅成分分，在填充接觸孔而進行熱處理工序中，它已經(jīng)消失了。在熱處理工序中，硅層上的硅原子擴散進該金屬層中。因此，在上部和下部之間可能會形成一個硅濃度梯度。
絕緣層52上的第一導(dǎo)電層57的厚度最好是布線層預(yù)置厚度的三分之一到三分之二左右。
關(guān)于其它部分的說明，比如絕緣層52，擴散阻擋層54，第二導(dǎo)電層59和抗反射層59與附圖7的說明相同。
附圖9是根據(jù)本發(fā)明另一實施例繪制的布線層的橫截面圖。
如附圖9所示，本實施例的布線層包括一個在其表面有摻雜區(qū)83的半導(dǎo)體基片71，一個帶有錐形接觸孔的絕緣層72，一個在絕緣層72的表面、接觸孔的內(nèi)表面和半導(dǎo)體基片71(其中已經(jīng)形成摻雜區(qū)83)的外露表面上構(gòu)成的擴散阻擋層74，一個完全填滿接觸氣孔的，在擴散阻擋層74上構(gòu)成的第一導(dǎo)電層76，一個在第一導(dǎo)電層76上構(gòu)成的帶有平整平面的第二導(dǎo)電層79，以及一個在第二導(dǎo)電層79上構(gòu)成的抗發(fā)射層80。
本實施例中，第一導(dǎo)電層76是由按重量計硅的含量不超過0.5%(最好是0.2%至0.5%)的金屬所構(gòu)成，比如Al-Si合金(Al-0.5%Si合金)或者Al-Cu-Si合金(Al-0.5%Cu-0.5%Si合金)。如果硅濃度按重量計超過0.5%，則在其后的熱處理工序之后就會形成硅沉淀物。如果硅濃度按重量計低于0.2%，則會發(fā)生Al釘形成，從而降低布線層的可靠性。
第一導(dǎo)電層76的厚度最好是布線層預(yù)置厚度的10%至80%。
關(guān)于其它部分的說明，如接觸孔、絕緣層72、擴散阻擋層74、第二導(dǎo)電層79和抗反射層80，與附圖8的說明相同。
附圖10是根據(jù)本發(fā)明的又一實施例繪制的布線層的橫截面圖。
如附圖10所示，本實施例的布線層包括一個在其表面有一摻雜區(qū)103的半導(dǎo)體基片91，一個帶有錐形接觸孔的絕緣層92，一個在絕緣層92的內(nèi)表面、接觸孔的內(nèi)表面和半導(dǎo)體基片91(其中已經(jīng)形成摻雜區(qū)103)的外露表面上形成的擴散阻擋層，一個由在擴散阻擋層94上形成的高熔點硅化金屬層95和完全填滿接觸孔的第一金屬層97所構(gòu)成的第一導(dǎo)電層，一個在第一金屬層97上構(gòu)成的帶有一平整表面的第二導(dǎo)電層99，以及一個在第二導(dǎo)電層99上構(gòu)成的抗反射層100。
由于含硅量大的高熔點硅化金屬層95是首先形成的，第一金屬層97又是在高熔點硅化金屬層95上構(gòu)成的，然后第一金屬層97經(jīng)過熱處理以完全填滿接觸孔，在熱處理工序期間，第一金屬層從高熔點的硅化金屬層中吸收硅原子。因此，不會形成硅沉淀，鋁尖釘成也得以防止。
純凈鋁，不含硅成分的Al合金，如Al-Cu合金(Al-0.5%Cu合金)或Al-Ti合金，硅成分按重量計含量不超過0.5%的鋁合金，如Al-Cu(Al-0.5%Cu合金)或Al-Cu-Si合金(Al-0.5%Cu-0.5%Si合金)都可以作為本實施例所使用的金屬。WSi2，MoSi2，TiSi2，TaSi2等等也可作為本實施例所使用的高熔點硅化金屬。
高熔點硅化金屬層95的厚度最好約為200至1000 ，第一金屬層97的厚度最好是布線層預(yù)置厚度的三分之一至三分之二，即大約2000至4000 。
熱處理工序之后，第一金屬層97的下部含有高熔點的硅化金屬成分。這方面的說明與附圖9的說明類似。關(guān)于其它部分的說明，如接觸孔，絕緣層92，擴散阻擋層94，第二導(dǎo)電層99和抗反射層100與附圖8的說明相同。
附圖11是根據(jù)本發(fā)明的又一實施例繪制的布線層的橫截面圖。
如附圖11所示，本實施例的布線層包括一個在其表面有一摻雜區(qū)123的半導(dǎo)體基片111，一個帶有錐形接觸孔的絕緣層112，一個在絕緣層112的內(nèi)表面、接觸孔的內(nèi)表面和半導(dǎo)體基片111(其中已經(jīng)形成摻雜區(qū)123)的外露表面上構(gòu)成的擴散阻擋層114，一個由該擴散阻擋層114上形成的高熔點金屬層115和含硅成分的第一金屬層117所構(gòu)成并完全填滿接觸孔的第一導(dǎo)電層，一個在第一金屬層117上構(gòu)成的帶有一平整表面的第二導(dǎo)電層119，以及一個在第二導(dǎo)電層119上構(gòu)成的抗反射層120。
W，Mo，Ti，Ta等等均可作為本實施例所使用的高熔點金屬。高熔點金屬層的厚度低于500 ，最好是100至300 。Al-Si合金(Al-1%Si合金)，Al-Cu-Si合金(Al-0.5%Cu-1%Si合金)等等均可作為本實施例所使用的含硅成分的金屬。金屬層117的厚度大約為10%至80%，最好是布線層預(yù)置厚度的三分之一到三分之二，即2000至4000 。
在熱處理工序期間，由于高熔點金屬層115從含有硅成分的金屬層117吸收硅原子，以便在金屬層117和高熔點金屬層115之間的交界面附近構(gòu)成高熔點的硅化金屬層，因此不會形成硅沉淀，鋁釘形成也得以防止。高熔點的硅化金屬可以擴散進行金屬層115，從而增大硅在金屬層中的溶解性。
此后，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成布線層的方法將在下列實施例中詳細說明。
實施例1附圖12至17表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成布線層的一種方法的實施例。
附圖12表示一種構(gòu)成不產(chǎn)生硅沉淀的第一導(dǎo)電層的工序。具體地說，就是在配有絕緣層32的半導(dǎo)體基片31上形成一個露出底層表面的開口33，然后對半導(dǎo)體基片31進行清潔。這里，開口33是一個直徑0.8微米其上有梯狀部分的接觸孔。它的高寬比約為1.0。該接觸孔露出半導(dǎo)體基片31中形成的摻雜區(qū)34的一部分表面。絕緣層32由磷硼硅酸鹽構(gòu)成。
