專利名稱：內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于半導(dǎo)體制程，特別有關(guān)于一種銅金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)以及該結(jié)構(gòu)的制造方法，藉以加強(qiáng)其導(dǎo)線與介電層間的擴(kuò)散阻障效果與附著度。
背景技術(shù)：
在集成電路的金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)制程中，鋁與鋁合金被廣泛用于內(nèi)聯(lián)機(jī)的導(dǎo)線。然而，對(duì)于半導(dǎo)體組件而言，作為內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線材料的阻值越低時(shí)，可提升半導(dǎo)體組件的訊號(hào)傳播。因此，銅金屬則由于其阻值低，可避免電致遷移(electromigration，EM)與抗應(yīng)力等優(yōu)點(diǎn)，目前成為大型與超大規(guī)模集成電路的內(nèi)聯(lián)機(jī)導(dǎo)線的主要材料。
目前，銅內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)通常藉由所謂“鑲嵌”或“雙鑲嵌”(dual damascene)制程所形成，以取代現(xiàn)有的鋁內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)要而言，鑲嵌式的金屬聯(lián)機(jī)制程乃在半導(dǎo)體芯片表面先形成開口或溝槽，再將銅金屬或銅合金填入這些開口中而形成導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。然而，銅制程會(huì)遭遇到銅擴(kuò)散至相鄰的絕緣材料中，例如擴(kuò)散至氧化硅層或含氧聚合物層等問(wèn)題，而導(dǎo)致銅導(dǎo)線的腐蝕，造成后續(xù)附著力不佳，剝落，產(chǎn)生孔洞或線路的電性問(wèn)題等。因此，對(duì)于銅內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)而言，需要形成擴(kuò)散阻障層以隔離銅導(dǎo)線與介電層。
因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，半導(dǎo)體基底上形成的半導(dǎo)體組件，如MOS晶體管，或?qū)щ娊M件等，其上通常覆蓋有絕緣材料，例如氧化物層。而在特定區(qū)域上的氧化物層則進(jìn)一步被蝕刻形成開口以露出其下的導(dǎo)電層。一般在開口的側(cè)壁與底部上會(huì)先形成一阻障層作為擴(kuò)散阻障層并可增加絕緣層與后續(xù)金屬導(dǎo)線間的附著力。接著在內(nèi)襯層上形成一導(dǎo)電晶種層，例如銅晶種層。銅晶種層乃作為后續(xù)電鍍形成銅內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電基礎(chǔ)層。當(dāng)沉積銅金屬后，絕緣層表面多余的銅金屬則以化學(xué)機(jī)械研磨去除并平坦化。最后在絕緣層與金屬導(dǎo)線表面形成一保護(hù)層。類似的制程重多次后，則形成多重金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，阻障層，例如TaN，通常藉由物理氣相沉積法(PVD)或化學(xué)氣相沉積法(CVD)形成于半導(dǎo)體基底上。以PVD形成阻障層時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)在于可以形成高純度且均勻的TaN薄膜。然而其缺點(diǎn)在于PVD的階梯覆蓋性較差，亦即，較難均勻的覆蓋高深寬比的開口。
此外，為了增進(jìn)電路效能，目前的集成電路制程也引入低介電常數(shù)材料取代一般的介電常數(shù)材料，以提供較一般氧化硅層更低的電容，并因此增進(jìn)電路的速度。一般的低介電常數(shù)材料包含旋涂式硅玻璃(spin-on-glasses，SOG)，是以旋涂式涂布后，再經(jīng)過(guò)烘烤而形成相對(duì)多孔式的氧化硅結(jié)構(gòu)。其它的多孔式硅玻璃目前也被研發(fā)出來(lái)，例如德州儀器公司所研發(fā)的xerogels材料等，并應(yīng)用于雙鑲嵌制程中，最低可使介電層的介電常數(shù)低至1.3左右。而目前一般用的介電層的介電常數(shù)值約介于4。
有機(jī)與半有機(jī)材料，例如polysilsesquioxanes、氟化硅玻璃(fluorinated silica glass，F(xiàn)SG)與氟化聚對(duì)二甲苯乙醚(fluorinatedpolyarylene ethers)等可作為低介電常數(shù)與超低介電常數(shù)材料。而純有機(jī)，非硅雜質(zhì)的材料，例如氟化聚對(duì)二甲苯乙醚，因其介電性質(zhì)與容易加工等特性，目前也逐漸應(yīng)用于半導(dǎo)體制程中。另外，有機(jī)硅玻璃(Organosilicateglass，OSGs)，例如應(yīng)用材料公司所提供的黑鉆石(Black Diamond)，其介電常數(shù)則介于2.6-2.8之間。
