[发明专利]一种铝硅铜薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种铝硅铜薄膜的制备方法。

背景技术

随着半导体器件及其制造工艺的不断发展，对导线的材料也提出了更高的要求。从最开始的纯铝(Al)导线、后来的铝铜(Al-Cu)导线以及最近常用的铝硅铜合金(Al-Si-Cu alloy)导线。在铝铜薄膜中加入少量的硅(Si)形成铝硅铜合金，其中硅(Si)的含量一般为1％(Wt％)。这样可以很好地解决铝铜(Al-Cu)导线与硅衬底的接触界面处出现铝尖刺的问题。传统的铝硅铜合金(Al-Si-Cu alloy)薄膜的制备工艺、设备分别如图1、2所示。结合图1和2可以看出，传统制备铝硅铜合金(Al-Si-Cu alloy)薄膜工艺包括如下步骤：

S1：将作为基底的硅片100放入超高真空反应腔110内并放置在超高真空反应腔110内的基座120上。基座120与硅片100之间具有可以通气的通道130，如沟槽等。

S2：将基座120加热并保持温度，该温度可取范围为100-300℃。在这个温度范围内，可以提高铝硅铜薄膜在接触孔的台阶覆盖能力。

S3：在基座120与硅片100之间的通道130内向硅片100背面通入氩气使硅片100温度快速均匀上升并稳定。这里基座120作为热源，氩气吸取基座120的热量给硅片100加热，达到均匀快速加热硅片100的目的。

S4：用物理气相淀积(PVD)的方法，在硅片100表面生长一层铝硅铜薄膜150。所述物理气相淀积可以是氩等离子溅射。此时，淀积溅射铝硅铜薄膜150的温度比基座130的温度略低，范围约为90-280℃。

但是，用传统的工艺方法所制备的铝硅铜薄膜常常出现硅的析出现象。对于厚度超过1微米的铝硅铜薄膜，硅的析出现象尤其严重。硅的析出现象指的是，铝硅铜金属薄膜淀积在硅片上后，一部分硅会溶解在AL中直至饱和，而剩余的硅将会以微粒的形式存在AL中。这些硅微粒会成为析出沉积硅的核，并逐步增大成为一个个硅颗粒。而这种硅颗粒往往沉淀于金属导线和硅衬底的接触界面，尤其在引线孔及其边沿处聚集。这样会减少电流导通的面积，而当硅颗粒的密度达到一定程度，会使接触电阻增大，导致器件功能异常，甚至失效。因此，控制硅颗粒的在铝硅界面的析出量和颗粒大小，就会变的很重要。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是传统制备铝硅铜薄膜的方法所制备的铝硅铜薄膜与硅衬底的接触界面上硅颗粒析出严重，接触电阻高，易导致器件功能失效。

为解决上述技术问题，本发明的总体思路是先在硅衬底上用较低的温度淀积一层铝硅铜薄膜。由于淀积温度较低，铝硅铜薄膜与硅衬底接触界面处析出的硅颗粒密度和大小会大大降低，从而减少了界面的接触电阻，降低了器件失效的风险。然后在第一层铝硅铜薄膜上用较高的温度淀积第二层铝硅铜薄膜直至两层铝硅铜薄膜的总厚度满足器件需求。淀积第二层铝硅铜薄膜与传统制备方法兼容，在100-300℃温度下可以提高铝硅铜薄膜在接触孔的台阶覆盖能力。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种铝硅铜薄膜的制备方法，包括：

步骤一、提供一硅衬底；

步骤二、在所述硅衬底上，第一温度下淀积第一层铝硅铜薄膜；

步骤三、在所述第一层铝硅铜薄膜上、第二温度下淀积第二层铝硅铜薄膜。

可选的，所述步骤二中淀积所述第一层铝硅铜薄膜的方法和/或所述步骤三中淀积所述第二层铝硅铜薄膜的方法为物理气相沉积。所述物理气相沉积可以采用等离子溅射法。所述等离子溅射法可以采用惰性气体。所述惰性气体可以为氩气。

可选的，所述步骤二中淀积所述第一层铝硅铜薄膜和/或所述步骤三中淀积所述第二层铝硅铜薄膜在超高真空反应腔中进行。真空范围可取10^-7-10^-10Torr，优选真空度为10^-8Torr。

作为一种优选的方式，所述步骤一、步骤二和步骤三都在同一超高真空反应腔中进行；所述超高真空反应腔内包含用于放置所述硅衬底的基座；所述基底具有用于向所述硅衬底背面通气的通道；所述基座具有恒定的温度，其范围为100-300℃；将所述硅衬底放置于所述基座上3-7秒；然后用物理气相沉积的方法在所述硅衬底上淀积所述第一层铝硅铜薄膜；从所述通道中通入惰性气体使所述硅衬底快速升温并稳定；用物理气相沉积的方法在所述第一层铝硅铜薄膜上淀积所述第二层铝硅铜薄膜。

可选的，所述第一温度取值范围是30-80℃，优选温度为50℃或80℃。