其次，在絕緣層32整個表面，開口33的內(nèi)表面和半導(dǎo)體基片31的外露表面上構(gòu)成一個擴散阻擋層，其厚度約為200至1500 。擴散阻擋層是由一種材料所構(gòu)成，該材料是從一組由鈦這樣的過渡金屬和TiN這樣的過渡金屬化合物所組成的材料中選出出。阻擋層34最好是TiN單層，然而，最好以由過渡金屬所構(gòu)成第一擴散阻擋層和由過渡金屬化合物所構(gòu)成的第二阻擋層共同組成的復(fù)合層作為擴散阻擋層34。作為擴散阻擋層34的復(fù)合層可以通過下述步驟而構(gòu)成。把酞這樣的過渡金屬沉積處絕緣層32的表面、開口33的內(nèi)表面和半導(dǎo)體基片31的外露表面上，以構(gòu)成第一擴散阻擋層，其厚度約為200至500
。再把TiN這樣的過渡金屬化合物沉積到第一擴散阻擋層上，以構(gòu)成第二擴散阻擋層，其厚度為300-1500
。然后，在氮或氨氣環(huán)境中，在450至550℃溫度下將擴散阻擋層熱處理約30至60分鐘。
隨后，通過以下步驟在擴散阻擋層34上構(gòu)成第一導(dǎo)電層。在低溫真空狀態(tài)下，沉積第一金屬以構(gòu)成第一金屬層35，沉積第二金屬以構(gòu)成第二金屬層36。第一金屬是一種含硅成分的鋁合金，如Al-Si合金(Al-1%Si合金)或Al-Cu-Si合金(Al-0.5%Cu-1%Si合金);第二金屬是純鋁或一種不含Si成分的鋁合金，如Al-Cu合金(Al-0.5%Cu合金)或Al-Ti合金。第一金屬和第二金屬是在低于150℃的溫度下通過濺射方法沉淀的。當布線層的厚度為6000
時，第一金屬層35的厚度不超過1500
，第二金屬層36的厚度不小于2500
。最好是第一金屬層35的厚度約為750-1500
，第二金屬層36的厚度約為2500-3250
。第一導(dǎo)電層的厚度最好是將要構(gòu)成的布線層預(yù)置厚度的1/3-2/3。由此獲得的第一和第二金屬層具有較小的鋁微粒和較高的表面自由能。
附圖13表示一種第一導(dǎo)電層的材料填充開口33的工序。具體地說，就是在不破壞真空狀態(tài)的條件下，半導(dǎo)體晶片被放進另一個濺射式反應(yīng)槽中，在該反應(yīng)槽中，用氬氣傳導(dǎo)方法對第一導(dǎo)電層進行熱處理，最好在500-550℃的溫度下持續(xù)約1-5分鐘，從而使鋁原子和鋁合金遷移進開口33。鋁原子的遷移引起其表面自由能降低，從而縮小了其表面面積，并使第一導(dǎo)電層材料完全填滿開口33變得容易，如附圖7所示。
由于含硅成分的金屬和不含硅成分的金屬被相繼沉積，以構(gòu)成一個復(fù)合金屬層作為第一導(dǎo)電層，在熱處理過程中不含硅成分的金屬層從含硅成分的金屬層中吸收硅原子，因此構(gòu)成布線圖之后不會在半導(dǎo)體基片的表面上形成硅沉淀物，鋁釘形成也被消除。
這種熱處理工序可以在一種惰性氣體環(huán)境中(如N2或Ar)或者一種還原氣體環(huán)境中(如H2)進行。除上述Argon氣導(dǎo)方法外，可使用其它的熱處理方法，比如快速熱退火法(RTA)，光如熱法等等。這些熱處理方法可以單獨使用，也可結(jié)合其它方法使用。
在附圖13中，數(shù)碼37代表完全填滿開口33的第一導(dǎo)電層。
附圖14表示一種在經(jīng)上述熱處理的第一導(dǎo)電層37上構(gòu)成第二導(dǎo)電層38的工序。具體地說，第二導(dǎo)電層38是通過以下步驟構(gòu)成的。在不破壞真空狀態(tài)，溫度低于350℃的情況下使用濺射方法沉積一種金屬，以構(gòu)成一個第三金屬層，從而使布線層具有所需要的整個厚度。當布線層所需要的整個厚度為6000 時，第三金屬層的厚度最好是2000-4000 ?？梢杂貌缓璩煞莸慕饘?，如Al-Cu合金(Al-0.5%Cu合金)或Al-Ti合金，作為第三金屬層的金屬。
附圖15表示一種對第二金屬層38進行熱處理，的平整布線層表面的工序數(shù)碼39代表已被熱處理的第二導(dǎo)電層。這一工序是在不破壞真空狀態(tài)的情況下，按照與第一導(dǎo)電層相同的方法進行的。
實施這一工序使得該金屬層的原子遷移進開口33，從而更加完全地填滿它以產(chǎn)生出充分平整的布線層。于是隨后的光刻工序也就更容易和更有效。
附圖16表示一種構(gòu)成抗反射層40的工序。抗反射層40通過以下步驟構(gòu)成。在經(jīng)過熱處理的第二導(dǎo)電層39的表面上，利用濺射方法將氮化鈦沉積到200-500 的厚度。這將改進隨后的光刻工藝。
附圖17表示一種構(gòu)成布線圖的工序。構(gòu)成抗反射層40之后，通過傳統(tǒng)的光刻工藝，在抗反射層40上構(gòu)成一種用于半導(dǎo)體器件布線層的預(yù)置抗蝕圖(無圖示)，然后將上述抗蝕圖作為一種蝕刻掩模，對抗反射層40，第二導(dǎo)電層39，第一導(dǎo)電層37和擴散阻擋層34進行蝕刻，以完成附圖7所示的布線層。
實施例2附圖18-22表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成布線層的方法的另一實施例。
附圖18表示一種構(gòu)成擴散阻擋層54的工序。具體地說，在其表面有一摻雜區(qū)63的半導(dǎo)體基片51上構(gòu)成一個0.8-1.6微米厚的絕緣層52，然后對絕緣層52提供一個在摻雜區(qū)63上所構(gòu)成的開口53。
這里，開口53是一個直徑為0.8微米，錐形的接觸孔，它暴露出半導(dǎo)體基片51(其中已經(jīng)形成摻雜質(zhì)區(qū)63)的一部分表面。該接觸孔的尺寸限定為該錐形接觸孔的所有直徑的平均值。最大直徑約為0.9-1.0微米，最小直徑約為0.6-0.7微米。上述接觸化的高寬比(深度與尺寸之比)約為1.0-2.0。
隨后構(gòu)成一個擴散阻擋層34，并按照與上述實施例相同的方式進行加熱。
附圖19表示一種構(gòu)成由硅層55和第一金屬層56所組成的第一導(dǎo)電層的工序。構(gòu)成擴散阻擋之后，無定形的硅被沉積，以構(gòu)成一個厚度約為50-200 的硅層55。該無定形的硅是在450-540℃的溫度下，通過一種LPCVD方法，用SiH4作為氣源，以每分鐘約1.3A的速度被沉積，或者用SiH4作為氣源，以每分鐘約1A的速度被沉積。當該硅層通過LPCVD方法來構(gòu)成時，有必要使用一種例如Ar+射頻(RF)蝕刻或電子回旋共振蝕刻(ECR)工序來防止硅層55的表面在構(gòu)成金屬層之前外露于大氣期間被氧化。這里Ar+RF蝕刻是在約960伏的偏壓下進行。