此外，TaN阻障層直接沉積于特定低介電常數(shù)材料上時(shí)，例如沉積于氟化低介電常數(shù)材料FSG或OSG材料，如黑鉆石上時(shí)，其附著力不佳。這會(huì)導(dǎo)致阻障層沉積后立刻剝落，或者在后續(xù)制程中發(fā)生剝落的問(wèn)題。剝落問(wèn)題可能肇因于TaN阻障層與低介電常數(shù)材料間的高張力(tensile stress)與低鍵結(jié)力(weak bonding)。
鑲嵌制程中的阻障層材料除了需具備上述所提的對(duì)銅良好的阻隔、良好的覆蓋能力(coverage)與附著力等條件外，阻障層材料更必須具備良好的沉積順應(yīng)性(conformality)、連續(xù)性以及可以形成厚度極薄的薄膜以降低阻值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種對(duì)低介電常數(shù)介電層的附著力佳的阻障層。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供一種具有良好的階梯覆蓋率(stepcoverage)的阻障層，以降低電致遷移(electromigration，EM)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種順應(yīng)性與連續(xù)性佳，且厚度薄與低阻值的阻障層，做為銅晶種層與低介電常數(shù)介電層之間的中間層，以增加其附著力與做為銅擴(kuò)散阻障層。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供數(shù)種復(fù)合式的擴(kuò)散阻障層，適用于內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)中。在本說(shuō)明書中，「復(fù)合式」一詞是指一迭層結(jié)構(gòu)(laminated layer)，是指由多層依序相迭而成，而其中該迭層中的每一次層(sub-layer)可以為相同或不同的材料。
根據(jù)本發(fā)明的一內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)中包含一半導(dǎo)體基底，其上具有導(dǎo)電區(qū)；一介電層覆蓋于該半導(dǎo)體基底上，并具有介層洞露出導(dǎo)電區(qū)；一擴(kuò)散阻障層及/或一附著層內(nèi)襯于介層洞的內(nèi)壁上；以及，一導(dǎo)電插塞填充于介層洞中。在較佳實(shí)施例中，擴(kuò)散阻障層乃藉由原子層沉積法(atomic layer deposition，ALD)形成復(fù)合式的導(dǎo)電層，內(nèi)襯于介電層開口內(nèi)壁，作為擴(kuò)散阻障及/或提高附著力的中間層。
較佳的復(fù)合式擴(kuò)散阻障層可為以ALD依序在介電層上形成的迭層式雙TiN層或雙TaN層、Ti與TiN或Ta與TaN組合的雙層結(jié)構(gòu)、三層式的Ta/TaN/富Ta的TaN迭層或Ta/TaN/Ta迭層。該復(fù)合式阻障層的總厚度可為20-200。
在另一較佳實(shí)施例中，可于形成上述復(fù)合式擴(kuò)散阻障層前，先在介電層的鑲嵌開口內(nèi)壁上，形成一低阻值金屬層，例如Ti或Ta金屬層。
此外，本發(fā)明更提供一種內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，包含一半導(dǎo)體基底，其上具有導(dǎo)電區(qū)；一介電層覆蓋于該半導(dǎo)體基底上，并具有介層洞露出導(dǎo)電區(qū)；一低阻值金屬層內(nèi)襯于介層洞的內(nèi)壁上；以及，一導(dǎo)電插塞填充于介層洞中。在較佳實(shí)施例中，低阻值金屬層乃藉由原子層沉積法(atomic layer deposition，ALD)形成Ti或Ta金屬層，厚度介于10-100，內(nèi)襯于介電層開口內(nèi)壁，作為擴(kuò)散阻障及/或提高附著力的中間層。
原子層沉積法(ALD)，例如原子層化學(xué)氣相沉積法(ALCVD)的優(yōu)點(diǎn)在于其制程溫度低且控制沉積厚度以形成超薄的薄膜。上述藉由ALD形成的單層、雙層或三層式復(fù)合式擴(kuò)散阻障層，具有雜質(zhì)含量低與均勻度佳、階梯覆蓋性高、低針孔密度(low pin-hole density)、以及與介電層與導(dǎo)電層之間的接觸阻值低(low contact resistivity)等優(yōu)點(diǎn)。


圖1-圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例中，一種制造內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的剖面流程圖。
圖2A至圖2C所示為根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合式擴(kuò)散阻障層結(jié)構(gòu)。
