金属互连层的形成方法
【专利摘要】本发明公开了一种金属互连层的形成方法，包括：在铜金属互连层的表面依次沉积第一氮化硅层和掺氮的碳化硅层NDC，将所述第一氮化硅层和掺氮的碳化硅层作为刻蚀终止层；在所述掺氮的碳化硅层表面沉积钝化层；图案化刻蚀所述钝化层和刻蚀终止层，用于在所述图案化之后的位置沉积形成与所述铜金属互连层电性连接的焊盘或者上层铜金属互连层。采用本发明能够提高键合剪切力测试的通过率。
【专利说明】金属互连层的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体生产制造领域，特别涉及一种金属互连层的形成方法。
【背景技术】
[0002]目前，在半导体器件的后段(back-end-of-1 ine, BE0L)工艺中，制作半导体集成电路时，半导体器件层形成之后，需要在半导体器件层之上形成金属互连层，每层金属互连层包括金属互连线和层间介质层(ILD)，这就需要对上述层间介质层制造沟槽(trench)和连接孔，然后在上述沟槽和连接孔内沉积金属，沉积的金属即为金属互连线，一般选用铜作为金属互连线材料。
[0003]现有技术中，铜互连层可以为三层，包括顶层、中间层及底层铜互连层，在实际工艺制程中，可根据不同需要设置多层铜互连层。如果是在多层铜互连层的情况下，可以按要求复制多层中间层铜互连层，有时也会按需要复制两层顶层铜互连层。具有三层铜互连层的半导体器件结构示意图如图1所示。图中层间介质层下是半导体器件层，图中未显示。图中每层铜互连层包括层间介质层101和由沟槽和连接孔形成的铜互连线102，铜互连线102掩埋在层间介质层101中，用于连接各个铜互连层。
[0004]器件中的所有铜互连线都连接到表层的铝焊盘。因此在顶层铜互连层的表面依次沉积一层掺氮的碳化硅层(NDC)和钝化层，然后刻蚀上述钝化层和NDC，并沉积金属铝，形成铝焊盘。铝焊盘暴露出来，用于后续封装工艺的引线键合。
[0005]在将上述器件样品作键合剪切力(ball shear)测试时，测试总是失败，所以，如何提高键合剪切力测试的通过率，成为需要解决的重要问题。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明要解决的技术问题是:如何提高键合剪切力测试的通过率。
[0007]为解决上述技术问题，本发明的技术方案具体是这样实现的:
[0008]本发明公开了一种金属互连层的形成方法，包括:
[0009]在铜金属互连层的表面依次沉积第一氮化硅层和掺氮的碳化硅层NDC，将所述第一氮化娃层和掺氮的碳化娃层作为刻蚀终止层；
[0010]在所述掺氮的碳化硅层表面沉积钝化层；
[0011]图案化刻蚀所述钝化层和刻蚀终止层，用于在所述图案化之后的位置沉积形成与所述铜金属互连层电性连接的焊盘或者上层铜金属互连层。
[0012]形成第一氮化娃层时米用娃烧、氨气和氮气，反应腔内的压力为3.9?4.5毫托；源功率为100?150瓦；时间为1.5?2.5秒；所述硅烷流量为200?300标准立方厘米每分钟；所述硅烷与氨气的流量比为0.4:1 ;所述氮气的流量为15000?20000标准立方厘米每分钟。
[0013]所述刻蚀终止层的厚度为300?1500埃；其中，第一氮化娃层和掺氮的碳化娃层的厚度比为1:24。
[0014]在铜金属互连层的表面沉积第一氮化硅层之前进一步包括预热的步骤；
[0015]所述预热方法包括:在预定压力和温度下，在反应腔内通入氦气和氢气预定时间。
[0016]在沉积第一氮化硅层之后进一步包括:对第一氮化硅层表面进行化学预处理的步骤；
[0017]所述对第一氮化硅层表面进行化学预处理的方法包括:在预定压力和源功率下，在反应腔内通入氨气和氮气预定时间。
[0018]所述钝化层为叠层钝化层；
[0019]形成叠层钝化层的方法进一步包括:
[0020]在所述掺氮的碳化娃层表面沉积第一氧化娃层,厚度为2000?8000埃；
[0021]在所述第一氧化娃层表面沉积第二氮化娃层,厚度为300?1500埃；
[0022]在所述第二氮化硅层表面沉积第二氧化硅层，厚度为1000?6000埃。