蝕刻速度約為每秒1.6A，半導(dǎo)體基片51的溫度約為200℃。由此獲得的硅層的厚度最好是20至30 。
此外，用硅(ex摻硼硅)作為靶子，通過濺射方法也可把無定形硅層55淀積至20到30 的厚度。當用濺射方法在真空中沉積無定形硅層55時，在不破壞真空狀態(tài)的情況下，用濺射方法可以構(gòu)成一個金屬層。因此，在構(gòu)成金屬層之前，上述Ar+RF蝕刻工序是不必要的，因為硅層55的表面暴露于大氣以產(chǎn)生自然氧化層是不可能的。
隨后，不含硅成分的金屬，如純凈鋁，Al-Cu合金(Al-0.5%Cu)或Al-Ti合金，被沉積，以構(gòu)成第一金屬56，其厚度約為500至4000 ，最好是2000-4000 。
附圖20表示一種用第一導(dǎo)電層的材料通過熱處理填充開口53工序。
這一工序是按照前述實施例的相同方式，在0.8Tm至Tm的溫度下進行的。此處Tm是第一金屬層56的金屬的熔化溫度。
在這個熱處理工序期間。金屬層56的鋁原子遷移進開口53(即接觸孔)。完全填滿它，而第一金屬層56則從硅層55吸收了幾乎所有的硅原子。如果所有的硅原子都被吸收進第一金屬層，則硅層55消失，并且在靠近開口53的表面、開口53周圍絕緣層52的表面和半導(dǎo)體基片51的表面之處形成含硅成分的第一導(dǎo)電層的下部，同時也形成實質(zhì)上不包硅成分的第一導(dǎo)電層的上部。如果第一金屬層比硅層55薄，則第一導(dǎo)電層將產(chǎn)生硅沉淀。因此，調(diào)整硅層55和第一金屬層56的厚度，以使第一導(dǎo)電層含有按重量計不超過0.5%的硅。由此經(jīng)過熱處理的第一導(dǎo)電層可完全填滿開口53，并不產(chǎn)生硅沉淀。
在附圖20中，數(shù)碼57代表經(jīng)過熱處理工序之后的，可完全填滿開口53的第一導(dǎo)電層。
第一導(dǎo)電層的厚度最好是半導(dǎo)體器件的布線層預(yù)置厚度的三分之一至三分之二。
附圖21表示一種在經(jīng)過熱處理的第一導(dǎo)電層上構(gòu)成第二導(dǎo)電層58的工序。
經(jīng)過上述熱處理工序之后，通過以下步驟構(gòu)成第二導(dǎo)電層58。淀積不含硅成分的金屬、構(gòu)成一個厚度約為2000至5500 (最好為2000-4000 )的金屬層，這樣第一和第二導(dǎo)電層便具有所需要的布線層厚度。第二導(dǎo)電層的厚度最好是布線層厚度的三分之一至三分之二。
這第二導(dǎo)電層58按照與前述實施例1相同的方式構(gòu)成。
附圖22表示一種對上述第二導(dǎo)電層58進行熱處理，以平整布線層表面的工序，這里，數(shù)碼59代表經(jīng)過熱處理的具有平整平面的第二導(dǎo)電層。這一工序也是按照與前述實施例相同的方式進行的。
此外，所有附圖8所示的完成布線層的其后工序都是按照前述實施例1的方式進行的。因此省略關(guān)于這些工序的說明。
實施例3附圖23至25表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成布線層的方法的又一實施例。
附圖23表示一種構(gòu)成金屬層75作為第一導(dǎo)電層的工序，即沉積一種含有按重量計不超過0.5%的硅的金屬。具體地說，就是在其表面有一摻雜區(qū)83的半導(dǎo)體基片71上構(gòu)成絕緣層72，然后在摻雜區(qū)83上構(gòu)成作為開口73的接觸孔。此后，構(gòu)成一個擴散阻擋層74并經(jīng)過熱處理，這些工序都是前述實施例2的方式進行。
然后，通過下述步驟獲得第一導(dǎo)電層。沉積一種硅含量按重量計不超過0.5%(最好在重量百分比的0.2-0.5%)的鋁合金，如Al-0.5%Si合金或Al-0.5%Cu-0.5%Si合金，以構(gòu)成一個金屬層75，其厚度大約為布線層預(yù)置厚度的10%至80%。當布線層的厚度為6000 時，金屬層75的厚度最好是4000 。如果金屬層75是通過沉積一種含硅成分按重量計超過0.5%的鋁合金而構(gòu)成，則隨著溫度的降低，在半導(dǎo)體基片的表面上就會形成硅沉淀。
附圖24表示一種用第一導(dǎo)電層的金屬，通過熱處理填充開口73的工序。該熱處理工序按照與前述實施例2相同的方式，在500至550℃的溫度下進行約1-5分鐘，從而完全用金屬填滿開口73。這里，數(shù)碼76代表經(jīng)過熱處理工序之后，完全填滿開口73的第一導(dǎo)電層。
然后，通過下述步驟構(gòu)成作為第二導(dǎo)電層的第二金屬層。沉積純凈鋁或不含硅成分的鋁合金，如Al-Cu合金(Al-0.5%Cu合金)或Al-Ti合金至預(yù)置厚度，從而使布線層具有所需要的厚度。在本實施例中，作為第二導(dǎo)電層的第二金屬層的厚度大約為2000 。由此獲得的第二導(dǎo)電層也按前述實施例2的相同方式進行熱處理。
附圖25表示一個經(jīng)過熱處理之后的第二導(dǎo)電層，其表面已經(jīng)過平整，從而獲得一個平整的布線層。這里，數(shù)碼79代表經(jīng)過熱處理的第二導(dǎo)電層。
附圖9所示完成布線層的其后工序按照前述實施例2相同的方式進行。
實施例4附圖26至28表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成布線層的方法的又一實施例。
附圖26表示一種構(gòu)成第一導(dǎo)電層的工序，該第一導(dǎo)電層由含硅豐富的高熔點硅化金屬層和第一金屬層96組成。具體地說，就是按照與實施例2相同的方式在半導(dǎo)體基片91上構(gòu)成一個帶有開口93的絕緣層92。開口93是一個錐形的接觸孔位于摻雜區(qū)103之上。然后，按照與實施例1相同的方式構(gòu)成擴散阻擋層94，并進行熱處理。
此后，在擴散阻擋層94上構(gòu)成一個含硅豐富的高熔點硅化金屬層95，它由WSi2，MoSi2，TiSi2，TaSi2等組成的一組金屬中選出的任何一種而構(gòu)成。高熔點硅化金屬層95的厚度最好為200至1000 ，可以通過CVD方法或濺射方法使用高熔點硅化金屬作為靶子而構(gòu)成。