圖8所示為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例中，一種雙層內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)剖面圖。
符號(hào)說(shuō)明100半導(dǎo)體基底、110導(dǎo)電區(qū)、120低介電常數(shù)介電層、130開口、142第一擴(kuò)散阻障層、142’擴(kuò)散阻障層、144第二擴(kuò)散阻障層、146第三擴(kuò)散阻障層、140復(fù)合式擴(kuò)散阻障層、150晶種層、160導(dǎo)電層、170保護(hù)層、180蝕刻終止層、190低介電常數(shù)介電層、200復(fù)合式擴(kuò)散阻障層、210晶種層、220導(dǎo)電插塞、230保護(hù)層、240蝕刻終止層。
具體實(shí)施例方式
為了讓本發(fā)明的上述目的、特征、及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下下述實(shí)施例乃藉以說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明以鑲嵌制程在半導(dǎo)體基底上制造一內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)。為了說(shuō)明方便，以下僅以單鑲嵌制程為例，說(shuō)明本發(fā)明的手段與功效，但本發(fā)明并非以此為限。熟悉本領(lǐng)域的人士自可根據(jù)以下實(shí)施例，將本發(fā)明應(yīng)用于雙鑲嵌制程中。
第一實(shí)施例圖1所示為一半導(dǎo)體基底100，例如一硅基底或涂布于一絕緣基材上的硅層(silicon-on-insulator substrate，SOI)。在半導(dǎo)體基底100上具有一導(dǎo)電區(qū)110，例如一MOS組件上的導(dǎo)電接觸區(qū)(contact region)或一內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電區(qū)110可為銅(Cu)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)或其合金或其金屬化合物等材料。
如圖1所示，在該半導(dǎo)體基底100上沉積具有平坦表面的介電層120，覆蓋于導(dǎo)電區(qū)110之上。該介電層120可以為單層或迭層的含硅材料或有機(jī)介電材料。較佳者，介電層120為低介電常數(shù)(low k)的介電材料，例如介電常數(shù)低于3.5的氧化硅材料，更佳者為介電常數(shù)為2.8或更低的介電材料。較佳的低介電常數(shù)材料可為有機(jī)硅玻璃(organosilicate glass)、摻氟硅玻璃(fluorinated silica glass，F(xiàn)SG)、有機(jī)旋涂涂布玻璃(organic spin-onglass)、化學(xué)氣相沉積法形成的無(wú)機(jī)介電材料或上述材料的迭層組合物，但本發(fā)明并非以此為限。
另外，更可選擇性的在介電層120沉積前，先在半導(dǎo)體基底100上形成一蝕刻終止層(未顯示)。蝕刻終止層可藉由電漿增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法(PECVD)，以氬氣作為攜帶氣體(carrier gas)，形成硅氮氧化物(siliconoxynitride)或富硅的氮氧化物層(silicon-rich oxynitride)。
接著以微影與蝕刻制程，定義并蝕刻介電層120，以形成一接觸開口130露出半導(dǎo)體基底100上的導(dǎo)電區(qū)110。在蝕刻形成接觸開口130時(shí)，蝕刻終止層(未顯示)可預(yù)防過(guò)度蝕刻損傷底下的導(dǎo)電區(qū)110。接觸開口130可以為介層洞開口或一雙鑲嵌開口(亦即同時(shí)具有一介層洞與一溝槽圖樣的開口)等，其開口型式可以根據(jù)聯(lián)機(jī)需要而定義。而開口130與導(dǎo)電區(qū)相接觸的底部寬度，較佳者介于100-800。
而在開口130中填入導(dǎo)電晶種層與導(dǎo)電材料之前，先于開口內(nèi)壁中形成導(dǎo)電內(nèi)襯層，以作為擴(kuò)散阻障層與附著層。根據(jù)本發(fā)明，擴(kuò)散阻障層乃藉由原子層沉積法(ALD)所形成單層、雙層或多層的結(jié)構(gòu)。參見圖2A，所示為一種雙層式的擴(kuò)散阻障層。雙層式的擴(kuò)散阻障層可以選擇由ALD所形成的Ti、Ta、W、TiN、TaN、非晶形TaN或非晶形TiN材料，而兩層可以為相同或不同材料。在一較佳實(shí)施例中，雙層式擴(kuò)散阻障層142與142’乃為相同材料，但分兩次沉積而成。例如，先以原子層化學(xué)氣相沉積法(ALCVD)形成厚度約100～150的第一TaN層142，內(nèi)襯于開口130中的側(cè)壁與底部上，再將該第一TaN層142暴露于空氣或氧氣中一段時(shí)間。在較佳實(shí)施例中，第一TaN層142先暴露于含氫氣的空氣中并進(jìn)行一電漿處理。接著，續(xù)于第一TaN層142上，形成厚度約為100～150的第二TaN層142’。相似地，亦可根據(jù)上述方法，形成雙層式的TiN層作為擴(kuò)散阻障層。又或者，可形成Ti與TiN或Ta與TaN的雙層式擴(kuò)散阻障層。
