专利名称：制作金属线的方法
技术领域：
本发明涉及一种在半导体元件中制作金属线的方法，尤其是指一种用化学气相淀积法制作，能显著地减小金属线的接触电阻的方法。
因为半导体元件具有高度的整合性，许多接触孔对较低层导线与较高层导线间的相互连接而言是必需的，而这些接触孔典型地由腐蚀内层绝缘膜的预先决定的部分而形成，而且接触孔具有一较大的纵横比，亦即高对宽之比，这是因为它们自己的大小及介于它们与邻近线之间在距离上的缩减。
通常，半导体元件的金属线主要是用以铝为主要成分的金属来制作，由于它们具有简单的淀积制造工艺及低电阻性，然而，当一个与半导体基层或导线的接触是由利用一铝质金属层来完成时，一种由在较低层中的原子扩散进入金属层中或金属原子渗入基层中的现象在介于金属层和半导体基层或导线间的介面处发生。
为了预防火花现象及使接触电阻最小化，一具有Ti/TiN的堆叠结构的阻碍金属层薄薄地淀积在接触孔的较低层表面上，接着淀积一层厚度足以填满接触孔的铝质金属层，于是制作金属线与较低传导层或半导体基层接触的成型过程得以完成。
一种溅射涂镀制作工艺，亦即物理气相淀积制造工艺(下文中简写为“PVD”)为淀积此一铝质金属层所需，然而，PVD具有造成不良的阶梯覆盖的重大缺点而依序导致接触孔产生孔洞，致使严重影响半导体元件的可靠度。
为了对本发明的背景有较好的了解，提供一种于半导体元件中制作金属线的传统方法的说明并参考附图。
图1所示为依照传统方法所制作的金属线的结构图。
依照传统方法，一接触孔于半导体基层11上淀积一间层绝缘膜12，并且是通过去除掉间层绝缘膜12预先决定的部分而形成的。
然后，由一层Ti层14A及一层TiN层14B组合而成，使用溅射涂镀制造工艺，以此两层依序淀积的一种堆叠结构，前者通过接触孔13与半导体基层11接触，此堆叠结构做为一个阻碍金属层14，当Ti层14A扮演减少介于半导体基层11与即将形成的导线间接触电阻的角色时，TiN层14B防止在导线的接触区域铝质金属层的火花现象。
其后，一铝质金属层15发挥着主要作用，例如Al-Cu-Si合金，使用PVD制造工艺淀积于阻碍金属层14上，接着一层TiN的预防反射膜16再次淀积于金属层14上。
当淀积金属层15时，不良的阶梯覆盖在接触孔13处产生，而于接触孔13内部产生一孔洞17，因此而获得的金属线的可靠度是较差的。
因此，本发明的目的在克服于现有技术中所遇到的上述问题，而且提供一种在半导体元件中制作金属线的方法，藉以预防在接触孔中任何孔洞的产生和接触电阻得以显著的减小。
与本发明一致，上述目的可由制作金属线的方法来完成，步骤包括在一较低传导层上形成一层间层绝缘膜；腐蚀间层绝缘膜的一预先决定的部分而形成一接触孔；完整地淀积一Ti层于合成结构上；用化学气相淀积制作工艺。
淀积一TiN薄层于Ti层上；用等离子处理TiN层，赋予TiN层一低电阻；重复该步骤，淀积一TiN薄层及处理TiN层直到足以填满接触孔；使TiN层被腐蚀以形成一仅填满接触孔的TiN的接触塞；和完整地淀积一金属层于合成的结构上。
根据本发明，在接触孔上TiN薄层重复的淀积和等离子处理具有降低TiN层特殊电阻的等级由103-104μΩcm到102μΩcm的效果。此外，对TiN层重复的淀积而言，CVD的应用让接触孔很容易地填满而不会有任何孔洞，以此而产生一高可靠度的金属线。
本发明提供一种于半导体元件中制作金属线的方法，步骤包括于一较低传导层上形成一间层绝缘膜；腐蚀间层绝缘膜的预先决定的部分以形成一接触孔；于合成结构上完整地淀积一Ti层；在化学气相淀积制造工艺中于Ti层上淀积一TiN薄层；用等离子处理TiN层，赋予TiN层一低电阻；重复该步骤淀积一TiN薄层及处理TiN层直到足以填满接触孔；
使TiN层被腐蚀以形成一仅填满接触孔的TiN接触塞；及于合成结构上完整地淀积一金属层。
前述的方法，其特征在于该Ti层厚度约为50到300埃。
前述的方法，其特征在于该TiN层厚度约为100到1000埃。
前述的方法，其特征在于该TiN层为使用四(二甲基)胺基化钛或四(二乙基)胺基化钛液体源来淀积。
前述的方法，其特征在于该TiN层为使用四(二甲基)胺基化钛或四(二乙基)胺基化钛液体源与NH3/NF3混合气体的混合物来淀积。
前述的方法，其特征在于该TiN层在压力为0.1到50torr与温度于300到600℃经过50到1000秒的时间加热分解该来源及使用He或N2做为媒介气体来淀积。
前述的方法，其特征在于该TiN层以N2，H2或此二者的混合物的等离子体做表面处理。
前述的方法，其特征在于该TiN层的部分或全部用等离子处理来降低电阻。
前述的方法，其特征在于等离子处理使用N2、H2或此二者的混合物来实行。
前述的方法，其特征在于该等离子处理以50到700sccm的流动速率及温度于50到600℃，在压力为0.1到20torr和RF能量范围从50到1000W的环境下实行。