然后，通過下述步驟構(gòu)成第一金屬層96。按照實施例2的相同方式沉積一種金屬，如純凈鋁，Al-Cu合金(Al-0.5%Cu合金)，Al-Ti合金，或者含硅成分按重量計不超過0.5%的鋁合金，至2000至4000 的厚度。
附圖27表示一種用第一導(dǎo)電層的材料，通過熱處理填充開口93的工序。
該熱處理工序按照實施例2的相同方式進行。這里，數(shù)碼97代表第一金屬層，它已經(jīng)過熱處理并完全填滿開口93。
此后，按照實施例2的相同方式構(gòu)成第二導(dǎo)電層并經(jīng)過熱處理。
第二導(dǎo)電層是通過沉積純凈鋁或不含硅成分的鋁合金，如Al-Cu合金(Al-0.5%Cu合金)或Al-Ti合金，至預(yù)置厚度而構(gòu)成。本實施例中，第二導(dǎo)電層的厚度最好為2000-4000 。
附圖28表示經(jīng)過熱處理工序之后的第二導(dǎo)電層，其表面已經(jīng)過平整，從而獲得一個平整的布線層。這里，數(shù)碼99代表經(jīng)過熱處理的第二導(dǎo)電層。
完成布線層的其后工序如附圖10所示，按照實施例2的相同方式進行。
實施例5附圖29至31表示本發(fā)明構(gòu)成布線層方法的又一實施例。
附圖29表示一種構(gòu)成第一導(dǎo)電層的工序，該第一導(dǎo)電層由每鐘高熔點第一金屬層115和一個金屬層116所組成。具體地說，就是在半導(dǎo)體基片111上構(gòu)成一個帶有開口113(一個在半導(dǎo)體基片的摻雜區(qū)123之上的錐形接觸孔)的絕緣層112，然后按照實施例1的相同方式構(gòu)成擴散阻擋層。
此后，用濺射方法構(gòu)成一個高熔點金屬層115。Ti，Mo，W，Ta等等均可作為本實施例中所使用的高熔點金屬。高熔點金屬層115的厚度在500
以下，最好為100至300
。
然后，按照實施例1的相同方式，通過淀積含硅成分的金屬，如Al-Si合金(Al-1%Si合金)，Al-Cu-Si合金(Al-0.5%Cu-1%合金)等等，在高熔點金屬層115上構(gòu)成第一金屬層116。
第一金屬層的厚度大約是布線層所需厚度的10%至80%，最好是三分之一至三分之二。本實施例中，第一金屬層116的厚度約為4000
，布線層的厚度為6000
。最好是第一金屬層的厚度比高熔點金屬層的厚度大兩倍，從而很容易構(gòu)成高熔點硅化金屬。
附圖30表示一種用第一導(dǎo)電層的材料，通過熱處理填充開口的工序。該熱處理工序按照實施例1的相同方式進行。
在這一熱處理工序期間，高熔點金屬層115的高熔點金屬原子與第一金屬層116的鋁原子進行反應(yīng)，在高熔點金屬層115和第一金屬層116之間的交界面形成高熔點鋁化金屬，從而防止硅沉淀的產(chǎn)生。此外，第一金屬層116流進開口113并完全填滿它。上述形成的高熔點鋁化金屬被吸收進第一金屬層116中，以提高硅在高熔點的金屬鋁系統(tǒng)中的固體溶解性，因此阻擋層114最好按照實施例4的相同方式構(gòu)成。
這里，數(shù)碼117代表經(jīng)過熱處理工序之后，完全填滿開口的第一金屬層。隨后，按照實施例2的相同方式構(gòu)成第二導(dǎo)電層并進行熱處理。
本實施例中，第二導(dǎo)電層既可以沉積不含硅成份的金屬又可沉積含硅成份的金屬而構(gòu)成。在前述的第一導(dǎo)電層的熱處理工序中，第一金屬層116已經(jīng)從高熔點金屬層115中吸收了高熔點金屬原子。眾所周知，Al-Ti合金在450℃時按重量計的硅含量可以達到15-20%。因此，如果Al-Si合金吸收鈦原子形成Al-Ti-Si合金則硅的溶解度就會增大。盡管為了構(gòu)成一個第二導(dǎo)電層，含硅成份的金屬被沉積，因而布線層的可靠性不會受到損害，因為第一金屬層116在第二導(dǎo)電層的熱處理工序期間，從該第二導(dǎo)電層吸收硅原子。
附圖31表示經(jīng)過熱處理工序之后的第二導(dǎo)電層，其表面經(jīng)過平整從而獲得一個平整的布線層。這里，數(shù)碼119代表經(jīng)過熱處理的第二導(dǎo)電層。
完成布線層的其后的工序如附圖11所示，按照實施例2的相同方式進行。
按照上述實施例1-5的步驟，在布線層構(gòu)成時，有關(guān)漏電，硅沉淀形成和接觸孔的填充的試驗已經(jīng)得以進行。等效試驗已經(jīng)分別按照07/828，458號美國專利申請和C.S.帕克工藝所描述的方法得以進行。每一種試驗都是在1百個0.7μm×0.8μm的接觸孔上進行的。
(表1)
＊經(jīng)過兩次熱處理工序之后。
從上可見，在構(gòu)成布線圖的蝕刻工序期間溫度下降時，本發(fā)明提供的第一導(dǎo)電層防止了按照C.S.帕克工藝對第一導(dǎo)電層進行熱處理之后硅沉淀物的形成。盡管晶界上形成了硅沉淀物，但本發(fā)明的導(dǎo)電層能很容易地將其吸收。硅原子從含硅豐富的層擴散進硅濃度較低的金屬層。因此可以絕對防止硅沉淀物的形成。此外，由于精細鋁釘形成而引起的漏電，當接觸孔或開口(尺寸＜1μm;濕度比＞1.0)被導(dǎo)電材料完全填滿時，也不會發(fā)生。
顯然，任何一個該技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的精神實質(zhì)或本發(fā)明的新穎性的范圍的前提下，可以做出很多修改和變換。
權(quán)利要求
1.一種具有布線層的半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底(基片)31、51、71、91和111；具有在所述的半導(dǎo)體襯底上形成的開口的絕緣層32、52、72、92和112，所述的開口暴露所述絕緣層的底層的表面的一部分；在所述絕緣層上形成的并完全充滿所述開口的第一導(dǎo)電層37、57、76、95和97、115及117，并且所述的第一導(dǎo)電層包括在后來的熱處理步驟中不產(chǎn)生Si沉淀物的物質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述的開口延及到所述半導(dǎo)體襯底31、51、71、91和111的表面，從而暴露出所述半導(dǎo)體襯底的表面的一部分。
3.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述的第一導(dǎo)電層37包括一個具有Si成分的第一金屬層和不具有Si成分的第二金屬層。