在另一實(shí)施例中，在形成復(fù)合式的擴(kuò)散阻障層前，先于開口130內(nèi)壁上中形成低阻值導(dǎo)電層。如圖2B所示，以自離子化電漿濺鍍法(self ionizedplasma(SIP)sputtering)或離子化金屬電漿濺鍍法(ionized metal plasma(IMP)sputtering)或ALD形成厚度10-100的第一層Ta或Ti金屬層142，內(nèi)襯于開口130的內(nèi)壁中。接著再以ALD形成第二層復(fù)合式擴(kuò)散阻障層144，覆蓋于第一層低阻值金屬層142表面。相似地，復(fù)合式擴(kuò)散阻障層144可以為雙層式或三層式的復(fù)合層，其可由ALD所形成的Ti、Ta、W、TiN、非晶形TaN或非晶形TiN所構(gòu)成，其雙層或三層可選擇自相同或相異材料。
在一較佳實(shí)施例中，該復(fù)合式擴(kuò)散阻障層為迭層式三層結(jié)構(gòu)。如圖2C所示，在開口130中，先形成低阻值的Ta金屬層作為第一層擴(kuò)散阻障層142。接著在Ta金屬層142上沉積一TaN層，作為第二層擴(kuò)散阻障層144。接著在其上形成Ta金屬或富Ta的TaN層作為第三擴(kuò)散阻障層146。而所有的擴(kuò)散阻障層142至146均由ALD形成。而所形成的三層復(fù)合式擴(kuò)散阻障層的厚度介于20-200間。
根據(jù)本發(fā)明，利用Ta或Ti金屬層作為開口130內(nèi)壁的第一層內(nèi)襯層的優(yōu)點(diǎn)在于可增進(jìn)與介電層120間的附著力，特別是增進(jìn)低介電常數(shù)介電層與后續(xù)填入的銅金屬或銅合金層間的附著度。另外的優(yōu)點(diǎn)之一在于Ta或Ti金屬的低阻值，可以降低與后續(xù)導(dǎo)電層的接觸阻值(contact resistivity)。
根據(jù)圖2A、圖2B或圖2C形成一復(fù)合式擴(kuò)散阻障層140后，接著可在選擇性的沉積一金屬晶種層150于其上，襯于開口130的內(nèi)壁上，如圖3所示。較佳的金屬晶種層為銅金屬、銅合金或其組合物的晶種層，可藉由物理氣相沉積法(PVD)、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、原子層化學(xué)氣相沉積法(ALCVD)或濕式電鍍法形成(wet plating)。
接著，如圖4所示，在開口130中填入導(dǎo)電材料160，以與半導(dǎo)體基底100上的導(dǎo)電區(qū)110成電性連結(jié)。導(dǎo)電材料160可以為金屬、金屬化合物、合金、摻雜的多晶硅、多晶金屬硅化物等導(dǎo)電材料，但并非以此為限。較佳的導(dǎo)電材料則為銅或銅合金。銅金屬或銅合金導(dǎo)體可以藉由在開口130中填入過(guò)量的銅金屬或銅合金，接著再將開口130之外的多余導(dǎo)電材料以回蝕刻(etchingback)或化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)去除后形成，如圖5所示。而銅金屬或銅合金的沉積，可藉由物理氣相沉積法(PVD)、化學(xué)氣相沉積法(CVD)或電化學(xué)沉積法(electrochemical deposition，ECD)等方式所形成。而在銅金屬或銅合金導(dǎo)電插塞160形成后，可在150-400℃下進(jìn)行退火程序，以降低銅金屬或銅合金導(dǎo)電插塞160的阻值。
如圖6所示，在一較佳實(shí)施例中，更可將介電層120的表面適度的回蝕刻100-500，以露出擴(kuò)散阻障層140上方部分側(cè)壁，而較佳的回蝕刻方式可采用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)法進(jìn)行。
在圖7中，接著在半導(dǎo)體基底100表面形成一保護(hù)層170與一蝕刻終止層180以覆蓋該介電層120與導(dǎo)電插塞160。較佳的保護(hù)層170可為碳含量高于20％的硅氮化物(silicon carbide)。而較佳的蝕刻終止層180可以為含碳氧薄膜(carbon-oxygen containing film)，厚度介于500-2000之間，較佳厚度為500-1000之間。
在另一實(shí)施例中，可以形成一導(dǎo)電性保護(hù)層(未顯示)僅覆蓋于該導(dǎo)電插塞160上作為帽蓋層(capping layer)。而較佳者，該導(dǎo)電性保護(hù)層可以藉由自對(duì)準(zhǔn)制程形成。
