專利名稱：金屬鑲嵌的制造方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬鑲嵌(metal damascene)的制造方法及其結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種應(yīng)用于半導(dǎo)體組件內(nèi)聯(lián)機(jī)(interconnect)中的金屬鑲嵌的制造方法及其結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體產(chǎn)品通過金屬導(dǎo)線連接至半導(dǎo)體組件，通過施加電壓而控制每一半導(dǎo)體組件的作動(dòng)狀態(tài)。傳統(tǒng)上，以金屬鑲嵌做為金屬導(dǎo)線，請(qǐng)參照?qǐng)D1A至圖1D，其為現(xiàn)有技術(shù)制作金屬鑲嵌的剖面結(jié)構(gòu)流程示意圖。
首先，如圖1A所示，于一半導(dǎo)體基礎(chǔ)層10上方依序形成有一蝕刻終止層11、一介電層12與一介電材料抗反射層13。
圖1B中，利用微影制程與蝕刻技術(shù)，于介電材料抗反射層13、介電層12與蝕刻終止層11中形成一開孔14。
圖1C中，于介電材料抗反射層13表面與開孔14側(cè)邊及底部沉積一阻障層15，阻障層15較常使用的材料為氮化鉭。然后，于阻障層15表面與開孔14中沉積一金屬層16，金屬層16較常使用的材料為銅。
如圖1D所示，再進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，而停止于介電層12，則完成金屬鑲嵌的制作。
然而，如圖2所示，其為圖1D中區(qū)域17的放大圖，為了提高半導(dǎo)體產(chǎn)品效能，當(dāng)介電層12使用多孔性的低介電常數(shù)材料(例如多孔性SiLK、Aerogel或Xerogel)時(shí)，多孔性低介電常數(shù)材料的介電層12的結(jié)構(gòu)特性使得經(jīng)過蝕刻后形成的開孔14的側(cè)邊并非為一平坦的表面，致使后續(xù)沉積的阻障層15厚度無法均勻一致，阻障層15厚度較薄的區(qū)域18無法完全避免金屬層16擴(kuò)散至介電層12，不僅產(chǎn)生漏電流，且縮短與組件可靠度相關(guān)的時(shí)依性介電崩潰(time-dependent dielectric breakdown，TDDB)時(shí)間與劣化偏壓溫度沖擊(bias temperature stress，BTS)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種金屬鑲嵌的制作方法及其結(jié)構(gòu)，避免半導(dǎo)體組件造成漏電流。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種金屬鑲嵌的制作方法及其結(jié)構(gòu)，用來維持時(shí)依性介電崩潰時(shí)間。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種金屬鑲嵌的制作方法及其結(jié)構(gòu)，用來改善偏壓溫度沖擊性能。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種金屬鑲嵌的制作方法及其結(jié)構(gòu)，用來提高半導(dǎo)體產(chǎn)品的產(chǎn)能。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明提供一種金屬鑲嵌的制造方法，此制造方法先于一基礎(chǔ)層上方依序沉積一蝕刻終止層與一介電層，然后于介電層與蝕刻終止層中形成一開孔，再于介電層表面與開孔側(cè)邊及底部沉積一碳化硅層，最后于開孔中形成一金屬層。
本發(fā)明還提供一種金屬鑲嵌的結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)包括有一基礎(chǔ)層，一位于基礎(chǔ)層上方的蝕刻終止層，一位于蝕刻終止層上方的介電層，一位于介電層與蝕刻終止層中的開孔，一位于介電層表面與開孔側(cè)邊及底部的碳化硅層，以及一位于開孔中的金屬層。
上述金屬層的材料可以為銅，介電層為多孔性的低介電常數(shù)介電層(例如多孔性SiLK、Aerogel或Xerogel)，且較佳碳化硅層的厚度為介于100～200。