4.如權(quán)利要求3的半導(dǎo)體器件，其中所述的金屬層37包括從含有Al-Si合金，Al-Cu-Si合金，的一組中選出來的一種金屬，第二金屬層包括從含有純鋁，Al-Cu合金和Al-Ti合金一組中選出的一種金屬。
5.如權(quán)利要求3中半導(dǎo)體器件，其中所述的第一導(dǎo)電層37具有在所述絕緣層之上的所述的布線層的予定厚度的大約1/3-2/3的厚度。
6.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中所述的第一金屬層具有不大于所述布線層予定厚度1/4的厚度，而所述的第二金屬層具有不少于所述布線層予定厚度5/12的厚度。
7.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述的第一導(dǎo)電層57包括包含Si成分并靠近所述開口的內(nèi)表面，所述的底層的一個暴露的面，所述絕緣層的表面的下面部分;以及基本上不含有Si成分的上面部分。
8.如權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，其中所述的下面部分由從含有Al-Si合金，Al-Ti-Si和Al-Cu-Si合金的一組中選出的一種金屬構(gòu)成，而所述的上面部分由從純鋁，Al-Ti合金和Al-Cu合金的一組中選出的一種金屬構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求8的半導(dǎo)體器件，其中所述的第一導(dǎo)電層57具有在所述絕緣層上的所述布線層的厚度的1/3-2/3的厚度。
10.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述的第一導(dǎo)電層76由具有不超過0.5%(重量)Si成分的金屬構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求10的半導(dǎo)體器件，其中所述的金屬可以是從含有大約0.2-0.5%(重量)的Si成分的Al-Si合金及Al-Cu-Si合金的一組中選出的任一種。
12.如權(quán)利要求10的半導(dǎo)體器件，其中所述的第一導(dǎo)電層76具有在所述絕緣層之上的所述布線層的予定厚度的10-80%的厚度。
13.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述的第一導(dǎo)電層95和97包括在所述開口內(nèi)表面，所述絕緣層92及所述底層暴露的表面上形成的高熔點金屬硅化物層95;以及由包括不具有Si成分的金屬及具有不超過0.5%(重量)Si成分的金屬的組中選出的金屬構(gòu)成，所述的第一金屬層97形成于所述的高熔點金屬硅化物層95。
14.如權(quán)利要求13的半導(dǎo)體器件，其中所述的高熔點金屬硅化物層95具有大約200-1000
的厚度。
15.如權(quán)利要求13的半導(dǎo)體器件，其中所述的高熔點金屬硅化物層95由任何從包括WSi2，MoSi2，TlSi2和TaSi2一組中選出的一種構(gòu)成。
16.如權(quán)利要求13的半導(dǎo)體器件，其中所述的第一金屬層97由從包括純鋁，Al-Cu合金，Al-Ti合金，以及具有不超過0.5%(重量)的Si成分的鋁合金的一組中選出的一種金屬構(gòu)成的。
17.如權(quán)利要求13的半導(dǎo)體器件，其中所述的第一金屬層97具有的厚度為所述的絕緣層之上的布線層的予定厚度的1/3-2/3。
18.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述的導(dǎo)電層115和117包括在所述開口的內(nèi)表面，所述的絕緣層及所述的底層暴露的表面之上形成的高熔點金屬層115;以及在所述的高熔點金屬層上形成的具有Si成分的第一金屬層117。
19.如權(quán)利要求18的半導(dǎo)體器件，其中所述的高熔點金屬層由從含有Ti，Mo、W和Ta的一組中選出的一種金屬構(gòu)成。
20.如權(quán)利要求18的半導(dǎo)體器件，其中所述的高熔點金屬層115的厚度低于500 。
21.如權(quán)利要求19的半導(dǎo)體器件，其中所述的高熔點金屬層115的厚度為大約100-300 。
22.如權(quán)利要求18的半導(dǎo)體器件，其中所述的第一金屬層117的厚度為所述絕緣層112上的布線層的予定厚度的10-80%。
23.如權(quán)利要求18的半導(dǎo)體器件，其中所述的第一金屬層117由從含有Al-Si合金及Al-Cu-Si合金的組中選出的一種金屬構(gòu)成。
24.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括在所述絕緣層32、52、72、92和112，所述開口內(nèi)表面及所述底層暴露的表面上及所述第一導(dǎo)電層37、57、76、95、97、115和117之下形成的擴散阻擋層34、54、74、94和114。
25.如權(quán)利要求24的半導(dǎo)體器件，其中所述的擴散限擋層34、54、74、94和114是由從包含有過濾金屬和過渡金屬化合物的組中選出的一種以上的金屬構(gòu)成。
26.如權(quán)利要求24的半導(dǎo)體器件，其中所述的擴散阻擋層34、54、74、94和114由過渡金屬物的第一擴散阻拉層和由過渡金屬化合物構(gòu)成的第二擴散阻擋層構(gòu)成。
27.如權(quán)利要求26的半導(dǎo)體器件，其中所述過渡金屬為鈦，而所述過渡金屬化合物為氮化鈦。
28.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括在所述第一導(dǎo)電層上形成的具有平坦表面的第二導(dǎo)電層39、59、79、99和119。
29.如權(quán)利要求28的半導(dǎo)體器件，其中所述的第二導(dǎo)電層39、59、79和119由不具有Si成分的金屬構(gòu)成。
30.如權(quán)利要求29的半導(dǎo)體器件，其中所述的金屬是從包含純鋁，Al-Cu合金，Al-Ti合金的一組金屬中選出的任一種金屬。
