專利名稱：鑲嵌式內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種鑲嵌導(dǎo)線制程，特別是有關(guān)于一種鑲嵌式內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，于鑲嵌導(dǎo)線制程中，于金屬層表面形成附著度較高的導(dǎo)電性密封層，以改善密封層與金屬層的附著度。
首先，參閱

圖1，提供一半導(dǎo)體基底100；其次，利用金屬化制程在半導(dǎo)體基底100上形成一內(nèi)連線110；接著，形成一密封層120以覆蓋內(nèi)連線110；然后于密封層120表面形成介電層130，其中，密封層120的材質(zhì)可為氮化硅(SiN)或碳化硅(SiC)，其作用是用來密封內(nèi)連線110，并防止內(nèi)連線110的金屬難于擴散至其它區(qū)域而造成線路短路，而介電層130可為單一層或者由多層的雜合低阻質(zhì)介電材料所構(gòu)成，其可視需要加以調(diào)整；參閱圖2，再以鑲嵌制程定義介電層130，形成貫穿介電層130及密封層120且連接內(nèi)連線110的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)140；參閱圖3，先以物理或化學(xué)氣相沉積法于介電層130和雙鑲嵌結(jié)構(gòu)140內(nèi)壁形成阻障層150；接著，于阻障層150表面以化學(xué)氣相沉積法或者物理氣相沉積法形成導(dǎo)電性較佳的金屬層160，并將雙鑲嵌結(jié)構(gòu)140填滿，其中，金屬層160的材料可為導(dǎo)電性較佳的銅、鋁、鎢、鋁銅合金等；參閱圖4，于金屬層160形成后，利用化學(xué)機械研磨法(CMP)進行平坦化處理，將雙鑲嵌結(jié)構(gòu)140以外的多余金屬層160和阻障層150去除；最后，于金屬層表面覆蓋一密封層170，此密封層170與上述密封層120的材質(zhì)相同。其主要缺陷在于1、上述密封層120及170并無法提供與金屬層110及160之間良好的附著度。以傳統(tǒng)習(xí)用的密封層來說，一般是采用氮化硅或碳化硅作為密封層的材料，上述材質(zhì)的密封層并無法與銅金屬層附著，導(dǎo)致電致遷移(electro-migration)效應(yīng)發(fā)生，并使得銅擴散至其它不必要的位置。
2、在化學(xué)機械研磨制程后，通常會在金屬層表面產(chǎn)生金屬氧化物，若未將其去除，將提高金屬導(dǎo)線的阻抗，并影響金屬導(dǎo)線的電致遷移效應(yīng)。
3、因為金屬氧化物的產(chǎn)生，將造成金屬導(dǎo)線的表面隆起，使得后續(xù)制程所形成的密封層無法有效與金屬層附著，更降低了金屬層與密封層的附著度，進而影響后續(xù)組件的制造以及產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種鑲嵌式內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，僅于金屬層表面形成一導(dǎo)電性密封層，此導(dǎo)電性密封層的材質(zhì)為鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)等，且其厚度的范圍約為20-150埃之間，克服現(xiàn)有技術(shù)的弊端，達到使密封層與金屬層具有較佳的附著度的目的。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的1、一種鑲嵌式內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是它至少依次包含下列步驟(1)提供一半導(dǎo)體基底；(2)形成一介電層于所述基底上；(3)蝕刻所述介電層，以形成一溝槽；(4)形成一阻障層于所述介電層及溝槽的側(cè)壁及底部；(5)形成一金屬層于所述阻障層，并填滿所述溝槽；(6)執(zhí)行化學(xué)機械研磨制程，以進行所述金屬層表面的平坦化處理；(7)形成一導(dǎo)電性密封層以覆蓋所述金屬層的表面。
該方法它更包括下列步驟于執(zhí)行化學(xué)機械研磨制程后，執(zhí)行同步還原制程，通過通入還原氣體，以除去所述金屬層表面的金屬氧化物。所述密封層的材質(zhì)選自鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭的其中之一。所述金屬層的材料為銅。所述還原氣體為硅烷。所述還原氣體選自氨氣、氫氣、硅烷的至少一種。所述導(dǎo)電性密封層厚度的范圍為20-150埃之間。
另一種鑲嵌式內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是它至少依次包含下列步驟
