專利名稱：覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，是有關(guān)于一種高積集度半導(dǎo)體電路的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，特別有關(guān)于一種覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)及其制作方法。
參閱

圖1-圖4所示，美國(guó)專利第6,117,345號(hào)提出一種利用高密度電漿化學(xué)氣相沉積(high density plasma chemical vapor deposition，HDPCVD)制程來制作內(nèi)金屬介電層的方法。
如圖1所示，一半導(dǎo)體基底10表面上依序沉積有一表面層12、一導(dǎo)線層14、一保護(hù)層16以及一覆蓋層18，而且一具有預(yù)定圖案的光阻層20是定義形成于覆蓋層18表面上，以曝露出多數(shù)個(gè)預(yù)定區(qū)域22。
然后，如圖2所示，利用光阻層22作為罩幕，依序蝕刻去除預(yù)定區(qū)域22下方的覆蓋層18、保護(hù)層16、導(dǎo)線層14以及表面層12，以形成多數(shù)個(gè)開口26，再將光阻層20去除。如此一來，被開口26隔開的導(dǎo)線層14是定義形成多數(shù)個(gè)金屬導(dǎo)線24。
接著，如圖3所示，進(jìn)行一具有足夠高的蝕刻/沉積比例的HDPCVD制程，以于整個(gè)基底10表面上形成一HDPCVD氧化層28。在HDPCVD制程的起始階段，覆蓋層18的頂角處會(huì)被蝕刻，因此沉積在覆蓋層18頂部的HDPCVD氧化層28會(huì)形成錐形(taper)，而后續(xù)階段可使HDPCVD氧化層28填入所有的開口26，直至HDPCVD氧化層28沉積到達(dá)保護(hù)層16的高度，才結(jié)束HDPCVD制程。
跟著，如圖4所示，進(jìn)行一電漿強(qiáng)化式化學(xué)氣相沉積(plasma enhancedchemical vapor deposition，，PECVD)制程，以于HDPCVD氧化層28的整個(gè)表面上形成一PECVD氧化層29。其主要缺陷在于1、在去除光阻層20時(shí)，所使用的清洗溶劑很容易侵蝕金屬導(dǎo)線24的側(cè)壁，而導(dǎo)致金屬導(dǎo)線24的圖案產(chǎn)生變化，這不但會(huì)降低金屬導(dǎo)線的導(dǎo)電性，還會(huì)降低后續(xù)制作接觸插時(shí)的對(duì)不準(zhǔn)容忍度。
2、其次，如何增加金屬導(dǎo)線24與HDPCVD氧化層28之間的附著性，也是一個(gè)有待解決的問題。
3、此外，若是改采用有機(jī)低介電常數(shù)材料來制作內(nèi)金屬介電層時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生出氣(outgassing)的現(xiàn)象，使得產(chǎn)品的電性表現(xiàn)降低。
本發(fā)明的另一目的是提供一種覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制作方法，通過在半導(dǎo)體基底的表面上包含有至少兩個(gè)相鄰的金屬導(dǎo)線，以及至少一開口用來隔開該兩相鄰的金屬導(dǎo)線；再于金屬導(dǎo)線的側(cè)壁上形成一金屬阻障層；于該金屬導(dǎo)線層上形成一介電層，并使該介電層填滿該開口至一預(yù)定高度；將該介電層的表面平坦化；于該金屬導(dǎo)線上方形成一接觸洞，使該接觸洞貫通該介電層并曝露出該金屬護(hù)線的頂部；以及形成一導(dǎo)電層，并使該導(dǎo)電層填滿該接觸洞。達(dá)到確保金屬導(dǎo)線具有足夠的導(dǎo)電性，并可增加后續(xù)制作接觸插時(shí)的對(duì)不準(zhǔn)容忍度，提高金屬導(dǎo)線與后續(xù)制作的內(nèi)金屬介電層之間的附著性，以及金屬阻障層用來防止內(nèi)金屬介電層的出氣現(xiàn)象的目的。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其特征是它是制作于半導(dǎo)體基底上，至少包括有至少兩個(gè)相鄰的金屬導(dǎo)線形成于該半導(dǎo)體基底表面上，且該兩相鄰的金屬導(dǎo)線之間是隔著一開口；金屬阻障層是形成于該金屬導(dǎo)線的側(cè)壁上；介電層覆蓋該金屬阻障層與該金屬導(dǎo)線的曝露區(qū)域，且填滿該開口至一預(yù)定高度；接觸插塞是貫通該介電層且與該金屬導(dǎo)線的頂部形成電連接。
