專利名稱：內連線的制造方法以及復合式介電阻擋層的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體工藝，特別是涉及一種內連線的制造方法以及復合式介電阻擋層的制造方法。
背景技術：
隨著集成電路產業(yè)的快速發(fā)展，相對于元件的微型化及集成度的增加，芯片的表面已無法供應足夠的面積來制作所需的金屬內連線。因此，為了配合元件縮小之后所增加金屬內連線的需求，而發(fā)展出兩層以上的金屬層設計。尤其是一些功能較為復雜的產品，如微處理器，甚至需要四到五層的金屬層，才得以完成其中各元件之間的連結。
因為金屬銅具有高抗電致遷移能力(electromigration resistance)與低電阻可以容許信號傳遞上減少的時間延遲(time delay)，所以已被廣泛地應用于聯(lián)機架構中，來取代金屬鋁作為內連線的材料。
現(xiàn)有的內連線的制造方法先在已具有元件的基底上形成一層介電層，此介電層例如是氧化硅層。之后，進行一各向異性蝕刻工藝，于介電層中形成一開口，此開口例如是可在開口底部曝露出部分元件或在開口底部曝露出部分介電層。接著，于基底上方形成一層銅金屬層以填滿開口，然后再進行一化學機械研磨工藝，以移除部分銅金屬層至曝露出介電層表面。另外，于形成銅金屬層之前，為了避免銅金屬層與介電層直接接觸，而發(fā)生交互作用，通常會在開口表面形成一層鉭(Ta)材料層或氮化鉭(TaN)材料層。
但是，以銅金屬作為內連線材料仍有一些問題存在。舉例來說，銅金屬很容易在低溫下氧化，而產生金屬銅氧化物。倘若未將之去除，將導致電致遷移(electromigration)效應發(fā)生，而影響工藝的可靠度。因此，為了提高可靠度，一般會對銅金屬表面進行表面處理工藝，以除去銅表面產生的氧化物。其中，上述的表面處理工藝例如是利用含氫的等離子體處理來減少與清除金屬氧化物。
然而，上述的表面處理工藝除了可幫助減少與清除金屬氧化物之外，同時也會移除部分的介電層，而造成介電層表面的損傷。特別是，鄰近開口頂部的介電層的部分，上述問題將會更為嚴重。
另外，銅金屬也易于擴散到氧化硅以及用于微型電路系統(tǒng)的其它介電材料中。所以為了克服使用銅金屬的缺點，可在銅金屬與鄰接層間提供介電阻擋層，以防止銅金屬擴散以及保護銅金屬表面。然而，由于上述的介電層表面損傷的問題，會使得后續(xù)形成的介電阻擋層特別容易在膜層中形成微小裂縫(seam)，而此裂縫將會影響工藝的可靠度。
而且，對于利用高密度等離子體化學氣相沉積法(HDP-CVD)所形成的介電阻擋層而言，其例如是以高密度等離子體化學氣相沉積法沉積一層氮化硅層而形成之，特別容易形成膜層中有小洞(pinhole)的介電阻擋層。其中，這些微小孔洞(包括裂縫與小孔)將成為遺漏(leakage)的路徑，舉例來說，于后續(xù)的工藝中使用到的酸性溶液或氣體，例如蝕刻工藝中的蝕刻劑或蝕刻氣體，則會沿著這些孔洞而腐蝕銅表面，同樣地銅金屬也容易由這些孔洞而向外擴散，如此會嚴重影響工藝的可靠度與成品率。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的目的就是在提供一種內連線的制造方法以及復合式介電阻擋層的制造方法，能夠避免因介電阻擋層中的缺陷而影響工藝的可靠度。
本發(fā)明的另一目的是提供一種內連線的制造方法以及復合式介電阻擋層的制造方法，能夠防止銅金屬的氧化與擴散，且可提高工藝的可靠度與成品率。
本發(fā)明提出一種內連線的制造方法，包括提供一介電層，且介電層中具有多個開口。接著，形成一金屬層以填滿這些開口。繼之，形成第一介電阻擋層，以覆蓋介電層與金屬層。然后，再于第一介電阻擋層上形成一第二介電阻擋層，以修補第一介電阻擋層。
