專利名稱：不具有小凸起的柵層及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁導(dǎo)線層，尤其涉及一種不具有小凸起的柵層(hillock-free gate)及其制造方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體工藝中，一般選用鉬(molybdenum，Mo)或鉻(Cr)做為柵層工藝(gate process)時(shí)的材料，然而，價(jià)格昂貴的鉬或鉻金屬會(huì)使整個(gè)工藝成本居高不下。地球上含量最豐富的金屬礦-鋁，不但容易取得，且價(jià)格便宜，一般多應(yīng)用于金屬工藝中，若欲應(yīng)用純鋁于柵層工藝中，會(huì)有表面小凸起(Hillock)的問(wèn)題。
選用純鋁的優(yōu)點(diǎn)是鋁具有低電阻系數(shù)，且與襯底(substrate)間有良好的附著性(adhesion)，在蝕刻工藝中也表現(xiàn)出較佳的蝕刻特性(etchingcharacteristics)。然而，使用熔點(diǎn)(melting point)較一般金屬低的純鋁作為柵層，仍有其缺點(diǎn)。請(qǐng)參照?qǐng)D1A，其示出金屬沉積于玻璃襯底的示意圖。先在較低的溫度下(約150℃)將金屬沉積在玻璃襯底102上，因此玻璃襯底102上有晶粒(crystal particle)104，晶粒104和晶粒104之間則有晶界(grainboundary)106形成。當(dāng)然，實(shí)際上的晶粒并不會(huì)如圖1A一樣方正，在此為了方便說(shuō)明而以整齊的方形晶粒表示。接著，進(jìn)行回火(anneal)，藉由高溫加熱所提供的熱能增加晶粒的振動(dòng)，使晶粒原子的排列得以重整，晶粒得以藉由缺陷的消失而進(jìn)行再結(jié)晶(recrystalline)。經(jīng)過(guò)再結(jié)晶的晶粒，其內(nèi)應(yīng)力(inner stress)將因錯(cuò)排及缺陷密度的降低而急劇下降。如果回火的溫度再繼續(xù)升高，使再結(jié)晶階段形成的晶粒有足夠的能量克服晶粒間的表面能(surface energy)時(shí)，晶粒將開始在消耗小晶粒的過(guò)程中成長(zhǎng)，形成較大的晶粒，并且使小晶粒的晶界消除，此時(shí)，晶粒的內(nèi)應(yīng)力將更進(jìn)一步的降低。
使用純鋁作為柵層的金屬時(shí)，會(huì)有小凸起的問(wèn)題產(chǎn)生。請(qǐng)參照?qǐng)D1B，其示出回火后的鋁于玻璃襯底的示意圖?；鼗疬^(guò)程的高溫，使鋁晶粒104和玻璃襯底102均產(chǎn)生熱膨脹(thermal expansion)，但鋁的熱膨脹系數(shù)大于玻璃的熱膨脹系數(shù)，使鋁晶粒104產(chǎn)生極大的壓應(yīng)力(compressive stress)，由于鋁附著在玻璃襯底102上，因此鋁原子會(huì)沿著晶界106成長(zhǎng)而在其上方形成小凸起(hillock)110。這種在金屬層上形成的小凸起110，此小凸起會(huì)嚴(yán)重造成元件短路而損壞。
根據(jù)上述，如何在一般半導(dǎo)體工藝或在液晶顯示器的柵層工藝中，應(yīng)用鋁以降低成本，但又可防制小凸起(hillock)的產(chǎn)生，是業(yè)者一重要研究目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的就是在于提供一種不具有小凸起的柵層及其制造方法，在高壓、低功率的成膜(Film Formation)條件下，形成單層或多層純鋁層，并以一含氮的鋁層覆蓋于其上，以避免產(chǎn)生不平坦的小凸起(hillock)，并大幅降低制造成本。
