專利名稱：制作金屬互連線及其金屬間介電層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種制作金屬互連線及金屬間介電層的方法，尤指一種制作 具有低電阻的厚金屬互連線，以及其所需的厚金屬間介電層的方法。
背景技術(shù)：
在集成電路的制作過程中，金屬互連線(metal interconnects)制作于電子 元件的上方，其作用為負(fù)責(zé)傳遞電子元件所發(fā)出的信號(hào)，或是將外部信號(hào)傳 遞給電子元件。由于金屬互連線負(fù)責(zé)信號(hào)的傳遞，因此其電阻值為信號(hào)傳遞 速度衰減的主要因素，當(dāng)金屬互連線的電阻值過高時(shí)，信號(hào)傳遞速衰減將使 電子產(chǎn)品的反應(yīng)速度受到影響而減緩，同時(shí)電子產(chǎn)品的能耗表現(xiàn)也會(huì)因電阻 值過高而增加。
依據(jù)電學(xué)的基本原理，導(dǎo)線的電阻值與其截面積呈反比，因此若金屬互 連線的厚度愈厚，可使其電阻值降低。以現(xiàn)行技術(shù)而言，金屬互連線多利用 銅鑲嵌工藝所制作出的多級(jí)金屬互連線(multilevel interconnects)所構(gòu)成，銅 鑲嵌工藝先形成金屬間介電層，并在金屬間介電層定義出溝槽，接著再在金 屬間介電層上沉積銅金屬層并填滿溝槽，最后再利用化學(xué)機(jī)械拋光工藝將溝 槽外的銅金屬層磨除，之后再重復(fù)上述步驟直至制作出所需的數(shù)道金屬互連 線。然而由于每一道銅鑲嵌工藝均必須搭配一次化學(xué)機(jī)械工藝，因此會(huì)增加 制作成本并影響成品率。此外，已知制作金屬間介電層的方法主要有二種， 一種先沉積硼磷硅玻璃(BPSG glass),再利用熱回流(thermal reflow)方式平坦 硼磷硅玻璃以形成氧化硅層，而另 一種則是利用旋涂式玻璃(spin-on-glass, SOG)工藝，將介電材料溶于溶劑中并利用旋涂方式涂布于晶片上，再經(jīng)過 適當(dāng)?shù)臒崽幚砣コ軇┮灾谱鞒鲎鳛榻饘匍g介電層的氧化硅層。然而利用上 述方法形成的金屬間介電層的介電常數(shù)往往無法符合部分電子元件，例如高 頻元件或微機(jī)電元件在信號(hào)傳遞時(shí)的電性要求，而造成應(yīng)用上的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種制作金屬互連線的方法，以簡(jiǎn)化金屬互 連線工藝。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種制作金屬間介電層的方法，以提升金屬 間介電層的厚度與絕緣應(yīng)用范圍。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種制作金屬互連線的方法。首先提供基底， 并在該基底上形成第一犧牲圖案，其中該第一犧牲圖案包含有多個(gè)第一開 口。接著進(jìn)行第一鍍膜工藝，在各該第一開口中形成第一金屬互連線圖案。 隨后去除該第一犧牲圖案，并在該基底與這些第一金屬互連線圖案上形成第 二犧牲圖案，其中該第二犧牲圖案包含有多個(gè)第二開口，曝露出部分該第一 金屬互連線圖案。之后進(jìn)行第二鍍膜工藝，在各該第二開口中形成第二金屬 互連線圖案，再去除該第二犧牲圖案，并在該基底、這些第一金屬互連線圖 案與這些第二金屬互連線圖案上形成金屬間介電層。最后平坦化該金屬間介 電層直至曝露出該第二金屬互連線圖案。


圖1至圖6為本發(fā)明制作金屬互連線與其金屬間介電層的優(yōu)選實(shí)施例的 方法示意圖。
附圖標(biāo)記說明
10基底12熱氧化層
14第一犧牲圖案16第一開口
18第一金屬互連線圖案20晶種層
22第二犧牲圖案24第二開口
26第二金屬互連線圖案28表面處理工藝
30金屬間介電層32表面處理工藝
