專利名稱：將蓋層設置于內金屬介電層上的內連線結構及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種半導體組件的內連線結構，特別是有關于一種將蓋層設置于內金屬介電層上的內連線結構及其制作方法。
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圖1-圖4所示，其顯示傳統(tǒng)制作內連線結構的方法的剖面示意圖。如圖1所示，一半導體基底10包含有多數個第一金屬導線層12、第一氧化層14是覆蓋于第一金屬導線層12上、第二氧化層16是形成于第一氧化層14表面上。
第一氧化層14的制作方式可采用高密度電漿化學氣相沉積(high densityplasma chemical vapor deposition，HDPCVD)制程或是電漿強化式化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor dcposition，PECVD)制程，以使第一氧化層14填滿第一金屬導線層12之間的空隙。
第二氧化層16的制作方式可采用PECVD制程，以使第二氧化層16沉積到達一預定厚度，用作為后續(xù)CMP制程的犧牲層。
如圖2所示，利用CMP方法將第二氧化層16的頂部平坦化，而存留的第二氧化層16以及第一氧化層14是作為一IMD層18，可用來隔絕后續(xù)制作的內連線結構。
如圖3所示，先于第二氧化層16表面上定義形成一具有圖案的光阻層19，再進行非等向性蝕刻制程，將未被光阻層19覆蓋的IMD層18去除，直至曝露出第一金屬導線層12的頂部，便形成多數個介層洞(via hole)20。
如圖4所示，將光阻層19去除之后，于整個基底10表面上沉積一導電層，并使導電層填滿每一個介層洞20。
然后，利用微影與蝕刻制程，將導電層定義形成多數個第二金屬導線層24，而存留在介層洞20內的導電層則成為一接觸插塞22，可用來電連接第一金屬導電層12與第二金屬導電層24。如此一來，第一金屬導電層12、接觸插塞22以及第二金屬導電層24構成一個直立堆迭的內連線結構。上述的內連線結構具有以下急需克服的缺點1、首先，第二金屬導線層24與MD層18之間的粘著性不佳；2、其次，IMD層18的出氣(out gassing)效應容易導致第二金屬導線層24的剝離現象，尤其當IMD層18的材質為低介電常數的有機材料時，出氣效應會益加明顯。這些缺點會降低內連線結構的可靠度及其優(yōu)良率。
本發(fā)明的目的是這樣實現的一種將蓋層設置于內金屬介電層上的內連線結構，其特征是它至少包括第一金屬導線層是定義形成于半導體基底上；內金屬介電層是形成于該第一金屬導線層上；接觸插塞是貫穿該內金屬介電層與該第一金屬導線層的頂部形成電連接；第二金屬導線層是定義形成于該內金屬介電層的表面上，且與該接觸插塞的頂部形成電連接；蓋層是設置于該內金屬介電層頂部與該第二金屬導線層底部之間。
該蓋層是選自以下任一的無機材質SiON、SiO2、SiC、SiN或是其它低介電常數的無機材質。該蓋層是由有機材質所構成。該內金屬介電層的材質是為化學氣相沉積制程所制作的氧化硅。該內金屬介電層包含有第一氧化層是以密度電漿化學氣相沉積制程形成于該第一金屬導線層上；以及第二氧化層是以電漿強化式化學氣相沉積制程形成于該第一氧化層上。該內金屬介電層的材質是旋涂制程所形成的低介電常數的有機材料。該內金屬介電層具有平坦的表面。
本發(fā)明還提供一種將蓋層設置于內金屬介電層上的內連線結構的制作方法，其特征是它至少包括有下列步驟(1)提供一半導體基底，其包含有第一金屬導線層及內金屬介電層是覆蓋于該第一金屬導線層上；(2)將該內金屬介電層的表面平坦化；(3)于該內金屬介電層的平坦表面上形成一蓋層；(4)形成一介層洞，該介層洞貫穿該內金屬介電層且曝露談第一金屬導線層的頂部；(5)于該介層洞內填滿一接觸插塞；(6)于該接觸插塞頂部形成第二金屬導線層；(7)蓋層是形成于該內金屬介電層頂部與該第二金屬導線層底部之間。
該蓋層是選自以下任一的無機材質所SiON、SiO2、SiC、SiN或是其它由化學氣相沉積制程所制作的低介電常數的無機材質。該蓋層是由旋涂制程所制作的有機材質所構成。該內金屬介電層的材質是化學氣相沉積制程所制作的氧化硅。
該內金屬介電層的制作方法包含有下列步驟