根據(jù)本發(fā)明的目的，提出一種不具有小凸起的柵層(Hillock-free gate)，其在一襯底上形成至少兩層的鋁層，柵層包括形成于襯底上的一純鋁層，以及形成于該純鋁層上方的一含氮的鋁層，其中，位于上方的含氮的鋁層可抑制下方的純鋁層，而有效防制小凸起的產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明的目的，提出另一種不具有小凸起的柵層的制造方法，用以避免在鋁金屬層表面產(chǎn)生不平坦的凸起，其中，柵層位于一襯底上，至少包括兩層的鋁層，制造方法包括步驟(a)在一第一壓力和一第一成膜功率下，于襯底上形成一純鋁層，其中，第一壓力的范圍約在0.5Pa～4Pa之間，第一成膜功率的范圍約在0.1～10w/cm2之間；及(b)在一第二壓力下和一第二成膜功率下，于純鋁層上方形成一含氮的鋁層，其中，含氮的鋁層的膜厚范圍約在100～1000之間。
為讓本發(fā)明的上述目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1A顯示金屬沉積于玻璃襯底的示意圖；圖1B顯示回火后的鋁于玻璃襯底的示意圖；圖2顯示依照本發(fā)明第一實(shí)施例的二層鋁層的示意圖；以及圖3顯示依照本發(fā)明第二實(shí)施例的三層鋁層的示意圖。
附圖中的附圖標(biāo)記說(shuō)明如下102、202、302襯底104晶粒(crystal particle)106晶界(grain boundary)110小凸起(hillock)204、304a、304b純鋁層206、306含氮的鋁層具體實(shí)施方式
本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)在于，在純鋁層的上方形成一含氮的鋁層，以抑制小凸起(hillock)的產(chǎn)生。其中，純鋁層可以是單層或多層，并在高壓、低功率的成膜(Film Formation)條件下形成。
請(qǐng)參照?qǐng)D2，其繪示依照本發(fā)明第一實(shí)施例的二層鋁層的示意圖。在襯底202上，以高壓、低功率的成膜條件形成純鋁層204，其中，壓力范圍約在0.5Pa～4Pa之間，且較優(yōu)選地為1Pa；而成膜功率的范圍約在0.1～10w/cm2之間。接著，在純鋁層204上方形成一含氮的鋁層206，例如是氮化鋁(aluminum nitride，AlN)或氮氧化鋁(aluminum oxide nitride，AlON)，其膜厚范圍約在100～1000之間，且較優(yōu)選地約在300～800之間。至于形成含氮的鋁層206的成膜條件則沒有特殊限制，可采用一般成膜壓力如0.3Pa。位于純鋁層204上方的含氮的鋁層206，可有效抑制小凸起的形成。
請(qǐng)參照?qǐng)D3，其示出依照本發(fā)明第二實(shí)施例的三層鋁層的示意圖。在襯底302上，以高壓、低功率的成膜條件形成第一純鋁層304a，其中，壓力范圍約在0.5Pa～4Pa之間，且較優(yōu)選地為1Pa；而成膜功率的范圍約在0.1～10w/cm2之間。接著，在第一純鋁層304a上方形成第二純鋁層304b。然后，再于第二純鋁層304b上方形成一含氮的鋁層306，例如是氮化鋁(AlN)或氮氧化鋁(AlON)，其膜厚范圍約在100～1000之間，且較優(yōu)選地約在300～800之間。至于形成含氮的鋁層306的成膜條件則沒有特殊限制，可采用一般成膜壓力如0.3Pa。位于最上方的含氮的鋁層306，可有效抑制小凸起的形成。
雖然，第二實(shí)施例中以兩層純鋁層為例做說(shuō)明，但本發(fā)明并不以此為限，也可以是三、四、五層或更多層純鋁層，只要在最上方以含氮的鋁層蓋住下方的鋁層，即可達(dá)到抑制小凸起的效果。甚至在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，本發(fā)明的純鋁層處也可依需要而添加其它元素，但在成本上沒有純鋁層低。
此外，對(duì)多層純鋁層而言，若越接近襯底402的純鋁層顆粒越小，且排列越疏，而越上層的純鋁層顆粒越大，且排列越密，則對(duì)抑制小凸起也有良好的加成效果。然而，本發(fā)明并不限制于此，只要在多層鋁的上方有含氮的鋁層，并配合高壓低功率的條件即可。
以下則針對(duì)本發(fā)明的鋁層結(jié)構(gòu)，做一系列實(shí)驗(yàn)，并經(jīng)過(guò)回火溫度350℃，回火時(shí)間1小時(shí)后，以掃描電子顯微鏡(Scanning electron microscope)觀察鋁層上方是否有小凸起形成。部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表一所示。