該介電層的材質(zhì)是為經(jīng)過化學(xué)氣相沉積法制作的氧化硅。該介電層的材質(zhì)是經(jīng)由旋轉(zhuǎn)涂布方法制作的有機(jī)低介電常數(shù)材料。該介電層至少包含有第一氧化硅層是覆蓋該金屬導(dǎo)線且填滿該開口；第二氧化硅層是形成于該第一氧化硅層的表面上至一預(yù)定厚度。該第一氧化硅層是經(jīng)由高密度電漿化學(xué)氣相沉積方法所制成。該第二氧化硅層是經(jīng)由電漿強(qiáng)化式化學(xué)氣相沉積方法所制成。該金屬阻障層是選自下列任一種材質(zhì)Ti、TiN、Ta、TaN、Cu或銅合金。它另包含有覆蓋層是形成于金屬導(dǎo)線的頂部。
本發(fā)明還提供一種覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)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(dǎo)體基底，其表面上包含有至少兩個(gè)相鄰的金屬導(dǎo)線，以及至少一開口用來隔開該兩相鄰的金屬導(dǎo)線；(2)于該金屬導(dǎo)線的側(cè)壁上形成一金屬阻障層；(3)于該金屬導(dǎo)線層上形成一介電層，并使該介電層填滿該開口至一預(yù)定高度；(4)將該介電層的表面平坦化；(5)于該金屬導(dǎo)線上方形成一接觸洞，使該接觸洞貫通該介電層，并曝露出該金屬導(dǎo)線的頂部；
(6)形成一導(dǎo)電層，并使該導(dǎo)電層填滿該接觸洞。
該介電層的材質(zhì)是為經(jīng)由化學(xué)氣相沉積方法制作的氧化硅。該介電層的材質(zhì)是經(jīng)由旋轉(zhuǎn)涂布方法制作的有機(jī)低介電常數(shù)材料。該介電層的制作方法至少包含有下列步驟A、形成第一氧化硅層，以覆蓋該金屬導(dǎo)線且填滿該開口；B、形成第二氧化硅層，以覆蓋于該第一氧化硅層的表面上至一預(yù)定厚度。
該第一氧化硅層是經(jīng)由高密度電漿化學(xué)氣相沉積方法所制成。該第二氧化硅層是經(jīng)由電漿強(qiáng)化式化學(xué)氣相沉積方法所制成。該金屬阻障層是下列任一種材質(zhì)所構(gòu)成Ti、TiN、Ta、TaN、Cu或銅合金。該金屬阻障層的制作方法至少包括下步驟C、沉積該金屬阻障層于該金屬導(dǎo)線與該半導(dǎo)體基底的曝露表面上；D、去除位于該半導(dǎo)體基底的表面上的該金屬阻障層。
該介電層的表面平坦化的方法是化學(xué)機(jī)械研磨制程。該金屬導(dǎo)線的頂部另包含有一覆蓋層。
下面結(jié)合較佳實(shí)施例和附圖進(jìn)一步說明。
圖5-圖13是本發(fā)明制作內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的方法的剖面示意圖。
此外，一覆蓋層38是沉積在金屬導(dǎo)線層36表面上，一具有預(yù)定圖案的光阻層40是定義形成在覆蓋層38表面上，以定義出多數(shù)個(gè)預(yù)定區(qū)域41的位置。在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，覆蓋層38可為氮氧化硅(SiON)材質(zhì)，用以當(dāng)作進(jìn)行光阻層40的曝光制程時(shí)的抗反射層，可避免光線穿過覆蓋層38或是反射回到光阻層40。其次，覆蓋層38也可當(dāng)作后續(xù)蝕刻金屬導(dǎo)線層36時(shí)所需的硬光罩層。再者，覆蓋層38也可當(dāng)作金屬導(dǎo)線的保護(hù)層，以防止后續(xù)的HDPCVD制程蝕刻金屬導(dǎo)線的頂角處。
如圖6所示，依序?qū)㈩A(yù)定區(qū)域41下方的覆蓋層38、金屬導(dǎo)線層36(包含有多層結(jié)構(gòu)35、34、33、32、31)蝕刻去除，以形成多數(shù)個(gè)開口42，再將光阻層40去除。如此一來，被開口42隔開的金屬導(dǎo)線層36是定義形成多數(shù)個(gè)金屬導(dǎo)線44。
然后，如圖7所示，在整個(gè)半導(dǎo)體基底30表面上均勻地沉積一金屬阻障層46。
隨后，如圖8所示，利用非等向性蝕刻方法，如反應(yīng)性離子蝕刻(reactive ionized etcher，RIE)制程，將開口42底部的金屬阻障層46完全去除，以曝露出基底30表面。同時(shí)，依據(jù)制程的控制情形而定，也可將覆蓋層38頂部的金屬阻障層46去除。
如此一來，殘留的金屬阻障層46覆蓋住每一個(gè)金屬導(dǎo)線44的側(cè)壁。在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，金屬阻障層46可由以下任一種材質(zhì)所構(gòu)成，如Ti、TiN、Ta、TaN、Cu以及銅合金，其可通過由CVD、PVD或是電鍍制程所制成。
