專利名稱：半導(dǎo)體元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件的制造方法，特別是涉及一種適用于同時形成雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)與MIM電容器的半導(dǎo)體元件的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體元件集成度的增加，而進入深次微米(Deep Sub-Micron)的工藝時，元件的尺寸逐漸縮小，相對的使作為電容器的空間愈來愈小。而電容器的容量是取決于上電極與下電極之間的表面積的大小。因此，目前用來解決半導(dǎo)體電容器尺寸縮小且容量必須增加的方法主要有兩種，即選擇具有高電容能力的介電層，以及增加電容器下電極的表面積。
當(dāng)使用高介電常數(shù)的材料于電容器以解決上述問題時，相對的上下電極的材料也需逐漸更換，以突顯電容器的效能(Performance)，其中金屬-絕緣-金屬(metal-insulator-metal，MIM)結(jié)構(gòu)因為具有低接口反應(yīng)(Low InterfacialReaction)的特性，能夠提升電容器的效能，所以受到業(yè)界廣泛的應(yīng)用。
另一方面，在半導(dǎo)體工藝進入深次微米領(lǐng)域后，常利用銅制作內(nèi)連線。然而，由于蝕刻銅是非常不容易的，因此利用金屬鑲嵌工藝取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線工藝制作銅導(dǎo)線。目前業(yè)界已提出一連串有關(guān)形成MIM電容器與金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件的制造方法，如美國專利第6,025,226號案及美國專利第6,649,464號案。
圖1A至圖1B為揭露現(xiàn)有(美國專利第6,025,226號案)的一種具有電容器與金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件的制造流程剖面圖。
首先，請參照圖1A，提供已形成有金屬層110及金屬層115的基底105。然后，于基底105上形成介電層107，再于介電層107中形成開口120及作為介層窗洞的開口130，并于基底105上形成共形的絕緣層122。
接著，請參照圖1B，圖案化絕緣層122及介電層107而于開口130(介層窗洞)上形成溝槽132。之后，于開口130(介層窗洞)及溝槽132填入金屬層124而形成雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)，并于開口120中填入金屬層126。其中金屬層126、絕緣層122與金屬層110構(gòu)成MIM電容器。
在上述工藝中，由于在開口130(介層窗洞)中也會形成絕緣層122，而使開口130(介層窗洞)變?yōu)楦?，?dǎo)致開口130(介層窗洞)高寬比(aspect ratio)卻相對地增加。當(dāng)開口130(介層窗洞)的高寬比增大時，填入金屬的困難度就會增加，導(dǎo)致無法完全于開口130(介層窗洞)中填入金屬，且易于開口130(介層窗洞)中形成空洞，造成金屬導(dǎo)線易發(fā)生遺漏電流，而使其效能降低。
圖2A至圖2C為揭露現(xiàn)有(美國專利第6,649,464號案)的一種具有電容器與金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件的制造流程剖面圖。
首先，請參照圖2A，提供已形成有阻擋層204與金屬層214、阻擋層202與金屬層212的基底200。然后于此基底200上形成密封層210，并于基底200上形成具有暴露金屬層212的開口230的介電層220。之后于基底200上形成介電層222，并于開口230中形成阻擋層232及金屬層242。接著，于基底200上形成密封層240。其中金屬層212、介電層222與金屬層242構(gòu)成MIM電容器。
請參照圖2B，接著，于介電層220、密封層210中形成暴露金屬層214的開口260(介層窗洞)，并于開口260中形成阻擋層234及金屬層244。接著，于基底200上形成密封層270。
請參照圖2C，于基底200上形成介電層280后，于介電層280中形成開口274(溝槽)與開口272。接著，于開口274中形成阻擋層254及金屬層264，并于開口272中形成阻擋層252及金屬層262。其中，金屬層264及金屬層234構(gòu)成雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)。
在上述工藝中，先形成MIM電容器后，再形成金屬內(nèi)連線(雙重鑲嵌結(jié)構(gòu))，由于需要多次的金屬層沉積工藝、化學(xué)機械研磨工藝以及光刻蝕刻工藝，因此使制造流程的步驟更為復(fù)雜且會提高成本。

發(fā)明內(nèi)容
了解上述先前技術(shù)的缺點，因此，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件的制造方法，來解決這些問題。