[0023]由上述的技术方案可见，本发明实施例在铜金属互连层的表面依次沉积第一氮化硅层和掺氮的碳化硅层NDC，作为刻蚀终止层；在所述掺氮的碳化硅层表面沉积钝化层；图案化所述钝化层和刻蚀终止层，以形成与所述铜金属互连层电性连接的焊盘或者上层金属互连层。因为在铜金属互连层和NDC之间加入氮化硅层，铜金属互连层和NDC之间的粘结力大大提高，因此也有效提高了键合剪切力测试的通过率。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为具有三层铜互连层的半导体器件结构示意图。
[0025]图2为粘附力测试现有结构模拟示意图。
[0026]图3为粘附力测试本发明结构模拟示意图。
[0027]图4为本发明金属互连层的形成方法的流程示意图。
[0028]图5为本发明金属互连层的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
[0030]对现有技术的器件样品作键合剪切力测试，测试失败，通过扫描显微镜的观测可以看出，在键合剪切力测试的拉力下，铜金属互连层与NDC之间裂开，因此推测铜金属互连层与NDC之间的粘附力较差，导致键合剪切力测试失败。
[0031]针对现有技术键合剪切力测试的通过率不高的问题，对前述的器件样品进行了结构模拟，如图2所示。图2为粘附力测试现有结构模拟示意图。在晶圆控片201上依次沉积厚度为4000埃的氧化硅层202、厚度为5000埃的金属铜层203、厚度为750埃的NDC204，以及厚度为4000埃的氧化硅层205。其中，氧化硅层的材料可以为正硅酸乙酯(TE0S)，或者氟化玻璃(FSG)等。
[0032]将上述模拟结构通过四点弯曲方法进行粘结力测试，经过测试金属铜层和NDC之间的平均粘结力为13.08焦/平方米。为提高铜金属互连层和NDC之间的粘结力，本发明在金属铜层和NDC之间加入氮化硅层300，图3为粘附力测试本发明结构模拟示意图。其中，氮化硅层300的厚度为30埃，NDC204’的厚度为720埃，本发明模拟结构中氮化硅层300和NDC204’的厚度之和相当于现有模拟结构中NDC204的厚度。
[0033]将本发明的模拟结构仍然通过四点弯曲方法进行粘结力测试，经过测试，本发明在金属铜层和NDC之间加入氮化硅层之后，金属铜层和NDC之间的平均粘结力提升为24.70
焦/平方米。
[0034]所以，将本发明的模拟结构用于实际的半导体器件制作，在半导体器件的铜金属互连层和NDC之间加入氮化硅层，用于提高铜金属互连层和NDC之间的粘结力。
[0035]因此，本发明金属互连层的形成方法的流程示意图如图4所示，其包括以下步骤:
[0036]步骤41、在铜金属互连层的表面依次沉积第一氮化硅层和掺氮的碳化硅层NDC，将所述第一氮化娃层和掺氮的碳化娃层作为刻蚀终止层；
[0037]步骤42、在所述掺氮的碳化硅层表面沉积钝化层；
[0038]步骤43、图案化刻蚀所述钝化层和刻蚀终止层，用于在所述图案化之后的位置沉积形成与所述铜金属互连层电性连接的焊盘或者上层铜金属互连层。
[0039]以下结合具体实施例对本发明的方法进行详细说明。本实施例以形成与铜金属互连层电性连接的焊盘为例进行说明。图5为本发明金属互连层的结构示意图。
[0040]第一步，在顶层铜金属互连层501的表面进行预热处理，然后沉积第一氮化硅层502,在沉积第一氮化娃层502之后对第一氮化娃层502表面进行化学预处理。
[0041]其中，在顶层铜金属互连层501的表面进行预热处理，目的是使晶圆表面均匀受热，使得后续形成的结构层厚度均匀。本发明预热方法包括:在预定压力和温度下，在反应腔内通入氦气和氢气预定时间。
[0042]形成第一氮化娃层502时米用娃烧、氨气和氮气，反应腔内的压力为3.9?4.5毫托；源功率为100?150瓦；时间为1.5?2.5秒；所述硅烷流量为200?300标准立方厘米每分钟；所述硅烷与氨气的流量比为0.4:1 ;所述氮气的流量为15000?20000标准立方厘米每分钟。
[0043]在沉积第一氮化硅层502之后对第一氮化硅层502表面进行化学预处理，目的是使晶圆表面不受颗粒污染，很好地形成NDC。本发明对第一氮化硅层表面进行化学预处理的方法包括:在预定压力和源功率下，在反应腔内通入氨气和氮气预定时间。