本發(fā)明的有益效果在于該碳化硅層可避免金屬層擴(kuò)散至介電層，從而降低漏電流，并能提高與組件可靠度相關(guān)的時(shí)依性介電崩潰時(shí)間與改善偏壓溫度沖擊性能。


圖1A至圖1D是現(xiàn)有技術(shù)制作金屬鑲嵌的剖面結(jié)構(gòu)流程示意圖；圖2是圖1D中區(qū)域17的放大圖；以及圖3A至圖3E是本發(fā)明制作金屬鑲嵌的剖面結(jié)構(gòu)流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參照?qǐng)D3A至圖3E，其為本發(fā)明制作金屬鑲嵌的剖面結(jié)構(gòu)流程示意圖。首先，如圖3A所示，于一半導(dǎo)體基礎(chǔ)層30上方依序沉積有一蝕刻終止層31、一介電層32與一有機(jī)抗反射層33。其中，蝕刻終止層31的材料可以為氮化硅或碳化硅，較佳者，蝕刻終止層31的厚度為400。本發(fā)明的介電層32的材料可以為多孔性的低介電常數(shù)介電層，例如多孔性SiLK、Aerogel或Xerogel，尤其對(duì)于使用多孔性的低介電常數(shù)介電層而言，本發(fā)明技術(shù)能克服前述現(xiàn)有的缺陷。其中，有機(jī)抗反射層33用來避免曝光時(shí)光線反射致使分辨率下降，當(dāng)然，本發(fā)明也不是絕對(duì)必要沉積有機(jī)抗反射層。
圖3B中，于有機(jī)抗反射層33、介電層32與蝕刻終止層31中形成一開孔34。其中，形成開孔34可以先沉積一光阻層(圖未示)于有機(jī)抗反射層33上方，再以微影制程定義光阻層圖案，然后以圖案化光阻層為罩幕進(jìn)行蝕刻，而停止于蝕刻終止層31。最后，再以圖案化光阻層為罩幕進(jìn)行蝕刻，而停止于基礎(chǔ)層30。
圖3C中，加熱移除有機(jī)抗反射層33，例如可于一化學(xué)氣相沉積機(jī)臺(tái)中加熱移除有機(jī)抗反射層33。
圖3D中，于介電層32表面與開孔34側(cè)邊及底部沉積一碳化硅層35，再于碳化硅層35表面與開孔34中沉積一金屬層36。其中，以化學(xué)氣相沉積方式沉積碳化硅層35(可以與前述加熱移除有機(jī)抗反射層33的同一化學(xué)氣相沉積機(jī)臺(tái)中進(jìn)行沉積碳化硅層35)，較佳者，碳化硅層的厚度為介于100～200。其中，沉積金屬層36可以先于碳化硅層35表面與開孔34側(cè)邊及底部沉積一鉭層(圖未示)，用來增加附著力，再通過濺鍍方式于鉭層表面與開孔34側(cè)邊及底部形成有金屬層36的沉積晶種，然后進(jìn)行電化學(xué)電鍍，于鉭層表面與開孔34側(cè)邊及底部沉積金屬層36。其中，金屬層36的材料可以為銅或其它導(dǎo)電性良好且沉積與蝕刻容易的材料。
最后，如圖3E所示，再化學(xué)機(jī)械研磨金屬層36而停止于碳化硅層35，則完成金屬鑲嵌的制作。
本發(fā)明以碳化硅層取代現(xiàn)有技術(shù)中的阻障層，碳化硅層的沉積能力優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)中的阻障層，從而降低漏電流，并能提高與半導(dǎo)體組件可靠度相關(guān)的時(shí)依性介電崩潰時(shí)間與改善偏壓溫度沖擊性能。
另外，本發(fā)明(圖3E)并無研磨移除碳化硅層35，保留碳化硅層35也得以降低漏電流，而現(xiàn)有技術(shù)(圖1D)必須研磨移除部分阻障層15，且又得研磨移除介電材料抗反射層13。本發(fā)明的有機(jī)抗反射層通過加熱即可移除，并非絕對(duì)必要通過研磨移除，因此本發(fā)明可以將加熱移除有機(jī)抗反射層33(圖3C)與沉積碳化硅層35(圖3D)于同一化學(xué)氣相沉積機(jī)臺(tái)中進(jìn)行，因此，本發(fā)明于制作金屬鑲嵌上更能減少制程時(shí)間，提高產(chǎn)能。
權(quán)利要求