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參考圖1至圖6。圖1至圖6為本發(fā)明制作金屬互連線與其金屬間介 電層的優(yōu)選實(shí)施例的方法示意圖。如圖l所示，首先提供基底IO，例如半導(dǎo) 體晶片(如硅晶片或硅覆絕緣(SOI)晶片)，其中基底10中可包含有已制作完 成并待進(jìn)行金屬互連線工藝的電子元件(圖未示)。接著在基底10的表面形成
熱氧4匕層(thermal oxide layer)12, 4乍為應(yīng)力纟爰沖層(stress buffer layer)與避免后 續(xù)金屬互連線發(fā)生擴(kuò)散的擴(kuò)散防止層(di伍ision barrier layer)之用。其中在本 發(fā)明的其它實(shí)施例中，可視需要不在基底IO的表面形成熱氧化層12。隨后， 在熱氧化層12的表面形成晶種層20 。晶種層20可利用濺鍍(sputter)或其它 沉積技術(shù)加以形成，且其可為鈦化鎢/銅薄膜、鉻/金薄膜或鈦/金薄膜等金屬 薄膜。
接著在晶種層20的表面形成第一犧牲圖案14,例如光致抗蝕劑圖案， 第一犧牲圖案14包含有多個(gè)第一開口 16。之后，進(jìn)行第一鍍膜(plating)工藝， 在第一開口 16中形成第一金屬互連線圖案18,其中本實(shí)施例利用電鍍 (electroplating)工藝或無電鍍(electroless plating)工藝在第一開口 16中形成銅 金屬層作為第一金屬互連線圖案18的材料。第一金屬互連線圖案18的厚度 約為4至6微米。值得說明是第一金屬互連線圖案18的材料并不限于銅， 且其厚度亦不限定為上述厚度范圍。此外，于電鍍第一金屬互連線圖案18 時(shí)，需控制工藝時(shí)間等參數(shù)使其厚度不超過第一犧牲圖案14的厚度。
如圖2所示，去除第一犧牲圖案14,并于熱氧化層12與第一金屬互連 線圖案18上形成第二犧牲圖案22,例如光致抗蝕劑圖案，其中第二犧牲圖 案22包含有多個(gè)第二開口 24,曝露出部分第一金屬互連線圖案18。隨后， 再進(jìn)行第二鍍膜工藝，在第二開口 24中形成第二金屬互連線圖案26。其中 在本實(shí)施例中第二金屬互連線圖案26為插塞層(plug layer),且第二鍍膜工藝 以電鍍工藝或非電鍍工藝方式在第一金屬互連線圖案18的表面形成銅金屬 層。另外，第二金屬互連線圖案26的厚度約介于4至6微米的間，但第二 金屬互連線圖案26的材料并不限于銅，且其厚度亦不限定為上述厚度范圍。 如圖3所示，接著去除第二犧牲圖案22，以及未被第一金屬互連線圖案 18覆蓋的晶種層20，即完成本實(shí)施例的金屬互連線的制作，而本實(shí)施例的 第一金屬互連線圖案18與第二金屬互連線圖案26的總厚度可達(dá)到8至12 微米以上，而欲制作的金屬間介電層的厚度必須完全覆蓋過第一金屬互連線 圖案18與第二金屬互連線圖案26，因此金屬互連線層的厚度約需達(dá)到12 微米以上，在此狀況下為避免金屬間介電層的應(yīng)力過高與提升其附著力，本 實(shí)施例的方法在后續(xù)制作金屬間介電層之前另包含有對(duì)第一金屬互連線圖 案18與第二金屬互連線圖案26進(jìn)行表面處理工藝28。 本實(shí)施例的表面處理工藝28包含有
一、進(jìn)行濕式清潔工藝，利用清洗溶液，例如檸檬酸(citric acid)浸泡或 沖洗基底10,以去除第一金屬互連線圖案18與第二金屬互連線圖案26表面 的金屬氧化物(銅氧化物)。
二 、進(jìn)行等離子體預(yù)清潔(plasma pre-cleaning)工藝，利用等離子體去除 第一金屬互連線圖案18與第二金屬互連線圖案26表面殘留的有機(jī)物。
三、進(jìn)行等離子體預(yù)蝕刻(plasma pre-etching)工藝，利用等離子體轟擊 第一金屬互連線圖案18、第二金屬互連線圖案26與基底IO的表面，以增加 潔凈度與表面粗糙度，由此提升后續(xù)形成的金屬間介電層的附著性。
本發(fā)明的表面處理工藝28并不限于以上述順序進(jìn)行，并可視清潔狀況 省略、重復(fù)上述工藝，或是加入其它千式或濕式清潔或蝕刻工藝，以進(jìn)一步 提升第一金屬互連線圖案18與第二金屬互連線圖案26的表面潔凈度與粗糙 度。