31.如權(quán)利要求28的半導(dǎo)體器件，其中所述的第二導(dǎo)電層39、59、79、99和119的厚度為所述布線層予定厚度的1/3-2/3左右。
32.如權(quán)利要求18的半導(dǎo)體器件，還包括具有平坦表面和由含Si成分的金屬構(gòu)成的第二導(dǎo)電層39、59、79、99和119。
33.如權(quán)利要求28的半導(dǎo)體器件，還包括在所述的第二導(dǎo)電層39、59、79、99和119上形成的抗反射層40、60、80、100和120。
34.如權(quán)利要求33的半導(dǎo)體器件，其中所述的抗反射層40、60、80、100和120由鈦金屬化合物構(gòu)成。
35.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述的開口為一個在其上形成有階梯的接觸孔。
36.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述的開口為錐形的接觸孔。
37.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述的開口的高寬比大于1.0。
38.用于制造具有布線層的半導(dǎo)體器件的方法，包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底31、51、71、91和111上形成絕緣層332、52、72、92和112;為所述的絕緣層提供開口33、53、73、93和113，暴露所述絕緣層的底層的表面的一部分;在所述的絕緣層32、52、72、92和112之上形成的隨后的熱處理步驟中不產(chǎn)生Si沉淀的第一導(dǎo)電層35和36、55和55，75，95和96，115和116;以及對所述的第一導(dǎo)電層35和36，55和56，75，95和96，115和116進行適當時間的熱處理使所述的開口充滿所述第一導(dǎo)電層的物質(zhì)。
39.如權(quán)利要求38的方法，其中所述的開口延伸到所述半導(dǎo)體襯底31、51、71、91和113的表面，從而暴露出所述半導(dǎo)體襯底的表面的一部分;所述的第一導(dǎo)電層形成步驟包括在所述絕緣層，所述開口的內(nèi)表面，及所述半導(dǎo)體襯底的暴露的表面上形成所述第一導(dǎo)電層35和36，55和56，75，95和96，115和116。
40.如權(quán)利要求38的方法，其中所述的第一導(dǎo)電層35和36是通過相繼沉積具有Si成分的第一金屬形成第一金屬層35和不具有Si成分的第二金屬形成第二金屬層36而得到的。
41.如權(quán)利要求40的方法，其中所述的第一導(dǎo)電層35和36熱處理步驟是在0.8Tm-Tm的溫度范圍內(nèi)進行1分鐘或以上，Tm是第一金屬的熔點。
42.如權(quán)利要求40的方法，其中所述的第一金屬為具有Si成分的鋁合金，第二金屬為從包含純鋁，鋁合金的一組不含Si成分的金屬中選出的任一種金屬。
43.如權(quán)利要求42的方法，其中具有Si成分的鋁合金為從包Al-Si合金和Al-Cu-Si合金的一組金屬中選出的任一種，而所述的不具有Si成分的鋁合金為從包含有Al-Cu合金和Al-Ti合金的一種合金中選出的任一種。
44.如權(quán)利要求40的方法，其中所述的第一導(dǎo)電層35和36的厚度大約為所述布線層的予定厚度的1/3-2/3。
45.如權(quán)利要求40的方法，其中所述的第一金屬層35和36的厚度不大于所述布線層厚度的1/4，而所述的第二金屬層的厚度不少于所述布線層厚度的5/12。
46.如權(quán)利要求40的方法，其中所述的第一金屬和第二金屬是在真空中在低溫下沉積的。
47.如權(quán)利要求46的方法，其中所述的低溫為低于150℃的溫度。
48.如權(quán)利要求38的方法，其中所述的第一導(dǎo)電層54和55是通過在所述的絕緣層52，所述開口53的內(nèi)表面以及所述的底層的暴露的表面部分相繼形成硅層54，及在所述硅層54上沉積不含Si成分的金屬形成金屬層55而達到的。
49.如權(quán)利要求48的方法，其中所述的金屬層55由從包含有純鋁，Al-Cu合金和Al-Ti合金的一組金屬中任選的一種金屬構(gòu)成的。
50.如權(quán)利要求48的方法，其中所述的金屬層55是在真空中低溫下通過沉積不含Si成分的金屬而形成的。
51.如權(quán)利要求50的方法，其中所述的低溫為低于150℃的溫度。
52.如權(quán)利要求48的方法，其中所述的第一導(dǎo)電層熱處理步驟是在0.8Tm-Tm的溫度范圍內(nèi)進行，其中Tm為所述金屬層金屬的熔點。
53.如權(quán)利要求48的方法，其中所述的硅層54的厚度為20 -30 ，所述金屬層的厚度為5000 -4000 。
54.如權(quán)利要求48的方法，其中硅層54是通過利用硅作靶用濺射方法形成的。
55.如權(quán)利要求48的方法，其中所述的硅層54是利用LPCVD方法及隨后進行蝕刻步驟通過沉積厚度大于所述硅層予定厚度的硅層而形成的。
56.如權(quán)利要求38的方法，其中所述的第一導(dǎo)電層75是通過沉積具有不大于0.5%(重量)的Si成分的金屬形成的。
57.如權(quán)利要求56的方法，其中所述的金屬為具有0.2-0.5%左右(重量)Si成分的鋁合金。
58.如權(quán)利要求56的方法，其中所述的第一導(dǎo)電層75的厚度為所述布線層予定厚度的10-80%左右。
59.如權(quán)利要求56的方法，其中所述的金屬是在真空中在低溫下沉積的。
60.如權(quán)利要求59的方法，其中所述的低溫為低于150℃的溫度。
61.如權(quán)利要求56的方法，其中所述的第一導(dǎo)電層75的熱處理步驟是在0.8Tm-Tm溫度范圍內(nèi)進行1分鐘或以上，其中Tm為所述金屬的熔點。
62.如權(quán)利要求38的方法，其中所述的第一導(dǎo)電層95和96是通過在所述絕緣層92，所述開口93的內(nèi)表面，所述底層暴露的表面上形成一個高熔點金屬硅化物層95，及在所述高熔點金屬硅化物層上形成一個高熔點金屬硅化物層95，及在所述高熔點金屬硅化物層上形成一個第一金屬層而得到的。