1.一種金屬鑲嵌的制造方法，該制造方法至少包括下列步驟于一基礎(chǔ)層上方依序沉積一蝕刻終止層與一介電層；于該介電層與該蝕刻終止層中形成一開孔；其特征在于該方法還包括以下步驟于該介電層表面與該開孔側(cè)邊及底部沉積一碳化硅層；以及于該開孔中形成一金屬層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鑲嵌的制造方法，其特征在于該金屬層的材料為銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鑲嵌的制造方法，其特征在于該蝕刻終止層的材料選自氮化硅與碳化硅之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鑲嵌的制造方法，其特征在于該蝕刻終止層的厚度為400。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鑲嵌的制造方法，其特征在于該介電層的材料為低介電常數(shù)介電層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬鑲嵌的制造方法，其特征在于該低介電常數(shù)介電層為多孔性的低介電常數(shù)介電層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬鑲嵌的制造方法，其特征在于該多孔性的低介電常數(shù)介電層選自多孔性SiLK、Aerogel、Xerogel群組之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鑲嵌的制造方法，其特征在于于沉積該介電層于該基礎(chǔ)層上方之后更包括沉積一有機(jī)抗反射層于該介電層上方的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的金屬鑲嵌的制造方法，其特征在于其中形成該開孔至少包括下列步驟沉積一光阻層于該有機(jī)抗反射層上方；以微影制程定義該光阻層圖案；以該圖案化光阻層為罩幕，進(jìn)行蝕刻，而停止于該蝕刻終止層；以及以該圖案化光阻層為罩幕，進(jìn)行蝕刻，而停止于該基礎(chǔ)層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的金屬鑲嵌的制造方法，其特征在于形成該開孔之后更包括一加熱移除該有機(jī)抗反射層的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鑲嵌的制造方法，其特征在于該碳化硅層的厚度為介于100～200。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鑲嵌的制造方法，其特征在于于該開孔中形成該金屬層至少包括下列步驟于該碳化硅層表面與該開孔中沉積該金屬層；以及化學(xué)機(jī)械研磨該金屬層而停止于該碳化硅層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的金屬鑲嵌的制造方法，其特征在于于該碳化硅層表面與該開孔中沉積該金屬層至少包括下列步驟于該碳化硅層表面與該開孔側(cè)邊及底部沉積一鉭層；以濺鍍方式于該鉭層表面與該開孔側(cè)邊及底部形成有該金屬的沉積晶種；以及進(jìn)行電化學(xué)電鍍，于該鉭層表面與該開孔側(cè)邊及底部沉積該金屬層。
14.一種金屬鑲嵌的制造方法，其應(yīng)用于上方依序形成有一介電層與一有機(jī)抗反射層的一基礎(chǔ)層上，該介電層與該蝕刻終止層中具有一開孔，其特征在于該制造方法至少包括下列步驟加熱移除該有機(jī)抗反射層；于該介電層表面與該開孔側(cè)邊及底部沉積一碳化硅層；以及于該開孔中形成一金屬層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的金屬鑲嵌的制造方法，其特征在于該金屬層的材料為銅。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的金屬鑲嵌的制造方法，其特征在于該介電層的材料為低介電常數(shù)介電層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的金屬鑲嵌的制造方法，其特征在于該低介電常數(shù)介電層為多孔性的低介電常數(shù)介電層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的金屬鑲嵌的制造方法，其特征在于該多孔性的低介電常數(shù)介電層選自多孔性SiLK、Aerogel、Xerogel群組之一。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的金屬鑲嵌的制造方法，其特征在于該碳化硅層的厚度為介于100～200。