本發(fā)明的一目的是提供一種半導(dǎo)體元件的制造方法，可直接使用鑲嵌工藝制作金屬-絕緣-金屬電容器，且可減少制造流程步驟，使工藝較為簡便且可降低成本。
本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體元件的制造方法，適用于同時形成導(dǎo)線結(jié)構(gòu)與電容器，此方法提供基底，此基底已形成第一導(dǎo)體層和第二導(dǎo)體層。然后，于基底上形成第一介電層，并于第一介電層上形成蝕刻終止層。接著，圖案化此蝕刻終止層，以形成位于第一導(dǎo)體層上方的第一開口與位于第二導(dǎo)體層上方的第二開口。之后，于基底上形成第二介電層，并移除部分第二介電層與第一介電層以形成暴露第一導(dǎo)體層的第一溝槽。然后，于基底上形成電容介電層，并于電容介電層上形成圖案化掩模層，此圖案化掩模層具有位于第二導(dǎo)體層上方的第三開口。接著，移除第三開口暴露的部分電容介電層、第二介電層與第一介電層，以形成暴露第二導(dǎo)體層的開口。之后，移除圖案化光致抗蝕劑層，并于基底上形成第三導(dǎo)體層。然后，移除第一溝槽與第四開口以外的第三導(dǎo)體層。
由于本發(fā)明可同時在形成MIM電容器與雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)時，只需進行一次金屬層的沉積，因此可以減少制造流程步驟，進而降低生產(chǎn)成本。而且，本發(fā)明在形成雙重鑲嵌開口時，使用蝕刻終止層作為自行對準掩模，因此只要進行一次蝕刻即可形成溝槽與介層窗開口，同時也可避免在介層窗開口中填入電容介電層而導(dǎo)致介層窗開口縮小的問題。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下配合附圖以及優(yōu)選實施例，以更詳細地說明本發(fā)明。


圖1A至圖1B為繪示現(xiàn)有一種具有電容器與金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件的制造流程剖面圖。
圖2A至圖2C為繪示現(xiàn)有另一種具有電容器與金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件的制造流程剖面圖。
圖3A至圖3G為繪示依照本發(fā)明的實施例的一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造流程剖面示意圖。
簡單符號說明105、200、300基底107、220、222、280、308、316、322介電層120、130、230、260、272、274、312、314、324、330開口
122絕緣層124、126、110、115、212、214、234、242、244、262、264、302、304金屬層132、320、328溝槽202、204、232、234、252、254、334阻擋層210、240、270、306密封層310、310a蝕刻終止層318、326光致抗蝕劑330介層窗洞332開口336雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)338MIM電容器具體實施方式
接下來詳述本發(fā)明的實施例，實施例將以附圖解釋。在盡可能的情況之下，圖解中相同或相似的參考數(shù)字，用于描述相同或相似部分。應(yīng)注意的是，描繪圖是簡式形式，并非精確的尺寸大小。
圖3A至3F圖繪示本發(fā)明一優(yōu)選實施例的半導(dǎo)體元件的制造流程剖面圖。
請參照圖3A，本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體元件的制造方法。首先，提供一基底300，此基底300中已形成金屬層302和金屬層304。金屬層302和金屬層304的材料例如是銅金屬或鋁金屬。
接著，在基底300上形成密封層(sealing layer)306，以覆蓋金屬層302與金屬層304。密封層306的材料包括為氮化硅或其它適當(dāng)?shù)牡锱c氧化物，用以避免金屬層302與金屬層304的表面氧化，其形成的方法例如是化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition，CVD)。當(dāng)然，此密封層306的形成是可選擇的，若金屬層302與金屬層304的材料為不易氧化的導(dǎo)體材料，則不需要形成密封層306。
然后，在密封層306上形成介電層308。介電層308的材料例如為氧化硅，其形成的方法例如為化學(xué)氣相沉積法。當(dāng)然，介電層308的材料也可以是低介電常數(shù)材料或者其它適合的材料，而形成介電層308的方法依所選擇的低介電常數(shù)材料的種類不同，例如是化學(xué)氣相沉積法或是旋轉(zhuǎn)涂布法(SpinCoating)。
接著，在介電層308上形成一蝕刻終止層310。而蝕刻終止層310的材料包括與介電層308具有不同蝕刻選擇性者，例如是氮化硅。