63.如權(quán)利要求62的方法，其中所述的高熔點金屬硅化物層95是由從WSi2，MoSi2，TiSi2和TaSi2組中任意選擇出的一種構(gòu)成的。
64.如權(quán)利要求62的方法，其中所述的高熔點金屬硅化物層95的厚度為200-1000
。
65.如權(quán)利要求62的方法，其中所述的第一金屬層96由從包括純鋁，Al-Cu合金，Al-Ti合金，及具有不超過0.5%(重量)的Si成分的鋁合金中選出的任一種所構(gòu)成。
66.如權(quán)利要求62的方法，其中所述的第一金屬層96的厚度為絕緣層上的布線層的予定厚度的1/3-2/3左右。
67.如權(quán)利要求38的方法，其中所述的第一導(dǎo)電層115和116是通過在所述絕緣層112，所述開口113的內(nèi)表面及所述底層暴露的表面上相繼形成高熔點金屬層115，在所述的高熔點金屬層115上形成具有Si成分的第一金屬層116而得到的。
68.如權(quán)利要求67的方法，其中所述的高熔點金屬層115由從W1M6Ti和Ta中任選出的一種所構(gòu)成。
69.如權(quán)利要求67的方法，其中所述的高熔點金屬層的厚度低于500
。
70.如權(quán)利要求67的方法，其中所述的第一金屬層116的厚度為所述絕緣層上的布線層的予定厚度的10-80%左右。
71.如權(quán)利要求67的方法，其中所述的第一金屬層116由從Al-Si合金及Al-Cu-Si合金組中任選的一種所組成。
72.如權(quán)利要求38的方法，還包括在所述的熱處理步驟之后通過沉積金屬在所述的第一導(dǎo)電層37、57、76、95和97、115和117上形成第二導(dǎo)電層39、59、79、99和119。
73.如權(quán)利要求72的方法，其中所述的第二導(dǎo)電層38和58是通過沉積不含Si成分的金屬形成的。
74.如權(quán)利要求73的方法，其中所述的金屬是從純鋁，Al-Cu合金，和Al-Ti合金中選出的任一種。
75.如權(quán)利要求73的方法，其中所述的金屬是在低于350℃的溫度下沉積的。
76.如權(quán)利要求67的方法，還包括在所述的熱處理步驟之后通過沉積具有Si成分的金屬形成第二導(dǎo)電層119的步驟。
77.如權(quán)利要求72的方法，還包括對第二導(dǎo)電層39、59、79、99和119進行熱處理的步驟從而使形成的第二導(dǎo)電層39、59、79、99和119的表面平坦。
78.如權(quán)利要求77的方法，其中所述的第二導(dǎo)電層39、59、79、99和119的熱處理是在0.8Tm-Tm的溫度范圍內(nèi)進行1分鐘或以上，其中Tm為所述金屬的熔點。
79.如權(quán)利要求38的方法，還包括在形成第一導(dǎo)電層之前在所述的絕緣層32、52、72、92和112的表面，所述開口33的內(nèi)表面，以及所述的底層暴露的表面上形成擴散阻擋層34、54、74、94和114。
80.如權(quán)利要求79的方法，其中所述的擴散阻擋層34、54、74、94和114是由過渡金屬化合物中選出的一種以上的金屬構(gòu)成的。
81.如權(quán)利要求80的方法，其中所述的擴散阻擋層34、54、74、94和114形成步驟包括的步驟為在所述的絕緣層的表面，所述開口的內(nèi)表面及所述的底層暴露的表面上形成第一擴散阻擋層;在所述的第一擴散阻拌層上形成第二擴散阻擋層;以及在450-500℃左右的溫度及氮氣或氨氣氛下對所述擴散阻擋層34、54、74、94、114進行熱處理大約30-60分鐘。
82.如權(quán)利要求81的方法，其中所述的第一阻擋層由Ti構(gòu)成而第二阻擋層由氮化鈦構(gòu)成。
83.如權(quán)利要求38的方法，其中所述的第一導(dǎo)電層形成步驟和所述的熱處理步驟都是在真空中進行的，并不打破真空狀態(tài)。
84.如權(quán)利要求38的方法，其中所述的第一導(dǎo)電層形成步驟和所述的熱處理步驟都是在惰性氣體中進行的。
85.如權(quán)利要求38的方法，其中所述的第一導(dǎo)電層形成步驟和所述的熱處理步驟都是在還原氣體環(huán)境中進行的。
86.如權(quán)利要求84的方法，其中所述的第一導(dǎo)電層形成步驟和所述的熱處理步驟都是在10m乇或更低的惰性環(huán)境中進行的。
87.如權(quán)利要求72的方法，還包括在所述的第二導(dǎo)電層上形成抗反射層40、60、80、100和120。
88.如權(quán)利要求87的方法，其中所述的抗反射層是由過渡金屬化合物構(gòu)成的。
89.如權(quán)利要求38的方法，其中所述的開口33、53、73、93和113為在其上形成有階梯部分的接觸孔。
90.如權(quán)利要求38的方法，其中所述的開口為錐狀接觸孔。
91.如權(quán)利要求38的方法，其中所述的開口的高寬比大于1.0。
92.包含有布線層的半導(dǎo)體器件，包括具有摻雜區(qū)43的半導(dǎo)體襯底31具有在所述半導(dǎo)體襯底31的摻雜區(qū)43上形成的接觸孔的絕緣層32，所述的接觸孔的高寬比大于1.0;包含有具有Si成分的第一金屬層和不具有Si成分的第二金屬層的第一導(dǎo)電層，所述第一導(dǎo)電層完全充滿所述的接觸孔;以及在所述第一導(dǎo)電層之上形成的具有平坦表面的第二導(dǎo)電層39，并且該層由不具有Si成分的金屬構(gòu)成。
93.包含布線層的半導(dǎo)體器件，包括具有雜質(zhì)摻雜區(qū)83的半導(dǎo)體襯底71;具有在所述半導(dǎo)體襯底71的摻雜區(qū)63上形成的接觸孔的絕緣層72，所述的接觸孔的高寬比大于1.0;包含有具有不大于0.5%(重量)Si成分的鋁合金并完全充滿所述接觸孔的第一導(dǎo)電層76;以及在所述第一導(dǎo)電層形成的具有平坦表面并由不含Si成分的金屬構(gòu)成的第二導(dǎo)電層79。