(1)提供具有內(nèi)連線的半導(dǎo)體基底；(2)形成第一導(dǎo)電性密封層以覆蓋所述的內(nèi)連線；(3)形成一介電層以覆蓋所述第一導(dǎo)電性密封層及半導(dǎo)體基底；(4)以鑲嵌制程界定所述介電層，形成貫穿所述介電層并連接所述第一導(dǎo)電性密封層的鑲嵌結(jié)構(gòu)；(5)形成一阻障層于所述介電層及鑲嵌結(jié)構(gòu)的側(cè)壁及底部；(6)形成一金屬層于所述阻障層，并填滿所述鑲嵌結(jié)構(gòu)；(7)執(zhí)行化學(xué)機械研磨制程，以進行所述鑲嵌結(jié)構(gòu)表面的平坦化處理；(8)執(zhí)行同步還原制程，通入一還原氣體，以除去所述金屬層表面的金屬氧化物；(9)形成一第二導(dǎo)電性密封層以覆蓋所述金屬層及介電層。
所述第一及第二導(dǎo)電性密封層的材質(zhì)為選自鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭的其中之一。所述金屬層的材料為銅。所述還原氣體為選自氨氣、氫氣、硅烷的至少一種。所述第一及第二導(dǎo)電性密封層厚度的范圍為20-150埃之間。
下面結(jié)合較佳實施例配合附圖詳細說明。
圖5-圖14是本發(fā)明的鑲嵌導(dǎo)線制程的剖面示意圖。
具體實施例方式
參閱圖5-14所示，本發(fā)明的鑲嵌導(dǎo)線剖面制程包括如下步驟參閱圖5所示，提供一半導(dǎo)體基底200；接著，于基底200上形成一內(nèi)金屬介電層(interretal dielectric layer)210，其中，內(nèi)金屬介電層210為單一層或者由多層的雜合低阻質(zhì)介電材料所構(gòu)成，其組成分可視需要加以調(diào)整；參閱圖6所示，利用微影技術(shù)(lithography technofogy)蝕刻內(nèi)金屬介電層210，以形成溝槽220A及220B，在此可以非等向蝕刻(anisotropically etching process)蝕刻內(nèi)金屬介電層210，而溝槽220A及220B的深度約為2000-6000埃。
參閱圖7所示，于內(nèi)金屬介電層210及溝槽220A及220B的側(cè)壁及底部形成一阻障層230；接著，于阻障層230形成金屬層240，其中，金屬層240材料可為導(dǎo)電性較佳的銅、鋁、鎢、鋁銅合金等。在本實施例中，是以銅金屬為例，并將溝槽220A及220B填滿。
參閱圖8所示，執(zhí)行化學(xué)機械研磨制程，將位于內(nèi)金屬介電層210上方的阻障層230及金屬層240移除。
然而，在執(zhí)行化學(xué)機械研磨制程的過程中，位于溝槽220A及220B中所剩余的金屬層240表面，將可能因為化學(xué)機械研磨制程，而產(chǎn)生金屬氧化物(Cu2O)，此金屬氧化物將造成金屬層240的表面隆起，使得后續(xù)制程所形成的密封層無法有效與金屬層240附著，降低了金屬層與密封層的附著度，并影響產(chǎn)品的可靠度。
因此，執(zhí)行同步還原制程，將因為化學(xué)機械研磨制程所產(chǎn)生金屬氧化物(Cu2O)通過自由基取代的方式而還原成銅金屬，其方式是通入還原氣體至腔室中，以還原上述金屬氧化物。在本實施例中，還原氣體可為氨氣(NH3)、氫氣(H2)、硅烷(SiH4)，或者是氨氣(NH3)與氫氣(H2)的混合氣體，以及硅烷(SiH4)與氫氣(H2)的混合氣體，在此是以硅烷(SiH4)為例。而執(zhí)行同步還原制程的條件如下還原氣體流速范圍為20-400sccm之間，腔室氣壓范圍為0.01-10.0torr之間，操作溫度范圍為180-620℃之間。
當同步還原制程執(zhí)行完畢之后，即可消除金屬層240表面因為化學(xué)機械研磨制程所產(chǎn)生的金屬氧化物(Cu2O)，并使得金屬層240的表面達到平坦化的效果。
參閱圖9所示，分別于金屬層240表面形成導(dǎo)電性密封層250，亦即此時密封層250是僅覆蓋于金屬層240表面，上述導(dǎo)電性密封層250的材質(zhì)可為鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)等，且其厚度的范圍約為20-150埃之間。另外，上述導(dǎo)電性密封層250形成于金屬層240的技術(shù)可包括濺鍍制程、特定的化學(xué)反應(yīng)、金屬硅化物反應(yīng)等。
在本實施例中，形成導(dǎo)電性密封層250即可提高半導(dǎo)體組件的可靠度。其原因在于導(dǎo)電性密封層250與金屬層240之間的接面將根據(jù)導(dǎo)電性密封層250的材質(zhì)而形成對應(yīng)的化合物，例如，銅鈦合金(CuTi)、銅鈦氮化合物(CuTiN)、銅鉭合金(CuTa)、銅鉭氮化合物(CuTaN)等，使得導(dǎo)電性密封層250與金屬層240緊密結(jié)合，大幅提高導(dǎo)電性密封層250與金屬層240的附著度。
參閱圖10所示，于導(dǎo)電性密封層250表面形成內(nèi)金屬介電層260。其中，內(nèi)金屬介電層260可為單一層或者由多層的雜合低阻質(zhì)介電材料所構(gòu)成，其可視需要加以調(diào)整。
