[发明专利]提高铝硅铜成膜质量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体领域中的提高金属物理溅射填孔质量的工艺方法，特别是涉及一种新型的提高铝硅铜成膜质量的方法。

背景技术

金属物理溅射填孔工艺应用非常广泛，尤其是在半导体领域，溅射工艺直接影响半导体器件的电阻以及其他物理特性。铝硅铜高温（400℃以上）溅射作为金属填孔工艺，由于铝硅铜薄膜含有少量的硅和金属铜，使得溅射后的薄膜大大减少了金属铝穿刺，所以备受关注。但同时，现有铝硅铜物理填孔工艺生长薄膜，由于工艺本身的缺陷，在成膜过程中由于高温，使铝硅铜薄膜中含有的少量非金属硅，在降温过程中使得溅射后的薄膜表面产生大量硅析出，导致后续工艺作业不完全，即导致金属线表面晶格互联接触，引起晶格放大，呈现出表面粗糙度变差，严重导致金属线电阻增大，影响器件性能，从而引起器件失效，并严重影响器件外观（如图1所示）。

根据许多学者的研究发现和金属铝与非金属硅的二元相图（如图2所示）分析，当非金属硅与金属铝混合时，温度大约在350℃以上时，主要集中为金属铝相，当温度降低时，非金属硅相将会显现，引起硅析出。所以防止硅析出的主要途径就是高温下集中成膜，维持金属铝相，待金属铝完全硬化后，快速降温，就可以防止硅析出。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新型的提高铝硅铜成膜质量的方法。该方法通过对现有工艺进行改善，从而提高铝硅铜成膜质量，而且在不影响器件特性的前提下，减少硅析出，提高器件的良率和外观质量。

为解决上述技术问题，本发明的提高铝硅铜成膜质量的方法，包括步骤：

1）成膜晶片在350～450℃的高温腔中，以物理溅射的方式，完成铝硅铜填孔，使在成膜晶片上，形成铝硅铜薄膜；

2）成膜晶片进入到冷却腔，在10～30s（秒）内，快速冷却至200℃以下；

3）在150～250℃的低温腔中，成膜晶片完成铝硅铜金属线的成长。

所述步骤1）中，完成铝硅铜填孔是在高温腔中，经5～30s（秒），完成铝硅铜填孔；铝硅铜薄膜的厚度为0.1～1μm，铝硅铜薄膜中的硅含量为0.9～1.1%、铜含量为0.43～0.57%。

所述步骤2）中，冷却的方式包括：通气或加压。

所述步骤3）中，铝硅铜金属线的厚度为1～10μm，铝硅铜金属线中的硅含量为0.9～1.1%、铜含量为0.43～0.57%。

本发明通过对现有铝硅铜成膜方法进行改善，即通过高低温2步完成铝硅铜填孔和金属线的成长，在不影响填孔效果的前提下，提高了铝硅铜成膜质量，使所得成膜晶片的金属导线电阻较小，且稳定性良好，最大程度提高器件性能；同时，极大提高了成膜晶片外观及封装质量。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是成膜晶片中的硅析出现象的OM（光学显微镜）图；

图2是Al-Si的二元相图；

图3是本发明的铝硅铜成膜工艺的流程图；

图4是本发明的铝硅铜成膜工艺的块状图；

图5是采用本发明的方法与现有的铝硅铜成膜工艺形成的成膜晶片的TEM（透射电镜）图，其中，A为现有的铝硅铜成膜工艺，B为本发明的方法。

具体实施方式

本发明的提高铝硅铜成膜质量的方法，如图3-4所示，包括步骤：

1）成膜晶片在350～450℃的高温腔中，以常规的物理溅射方式（真空小于5×10^-8Torr,），经5～30秒，快速完成铝硅铜填孔，使在成膜晶片上，形成铝硅铜薄膜；

其中，铝硅铜薄膜的厚度为0.1～1μm，铝硅铜薄膜中的硅含量为0.9～1.1%、铜含量为0.43～0.57%。

2）带有铝硅铜薄膜的成膜晶片进入到冷却腔，通过通气或加压的冷却方式，由350～450℃开始，在10～30秒内，快速冷却至200℃以下。

3）在150～250℃的低温腔中，成膜晶片完成铝硅铜金属线的成长。其中，铝硅铜金属线的厚度为1～10μm，铝硅铜金属线中的硅含量为0.9～1.1%、铜含量为0.43～0.57%。

针对上述步骤，采用更加具体的工艺条件进行实施：

成膜晶片在400℃的高温腔中，以常规的物理溅射方式，快速形成铝硅铜薄膜0.2μm后，成膜晶片搬送至冷却腔中，经15秒，快速降温至200℃以下，再搬送到200℃的低温腔中，进行铝硅铜金属线成长4μm后，工艺结束，所得的成膜晶片的TEM图，如图5所示。由图5可知，与现有的铝硅铜成膜工艺（高温一次性成膜）相比，采用本发明的方法，硅析出现象有明显减轻。

本发明的成膜晶片在高温腔中快速形成铝硅铜填孔后，晶片进入到冷却腔，快速降温冷却，再进入低温腔中形成铝硅铜金属线，整个工艺过程简单，而且本发明用于金属铝硅铜物理溅射工艺，能极大地提高溅射薄膜质量，以及提高器件的良率和外观质量。