94.包含有布線層的半導(dǎo)體器件，包括具有摻雜區(qū)63的半導(dǎo)體襯底51;具有在所述半導(dǎo)體襯底51的摻雜區(qū)63上形成的接觸孔的絕緣層52，所述接觸孔的高寬比大于1.0;在所述接觸孔的內(nèi)表面，所述絕緣層的表面，所述半導(dǎo)體襯底的暴露面附近包含有下面部分的第一導(dǎo)電層57，所述的下面部分包括Si成分，第一導(dǎo)電層57還包括一個基本不含Si成分的上面部分，所述第一導(dǎo)電層57完全充滿所述的接觸孔;以及在所述第一導(dǎo)電層57上形成的由不含Si成分的金屬構(gòu)成的具有平坦表面的第二導(dǎo)電層59。
95.含有布線層的半導(dǎo)體器件，包括具有摻雜區(qū)103的半導(dǎo)體襯底91;具有在所述半導(dǎo)體襯底的摻雜區(qū)上形成的接觸孔的絕緣層92，所述接觸孔的高寬比大于1.0;含有在所述接觸孔的內(nèi)表面，絕緣層92的表面以及半導(dǎo)體襯底91的暴露面形成的高熔點金屬硅化物層的第一導(dǎo)電層95和97，在所述高熔點金屬層95上形成的不含Si成分的金屬層97，所述的金屬層97完全充滿所述接觸孔;以及在第一導(dǎo)電層95之上形成的由不含Si成分的金屬構(gòu)成的具有平坦表面的第二導(dǎo)電層91。
96.含有布線層的半導(dǎo)體器件，包括具有摻雜區(qū)123的半導(dǎo)體襯底111;具有在所述的半導(dǎo)體襯底111的摻雜區(qū)123形成的接觸孔的絕緣層112，所述的接觸孔的高寬比大于1.0;含有在所述接觸孔內(nèi)表面，所述絕緣層112的表面及所述半導(dǎo)體襯底111的暴露面形成的高熔點金屬層115的第一導(dǎo)電層115和117，及在所述高熔點金屬層115上形成的含有Si成分的金屬層113，并完全充滿所述接觸孔;以及在第一導(dǎo)電層115和117上形成的由不含Si成分的金屬構(gòu)成的具有平坦表面的第二導(dǎo)電層119。
97.用于制造含有布線層的半導(dǎo)體器件的方法，包括的步驟為在半導(dǎo)體襯底31上形成絕緣層32;為絕緣層32提供一個開口33暴露所述絕緣層的底層的表面的一部分;在所述絕緣層，所述開口33的內(nèi)表面，及所述底層的暴露面上，通過相繼沉積具有Si成分的鋁合金及從純鋁，及不含Si成分的鋁合金中選出的金屬，形成復(fù)合金屬層35和36;以及對所述復(fù)合金屬層35和36進行熱處理使所述復(fù)合金屬層物質(zhì)充滿所述開口。
98.如權(quán)利要求97的方法，還包括步驟在所述復(fù)合金屬熱處理后，在所述復(fù)合金屬層上沉積從純鋁及不含Si成分的鋁合金中選出的金屬，形成金屬層38;以及對所述的金屬層38進行熱處理，從而使所述的金屬層38形成的表面平整。
99.用于制造含有布線層的半導(dǎo)體器件的方法，包括步驟在半導(dǎo)體襯底51上形成絕緣層52;為所述絕緣層52提供開口53，暴露所述絕緣層的底層的表面的一部分;在所述的絕緣層，所述的開口的內(nèi)表面及所述底層的暴露面，通過相繼沉積和從純鋁及不含Si成分的鋁合金中選出的金屬，形成復(fù)合層54和55;以及對所述復(fù)合層54、55進行熱處理，使所述復(fù)合層物質(zhì)充滿所述開口。
100.如權(quán)利要求99的方法，還包括步驟在所述的復(fù)合層54和54熱處理步驟后，在所述的復(fù)合層上通過沉積從純鋁及不含Si成分的鋁合金中選出的金屬形成金屬層58;以及對所述金屬層熱處理從而使該金屬層58形成的表面平整。
101.用于制造含布線層的半導(dǎo)體器件的方法，包括步驟在半導(dǎo)體襯底71上形成絕緣層72;為絕緣層72提供開口73，暴露所述絕緣層的底層的表面的一部分;在所述的絕緣層72，所述開口的內(nèi)表面73及所述半導(dǎo)體襯底的暴露面上，通過沉積含有不超過0.5%(重量)的硅的鋁合金形成第一金屬層75;以及對第一金屬層75進行熱處理，使所述的鋁合金充滿所述開口。
102.如權(quán)利要求101的方法，還包括步驟在第一金屬層熱處理步驟之后，通過在所述第一金屬層之上沉積純鋁或不含有Si成分的鋁合金形成第二金屬層79;以及對所述金屬層進行熱處理;從而使第二金屬層79形成的表面平整。
103.用于制造含有布線層的半導(dǎo)體器件的方法，包括步驟在半導(dǎo)體襯底91上形成絕緣層92;在絕緣層92上提供開口93，暴露所述絕緣層92的底層的一部分;在所述絕緣層表面，所述開口93的內(nèi)表面及所述底層的暴露面上形成高熔點金屬硅化物層95;通過沉積具有Si成分的鋁合金，形成第一金屬層96;以及對所述第一金屬層96進行熱處理，使所述的鋁合金充滿所述開口。
104.如權(quán)利要求103的方法，還包括步驟在第一金屬層熱處理步驟之后，在該第一金屬層97上通過沉積純鋁或不含Si成分的鋁合金形成第二金屬層91;以及對所述金屬層99熱處理，從而使得到的第二金屬層99表面平整。
105.用于生產(chǎn)含有布線層的半導(dǎo)體器件的方法，包括步驟在半導(dǎo)體襯底111上形成絕緣層112;在絕緣層112上提供開口113，暴露所述絕緣層112的底層表面的一部分;在所述絕緣層112的表面，所述開口的內(nèi)表面及所述底層的暴露面形成高熔點金屬層115;在所述耐熔金屬層上通過沉積具有Si成分的金屬形成第一金屬層116;以及對所述第一金屬層116進行熱處理，使所述金屬充滿所述開口。
106.如權(quán)利要求105的方法，還包括步驟在第一金屬層熱處理步驟之后，在所述第一金屬層117上通過沉積純鋁或鋁合金，形成第二金屬層119;以及對所述第二金屬層119進行熱處理，從而使形成的第二金屬層119的表面平整。
全文摘要
一種具有布線層的半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底31、51、71、91和111；具有在所述的半導(dǎo)體襯底上形成的開口的絕緣層32、52、72、92和112，所述的開口暴露所述絕緣層的底層的表面的一部分；在所述絕緣層上形成的并完全充滿所述開口的第一導(dǎo)電層37、57、76、95和97、115及117，并且所述的第一導(dǎo)電層包括在后來的熱處理步驟中不產(chǎn)生Si沉淀的物質(zhì)。
文檔編號H01L21/768GK1068444SQ92105500
公開日1993年1月27日 申請日期1992年7月7日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月8日
發(fā)明者李相忍, 洪正仁, 樸鐘浩 申請人:三星電子株式會社