參閱圖11所示，再以鑲嵌制程定義內(nèi)金屬介電層260，形成一貫穿內(nèi)金屬介電層260并與導(dǎo)電性密封層250連接的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)270A以及鑲嵌溝渠270B。
參閱圖12，先以物理或化學(xué)氣相沉積法于內(nèi)金屬介電層260和雙鑲嵌結(jié)構(gòu)270A、270B內(nèi)壁形成阻障層280；接著，于阻障層280表面以化學(xué)氣相沉積法形成導(dǎo)電性較佳的金屬層290，并將雙鑲嵌結(jié)構(gòu)270A、270B填滿。其中，金屬層290的材料可為導(dǎo)電性較佳的銅、鋁、鎢、鋁銅合金等，在本實施例中，以銅金屬為例說明。
參閱圖13所示，執(zhí)行化學(xué)機械研磨制程，將位于內(nèi)金屬介電層260上方的阻障層280及金屬層290移除。然而，于先前的情況相同，金屬層290表面將因為化學(xué)機械研磨制程而產(chǎn)生不必要的金屬氧化物(Cu2O)。
因此，執(zhí)行同步還原制程，將因為化學(xué)機械研磨制程所產(chǎn)生金屬氧化物(Cu2O)，通過由自由基取代的方式，還原成銅金屬，其方式是通入還原氣體至腔室中，以還原上述金屬氧化物。在本發(fā)明中，還原氣體可為氨氣(NH3)、氫氣(H2)、硅烷(SiH4)，或者是氨氣(NH3)與氫氣(H2)的混合氣體，在本實施例中，是采用含硅氣體作為還原氣體。而執(zhí)行同步還原制程的條件如下還原氣體流速范圍為20-400sccm之間，腔室氣壓范圍為0.01-10.0torr之間，操作溫度范圍為180-620℃之間。
參閱圖14所示，分別于金屬層290表面形成導(dǎo)電性密封層300，亦即此時密封層300是僅覆蓋于金屬層290表面，上述導(dǎo)電性密封層300的材質(zhì)可為鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)等，且其厚度的范圍約為20-150埃之間。另外，上述導(dǎo)電性密封層300形成于金屬層290的技術(shù)可包括濺鍍制程、特定的化學(xué)反應(yīng)、金屬硅化物反應(yīng)等。
同樣的，在本實施例中，通過形成導(dǎo)電性密封層300，提高半導(dǎo)體組件的可靠度。其原因在于導(dǎo)電性密封層300與金屬層290之間的接面將根據(jù)導(dǎo)電性密封層300的材質(zhì)而形成對應(yīng)的化合物，例如，銅鈦合金(CuTi)、銅鈦氮化合物(CuTiN)、銅鉭合金(CuTa)、銅鉭氮化合物(CuTaN)等，使得導(dǎo)電性密封層300與金屬層290緊密結(jié)合，大幅提高導(dǎo)電性密封層300與金屬層290的附著度。再者，將密封層250形成于金屬層240表面后，由于密封層250為導(dǎo)電性的緣故，當后續(xù)步驟所形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)270A中的金屬層290欲與金屬層240電性連結(jié)時，無須將密封層250去除即可完成，以此可減少金屬層240氧化的機會，提高了對于制程等候時間(queuetime)控制的彈性。
綜上所述，根據(jù)本發(fā)明所述的鑲嵌導(dǎo)線制程，將具有上述材質(zhì)的導(dǎo)電性密封層形成于金屬層時，由于導(dǎo)電性密封層材質(zhì)的特性，將緊密的附著于金屬層。提高半導(dǎo)體組件的可靠度，并改善了傳統(tǒng)技術(shù)于附著性以及電致遷移效應(yīng)的問題。
本發(fā)明雖以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟習(xí)此項技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，所做些許的更動與潤飾，都屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鑲嵌式內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是它至少依次包含下列步驟(1)提供一半導(dǎo)體基底；(2)形成一介電層于所述基底上；(3)蝕刻所述介電層，以形成一溝槽；(4)形成一阻障層于所述介電層及溝槽的側(cè)壁及底部；(5)形成一金屬層于所述阻障層，并填滿所述溝槽；(6)執(zhí)行化學(xué)機械研磨制程，以進行所述金屬層表面的平坦化處理；(7)形成一導(dǎo)電性密封層以覆蓋所述金屬層的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑲嵌式內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是它還包括下列步驟于執(zhí)行化學(xué)機械研磨制程后，執(zhí)行同步還原制程，通過通入還原氣體，以除去所述金屬層表面的金屬氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鑲嵌式內