如圖4所示，接著在第一金屬互連線圖案18、第二金屬互連線圖案26 與熱氧化層12的表面形成金屬間介電層30。在本實(shí)施例中，金屬間介電層 30為氧化硅(SiOx)層，并利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝加以 制作。值得說明的是由于在本實(shí)施例中金屬間介電層30的厚度需達(dá)到12微 米以上，因此本實(shí)施例的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝?yán)貌煌l率的等 離子體交替進(jìn)行沉積，舉例來說，可利用高頻等離子體與低頻等離子體交替 方式進(jìn)行沉積，由此降低應(yīng)力值。另外，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝亦 可采用多階段方式進(jìn)行，以避免金屬間介電層30中產(chǎn)生孔洞(void)或裂紋 (crack)等問題。
如圖5所示，由金屬間介電層30的表面平坦化金屬間介電層30直至曝
平坦化工藝，但不限于此亦可利用其它如蝕刻方式進(jìn)行。
如圖6所示，進(jìn)行另一表面處理工藝32，去除第二金屬互連線圖案26 與金屬間介電層30表面的氧化物與有機(jī)物，并增加第二金屬互連線圖案26 與金屬間介電層30的潔凈度與表面粗糙度，以提高表面附著性。此次在化 學(xué)機(jī)械拋光工藝后進(jìn)行的表面處理工藝可采用前次進(jìn)行的表面處理工藝方 式進(jìn)行，或利用其它清潔或蝕刻工藝達(dá)成。
綜上所述，本發(fā)明的方法具有下列特征與優(yōu)點(diǎn)。首先，本發(fā)明利用電鍍 或無電鍍工藝制作金屬互連線，因此可有效提升金屬互連線的厚度，進(jìn)而降
低金屬互連線的電阻值。其次，上述實(shí)施例以制作兩層的金屬互連線為例說 明本發(fā)明的方法，而在制作兩層的金屬互連線的情況下，本發(fā)明的方法僅需 進(jìn)行一次化學(xué)機(jī)械拋光工藝，而已知方法則必須進(jìn)行兩次化學(xué)機(jī)械拋光工 藝，因此本發(fā)明的方法可有效簡(jiǎn)化金屬互連線的工藝。再者，本發(fā)明利用多 階段與高頻等離子體/低頻等離子體交替方式沉積金屬間介電層的作法，因此 可視需要制作出符合各種絕緣應(yīng)用與厚度的金屬間介電層，并可提升金屬間 介電層的覆蓋性。最后值得說明的是本發(fā)明的發(fā)明并不限于制作二層的金屬 互連線，第二金屬互連線圖案的上方仍可視線路設(shè)計(jì)繼續(xù)利用本發(fā)明的方法 制作出更多層的金屬互連線圖案。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的等同變 化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1. 一種制作金屬互連線的方法，包含有提供基底在該基底上形成第一犧牲圖案，該第一犧牲圖案包含有多個(gè)第一開口；進(jìn)行第一鍍膜工藝，在各該第一開口中形成第一金屬互連線圖案；去除該第一犧牲圖案，接著在該基底與這些第一金屬互連線圖案上形成第二犧牲圖案，該第二犧牲圖案包含有多個(gè)第二開口，曝露出部分該第一金屬互連線圖案；進(jìn)行第二鍍膜工藝，在各該第二開口中形成第二金屬互連線圖案；去除該第二犧牲圖案；在該基底、這些第一金屬互連線圖案與這些第二金屬互連線圖案上形成金屬間介電層；以及由該金屬間介電層的表面平坦化該金屬間介電層直至曝露出該第二金屬互連線圖案。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，另包含有在該基底上形成第一犧牲圖案之 前，先在該基底的表面形成熱氧化層。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一金屬互連線圖案與該第二金屬 互連線圖案的材料包含有銅。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一鍍膜工藝包含有電鍍工藝或無 電鍍工藝。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第二鍍膜工藝包含有電鍍工藝或無 電鍍工藝。