A 442 7 6 A7 ____ B7 經潢部中次標嗥局負^-消费合作社印紫 五、發明説明（l) 本發明是有關於一種半導體積體電路的沈積技 術，且特別是有關於一種可兼顧接觸窗底部和側壁覆蓋 率的兩階段離子金屬電漿濺链方’法乂 在現今積體電路之產屬—化^程中，鋁和鎢可說是最 常使用的兩種金屬材料。其中，鋁因為電阻率（resistivity) 較低，所以主要是做為元件間的導線之用，且大多是以 濺鍍法來沈積成的；而鎢的電阻率雖較高，但由於可利 用化學氣相沈積（CVD)法來形成，其步階覆蓋能力（step coverage)較佳，加上本身極易形成具較高揮發性的氟化 物，沒有蝕刻去除上的困難，因此也廣為應用於作為不 同金屬層間的(plug)，以便將各層金屬加以連 接。然而’紹與矽的接觸界面會因為後續加熱程序而彼 此互相擴散，形成尖峰（spike)現象，易造成短路而影響 元件性質，加上鎢與其他材質（例如矽）的附著力 (adhesion)也不十分理想，所以在使用鋁及鎢這兩種金屬 時’通常會在其與他種材質之間，再增加一層稱為「j 著_/擴散阻障層」的導電材料，以避免鋁矽界面產生尖峰 現象’及提升鎢對其它材質的附著能力。 —般半導體的金屬化製程中’主要是利用物理氣相 沈積（PVD)技術，例如電子束蒸鍍（eleetr〇n beam evaporation)方法或是漱鍍（SpUttering)方法來形成黏著/ 擴散阻障金屬薄層的。其中賤鑛方法是以電漿所產生的 離子轟擊陰極上的金屬耙而擊出金屬原子，然後被擊出 的金屬原子沈積到陽極上的半導體基底表面來形成一 (請先閲讀背而之注意事項再填寫本頁) ,-β 線. 本紙張尺庾適用中國國家標舉（CNS ) Μ規格（2!OX297公嫠〉 4442 7 6 經溁部中央標準局一貝工消合作社印製 A7 B7 ___ 五、發明説明（2 ) 金屬薄層=然而，隨著元件尺寸縮小化的發展，目前製 程上常用的準直管（coUimator)濺鍍技術，或是長射程 (long throw)滅錢技術，在應用；^縱橫比（aspect ratio)較 大的接觸窗製程時，會產生底部覆蓋率不佳的問題。 為了清楚說明，請參照第1圖，顯示習知濺鍍裝置 的示意圖。習知的濺鍍裝置主要包括一反應室12、一放 置座1 4、以及一金屬靶2 (例如鈦、鋁等金屬）。其中反 應室12具有一氣體入口 122及一氣體出口 124。氣體可 經上述氣體入口 122而導入上述反應室12内，並藉由真 空泵（未顯示）從上述氣體出口 124將氣體抽出。上述放 置座14係設置於反應室12内且與金屬靶2相對，用以 放置半導體基底（例如一矽晶圓）4，並可藉由真空方式將 上述基底4吸附於放置座14上。當進行沈積時，通常先 以高真空泵將反應室的的壓力降到10-6Torr以下，再通 入適當的鈍氣，而在壓力約1〜1〇 mTorr的環境中進行金 屬薄層的濺鍍。 第2圖之剖面圖即顯示上述濺鍍方法所製成之元件 構造，先在一半導體基底2〇 ,例如是一矽晶圓上形成一 接觸窗21，然後濺鍍形成一金屬薄層22覆蓋在接觸窗 21的底部和側壁上，以及基底2〇的表面上。如圖中所 不，由於步階覆蓋能力的限制，使得金屬薄層22的厚度 分布不均勻’其中位於接觸窗21底部的部分ι ,明顯比 位於接觸窗21側壁上的部分E薄許多，特別是在縱橫比 較大的情況下，往往會導致無法填塞到接觸窗21底部的 -5 - 本紙張Z度適，( cns 71^77^^--：~~~ - ---------f------、訂------手 (請先閱讀背而之注意事項再填寫本K) 經消部中决標準局貝-T.消费告作社印紫 4442 76 A7 _____ B7 五、發明説明（3) 情形，影響元件的導電性質。 為改善此一問題’可使用所謂準直管（col丨imai〇r)的 ·-· 濺鑛技術’如第1圖中所示者，¾金屬乾2與半導體基 底4之間增設一準直管16。