本發(fā)明還提出一種復合式介電阻擋層的制造方法，適用于一基底上，基底上已形成有介電層，且介電層中具有多個金屬內連線，此制造方法包括于介電層上方形成第一介電阻擋層，覆蓋金屬內連線以及介電層。然后，再于第一介電阻擋層上形成一第二介電阻擋層，以修補第一介電阻擋層，其中第一介電阻擋層與第二介電阻擋層組成一復合式介電阻擋層。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，上述形成金屬層以填滿開口的方法包括形成一金屬材料層于介電層上，然后去除部分金屬材料層以曝露出介電層表面，接著進行一金屬表面處理工藝。其中，上述的金屬表面處理工藝包括一等離子體處理工藝。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，上述第一介電阻擋層與第二介電阻擋層的厚度總和小于1000。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，上述第一介電阻擋層與第二介電阻擋層的材料相同，且第一介電阻擋層與第二介電阻擋層的形成方法不同，其中第一介電阻擋層與第二介電阻擋層的材料包括氮化硅、碳化硅或氮碳化硅。第一介電阻擋層的形成方法包括利用一高密度等離子體化學氣相沉積法，且第二介電阻擋層的形成方法包括利用一等離子體增強化學氣相沉積法。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，上述第一介電阻擋層與第二介電阻擋層的材料不同，且第一介電阻擋層與第二介電阻擋層的形成方法相同，其中第一介電阻擋層與第二介電阻擋層的材料包括氮化硅、碳化硅或氮碳化硅。并且第一介電阻擋層與第二介電阻擋層的形成方法包括一高密度等離子體化學氣相沉積法或一等離子體增強化學氣相沉積法。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，上述金屬層的材料包括銅金屬。
本發(fā)明于金屬內連線完成后，在其上方形成一層第一介電阻擋層，并且在第一介電阻擋層上形成一層第二介電阻擋層，以此第二介電阻擋層當做修補材料層，對第一介電阻擋層進行一修補的動作，以改善因第一介電阻擋層所形成的缺陷而導致工藝可靠度不佳的問題。更詳細而言，利用本發(fā)明可修補第一介電阻擋層中形成的裂縫與小洞等缺陷，且可避免后續(xù)工藝中所使用的酸性溶液或氣體流入金屬層表面而使得表面產生腐蝕現(xiàn)象的問題，并可以防止銅金屬經由第一介電阻擋層的缺陷向外擴散的問題，進而可提升工藝的可靠度與成品率。
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，下文特舉優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。


圖1A至圖1G所繪示為依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的內連線的制造方法的流程剖面示意圖。
簡單符號說明100基底102介電層103開口頂部104開口105材料層106金屬材料層106a金屬層107金屬氧化物108、110介電阻擋層具體實施方式
圖1A至圖1G所繪示為依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的內連線的制造方法的流程剖面示意圖。
首先，請參照圖1A，提供一基底100，此基底100中已形成元件(未繪示)。接著，于基底100上形成介電層102，此介電層102的材料例如是氧化硅，而其形成方法例如是化學氣相沉積法。另外，上述的介電層102可為一層或者由多層介電材料層所構成，其可視工藝中電路設計需要加以調整。
然后，請參照圖1B，于介電層102中形成多個開口104，這些開口104于后續(xù)工藝可填入導體材料以作為內連線之用。其中，開口104的形成方法例如是進行一微影與蝕刻工藝。另外，上述的開口104可例如是鑲嵌開口、接觸窗開口、介層窗開口或溝渠。
接著，請參照圖1C，于介電層102上方形成金屬材料層106以填入開口104中。另外，于形成金屬材料層106之前，可在開口104表面與介電層102表面上形成一層材料層105，以避免后續(xù)形成的金屬層106與介電層102直接接觸，而交互作用。其中，上述的金屬材料層106的材料例如是銅金屬，而材料層105的材料例如為鉭(Ta)或氮化鉭(TaN)優(yōu)選。