接著，請參照圖3B，在蝕刻終止層310上形成一層圖案化的掩模層(未繪示)，此掩模層例如是光致抗蝕劑層。使用掩模層作為蝕刻掩模，去除暴露出的蝕刻終止層310，直至暴露出部分的第一介電層308的表面，以形成圖案化蝕刻終止層310a，其中包括形成位在金屬層302上方的開口312與位在金屬層304上方的開口314。然后，移除掩模層。
之后，請參照圖3C，在基底300上形成一層介電層316。介電層316的材料例如為氧化硅，其形成的方法例如為化學(xué)氣相沉積法。當(dāng)然，介電層316的材料也可以是低介電常數(shù)材料或者其它適合的材料，而形成介電層316的方法依所選擇的低介電常數(shù)材料的種類不同，可為化學(xué)氣相沉積法或是旋轉(zhuǎn)涂布法(Spin Coating)。接著，在介電層316之上形成圖案化光致抗蝕劑層318。
之后，請參照圖3D，使用圖案化光致抗蝕劑層318(請見圖3C)作為蝕刻掩模，去除暴露出的介電層316及其下的介電層308與密封層306以形成暴露金屬層304的溝槽320。接著，于基底300上形成一層電容介電層(capacitor dielectric layer)322。此電容介電層322的材料例如是氧化硅、氮化硅、五氧化二鉭(Ta2O5)、鈦酸鍶鋇(BaxSr(1-x)TiO3)或是鈦酸鋇(BaTiO3)等，電容介電層322的形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法。
接著，請參照圖3E，在電容器介電層322上形成具有一開口324的圖案化光致抗蝕劑層326，此開口324位于金屬層302上方。
續(xù)著，請參照圖3F，移除開口324所暴露出部分的電容介電層322。其次，移除部分介電層316、介電層308與密封層306，以于介電層316與介電層308中形成暴露金屬層302的開口332。之后移除圖案化光致抗蝕劑326(請見圖3E)。在開口332的形成步驟中，包括在介電層316中形成溝槽328與在介電層308中形成開口330。于介電層308中形成開口330的步驟以蝕刻終止層310a作為自行對準掩模。
接著，請參照圖3G，在基底300上形成一阻擋層334，此阻擋層334的作用在于防止金屬擴散至介電層316、介電層308。阻擋層334的材料例如是氮化鉭(TaN)、氮化鈦或者鈦硅氮化物。接著，在阻擋層334之上形成一種子層(未繪示)，再接著，于基底300上形成一金屬層(未繪示)，此金屬層填滿溝槽320(請見圖3F)與開口332(請見圖3F)。之后，利用化學(xué)機械研磨法，進行平坦化直至暴露出電容介電層322或者磨除之，以形成一具有雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)336與MIM電容器338的半導(dǎo)體元件。
在上述實施例中，由于在形成MIM電容器與雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)時，只需進行一次金屬層的沉積，因此可以減少制造流程步驟，進而降低生產(chǎn)成本。而且，本發(fā)明在形成雙重鑲嵌開口時，使用蝕刻終止層作為自行對準掩模，因此只要進行一次蝕刻即可形成雙重鑲嵌開口，同時也可避免在介層窗開口中填入電容介電層而導(dǎo)致介層窗開口縮小的問題。
在上述實施例中，雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)接觸的區(qū)域與電容器的下電極以金屬層為例作說明，當(dāng)然雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)接觸的區(qū)域與電容器的下電極只要是導(dǎo)體層即可。
雖然本發(fā)明以優(yōu)選實施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以后附的權(quán)利要求所界定者為準。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，適用于同時形成一導(dǎo)線結(jié)構(gòu)與一電容器，該方法包括提供一基底，該基底已形成一第一導(dǎo)體層和一第二導(dǎo)體層；于該基底上形成一第一介電層；于該第一介電層上形成一蝕刻終止層；圖案化該蝕刻終止層，以形成位于該第一導(dǎo)體層上方的一第一開口與位于該第二導(dǎo)體層上方的一第二開口；于該基底上形成一第二介電層；移除部分該第二介電層與該第一介電層以形成暴露該第一導(dǎo)體層的一第一溝槽；于該基底上形成一電容介電層；于該電容介電層上形成一圖案化掩模層，該圖案化掩模層具有位于該第二導(dǎo)體層上方的一第三開口；移除該第三開口暴露的部分該電容介電層、該第二介電層與該第一介電層，以形成暴露該第二導(dǎo)體層的一第四開口；移除該圖案化掩模層；于該基底上形成一第三導(dǎo)體層；以及移除該第一溝槽與該第四開口以外的該第三導(dǎo)體層。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中于該基底上形成該第一介電層的步驟前，還包括于該基底上形成一密封層。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該密封層包括氮化硅。