利用準直管16的平行管壁 162將大角度的金屬原子濾除，僅容較小角度的金屬原 子通過而到達基底4上。由於過濾後的金屬離子較有方 向性’使得接觸窗2 1底部獲得較多的沈積而鞘稍改善其 底部覆蓋率。此外’也可將金屬靶2與半導體基底4之 間的距離拉長，施行所謂的長射程（l〇ng throw)濺鑛方 法，利用反應室12的側壁消耗部分較大角度的金屬原 子，亦有部分改善接觸窗底部覆蓋率的效果。 然而’無論使用準直管濺鍵方法或長射程濺錢方 法，其對底部覆蓋率的改善效果仍不足，並無法滿足日 益細小化製程之所需。此外，由於準直管攔截掉大部分 的金屬原子，使得沈積速率大大地降低，將增加沈積製 程所花費的時間和成本。至於長射程濺鍵方法，由於其 沈積之金屬薄層的底部覆蓋率，係隨金屬靶2與半導體 基底4之間的距離拉大而提高，往往必須將此一距離增 加至3公尺以上方可獲得足夠的底部覆蓋率，亦增加製 程實施上的困難。 目前，一種離子金屬電漿（IMP)濺鍍技術被提出， 利用射頻（RF)使金屬離子化並施加偏壓（bias)以進行有 方向性之濺鍍，以改善一般濺鍍方法底部覆蓋率不佳的 問題。為了清楚說明起見，請參見第3圖，顯示一習知 本紙依尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格U10X 297公《 ) I - I I T If訂 I I 線， (諳先閲讀背#>之注意事項再填寫本頁} 4442 76 A7 B7 五、發明説明（4) 離子金屬電漿濺鍍製程之裝置’其特徵在於利用RF感 應線圈18 (RF coil)所產生的磁場將被濺擊的金屬原子 ··». 離子化，並在基底4上施以負偏凑，而使金屬離子以垂 直方向朝基底4進行加速沈積。如此一來，不但可提高 底部覆蓋率’同時又不會降低沈積速率。 然而，如第4圖所示者，上述離子金屬電漿藏鍍製 程中，由於金屬離子是以大致垂直的方向濺鍍於基底2〇 上而形成金屬薄層22 ’雖可提昇接觸窗21底部的覆蓋 率，使其厚度與基底表面部分者相當，但是其在側壁上 的覆蓋率卻不可避免地有所降低’尤其是接近接觸窗21 底部部分的厚度會特別小，不僅使阻值的增加，也容易 因厚度不均而影響元件性質。因此，當新一代的鑲嵌式 (damascene)内連導線製程，或銅導線製程逐漸受到重視 時，如何製作一厚度均勻的黏著/擴散阻障層，便成為亟 需解決的課題。 有鑑於此，本發明的主要目的，在提供—種離子金 屬電漿濺鍍的改良製程，可增加所濺鍍金屬薄層的底部 覆蓋率，並保持其在接觸窗側壁上覆蓋率，以^作出^ 度均勻的黏著/擴散阻障層，提昇產品的性質。 子 為達成上述目的，本發明提出一種可兼顧接觸窗底 部和側壁覆蓋率的兩階段離子金屬電漿濺鍍方法，先於 下％以較复边^能量，並配^ 而濺氣第一金屋i，其具有較佳的底部覆蓋率。然後於 铉偽摩一力一下施以故直座— 率—態_量，而以長射盘方式^第 爿 > i . ~訂----- i —,線 * (讀先閱讀背而之注意事項再填寫本買) 鎊濟部中央標苹局員-τ·消资合作社印製
A7 4442 76 五、發明説明（5 ) 二金屬層於第一金屬層上’其具有較佳的側壁覆蓋率。 如此，上述一層金屬層共同形參—大致均勻覆蓋的金屬 薄層。 〜_ 詳言之’本發明—種兩階段離子金屬電漿濺鍍方 法，包括下列步驟：提供一半導體基底，該基底上形成 有一接觸窗；施行第_階段賤锻程序，其於相對較高壓 力條件下施加較低功率能量，並配合射頻與偏懕以瀹餹 生成第一金屬層’覆蓋在接觸窗的底部和側壁上；及施 行第二階段錢鑛程序，其於相對想低屋力羞件下施加較 高功率.能量，並以長射程方式A鐘生成第二金屬層，覆 蓋在第一金屬f表面丨，而纟同形成一大致均勻覆蓋的 擴散阻障金屬薄層。 根據本發明一較佳實施例，上述半導體基底為一矽 晶圓，第一和第二金屬層的材質可以是鈦（Ti)或鈕（Ta)。 