[0044]第二步，在第一氮化娃层502表面沉积NDC503,将第一氮化娃层502和NDC503共同作为刻蚀终止层。
[0045]第一氮化硅层和NDC共同作为刻蚀终止层，刻蚀终止层的厚度为300?1500埃；其中，第一氮化硅层和掺氮的碳化硅层的厚度比为1:24。
[0046]第三步，在NDC503的表面沉积叠层钝化层，其中，叠层钝化层包括依次形成的第一氧化硅层504，厚度为2000?8000埃；第二氮化硅层505，厚度为300?1500埃；第二氧化硅层506，厚度为1000?6000埃。
[0047]第四步，在叠层钝化层的表面涂布光阻胶层，并利用曝光、显影等光刻工艺形成图案化的光阻胶层，然后以图案化的光阻胶层为掩膜，刻蚀叠层钝化层，形成图案化的叠层钝化层，以暴露出顶层铜金属互连层中的铜互连线。
[0048]第五步，形成与顶层铜金属互连层中的铜互连线相连接的铝焊盘507。
[0049]后续，还可以形成对铝焊盘进一步起保护作用的介质层508。
[0050]上述实施例是在顶层铜金属互连层的表面沉积具有第一氮化硅层和NDC的刻蚀终止层，以增加键合剪切力测试的通过率。测试样品的键合剪切力测试的通过率从原来的20%，提高至最高72%。本发明的方法并不限于此，铜金属互连层可以有多层，每层铜金属互连层之间都具有刻蚀终止层，因此，可以将每层铜金属互连层之间的刻蚀终止层都由依次形成的第一氮化硅层和NDC构成，在铜金属互连层和NDC之间加入氮化硅层，铜金属互连层和NDC之间的粘结力大大提高，因此也有效提高了键合剪切力测试的通过率。
[0051]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种金属互连层的形成方法，包括: 在铜金属互连层的表面依次沉积第一氮化娃层和掺氮的碳化娃层NDC,将所述第一氮化娃层和掺氮的碳化娃层作为刻蚀终止层； 在所述掺氮的碳化硅层表面沉积钝化层； 图案化刻蚀所述钝化层和刻蚀终止层，用于在所述图案化之后的位置沉积形成与所述铜金属互连层电性连接的焊盘或者上层铜金属互连层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成第一氮化娃层时米用娃烧、氨气和氮气，反应腔内的压力为3.9?4.5毫托；源功率为100?150瓦；时间为1.5?2.5秒；所述硅烷流量为200?300标准立方厘米每分钟；所述硅烷与氨气的流量比为0.4:1 ;所述氮气的流量为15000?20000标准立方厘米每分钟。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述刻蚀终止层的厚度为300?1500埃；其中，第一氮化硅层和掺氮的碳化硅层的厚度比为1:24。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在铜金属互连层的表面沉积第一氮化硅层之前进一步包括预热的步骤； 所述预热方法包括:在预定压力和温度下，在反应腔内通入氦气和氢气预定时间。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在沉积第一氮化硅层之后进一步包括:对第一氮化硅层表面进行化学预处理的步骤； 所述对第一氮化硅层表面进行化学预处理的方法包括:在预定压力和源功率下，在反应腔内通入氨气和氮气预定时间。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钝化层为叠层钝化层； 形成叠层钝化层的方法进一步包括: 在所述掺氮的碳化娃层表面沉积第一氧化娃层，厚度为2000?8000埃； 在所述第一氧化娃层表面沉积第二氮化娃层，厚度为300?1500埃； 在所述第二氮化娃层表面沉积第二氧化娃层，厚度为1000?6000埃。
【文档编号】H01L21/768GK104465491SQ201310438334
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】王平, 陈志刚 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司