[发明专利]降低电致迁移现象的方法

说明书

本发明涉及一种降低一半导体晶片上的金属层电致迁移(electromigration)现象的方法，尤其涉及一种利用注入离子来降低金属层电致迁移现象的方法。

在半导体制作工艺中，由于铝金属的电阻率(resistivity)低，蚀刻容易，而且对二氧化硅层的附着性良好，因此目前铝已普遍用来作为元件的主要导电材料，以降低RC时间延迟(time delay)，并提升元件的开关(switching)频率。

然而一般以溅射(sputter)法所沉积的铝金属，在经适当的退火(anneal)之后，通常是以多晶(poly-crystalline)的结晶形式存在。因此当铝金属线处于传导电流的状态时，会非常容易受到电场的影响，使得铝原子沿着铝材质本身的晶界(grain boundary)往电子流动的方向移动，缩减铝金属线的结面积，从而导致铝金属线断路(open)，发生电致迁移(electromigration)或称电移的现象。

请参考图1，图1为现有技术中在一半导体晶片10上制作一金属层14的方法示意图。半导体晶片10上包括一介电层12，以及一金属层14设于介电层12上。一般常使用导电性良好的铝(aluminum，Al)做为金属导线的材质，以使各元件间形成电连接，然而铝金属的电致迁移现象又最为显著。在制作金属层14后，接着于金属层14上形成一内金属介电层(inter metaldielectric，IMD)16。其中介电层16是利用一HDP沉积(high density plasmaenhanced CVD)制作工艺于介电层12及金属层16表面形成。

由于现有技术制作的铝金属层14本身材质的特性，因此较易发生电致迁移，而且电致迁移现象通常发生于金属原子的晶粒边界以及金属层与他层间的交界面处，故铝金属层14与介电层12或介电层16的界面之间亦可以观察到此种情形。这种电致迁移的现象将严重影响到金属层14使用寿命的长短以及传递电流的效能。也就是说，当导线部分区域的原子数量因电致迁移现象递减，将使导线的截面缩小，而且如果电致迁移现象过于剧烈，终将导致该金属铝线发生断路，进而影响整个半导体元件的电性能，甚至导致整个产品的功能失效(function fail)。

因此本发明的主要目的在于提供一种降低一半导体晶片上的金属层电致迁移现象的方法，以解决上述现有技术的问题。

在本发明的优选实施例中，首先于该半导体晶片表面以及该金属层表面形成一由多硅硅氧(SRO)构成的缓冲层，缓冲层的厚度大致上为2000埃。然后进行一离子注入制作工艺，使用大致上为30KeV能量以及大致上为1×10¹⁴离子/平方厘米的浓度，将硼(boron)离子注入该金属层上的缓冲层内。最后进行一热制作工艺，将该硼离子趋入于该金属层内的晶界间，以降低该金属导线的电致迁移现象。

本发明主要对金属层进行离子注入，并将离子趋入于晶粒边界以及金属层与介电层的界面，可以有效避免金属导线发生电致迁移现象，延长金属导线的使用寿命。

下面结合附图描述本发明的优选实施例。附图中：

图1为现有技术在一半导体晶片上制作一金属层的方法示意图；

图2至图3为本发明于一半导体晶片上制作一金属层的方法示意图。

附图的符号说明如下：

10、20半导体晶片  12、22介电层

10、24金属层      16、28介电层

26缓冲层

请参考图2至图3，图2至图3为本发明于一半导体晶片20上制作一金属层24的方法示意图。如图2所示，半导体晶片20上包括一介电层22，一金属层24设于介电层22上。半导体晶片20已完成数道半导体制作工艺，例如MOS晶体管(未显示)的制作等，然后再于各MOS晶体管上方覆盖一介电层22，用于各元件间的电隔绝。而位于介电层上方的金属层24一般常使用导电性良好的铝(aluminum，Al)做为金属导线，以使各元件间形成电连接。