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，另包含有在進(jìn)行該第一鍍膜工藝之前，先 在該基底上形成晶種層。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，另包含有在形成該金屬間介電層之前，先 對(duì)該第一金屬互連線圖案與該第二金屬互連線圖案進(jìn)行表面處理工藝。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中該表面處理工藝包含有濕式清潔工藝， 用以去除該第一金屬互連線圖案與該第二金屬互連線圖案表面的金屬氧化 物。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中該表面處理工藝包含有等離子體預(yù)清潔工藝，用以去除該第一金屬互連線圖案與該第二金屬互連線圖案表面殘留 的有機(jī)物。
10. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中該表面處理工藝包舍有等離子體預(yù)蝕 刻工藝，用以增加該第一金屬互連線圖案與該第二金屬互連線圖案的潔凈度 與表面粗糙度。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該金屬間介電層為氧化硅層。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該金屬間介電層利用等離子體增強(qiáng)化 學(xué)氣相沉積工藝形成于該基底、該第一金屬互連線圖案與該第二金屬互連線 圖案上。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中這些離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝?yán)酶哳l等離子體與低頻等離子體交替方式進(jìn)行。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中由該金屬間介電層的表面去除該金屬 間介電層直至曝露出該第二金屬互連線圖案的步驟通過化學(xué)機(jī)械拋光工藝 達(dá)成。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，另包含有在由該金屬間介電層的表面平坦 化該金屬間介電層直至曝露出該第二金屬互連線圖案之后，對(duì)該氧化層與曝 露出的該第二金屬互連線圖案進(jìn)行表面處理工藝。
16. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該基底為半導(dǎo)體晶片。
17. —種制作金屬間介電層的方法，包含有 提供基底，并于該基底上形成金屬互連線圖案以及 進(jìn)行等離子體增強(qiáng)氣相沉積工藝，在該基底與該金屬互連線圖案上形成金屬間介電層，其中這些離子體增強(qiáng)氣相沉積工藝?yán)酶哳l等離子體與低頻 等離子體交替方式進(jìn)行。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中該金屬間介電層為氧化硅層。
19. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中這些離子體增強(qiáng)氣相沉積工藝?yán)?多階段方式進(jìn)行。
全文摘要
一種制作金屬互連線與其金屬間介電層的方法。首先在基底上依序利用鍍膜工藝形成第一金屬互連線圖案與堆疊于其上的第二金屬互連線圖案。接著在該基底、這些第一金屬互連線圖案與這些第二金屬互連線圖案上形成金屬間介電層。最后由該金屬間介電層的表面平坦化該金屬間介電層直至曝露出該第二金屬互連線圖案。
文檔編號(hào)H01L21/70GK101207071SQ200610171219
公開日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者王忠祥, 黃介玫, 黃冠瑞 申請(qǐng)人:探微科技股份有限公司