進行密度電漿化學氣相沉積制程，于該第一金屬導線層上形成第一氧化層，以及進行電漿強化式化學氣相沉積制程，于該第一氧化層上形成第二氧化層。該內金屬介電層的材質是旋涂制程所形成的低介電常數的有機材料。
下面結合較佳實施例和附圖進一步說明。
圖5-圖10是本發(fā)明制作內連線結構的方法的剖面示意圖。
圖11是本發(fā)明的另一種內連線結構的剖面示意圖。
如圖5所示，提供一半導體基底30，其內部制作有電晶體、二極體、其它半導體組件或其它金屬內連線層。首先，進行沉積、微影與蝕刻制程，于基底30表面上定義形成多數個第一金屬導電層32，用來作為內連線結構的第一層導線。第一金屬導電層32的材質可選用鋁、含硅或銅的鋁合金、銅合金或是多層金屬結構。在較佳實施例中，第一金屬導電層32是制作成多層金屬結構，其包含有第一Ti層、第一TiN層、AlCu層、第一Ti層以及第二TiN層。
然后，進行HDPCVD制程，以于基底30的整個表面上沉積一具有低介電常數的第一氧化層34，并使第一氧化層34填滿金屬導電層32之間的空隙。由于HDPCVD制程是同時進行沉積制程與蝕刻制程，因此形成于金屬導電層32頂部的第一氧化層34是呈錐形輪廓。此外，也可采用PECVD制程來沉積第一氧化層34。隨后，進行PECvD制程，于第一氧化層34表面上沉積一具有低介電常數的第二氧化層36，而且第二氧化層36的表面高度是隨著第一氧化層34的表面起伏而呈現相似的輪廓。此外，第二氧化層36需到達一預定厚度，以提供作為后續(xù)MP制程的研磨犧牲層。
如圖6所示，進行CMP制程，將第二以化層36的表面平坦化，則存留的第一氧化層34以及第二氧化層36是用作為一IMD層38。
跟著，如圖7所示，于IMD層38的平坦表面上形成一蓋層40，可用來防止IMD層38的出氣現象，并可增加IMD層38與后續(xù)制作的金屬導線層之間的粘著性，蓋層40的材質可選用CVD制作的無機材質，如SiON、SiO2、SiC、SiN或是其它介電常數小于4的介電材料，亦可選用以旋涂(spin-on coating)方式制作的有機材質，如chromophone。
如圖8、9所示，先于蓋層40表面上定義形成一具有圖案的光阻層42，再進行非等向性蝕刻制程，如反應性離子蝕刻(reactive ion etching，RIE)制程，將未被光阻層42覆蓋的蓋層40、第二氧化層36與第一氧化層34依序去除，直至曝露出金屬導線32的頂部，以形成多數個介層洞44。隨后將光阻層42剝除。值得注意的是，當蓋層40的材質為SiON、SiO2、SiC或SiN時，在定義光阻層42圖案的曝光制程中，蓋層40可用作為一種四分之的一波片(quarter-waveplate)，可以防止光線穿透蓋層40下方的沉基層，還可防止光線反射回光阻層42中。因此，介層洞44的臨界尺寸可以盡量縮小，進而達到下一世代的半導體制程要求。
如圖10所示，于基底30的整個表面上沉積一導電層以使其填滿介層洞44。在較佳實施例中，導電層的材質可選用鋁、含硅或銅的鋁合金、銅合金。然后，進行微影、蝕刻制程并以蓋層44作為一蝕刻停止層，將導電層定義形成多數個第二金屬導線層48，用來作為內連線結構的第二層導線。至于存留在介層洞44內的導電層則成為一接觸插塞46，可用來電連接第一金屬導線層32與第二金屬導線層48。如此一來，第一金屬導線層32、接觸插塞46以及第二金屬導線層48構成一個直立堆迭的內連線結構。
在本發(fā)明的內連線結構中，蓋層40是設置于IMD層38頂部與第二金屬導線層48底部之間，可用來增加IMD層38與第二金屬導線層48之間的附著性，并可防止第二金屬導線層48發(fā)生剝離的現象，還可避免IMD層38的出氣現象所造成的問題。因此本發(fā)明的內連線結構具有較佳的可靠度。另外，在對光阻層42進行曝光制程時，蓋層40具有抗反射涂層的功能；在定義第二金屬導線層48時，蓋層40則具有蝕刻停止層的功能。因此，本發(fā)明的制作內連線結構的方法，較為簡單且能提升優(yōu)良率。
除此之外，如圖11所示，上述的第一氧化層34以及第二氧化層36均可以具有低介電常數的有機材質取代，而成為一IMD層38’，其材質可為旋涂式玻璃(spin-onglass，SOG)、旋涂式高分子(spin-on polymer，SOP)，如FLARE、SILK、Paryene、PAE-11或是其它可由旋涂方法制作的低介電常數的有機材料。改用旋涂方式制作IMD層38’，可以進一步簡化內連線結構的制程、降低制作成本。