表一

實(shí)驗(yàn)一(對(duì)照組)在襯底上，以成膜壓力0.3Pa，成膜濺射功率(Sputtering power)(以下簡(jiǎn)稱成膜功率)6.5w/cm2沉積單層純鋁；接著，再沉積含氮的鋁層于其上。經(jīng)過(guò)回火溫度350℃，回火時(shí)間1小時(shí)后，以掃描式電子顯微鏡(Scanningelectron microscope)觀察鋁層上方是否有小凸起形成。
觀察結(jié)果顯示在低成膜壓力、高成膜功率的情形下，會(huì)產(chǎn)生小凸起。
實(shí)驗(yàn)二(對(duì)照組)在襯底上，以成膜壓力4Pa，成膜功率6.5w/cm2沉積單層純鋁；接著，再沉積含氮的鋁層于其上。經(jīng)過(guò)回火溫度350℃，回火時(shí)間1小時(shí)后，以掃描電子顯微鏡觀察鋁層上方是否有小凸起形成。
觀察結(jié)果顯示雖然成膜壓力已經(jīng)提高至4Pa，但成膜功率并沒有降低，因此仍有少許的小凸起產(chǎn)生。
實(shí)驗(yàn)三在襯底上，以成膜壓力4Pa，成膜功率2.0w/cm2沉積單層純鋁；接著，再沉積含氮的鋁層于其上。經(jīng)過(guò)回火溫度350℃，回火時(shí)間1小時(shí)后，以掃描電子顯微鏡觀察鋁層上方是否有小凸起形成。
觀察結(jié)果顯示成膜壓力提高，成膜功率亦降低的情形下，小凸起可完全被抑制而無(wú)法產(chǎn)生。
實(shí)驗(yàn)四在襯底上，以成膜壓力4Pa，成膜功率2.0w/cm2沉積第一層純鋁，再以成膜壓力4Pa，成膜功率6.5w/cm2沉積第二層純鋁；最后再沉積含氮的鋁層于其上方。經(jīng)過(guò)回火溫度350℃，回火時(shí)間1小時(shí)后，以掃描電子顯微鏡觀察鋁層上方是否有小凸起形成。
觀察結(jié)果顯示在高成膜壓力下，沉積多層純鋁且成膜功率漸增情形下，小凸起亦可完全被抑制而無(wú)法產(chǎn)生。
實(shí)驗(yàn)五在襯底上，以成膜壓力4Pa，成膜功率4.0w/cm2沉積第一層純鋁，再以成膜壓力4Pa，成膜功率6.5w/cm2沉積第二層純鋁；最后再沉積含氮的鋁層于其上方。經(jīng)過(guò)回火溫度350℃，回火時(shí)間1小時(shí)后，以掃描電子顯微鏡觀察鋁層上方是否有小凸起形成。
觀察結(jié)果顯示在高成膜壓力下沉積多層純鋁，且第一層純鋁的成膜功率較實(shí)驗(yàn)四中的成膜功率(2.0w/cm2)要高，小凸起仍可被完全抑制而無(wú)法產(chǎn)生。
由上述結(jié)果可知，本發(fā)明的單層或多層純鋁再覆蓋以一含氮的鋁層，的確可有效防止小突起的產(chǎn)生。
本發(fā)明上述實(shí)施例所公開的不具有小凸起的柵層及其制造方法，其優(yōu)點(diǎn)是成本較傳統(tǒng)使用鉬或鉻等材料要大幅降低，工藝簡(jiǎn)易，且可有效防止小突起的產(chǎn)生，因此，不會(huì)造成后續(xù)沉積他層的不平坦。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例公開如上，但是其并非用以限定本發(fā)明，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可作各種更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以所附權(quán)利要求所確定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種不具有小凸起的柵層，其在一襯底上形成至少兩層的鋁層，該柵層包括一純鋁層，形成于該襯底上，該純鋁層由多個(gè)純鋁晶粒所組成；以及一含氮的鋁層，形成于該純鋁層的上方，該含氮的鋁層由多個(gè)鋁晶粒所組成；其中，位于上方的該含氮的鋁層可抑制下方的該純鋁層，而防止小凸起的產(chǎn)生。
2.如權(quán)利要求1所述的柵層，其中該含氮的鋁層為氮化鋁層(AlN)。
3.如權(quán)利要求1所述的柵層，其中該含氮的鋁層為一含氧的氮化鋁層(AlON)。