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是所述密封層的材質(zhì)選自鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭的其中之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鑲嵌式內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是所述金屬層的材料為銅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鑲嵌式內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是所述還原氣體為硅烷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鑲嵌式內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是所述還原氣體選自氨氣、氫氣、硅烷的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鑲嵌式內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是所述導(dǎo)電性密封層厚度的范圍為20-150埃之間。
8.一種鑲嵌式內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是它至少依次包含下列步驟(1)提供具有內(nèi)連線的半導(dǎo)體基底；(2)形成第一導(dǎo)電性密封層以覆蓋所述的內(nèi)連線；(3)形成一介電層以覆蓋所述第一導(dǎo)電性密封層及半導(dǎo)體基底；(4)以鑲嵌制程界定所述介電層，形成貫穿所述介電層并連接所述第一導(dǎo)電性密封層的鑲嵌結(jié)構(gòu)；(5)形成一阻障層于所述介電層及鑲嵌結(jié)構(gòu)的側(cè)壁及底部；(6)形成一金屬層于所述阻障層，并填滿所述鑲嵌結(jié)構(gòu)；(7)執(zhí)行化學(xué)機械研磨制程，以進行所述鑲嵌結(jié)構(gòu)表面的平坦化處理；(8)執(zhí)行同步還原制程，通入一還原氣體，以除去所述金屬層表面的金屬氧化物；(9)形成一第二導(dǎo)電性密封層以覆蓋所述金屬層及介電層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鑲嵌式內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是所述第一及第二導(dǎo)電性密封層的材質(zhì)為選自鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭的其中之一。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鑲嵌式內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是所述金屬層的材料為銅。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鑲嵌式內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是所述還原氣體為硅烷。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鑲嵌式內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是所述還原氣體為選自氨氣、氫氣、硅烷的至少一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鑲嵌式內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是所述第一及第二導(dǎo)電性密封層厚度的范圍為20-150埃之間。
全文摘要
一種鑲嵌式內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，依次包括下列步驟形成介電層于半導(dǎo)體基底；蝕刻上述介電層形成溝槽；于介電層及溝槽的側(cè)壁及底部形成阻障層；形成金屬層于上述阻障層，并填滿上述溝槽；執(zhí)行化學(xué)機械研磨制程，移除位于介電層上方的阻障層及金屬層；執(zhí)行同步還原制程，通入硅烷氣體，以消除金屬層表面的金屬氧化物；于金屬層表面形成一導(dǎo)電性密封層，使其覆蓋金屬層。具有使密封層與金屬層具有較佳的附著度的功效。
文檔編號H01L21/70GK1404131SQ0113105
公開日2003年3月19日 申請日期2001年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月10日
發(fā)明者徐震球, 李世達, 陳隆, 王清帆 申請人:矽統(tǒng)科技股份有限公司