繼之，請參照圖1D，進行一化學機械研磨工藝，以移除部分金屬材料層106至曝露出材料層105。然后，再移除部分材料層105至曝露出介電層102表面，以于介電層102中形成金屬內連線。
然而，像現(xiàn)有一樣，金屬層106a表面容易在低溫下或空氣中氧化而產生金屬氧化物107(如圖1D所示)，此金屬氧化物107例如是氧化銅。
接著，請參照圖1E，對金屬層106a的表面進行一金屬表面處理工藝，以去除金屬氧化物107。其中，金屬表面處理工藝例如是進行一等離子體處理工藝，其例如是使用含氫的等離子體來減少與清除金屬氧化物的工藝。但是，此金屬表面處理工藝于去除金屬氧化物107的同時也會對介電層102表面造成損傷，例如是其會移除部分介電層102表面上的材料，特別是，在鄰近開口頂部103處的介電層102，上述的問題更為嚴重。
之后，請參照圖1F，于基底100上方形成一層介電阻擋層108覆蓋介電層102與金屬層106a，以防止金屬層106a產生擴散。但是，因為上述的介電層102表面的損傷，使得介電層102的表面會有粗糙的現(xiàn)象，而造成介電阻擋層108容易產生隙縫或小洞等缺陷。
接著，請參照圖1G，于介電阻擋層108上形成一層介電阻擋層110，以修補其下方的介電阻擋層108所產生的缺陷。亦即是，介電阻擋層110可當作是修補材料層，以修補介電阻擋層108中產生的隙縫或小洞，其除了可防止銅金屬擴散之外，亦可避免工藝中所使用的酸性溶液或氣體沿著隙縫或小洞流入金屬層表面而造成腐蝕的現(xiàn)象。其中，上述的介電阻擋層108與介電阻擋層110可組成一復合式介電阻擋層。
本發(fā)明的復合式介電阻擋層的厚度例如是小于1000，亦即是，上述的介電阻擋層108與介電阻擋層110的厚度總和例如是小于1000。此外，于工藝中亦不限定形成二層介電阻擋層的復合式介電阻擋層以改善現(xiàn)有的問題，其可視工藝需要進行調整，以形成至少二層或者是多層的復合式介電阻擋層，以提高工藝的可靠度。
在一實施例中，介電阻擋層108與介電阻擋層110的材料相同而此二介電層108、110的形成方法不同，其材料例如是氮化硅、碳化硅或氮碳化硅，且介電阻擋層108與介電阻擋層110例如分別是以高密度等離子體化學氣相沉積法與等離子體增強化學氣相沉積法形成。另外，介電阻擋層110的材料還可以例如是碳氧化硅。
在另一實施例中，介電阻擋層108與介電阻擋層110的形成方法相同而此二介電層108、110的材料不同，同樣地，其利用介電阻擋層110當作修補材料層修補底下的介電阻擋層108，以提高工藝的可靠度。更詳細而言，本發(fā)明可利用一高密度等離子體化學氣相沉積法，形成材料不同的介電阻擋層108與介電阻擋層110。其中，介電阻擋層108的材料例如是氮化硅、碳化硅或氮碳化硅，而介電阻擋層110的材料例如是氮化硅、碳化硅、氮碳化硅或碳氧化硅。另外，本發(fā)明亦可利用一等離子體加強化學氣相沉積法，形成材料不同的介電阻擋層108與介電阻擋層110。其中，介電阻擋層108的材料例如是氮化硅、碳化硅或氮碳化硅，而介電阻擋層110的材料例如是氮化硅、碳化硅、氮碳化硅或碳氧化硅。
綜上所述，本發(fā)明可于金屬內連線完成后，在表面形成一層介電阻擋層，并且在此介電阻擋層上再形成一層作為修補材料層之用的介電阻擋層，以修補位于下層的介電阻擋層所形成的隙縫或小洞等缺陷(如圖1F所示)，如此除了可防止銅金屬經由下層的介電阻擋層的缺陷向外擴散之外，亦可避免后續(xù)工藝中所使用的酸性溶液或氣體流入金屬層表面，而造成表面腐蝕的現(xiàn)象，進而可改善工藝的可靠度與成品率。
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，本領域的技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應當以后附的權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種內連線的制造方法，包括提供一介電層，且該介電層中具有多個開口；形成一金屬層以填滿該些開口；形成一第一介電阻擋層，覆蓋該介電層與該金屬層；以及于該第一介電阻擋層上形成一第二介電阻擋層，以修補該第一介電阻擋層。