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中于該第一介電層中形成該第四開口的步驟中，包括以該蝕刻終止層作為自行對準掩模。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該蝕刻終止層的材料包括氮化硅。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中移除該第一溝槽與該第四開口以外的該第三導(dǎo)體層的方法包括化學(xué)機械研磨法。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該第一介電層與該第二介電層的材料包括氧化硅。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該第一導(dǎo)體層、該第二導(dǎo)體層與該第三導(dǎo)體層的材料包括鋁與銅的其中之一。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中于該基底上形成該第三導(dǎo)體層的步驟前，還包括于該基底上形成一阻擋層，則在移除該第一溝槽與該第四開口以外的該第三導(dǎo)體層的步驟中，還包括移除部分該阻擋層。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該阻擋層的材料包括氮化鈦。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該圖案化掩模層的材料包括光致抗蝕劑。
12.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，適用于同時形成一金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)與一電容器，該方法包括提供一基底，該基底已形成一第一金屬層和一第二金屬層；于該基底上形成一第一介電層；于該第一介電層上形成一蝕刻終止層；圖案化該蝕刻終止層，以形成位于該第一金屬層上方的一第一開口與位于該第二金屬層上方的一第二開口；于該基底上形成一第二介電層；移除部分該第一介電層與該第二介電層以形成暴露該第一金屬層的一第一溝槽；于該基底上形成一電容介電層；在該電容介電層上形成一第三開口，該第三開口位于該第二金屬層上方；移除該第三開口所暴露的部分該第二介電層，已于該第二介電層中形成一第二溝槽；以該蝕刻終止層為自行對準掩模移除部分該第一介電層，以形成暴露該第二金屬層的一第四開口；以及于該基底上形成一第三金屬層；以及移除該第一溝槽、該第四開口與該第二溝槽以外的該第三金屬層。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中于該基底上形成該第一介電層的步驟前，還包括于該基底上形成一密封層。
14.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該密封層包括氮化硅。
15.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該蝕刻終止層的材料包括氮化硅。
16.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中移除該第一溝槽、該第四開口與該第二溝槽以外的該第三金屬層的方法包括化學(xué)機械研磨法。
17.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該第一介電層與該第二介電層的材料包括氧化硅。
18.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該第一金屬層、該第二金屬層與該第三金屬層的材料包括鋁與銅的其中之一。
19.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中于該基底上形成該第三金屬層的步驟前，還包括于該基底上形成一阻擋層，則在移除該第一溝槽、該第四開口與該第二溝槽以外的該第三金屬層的步驟中，還包括移除部分該阻擋層。
20.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該阻擋層的材料包括氮化鈦。
全文摘要
一種半導(dǎo)體元件的制造方法，此方法提供一基底，此基底中已形成第一金屬層和第二金屬層。于此基底上依序形成第一介電層、具有位于第一金屬層上方的第一開口與位于第二金屬層上方的第二開口的蝕刻終止層、以及第二介電層。移除部分第一介電層與第二介電層形成暴露第一金屬層的第一溝槽。之后，于基底上形成電容介電層，并于此電容介電層中形成位于第二金屬層上方的第三開口。移除第三開口所暴露的電容介電層、第二介電層與第一介電層以形成暴露第二金屬層的開口。之后，于第一溝槽與開口填入一金屬。
文檔編號H01L21/82GK1763917SQ20041008823
公開日2006年4月26日 申請日期2004年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月21日
發(fā)明者張格滎, 黃丘宗 申請人:力晶半導(dǎo)體股份有限公司