而濺鍍程序係以直流電源提供該能量。此外，上述第一 階段賤鑛程序使用的壓力係介於〗5rnT和25mT之間， 月b量係介於2Kw和4Kw之間。而第二階段濺鍍程序使 用的壓力係介於2mT和3mT之間，能量係介於8Kw和 經^部中决樣隼局貝J·消费合作社印^ 12Kw之間’並且當原料的金屬靶與半導體基底的距離 係介於140和1 50公分之間。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更 明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式， 作詳細說明如下： 圖式之簡要^；明 _ _____ Ί 本紙張尺度適川中關家(2- 4442 76 A7 B7 五、發明説明（6 ) ~ ~—― 第1圖係顯示一習知之濺鍍裝置的示意圖； 第2圖為一剖面圖，顯示由第i圖之濺鍍裝置所形 成金屬薄層的構造； 第3圖係顯示一習知之離子金屬電漿濺鍍裝置的示 意圖； 第4圖為一刻面圖，顯示由第3圖之濺鍍裝置所形 成金屬薄層的構造；以及 第5A和5B圖均為剖面圖，顯示依據本發明方法— 較佳實施例的製造流程。 實施例 首先，請參見第5A圖，提供一半導體基底5〇，例 如是一矽晶圓。該半導體基底50上形成有所需的電子元 件，例如是電晶體等’此處為了簡化圖示並會繪出。在 半導體基底上並形成有一接觸窗構造5丨，用以露出元件 的接觸區或導電層。 S滴部屮央標绛局員Μ消费合作社印繁 將半導體基底50移入第3圖所示的賤鑛裝置中，並 裝好所需的金屬乾，其材質例如是金屬鈦（Tj)或金屬纽 (Ta)。施行第一階段濺鍍程序，其於相對較高壓力條件 下施加較低功率能量，並配合施加射頻與偏壓，以濺鍍 生成第一金屬層52’覆蓋在接觸窗51的底部和側壁上。 例如’所使用的壓力係介於15mT和25mT之間，能量 係"於2Kw和4Kw之間。如圖中所示，由於反應室I] 的壓力較高’因此被擊出的金屬原子較多，加上施加的 射頻使金屬離子化’以及偏壓產生的電塲，使其加速 -9- 本紙適用中家 1 票举（CNS > /X4現格—（21〇χ29·^趁） '~~’ --
經淖部中央標準局員工消费合作社印製 1、發明説明（7) 沈積到基底50上而形成第一金屬層52，其具有較佳的 底部覆蓋率，亦即，第一金屬層52在接觸窗51底部的 厚度與在基底表面上的厚度相當_。’ 接著，請參見第5B圖，仍然在第3圖所示的濂鍍 裝置中，施行第二階段濺鍍程序，生成第二金屬層，覆 蓋在第一金屬層52表面上。不同於第一階段濺鍍程序 者，此次是於相對較低壓力條件下施加較高功率能量， 並以長射程方式澈鍵生成第二金屬層。例如所使用的麼 力係介於2mT和3mT之間，能量係介於8Kw和12Kw 之間。 由於其壓力較第一階段為低，被擊出之金屬原子彼 此間較不會因碰撞而損失’且由於此時並未施加射頻， 所以金屬原子不會被離子化，便毋須施加偏壓來加速金 屬離子。此外，第二階段濺鍍程序是以長射程方式濺鍍 第一金屬層的’因此金屬乾與基底50之間的距離須拉 大’例如是介於140和150公分之間。根據前述對習知 技術的分析’此種濺鍍方式可有較佳的側壁覆蓋率。因 此，結合第一與第二階段濺鍍程序不同的接觸窗覆蓋特 性’可使第一與第二金屬層共同形成一厚度均勻的擴散 阻障金屬薄層54。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非 用以限定本發明’任何熟習此技藝者，在不脫離本發明 之精神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發 明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（2!〇x297公嫠） y------1T------ (請先閱讀背面_之注意事項再填寫本頁)