2.如權利要求1所述的內連線的制造方法，其中形成該金屬層以填滿該些開口的方法包括形成一金屬材料層于該介電層上；去除部分該金屬材料層以曝露出該介電層表面；以及進行一金屬表面處理工藝。
3.如權利要求1所述的內連線的制造方法，其中該金屬表面處理工藝包括一等離子體處理工藝。
4.如權利要求1所述的內連線的制造方法，其中該第一介電阻擋層與該第二介電阻擋層的厚度總和小于1000。
5.如權利要求1所述的內連線的制造方法，其中該第一介電阻擋層與該第二介電阻擋層的材料相同，且該第一介電阻擋層與該第二介電阻擋層的形成方法不同。
6.如權利要求5所述的內連線的制造方法，其中該第一介電阻擋層與該第二介電阻擋層的材料包括氮化硅、碳化硅或氮碳化硅。
7.如權利要求5所述的內連線的制造方法，其中該第一介電阻擋層的形成方法包括利用一高密度等離子體化學氣相沉積法，且該第二介電阻擋層的形成方法包括利用一等離子體增強化學氣相沉積法。
8.如權利要求1所述的內連線的制造方法，其中該第一介電阻擋層與該第二介電阻擋層的材料不同，且該第一介電阻擋層與該第二介電阻擋層的形成方法相同。
9.如權利要求8所述的內連線的制造方法，其中該第一介電阻擋層與該第二介電阻擋層的材料包括氮化硅、碳化硅或氮碳化硅。
10.如權利要求8所述的內連線的制造方法，其中該第一介電阻擋層與該第二介電阻擋層的形成方法包括一高密度等離子體化學氣相沉積法或一等離子體增強化學氣相沉積法。
11.如權利要求1所述的內連線的制造方法，其中該金屬層的材料包括銅金屬。
12.一種復合式介電阻擋層的制造方法，適用于一基底上，該基底上已形成有一介電層，且該介電層中具有多個金屬內連線，該制造方法包括于該介電層上方形成一第一介電阻擋層，覆蓋該些金屬內連線以及該介電層；以及于該第一介電阻擋層上形成一第二介電阻擋層，以修補該第一介電阻擋層，其中該第一介電阻擋層與該第二介電阻擋層組成一復合式介電阻擋層。
13.如權利要求12所述的復合式介電阻擋層的制造方法，更包括在形成該第一介電阻擋層之前，對該些金屬內連線的表面進行一金屬表面處理工藝。
14.如權利要求13所述的復合式介電阻擋層的制造方法，其中該金屬表面處理工藝包括一等離子體處理工藝。
15.如權利要求12所述的復合式介電阻擋層的制造方法，其中該復合式介電阻擋層的厚度小于1000。
16.如權利要求12所述的復合式介電阻擋層的制造方法，其中該第一介電阻擋層與該第二介電阻擋層的材料相同，且該第一介電阻擋層與該第二介電阻擋層的形成方法不同。
17.如權利要求16所述的復合式介電阻擋層的制造方法，其中該第一介電阻擋層與該第二介電阻擋層的材料包括氮化硅、碳化硅或氮碳化硅。
18.如權利要求16所述的復合式介電阻擋層的制造方法，其中該第一介電阻擋層的形成方法包括利用一高密度等離子體化學氣相沉積法，且該第二介電阻擋層的形成方法包括利用一等離子體增強化學氣相沉積法。
19.如權利要求12所述的復合式介電阻擋層的制造方法，其中該第一介電阻擋層與該第二介電阻擋層的材料不同，且該第一介電阻擋層與該第二介電阻擋層的形成方法相同。
20.如權利要求19所述的復合式介電阻擋層的制造方法，其中該第一介電阻擋層與該第二介電阻擋層的材料包括氮化硅、碳化硅或氮碳化硅。
21.如權利要求19所述的復合式介電阻擋層的制造方法，其中該第一介電阻擋層與該第二介電阻擋層的形成方法包括一高密度等離子體化學氣相沉積法或一等離子體增強化學氣相沉積法。
全文摘要
一種內連線的制造方法，包括提供一介電層，且介電層中具有多個開口。接著，形成一金屬層以填滿這些開口。繼之，形成第一介電阻擋層，以覆蓋介電層與金屬層。然后，再于第一介電阻擋層上形成一第二介電阻擋層，利用此第二介電阻擋層修補第一介電阻擋層，以提高工藝的可靠度與成品率。
文檔編號H01L21/314GK1832126SQ20051005431
公開日2006年9月13日 申請日期2005年3月8日 優(yōu)先權日2005年3月8日
發(fā)明者吳一經, 陳明德, 蕭志祥, 陳彥竹, 陳先億 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司