一种于半导体元件中制作金属线的方法，步骤包括于一较低传导层上形成一间层绝缘膜；腐蚀间层绝缘膜的预先决定的部分以形成一接触孔；在化学气相淀积制造工艺中于合成结构上完整地淀积-TiN薄层；用等离子处理TiN层，赋予TiN层一低电阻；重复该步骤淀积一TiN薄层及处理TiN层直到足以填满接触孔；使TiN层被腐蚀形成一仅填满接触孔的TiN接触塞；及于合成结构上完整地淀积一金属层。
前述的方法，其特征在于该TiN层厚度约为100到1000埃。
前述的方法，其特征在于该Ti层为使用四(二甲基)胺基化钛或四(二乙基)胺基化钛液本源来淀积。
前述的方法，其特征在于该TiN层为使用四(二甲基)胺基化钛或四(二乙基)胺基化钛液体源和NH3/NF3混合气体的混合物来淀积。
前述的方法，其特征在于该TiN层在压力为0.1到50torr与温度于300到600℃经过50到1000秒的时间加热分解该来源及使用He或N2做为媒介气体来淀积。
前述的方法，其特征在于该TiN层以N2，H2或此二者的混合物的等离子体做表面处理。
前述的方法，其特征在于该TiN层的部分或全部用等离子处理来降低电阻。
前述的方法，其特征在于等离子处理使用N2、H2或此二者的混合物来实行。
前述的方法，其特征在于该等离子处理以50到700sccm的流动速率及温度于50到600℃，在压力为0.1到20torr和RF能量范围从50到1000W的环境下实行。
前述的方法，其特征在于该金属层为以铝为主要成分的金属层。
以下结合附图进一步说明本发明的结构特征及目的。
附图简要说明图1为表示一依照现有技术制作而与半导体基层相接触的金属线的剖面部分结构图。
图2到图7为表示依照本发明在半导体元件中制作金属线的方法的剖面部分结构图。
本发明较佳实施例的应用最好参考附图来加以了解，其中相同的参考数字分别使用于其相同及对应的部分。
举例说明一种在半导体元件中制作金属线的方法，请参考图2至图7。
首先，如图2所示，一间层绝缘膜在一半导体基层1或一导线上形成，接着一接触孔3由选择性地腐蚀间层绝缘膜2而形成，然后一相当薄的Ti层4，例如，厚度为50-300埃，由PVD制造工艺淀积在合成结构的整个表面上而形成，将有利于降低接触电阻。
其次，使用化学气相淀积制造工艺(于下文中参考成“CVD”)，第一个TiN层9A，厚度约为100-1000埃，于Ti层4上形成，如图3所示。
更详细地说，第一个TiN层9A由四(二甲基)胺基化钛(Ti(N(CH3)2)4)(下文中简写为“TDMAT”)或由单独一个四(二乙基)胺基化钛(Ti(N(C2H5)2)4)或连同一NH3/NF3的混合气体形成。这些来源经热分解而后由He或N2气体携带，就第一个TiN层9A的淀积而论，包含于TDMAT中媒介气体的压力维持在50torr和一淀积温度范围从300到600℃，CND制造工艺于50到1000秒的时间内完成。其后，第一个TiN层9A的表面以N2，H2或以此二者所组合的等离子体来处理，在本发明中，TiN层9A被等离子处理到大约有20到600埃的深度，将具低电阻性，此等离子处理在N2气体、H2气体或含此二者的混合气体以50到700sccm的速率流动于一温度范围在50到600℃之间，压力在0.1到20torr及一RF能量在50到1000W间的状态下完成。
图4为在淀积第二个TiN层9B及依照与第一个TiN层9A相同方式的等离子处理后所取的剖面部分图，同样地，第二个TiN层9B显示有一低电阻性。
图5为在重复如图4相同制造工艺而形成一低电阻的第三个TiN层9C于第二个TiN层9B上之后所取的剖面部分图。
接着，这三个TiN层9C，9B及9A按顺序依照非等向性腐蚀法直到Ti层4的上表面裸露出，使得形成一个由三个TiN层部分所组成的接触塞10填满于接触孔3中，如图6所示。
最后，在其以PVD制造工艺于合成结构上形成后铝质金属层5沿Ti层4成型，以提供一导线由Ti层4及铝质金属层5所组合而成，此二者皆与接触塞10接触，如图7所示。
于上述实施例中，TiN淀积及等离子处理重复了三次，但如果淀积更薄的TiN层，上述步骤可以重复更多次，在接触塞10中包含更多的低电阻TiN即可导致金属线更具于低电阻性。
与本发明的另一实施例一致，淀积第一个TiN层9A，但没有淀积如图2中所示的Ti层，然后，以后的过程同前一样实行。
在接触孔上TiN层的重复淀积及等离子处理具有降低TiN层的特殊电阻从103-104μΩcm到102μΩcm的效果，当经由热淀积法淀积TiN层源时，TiN层源并未完全淀积，在TiN薄膜中产生许多碳与氧，引起特殊电阻的增加，等离子处理使碳原子与氧原子于TiN薄膜中未能完全键结以束缚水离子，因此碳原子与氧原子以CH3，CH4及H2O的形式射出，而它们所留下的空位就由氮离子填补，得以产生更多的TiN键，降低了特殊电阻。
如上文所述，本发明是为了预防在接触孔中有孔洞产生及使接触电阻最小化，与在CVD制造工艺中通过淀积一TiN薄层的重复过程，经由接触孔与一较低传导层接触，和以N2，H2或此二者的混合气体来等离子处理TiN层的表面，以达到改善金属线制作过程的效率及提高所制作出的半导体元件的可靠度的目的。