4.一種不具有小凸起的柵層的制造方法，用以避免產(chǎn)生不平坦的凸起，其中，該柵層位于一襯底上，至少包括兩層的鋁層，該制造方法包括下列步驟(a)在一第一壓力和一第一成膜功率下，于該襯底上形成一純鋁層，其中，該第一壓力的范圍約在0.5Pa～4Pa之間，該第一成膜功率的范圍約在0.1～10w/cm2之間；以及(b)在一第二壓力下和一第二成膜功率下，于該純鋁層上方形成一含氮的鋁層，其中，該含氮的鋁層的膜厚范圍約在100～1000之間。
5.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其中該第一壓力優(yōu)選地約在1Pa。
6.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其中該第二壓力約為0.3Pa。
7.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其中該含氮的鋁層的膜厚范圍優(yōu)選地約在300～800之間。
8.一種不具有小凸起的柵層的制造方法，用以避免產(chǎn)生不平坦的凸起，其中，該柵層位于一襯底上，包括N層純鋁層與一含氮的鋁層，N為大于1的正整數(shù)，該制造方法包括下列步驟(a)在一第一壓力和一第一成膜功率下，于該襯底上形成一第一純鋁層，并設(shè)定i值為1；(b)將i值加上1；(c)在一第i壓力和一第i成膜功率下，于該第i-1純鋁層上形成一第i純鋁層；(d)在i值小于N時(shí)重復(fù)步驟(b)至(c)，直到i值等于N為止；以及(e)于該第N純鋁層上形成該含氮的鋁層，其中，該第一壓力與該第i壓力的范圍約在0.5Pa～4Pa之間，該第一成膜功率與該第i成膜功率的范圍約在0.1～10w/cm2之間，且該含氮的鋁層的膜厚范圍約在100～1000之間。
9.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其中該第一壓力優(yōu)選地約在1Pa。
10.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其中形成該含氮的鋁層的壓力約為0.3Pa。
11.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其中該含氮的鋁層的膜厚范圍優(yōu)選地約在300～800之間。
12.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其中該含氮的鋁層為氮化鋁層(AlN)。
13.一種不具有小凸起的柵層，其于一襯底上形成N+1層的鋁層，N為大于1的正整數(shù)，該柵層包括N層純鋁層，形成于該襯底上，該些純鋁層由多個(gè)純鋁晶粒所組成；以及一含氮的鋁層，形成于該些純鋁層的上方，該含氮的鋁層由多個(gè)鋁晶粒所組成；其中，位于上方的該含氮的鋁層可抑制下方的該些純鋁層，而防止小凸起的產(chǎn)生。
14.如權(quán)利要求13所述的柵層，其中該含氮的鋁層為氮化鋁層(AlN)。
15.如權(quán)利要求13所述的柵層，其中該含氮的鋁層為一含氧的氮化鋁層(AlON)。
16.一種不具有小凸起的柵層的制造方法，用以避免產(chǎn)生不平坦的凸起，其中，該柵層為一純鋁層，且在一第一壓力和一第一成膜功率下，于一襯底上形成該純鋁層，該第一壓力的范圍約在0.5Pa～4Pa之間，而該第一成膜功率的范圍約在0.1～10w/cm2之間。
17.如權(quán)利要求16所述的制造方法，其中該第一壓力優(yōu)選地約為1Pa。
全文摘要
一種不具有小凸起的柵層及其制造方法，其在高壓、低功率的成膜條件下，形成單層或多層純鋁層，再以一含氮的鋁層覆蓋于其上，以有效防止小凸起的產(chǎn)生，并大幅降低制造成本。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1525541SQ03106409
公開日2004年9月1日 申請(qǐng)日期2003年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月25日
發(fā)明者王程麒 申請(qǐng)人:奇美電子股份有限公司