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的金屬鑲嵌的制造方法，其特征在于于該開孔中形成該金屬層至少包括下列步驟于該碳化硅層表面與該開孔中沉積該金屬層；以及化學(xué)機(jī)械研磨該金屬層而停止于該碳化硅層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的金屬鑲嵌的制造方法，其特征在于于該碳化硅層表面與該開孔中沉積該金屬層至少包括下列步驟于該碳化硅層表面與該開孔側(cè)邊及底部沉積一鉭層；以濺鍍方式于該鉭層表面與該開孔側(cè)邊及底部形成有該金屬的沉積晶種；以及進(jìn)行電化學(xué)電鍍，于該鉭層表面與該開孔側(cè)邊及底部沉積該金屬層。
22.一種金屬鑲嵌的結(jié)構(gòu)，至少包括一基礎(chǔ)層、一位于該基礎(chǔ)層上方的蝕刻終止層、一位于該蝕刻終止層上方的介電層，一位于該介電層與該蝕刻終止層中的開孔，其特征在于該結(jié)構(gòu)還包括一位于該介電層表面與該開孔側(cè)邊及底部的碳化硅層以及一位于該開孔中的金屬層。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的金屬鑲嵌的結(jié)構(gòu)，其特征在于該金屬層的材料為銅。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的金屬鑲嵌的結(jié)構(gòu)，其特征在于該蝕刻終止層的材料選自氮化硅與碳化硅之一。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的金屬鑲嵌的結(jié)構(gòu)，其特征在于該蝕刻終止層的厚度為400。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的金屬鑲嵌的結(jié)構(gòu)，其特征在于該介電層的材料為低介電常數(shù)介電層。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的金屬鑲嵌的結(jié)構(gòu)，其特征在于該低介電常數(shù)介電層為多孔性的低介電常數(shù)介電層。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的金屬鑲嵌的結(jié)構(gòu)，其特征在于該多孔性的低介電常數(shù)介電層選自多孔性SiLK、Aerogel、Xerogel群組之一。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的金屬鑲嵌的結(jié)構(gòu)，其特征在于該碳化硅層的厚度為介于100～200。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的金屬鑲嵌的結(jié)構(gòu)，其特征在于于該碳化硅層表面與該開孔側(cè)邊及底部更包括有一鉭層。
31.根據(jù)權(quán)利要求22所述的金屬鑲嵌的結(jié)構(gòu)，其特征在于該金屬層的頂部與該碳化硅層的頂部切齊，而使該金屬鑲嵌的結(jié)構(gòu)具有一平坦化的表面。
32.根據(jù)權(quán)利要求22所述的金屬鑲嵌的結(jié)構(gòu)，其特征在于該碳化硅層避免該金屬層擴(kuò)散至該介電層。
全文摘要
一種金屬鑲嵌的制造方法及其結(jié)構(gòu)，此制造方法先于一基礎(chǔ)層上方依序沉積一蝕刻終止層與一介電層，然后于介電層與蝕刻終止層中形成一開孔，再于介電層表面與開孔側(cè)邊及底部沉積一碳化硅層，最后于開孔中形成一金屬層。本發(fā)明的碳化硅層可避免金屬層擴(kuò)散至介電層，從而降低漏電流，并能提高與半導(dǎo)體組件可靠度相關(guān)的時(shí)依性介電崩潰時(shí)間與改善偏壓溫度沖擊性能。
文檔編號(hào)H01L23/522GK1518091SQ200310103699
公開日2004年8月4日 申請(qǐng)日期2003年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月7日
發(fā)明者吳振誠(chéng), 盧永誠(chéng), 陳盈淙, 章勛明 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司