制作金屬阻障層46的其一目的是在去除光阻層40時(shí)，清洗溶劑造成金屬導(dǎo)線44的損失，可通過金屬阻障層46獲得補(bǔ)償，以確保金屬導(dǎo)線44具有足夠的導(dǎo)電性，并可增加后續(xù)制作接觸插時(shí)的對(duì)不準(zhǔn)容忍度。
其二目的是金屬阻障層46可提高金屬導(dǎo)線44與后續(xù)制作的內(nèi)金屬介電層之間的附著性。
其三目的是當(dāng)內(nèi)金屬介電層使用有機(jī)低介電常數(shù)材質(zhì)時(shí)，金屬阻障層46可用來防止內(nèi)金屬介電層的出氣現(xiàn)象。
如圖9所示，進(jìn)行HDPCVD制程，以于整個(gè)基底30表面上形成一HDPCVD氧化層48，并使HDPCVD氧化層48完全填滿開口42。由于HDPCVD制程是同時(shí)進(jìn)行沉積制程與蝕刻制程，因此形成于覆蓋層38頂部的HDPCVD氧化層48是呈錐形。
接著，如圖10所示，進(jìn)行PECVD制程，以于HDPCVD氧化層48的表面上形成一具有足夠厚度的PECVD氧化層50，而PECVD氧化層50的表面高度是隨著HDPCVD氧化層48的表面起伏而呈現(xiàn)相似的輪廓。在本發(fā)明的其它較佳實(shí)施例中，可將HDPCVD氧化層48與PECVD氧化層50的材質(zhì)更換為有機(jī)低介電常數(shù)材料，如旋涂高分子(spin-on polymer SOP)，其選自FLARE、SILK、Paryene或PAE-11等等，可通過旋轉(zhuǎn)涂布方式制作于基底30表面上。
如圖11所示。進(jìn)行化學(xué)機(jī)械平坦化(chemical mechanical polishing，CMP)制程，以使PECVD氧化層50的表面平坦化，以提供一個(gè)全面性平坦化表面給后續(xù)的接觸插塞制程。而環(huán)繞在金屬導(dǎo)線44周圍的HDPCVD氧化層48與PECVD氧化層50是用來作為內(nèi)金屬介電層。
接下來，依據(jù)制程需要可進(jìn)行接觸插塞制程，如圖12所示，利用微影與蝕刻制程將金屬導(dǎo)線44上方的PECVD氧化層50、HDPCVD氧化層48與覆蓋層38去除，以于每個(gè)金屬導(dǎo)線44上方形成一接觸洞52。
然后，如圖13所示，于接觸洞52的側(cè)壁與底部形成一阻障層54，再于接觸洞52內(nèi)填滿一導(dǎo)電層56，最后利用CMP方法將導(dǎo)電層56與PECVD氧化層50的高度切齊。如此一來，殘留于接觸洞52內(nèi)的導(dǎo)電層56可作為一接觸插塞。在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，阻障層54可由以下任一種材質(zhì)所構(gòu)成，如Ti、TiN、Ta以及TaN；導(dǎo)電層56可由以下任一種材質(zhì)所構(gòu)成，如鋁、含有硅或銅的鋁合金、銅合金或是一種多層結(jié)構(gòu)。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，所作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其特征是它是制作于半導(dǎo)體基底上，至少包括有至少兩個(gè)相鄰的金屬導(dǎo)線形成于該半導(dǎo)體基底表面上，且該兩相鄰的金屬導(dǎo)線之間是隔著一開口；金屬阻障層是形成于該金屬導(dǎo)線的側(cè)壁上；介電層覆蓋該金屬阻障層與該金屬導(dǎo)線的曝露區(qū)域，且填滿該開口至一預(yù)定高度；接觸插塞是貫通該介電層且與該金屬導(dǎo)線的頂部形成電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其特征是該介電層的材質(zhì)是為經(jīng)過化學(xué)氣相沉積法制作的氧化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其特征是該介電層的材質(zhì)是經(jīng)由旋轉(zhuǎn)涂布方法制作的有機(jī)低介電常數(shù)材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其特征是該介電層至少包含有第一氧化硅層是覆蓋該金屬導(dǎo)線且填滿該開口；第二氧化硅層是形成于該第一氧化硅層的表面上至一預(yù)定厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其特征是該第一氧化硅層是經(jīng)由高密度電漿化學(xué)氣相沉積方法所制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其特征是該第二氧化硅層是經(jīng)由電漿強(qiáng)化式化學(xué)氣相沉積方法所制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其特征是該金屬阻障層是選自下列任一種材質(zhì)Ti、TiN、Ta、TaN、Cu或銅合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其特征是它另包含有覆蓋層是形成于金屬導(dǎo)線的頂部。