第二實(shí)施例圖8所示為本發(fā)明的另一實(shí)施例中的兩層式內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其是藉由如第一實(shí)施例中的方法所形成。如圖8所示，在半導(dǎo)體基底100覆蓋有一低介電常數(shù)介電層120(如k≤2.8)，其中嵌有一導(dǎo)電插塞160。較佳者，在該低介電常數(shù)介電層120與導(dǎo)電插塞160之間具有一復(fù)合式擴(kuò)散阻障層140，而較佳者，該第一低介電常數(shù)介電層120的表面略低于該導(dǎo)電插塞160約100-500左右。而在該第一介電層120的表面上，依序覆蓋一蝕刻終止層180與第二低介電常數(shù)介電層190(如k≤2.8)。而在第二低介電常數(shù)介電層190中，則嵌有第二導(dǎo)電插塞220，以與第一介電層120中的導(dǎo)電插塞160成電性連結(jié)。該第二導(dǎo)電插塞220的較佳寬度為200-1000。在較佳情況中，該第二導(dǎo)電插塞220的側(cè)壁與底部以ALD形成的金屬晶種層210與復(fù)合式擴(kuò)散阻障層200所包覆。而更佳者，第二低介電常數(shù)介電層190的表面略低于第二導(dǎo)電插塞220約100-500。而在半導(dǎo)體基底100表面，則形成一保護(hù)層230與一蝕刻終止層240，以覆蓋該第二低介電常數(shù)介電層190與第二導(dǎo)電插塞220。如圖8所示，較佳的保護(hù)層230可為碳含量高于20％的碳硅化物。而較佳的蝕刻終止層180與240可為含碳氧薄膜(carbon-oxygen containing film)，厚度介于500-2000之間，較佳厚度為500-1000之間。
在一較佳實(shí)施例中，第一導(dǎo)電插塞160可為一鎢插塞，用以連結(jié)MOS組件的源極/漏極、柵極或金屬硅化物等處。而第一低介電常數(shù)介電層可為摻磷硅玻璃(phosphorus-doped silicon glass，PSG)、未摻雜硅玻璃(un-dopedsilicon glass，USG)、富硅的硅氧化物、硅氧氮化物(silicon oxynitride)、富硅的硅氧氮化物(silicon-rich oxynitride)、氮化硅(silicon nitride)、富硅的氮化硅或其組合物等。第二導(dǎo)電插塞220則可為銅金屬、銅合金、屢金屬、鋁合金等構(gòu)成的金屬插塞或雙鑲嵌導(dǎo)線。而該第二低介電常數(shù)層可以為介電常數(shù)小于2.8的含硅氧材料、有機(jī)硅玻璃(organosilicate glass)、摻氟硅玻璃(fluorinated silica glass，F(xiàn)SG)、有機(jī)旋涂涂布玻璃(organicspin-on glass)、化學(xué)氣相沉積法形成的無(wú)機(jī)介電材料或上述材料的迭層組合物。而在較佳實(shí)施例中，第二低介電常數(shù)介電層190的介電常數(shù)(k)小于第一低介電常數(shù)介電層120。而該第一與第二復(fù)合式擴(kuò)散阻障層140與160，則可如圖2A、圖2B或圖2C所示，以ALD形成迭層結(jié)構(gòu)。
在另一實(shí)施例中，圖8所示的第一與第二導(dǎo)電插塞160與220為銅金屬或銅合金插塞，而第一與第二介電層120與190均為介電常數(shù)(k)≤2.8的介電材料。而更佳者，第二介電層190的介電常數(shù)值低于第一介電層120者。藉此，可強(qiáng)化內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力耐受度。
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)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征是，包含一半導(dǎo)體基底，其上具有一第一導(dǎo)體；一介電層，覆蓋于該半導(dǎo)體基底上，該介電層上具有一開口，以露出該第一導(dǎo)體；一復(fù)合式擴(kuò)散阻障層，是以原子層沉積法形成，內(nèi)襯于該開口的側(cè)壁與底部；以及一第二導(dǎo)體，填充于該開口中，以與該第一導(dǎo)體成電性連結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征是，該第一導(dǎo)體是選擇自由銅、銅合金、鋁、鋁合金、鈦、鉭、鎢、金屬硅化物、合金或金屬化合物所組成的族群中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征是，該介電層包含一含硅氧材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征是，該介電層的介電常數(shù)小于2.8。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征是，該開口的寬度為100-800。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征是，該復(fù)合式擴(kuò)散阻障層的厚度為20-200。