[发明专利]难熔金属覆盖的低阻金属导体线与通路

说明书

本发明一般涉及电的导体线和通路的制法，以连接衬底，诸如半导体上的电路与相应的封装件，尤其还涉及采用物理汽相淀积(PVD)法淀积低阻金属和化学汽相淀积(CVD)法淀积难熔金属的组合来填充衬底上的缝或孔的一种低成本的方法。本发明特别适用于亚微米电路的制作。

低阻金属，诸如铝和铜以及它们的二元或三元的合金已广泛用于半导体工艺中制作的细线互连。细线互连金属的曲型例子包括Al_xCu_y(其中x与y之和等于1，且x与y都大于或等于0而又小于或等于1)，三元合金，如Al-Pd-Cu、Al-Pd-Nb及Al-Cu-Si和其它以低阻金属为基的合金。如今要强调的是随超大规模集成(VLSI)电路制作的线条宽度的尺寸按比例缩小，已经带来包括不适当的绝缘、电迁移及平面化方向的可靠性问题。

IBM技术公开公报Ahn等人(Vol.33，No.5，Oct，1990，pp.217-218)披露了用WF₆和SiH₄的含氢混合物选择性淀积制造包括覆以钨的铜导体与通孔。密封了的互连线，像Ahn等人做的那样，具有很高的抗电迁移能力，并且选用晶粒尺寸小的钨膜，以减小反射率，因而增强了光刻设备聚焦的能力与光刻胶的解象能力。但是，采用Ahn等人描述的低温方法所形成的钨层理应是富硅的(如，3-4％)，而且对铜不会是一种良好的扩散阻挡层，因为形成铜的硅化物将会恶化铜的电阻率。因此，在低温下用选择法难以淀积一层扩展阻挡层。况且，Ahn等人的技术依赖于环形在导线底部的形成，而通常这是由释放的湿气与WF₆反应产生的，还认为环形的出现是不可靠的。

Dalton等人(VMIC Conference，June 12-13，1990，pp.289-292)指出，在铝或合金导体上形成选择的钨层的含SiH₄与H₂还原WF₆的一种热壁CVD反应，将导致在铝与钨和界面上引入氟，该氟的引入是WF₆与铝反应的一种副产物，如反应式1所示：

氟化铝薄层会增加金属1到金属2通路的串联接触电阻。Dalton报告说，用CVD的钨密封之前，在铝的顶面先溅射TiW膜，可以消除吸附氟的问题。

Dalton披露了一种形成互连线的传统方案，这里，首先在一平整的表面上淀积铝，溅射一层TiW以覆盖其上(只是与传统不同的过程)，然后，用光刻胶成象和显影，接着通过反应离子刻蚀(RIE)把该铝层刻成图案。再在所得到的结构上覆盖一层钝化介质，如SiO₂或聚酰亚胺，随后本身也经RIE刻成图案并且金属化，从而实现一种多层结构。图1引自Dalton的报告，示出了通过传统工艺方式生产的多层器件，在金属导线的局部的介质层中有缝，而且顶面很不平整。

采用RIE法很难实现介质的平整化。平整度部分取决于图形的密度，而不平整表面在后继的金属化期间产生涂覆问题。如果将RIE技术用于聚酰亚胺，当导线被刻蚀到聚酰亚胺表面时，因除去光刻胶的过程也会除去聚酰亚胺，所以，需要为以铝或铜为基的导线的顶面上除去光刻胶而设置一刻蚀阻挡层。任何含铜量高的，铝或铜的合金的RIE都极为困难。包括金属RIE的传统工艺方法的严重缺点是，由于粒子的缺陷，随着几何尺寸的微细化易于造成大量的金属短路。

Brown等人的美国专利4,824,802披露了一种多层VLSI金属化结构的层间介质通路或接触孔的填充方法。详细地说，一种过渡金属，诸如钨或钼，通过CVD法或是选择性地淀积在绝缘层的开孔中，或是非选择性地淀积在绝缘层的整个表面及开孔中，然后，将平整化保护层，诸如偶氮苯醌酚醛型清漆、聚甲基丙烯酸酯、聚酰亚胺、或其它的热塑性的材料加到过渡金属的顶面上。通过刻蚀直至带保护层的过渡金属被整平的位置，从而得到平整了的结构。Brown等人的方法避免不了侵蚀金属及与刻蚀有关的其它问题，还不能用于平整化Al-Cu或别的软合金材料，因它们的性质不同于诸如钨与钼之类的软硬金属。因此，采用Brown等人的方法，难以完全填满通路及导线。