9.一種權(quán)利要求1-8其中之一所述的覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)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(dǎo)體基底，其表面上包含有至少兩個(gè)相鄰的金屬導(dǎo)線，以及至少一開口用來隔開該兩相鄰的金屬導(dǎo)線；(2)于該金屬導(dǎo)線的側(cè)壁上形成一金屬阻障層；(3)于該金屬導(dǎo)線層上形成一介電層，并使該介電層填滿該開口至一預(yù)定高度；(4)將該介電層的表面平坦化；(5)于該金屬導(dǎo)線上方形成一接觸洞，使該接觸洞貫通該介電層，并曝露出該金屬導(dǎo)線的頂部；(6)形成一導(dǎo)電層，并使該導(dǎo)電層填滿該接觸洞。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是該介電層的材質(zhì)是為經(jīng)由化學(xué)氣相沉積方法制作的氧化硅。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是該介電層的材質(zhì)是經(jīng)由旋轉(zhuǎn)涂布方法制作的有機(jī)低介電常數(shù)材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是該介電層的制作方法至少包含有下列步驟A、形成第一氧化硅層，以覆蓋該金屬導(dǎo)線且填滿該開口；B、形成第二氧化硅層，以覆蓋于該第一氧化硅層的表面上至一預(yù)定厚度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是該第一氧化硅層是經(jīng)由高密度電漿化學(xué)氣相沉積方法所制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是該第二氧化硅層是經(jīng)由電漿強(qiáng)化式化學(xué)氣相沉積方法所制成。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是該金屬阻障層是下列任一種材質(zhì)所構(gòu)成Ti、TiN、Ta、TaN、Cu或銅合金。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是該金屬阻障層的制作方法至少包括下步驟C、沉積該金屬阻障層于該金屬導(dǎo)線與該半導(dǎo)體基底的曝露表面上；D、去除位于該半導(dǎo)體基底的表面上的該金屬阻障層。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是該介電層的表面平坦化的方法是化學(xué)機(jī)械研磨制程。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是該金屬導(dǎo)線的頂部另包含有一覆蓋層。
全文摘要
一種覆蓋有金屬阻障層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)及其制作方法，包括有至少兩個(gè)相鄰的金屬導(dǎo)線之間是隔著一開口；金屬阻障層是形成于金屬導(dǎo)線的側(cè)壁上；介電層是覆蓋金屬阻障層與金屬導(dǎo)線的曝露區(qū)域，且填滿開口至一預(yù)定高度；接觸插塞是貫通介電層而與金屬導(dǎo)線的頂部形成電連接。具有通過覆蓋層來增加內(nèi)連線結(jié)構(gòu)與內(nèi)金屬介電層之間的附著性及防止內(nèi)金屬介電層的出氣現(xiàn)象的功效。
文檔編號(hào)H01L23/535GK1430275SQ0210011
公開日2003年7月16日 申請(qǐng)日期2002年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月4日
發(fā)明者徐震球, 李世達(dá), 顧子琨 申請(qǐng)人:矽統(tǒng)科技股份有限公司