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征是，該復(fù)合式擴(kuò)散阻障層為雙層或三層式迭層結(jié)構(gòu)，其各層是選擇自由鈦、鉭、鎢、氮化鈦、氮化鉭與富鉭的氮化鉭所組成的族群中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征是，該復(fù)合式擴(kuò)散阻障層包含非晶形氮化鈦或非晶形氮化鉭。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征是，該復(fù)合式擴(kuò)散阻障層包含富鉭的氮化鉭。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征是，該第二導(dǎo)體是選擇自由銅、銅合金、鋁與鋁合金所組成的族群中。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征是，含一碳硅化物保護(hù)層，覆蓋于該介電層與該第二導(dǎo)體之上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征是，更包含一導(dǎo)電性保護(hù)層覆蓋于該第二導(dǎo)體上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征是，該介電層包含一含硅氧材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其中該第二導(dǎo)體的寬度為200-1000。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征是，該復(fù)合式擴(kuò)散阻障層的厚度為20-200。
16.一種內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征是，包含一半導(dǎo)體基底；一第一低介電常數(shù)介電層，覆蓋于該半導(dǎo)體基底上，該第一低介電常數(shù)介電層中嵌有一第一導(dǎo)體；一第二低介電常數(shù)介電層，覆蓋于該第一低介電常數(shù)介電層上；一第二導(dǎo)體，是由銅或銅合金構(gòu)成，是嵌入于該第二低介電常數(shù)介電層中，并與該第導(dǎo)體成電性連結(jié)，且該第二低介電常數(shù)介電層的表面低于該第二導(dǎo)體表面；以及一低阻值金屬層，是由原子層沉積法形成，厚度為10-100，設(shè)置于該第二導(dǎo)體與該第二低介電常數(shù)介電層之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征是，該低阻值金屬層包含Ta或Ti。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征是，該第二低介電常數(shù)介電層的介電常數(shù)值小于該第一低介電常數(shù)介電層的介電常數(shù)值。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征是，該第二低介電常數(shù)介電層的表面低于該第二導(dǎo)體100-500。
20.一種制造內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的方法，其特征是，包含下列步驟提供一半導(dǎo)體基底，其上具有一第一導(dǎo)體；在該半導(dǎo)體基底上形成一介電層；在該介電層上形成一開口以露出該第一導(dǎo)體；以原子層沉積法形成一復(fù)合式擴(kuò)散阻障層內(nèi)襯于該開口中；以及在該開口中填入導(dǎo)電材料形成一第二導(dǎo)體，與該第一導(dǎo)體呈電性連結(jié)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的方法，其特征是，該介電層的介電常數(shù)值小于2.8。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的方法，其特征是，該開口的寬度為100-800。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的方法，其中該復(fù)合式擴(kuò)散阻障層的厚度為20-200。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的方法，其特征是，該復(fù)合式擴(kuò)散阻障層包含雙層TiN或雙層TaN，是以下列步驟形成在該開口內(nèi)壁與側(cè)壁上形成第一TiN或TaN層；在含氫氣的空氣中以電漿處理該第一TiN或TaN層；以及在該處理過(guò)的第一TiN或TaN層上形成一第二TiN或TaN層。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的方法，其特征是，該復(fù)合式擴(kuò)散阻障層為雙層或三層式迭層結(jié)構(gòu)，其各層是選擇自由鈦、鉭、鎢(W)、氮化鈦、氮化鉭與富鉭的氮化鉭所組成的族群中。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的方法，其特征是，該復(fù)合式擴(kuò)散阻障層包含非晶形氮化鈦或非晶形氮化鉭。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的方法，其特征是，更包含形成一低阻值金屬層，內(nèi)襯于該開口的底部與側(cè)壁上，其厚度為10-100。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的制造內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的方法，其特征是，該低阻值金屬鈦或鉭層是以自離子化電漿濺鍍法或離子化金屬電漿濺鍍法或原子層沉積法形成。