雖然本發(fā)明已以一較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，所作些許的更動與潤飾，都屬于本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種將蓋層設置于內金屬介電層上的內連線結構，其特征是它至少包括第一金屬導線層是定義形成于半導體基底上；內金屬介電層是形成于該第一金屬導線層上；接觸插塞是貫穿該內金屬介電層與該第一金屬導線層的頂部形成電連接；第二金屬導線層是定義形成于該內金屬介電層的表面上，且與該接觸插塞的頂部形成電連接；蓋層是設置于該內金屬介電層頂部與該第二金屬導線層底部之間。
2.根據權利要求1所述的將蓋層設置于內金屬介電層上的內連線結構，其特征是該蓋層是選自以下任一的無機材質所SiON、SiO2、SiC、SiN或是其它低介電常數的無機材質。
3.根據權利要求1所述的將蓋層設置于內金屬介電層上的內連線結構，其特征是該蓋層是由有機材質所構成。
4.根據權利要求1所述的將蓋層設置于內金屬介電層上的內連線結構，其特征是該內金屬介電層的材質是為化學氣相沉積制程所制作的氧化硅。
5.根據權利要求4所述的將蓋層設置于內金屬介電層上的內連線結構，其特征是該內金屬介電層包含有第一氧化層是以密度電漿化學氣相沉積制程形成于該第一金屬導線層上；以及第二氧化層是以電漿強化式化學氣相沉積制程形成于該第一氧化層上。
6.根據權利要求1所述的將蓋層設置于內金屬介電層上的內連線結構，其特征是該內金屬介電層的材質是旋涂制程所形成的低介電常數的有機材料。
7.根據權利要求1所述的將蓋層設置于內金屬介電層上的內連線結構，其特征是該內金屬介電層具有平坦的表面。
8.一種權利要求1所述的將蓋層設置于內金屬介電層上的內連線結構的制作方法，其特征是它至少包括有下列步驟(1)提供一半導體基底，其包含有第一金屬導線層及內金屬介電層是覆蓋于該第一金屬導線層上；(2)將該內金屬介電層的表面平坦化；(3)于該內金屬介電層的平坦表面上形成一蓋層；(4)形成一介層洞，該介層洞貫穿該內金屬介電層且曝露談第一金屬導線層的頂部；(5)于該介層洞內填滿一接觸插塞；(6)于該接觸插塞頂部形成第二金屬導線層；(7)蓋層是形成于該內金屬介電層頂部與該第二金屬導線層底部之間。
9.根據權利要求8所述的將蓋層設置于內金屬介電層上的內連線結構的制作方法，其特征是該蓋層是選自以下任一的無機材質所SiON、SiO2、SiC、SiN或是其它由化學氣相沉積制程所制作的低介電常數的無機材質。
10.根據權利要求8所述的將蓋層設置于內金屬介電層上的內連線結構的制作方法，其特征是該蓋層是由旋涂制程所制作的有機材質所構成。
11.根據權利要求8所述的將蓋層設置于內金屬介電層上的內連線結構的制作方法，其特征是該內金屬介電層的材質是化學氣相沉積制程所制作的氧化硅。
12.根據權利要求11所述的將蓋層設置于內金屬介電層上的內連線結構的制作方法，其特征是該內金屬介電層的制作方法包含有下列步驟進行密度電漿化學氣相沉積制程，于該第一金屬導線層上形成第一氧化層，以及進行電漿強化式化學氣相沉積制程，于該第一氧化層上形成第二氧化層。
13.根據權利要求8所述的將蓋層設置于內金屬介電層上的內連線結構的制作方法，其特征是該內金屬介電層的材質是旋涂制程所形成的低介電常數的有機材料。
全文摘要
一種將蓋層設置于內金屬介電層上的內連線結構及其制造方法，它至少包括第一金屬導線層是定義形成于半導體基底上；內金屬介電層是形成于第一金屬導線層上；接觸插塞是貫穿內金屬介電層與第一金屬導線層的頂部形成電連接；第二金屬導線層是定義形成于內金屬介電層的表面上，且與接觸插塞的頂部形成電連接；蓋層是設置于內金屬介電層頂部與第二金屬導線層底部之間。具有降低出氣效應、提高內連線結構的可靠度及優(yōu)良率的功效。
文檔編號H01L23/535GK1426107SQ01140360
公開日2003年6月25日 申請日期2001年12月11日 優(yōu)先權日2001年12月11日
發(fā)明者徐震球, 李世達, 蔡政翰 申請人:矽統(tǒng)科技股份有限公司