本发明已经用举例的方式说明，且可以了解到文中所用的专有名词被设计成类似说明而并未加以限制。
本发明的许多改良型和变型于上述的宗旨是可能的，举例说，虽然上述的实施例是以一金属接触或一金属线接触为例来说明，但是很显然，依照本发明的精神，其方法可以应用在介于金属线间的接触，因此，在附加的权利要求中，可了解到本发明在不同于那些特殊说明的其他方式中也可以付诸实施。
权利要求
1.一种在半导体元件中制作金属线的方法，步骤包括于一较低传导层上形成一间层绝缘膜；腐蚀间层绝缘膜的预先决定的部分以形成一接触孔；于合成结构上完整地淀积一Ti层；在化学气相淀积制造工艺中于Ti层上沈积一TiN薄层；用等离子处理TiN层，赋予TiN层一低电阻；重复该步骤，淀积一TiN薄层及处理TiN层直到足以填满接触孔；使TiN层被腐蚀以形成一仅填满接触孔的TiN接触塞；于合成结构上完整地沈积一金属层。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于该Ti层厚度约为50到300埃。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于该TiN层厚度约为100到1000埃。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于该TiN层为使用四(二甲基)胺基化钛或四(二乙基)胺基化钛液体源来淀积。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于该TiN层为使用四(二甲基)胺基化钛或四(二乙基)胺基化钛液体源与NH3/NF3混合气体的混合物来淀积。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于该TiN层在压力为0.1到50torr与温度于300到600℃经过50到1000秒的时间加热分解该来源及使用He或N2做为媒介气体来淀积。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于该TiN层以N2，H2或此二者的混合物的等离子体做表面处理。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于该TiN层的部分或全部以等离子处理来降低电阻。
9.根据权利要求7的方法，其特征在于等离子处理使用N2，H2或此二者的混合物来实行。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于该等离子处理以50到700sccm的流动速率及温度于50到600℃，在压力为0.1到20torr和RF能量范围从50到1000W的环境下实行。
11.一种在半导体元件中制作金属线的方法，步骤包括于一较低传导层上形成一间层绝缘膜；腐蚀间层绝缘膜的预先决定的部分以形成一接触孔；在化学气相淀积制造工艺中于合成结构上完整地淀积一TiN薄层；用等离子处理TiN层，赋予TiN层一低电阻；重复该步骤，淀积一TiN薄层及处理TiN层直到足以填满接触孔；使TiN层被腐蚀形成一仅填满接触孔的TiN接触塞；及于合成结构上完整地淀积一金属层。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于该TiN层厚度约为100到1000埃。
13.根据权利要求11的方法，其特征在于该Ti层为使用四(二甲基)胺基化钛或四(二乙基)胺基化钛液体源来淀积。
14.根据权利要求11的方法，其特征在于该TiN层为使用四(二甲基)胺基化钛或四(二乙基)胺基化钛液体源和NH3/NF3混合气体的混合物来淀积。
15.根据权利要求13的方法，其特征在于该TiN层在压力为0.1到50torr与温度于300到600℃经过50到1000秒的时间加热分解该来源及使用He或N2做为载媒介气体来淀积。
16.根据权利要求11的方法，其特征在于该TiN层以N2，H2或此二者的混合物的等离子体做表面处理。
17.根据权利要求11的方法，其特征在于该TiN层的部分或全部用等离子体处理来降低电阻。
18.根据权利要求16的方法，其特征在于等离子处理使用N2、H2或此二者的混合物来实行。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于该等离子处理以50到700sccm的流动速率及温度于50到600℃，在压力为0.1到20torr和RF能量范围从50到1000W的环境下实行。
20.根据权利要求11的方法，其特征在于该金属层为以铝为主要成分的金属层。
全文摘要
本发明涉及一种在半导体元件中制做金属线的方法，在CVD制造工艺中基于淀积一TiN层的重复制造工艺，经由接触孔与一较低使导层接触和以N
文档编号C23C16/34GK1151610SQ9612018
公开日1997年6月11日 申请日期1996年11月1日 优先权日1995年11月1日
发明者金鼎泰, 朴兴洛 申请人:现代电子产业株式会社