29.一種制造內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的方法，其特征是，包含下列步驟提供一半導(dǎo)體基底；形成一第一低介電常數(shù)介電層覆蓋于該導(dǎo)體基底表面，且該第一低介電常數(shù)介電層中嵌有一第一銅或銅合金導(dǎo)體；形成一第二低介電常數(shù)介電層于該第一低介電常數(shù)介電層上；在該第二低介電常數(shù)介電層上形成一開口，以露出該第一銅或銅合金導(dǎo)體；以原子層沉積法形成一復(fù)合式擴(kuò)散阻障層，內(nèi)襯于該開口內(nèi)壁上；形成一第二銅或銅合金導(dǎo)體填充于該開口中，以與該第一銅或銅合金導(dǎo)體形成電性連結(jié)；以及蝕刻該該第二低介電常數(shù)介電層使該第二銅或銅合金導(dǎo)體的表面高于該第二低介電常數(shù)介電層。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的制造內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的方法，其特征是，更包含一步驟形成一碳硅化物保護(hù)層覆蓋于該第二低介電常數(shù)介電層與該第二銅或銅合金導(dǎo)體上。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的制造內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的方法，其特征是，更包含一步驟形成一導(dǎo)電性保護(hù)層覆蓋于該第二銅或銅合金導(dǎo)體上。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的制造內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的方法，其特征是，該第二低介電常數(shù)介電層的介電常數(shù)值小于該第一低介電常數(shù)介電層的介電常數(shù)值。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的制造內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的方法，其特征是，在沉積該復(fù)合式擴(kuò)散阻障層前，先更包含一步驟以原子層沉積法形成一低阻值鈦或鉭金屬層，內(nèi)襯于該開口內(nèi)壁上，其厚度為10-100。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的制造內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的方法，其特征是，該復(fù)合式擴(kuò)散阻障層包含雙層TiN或雙層TaN，是以下列步驟形成在該開口內(nèi)壁與側(cè)壁上形成第一TiN或TaN層；在含氫氣的空氣中以電漿處理該第一TiN或TaN層；以及在該處理過(guò)的第一TiN或TaN層上形成一第二TiN或TaN層。
35.根據(jù)權(quán)利要求29所述的制造內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的方法，其特征是，該第二低介電常數(shù)介電層的表面是以化學(xué)機(jī)械研磨法進(jìn)行蝕刻。
全文摘要
一種內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，是在介電層中形成一開口，再以原子層沉積法(ALD)在開口側(cè)壁與底部上形成擴(kuò)散阻障層與低阻值金屬層作為復(fù)合式擴(kuò)散阻障層，以阻隔后續(xù)形成的銅導(dǎo)線擴(kuò)散并增進(jìn)其附著力。較佳的復(fù)合式擴(kuò)散阻障層為以原子層沉積法形成的雙層式TiN、雙層式TaN、三層式Ta/TaN/富Ta的TaN復(fù)合層或三層式Ta/TaN/Ta復(fù)合層。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1591856SQ20041004968
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2004年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月4日
發(fā)明者余振華, 曾鴻輝, 章勛明, 胡正明 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司