專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及具有多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及其制作 方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件中的基本布線結(jié)構(gòu)，是在半導(dǎo)體襯底上直接或間接地形成的下層布線 層、和在該下層布線層上通過層間絕緣層形成的上層布線層通過貫通上述層間絕緣層而形 成的溝槽通路而連接的結(jié)構(gòu)。通過將該布線結(jié)構(gòu)多數(shù)化、多層化，形成半導(dǎo)體器件的多層布 線結(jié)構(gòu)。參照圖1至圖3說明該多層布線結(jié)構(gòu)的布線工序。首先，如圖1所示，在襯底10 上形成包括第一介質(zhì)層110、第二介質(zhì)層120和第三介質(zhì)層130的金屬層間絕緣層11，所述 襯底10形成有集成電路器件(例如N型MOS管Ml和P型MOS管M2)以及與所述集成電路 器件電性連接的導(dǎo)電插塞102，第一介質(zhì)層110的材料為氮摻雜的碳化硅(BLOCK)，第二介 質(zhì)層120的材料為碳摻雜的氧化硅(Black Diamond)，第三介質(zhì)層130的材料為氧化硅；接 著，如圖2所，對金屬層間絕緣層11進(jìn)行刻蝕工藝直至在第一介質(zhì)層110表面處停止，從而 在第三介質(zhì)層130和第二介質(zhì)層120內(nèi)形成暴露第一介質(zhì)層110的溝槽12 ；接著，如圖3所 示，在原有溝槽12內(nèi)繼續(xù)對第一介質(zhì)層110進(jìn)行刻蝕直至暴露襯底10表面；之后就可在溝 槽12內(nèi)形成金屬保護(hù)層和注入金屬，并通過研磨形成金屬層(未在圖式中顯示)。重復(fù)上 述步驟，即可制作完成半導(dǎo)體器件的多層布線結(jié)構(gòu)。但在上述布線工藝中，由于所述金屬層間絕緣層為三層結(jié)構(gòu)，在形成用于貫穿所 述金屬層間絕緣層的溝槽時采用了二個步驟的刻蝕工藝，工藝步驟比較繁瑣，增加了半導(dǎo) 體器件出現(xiàn)缺陷的幾率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體器件的制作方法，能夠降低金屬層間絕緣層 的厚度，降低半導(dǎo)體器件寄生電容，提高半導(dǎo)體器件的性能及其生產(chǎn)良率。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件的制作方法，包括提供襯底，所 述襯底形成有集成電路器件和覆蓋所述集成電路器件的保護(hù)層，所述保護(hù)層為氧化硅；在 所述保護(hù)層表面形成第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層為碳摻雜的氧化硅；在所述第一介質(zhì)層 表面形成第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層構(gòu)成金屬層間絕緣層；采取碳摻雜的 氧化硅與氧化硅選擇刻蝕比高的刻蝕工藝，在所述第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層內(nèi)形成暴露所 述保護(hù)層的金屬溝槽，用于制作第一金屬層?？蛇x地，所述集成電路器件為場效應(yīng)晶體管，所述場效應(yīng)管包括柵極區(qū)和源/漏 區(qū)?？蛇x地，所述襯底還包括與所述場效應(yīng)管柵極區(qū)或源/漏區(qū)相連的導(dǎo)電插塞?？蛇x地，所述第一介質(zhì)層的厚度為1450埃至3000埃。
可選地，所述第一介質(zhì)層的厚度為1900埃至2100埃?？蛇x地，所述第一介質(zhì)層的形成方法為增強(qiáng)型等離子體化學(xué)氣相沉積工藝、高密 度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝或介質(zhì)化學(xué)氣相沉積工藝。可選地，所述第二介質(zhì)層為氧化硅?？蛇x地，所述第二介質(zhì)層的厚度為300埃至700埃?？蛇x地，所述第二介質(zhì)層的厚度為450埃至550埃。可選地，所述第二介質(zhì)層的形成方法為增強(qiáng)型等離子體化學(xué)氣相沉積工藝、高密 度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝或介質(zhì)化學(xué)氣相沉積工藝。本發(fā)明另一方面提供一種包括襯底，所述襯底形成有集成電路器件和覆蓋所述 集成電路器件的保護(hù)層，所述保護(hù)層為氧化硅；覆蓋所述保護(hù)層的第一介質(zhì)層，所述第一介 質(zhì)層為碳摻雜的氧化硅；覆蓋所述第一介質(zhì)層的第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層和第一介質(zhì) 層構(gòu)成金屬層間絕緣層；貫穿所述第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層、暴露所述保護(hù)層的金屬溝槽。本發(fā)明在半導(dǎo)體器件的制造工藝中，形成碳摻雜的二層結(jié)構(gòu)的金屬層間絕緣層， 并采用采取碳摻雜的氧化硅與氧化硅選擇刻蝕比高的刻蝕工藝，在金屬層間絕緣層內(nèi)形成 用于制作第一金屬層的金屬溝槽，相對于具有三層結(jié)構(gòu)的金屬層間絕緣層并執(zhí)行多步驟刻 蝕工藝形成金屬層的現(xiàn)有技術(shù)，從而能夠降低半導(dǎo)體器件的厚度，減少工藝步驟，提高半導(dǎo) 體器件的性能及其生產(chǎn)良率。


圖1至圖3為現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件制造的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明半導(dǎo)體器件的制作方法的流程示意圖；圖5至圖11為本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件的制作方法過程示意圖。
具體實施例方式從背景技術(shù)可知，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在半導(dǎo)體器件制造工藝中，半導(dǎo)體器件表 面形成的金屬層間絕緣層具有三層介質(zhì)層且需要經(jīng)過二道刻蝕工序才能形成貫通的金屬 溝槽，工藝步驟相對繁雜，影響半導(dǎo)體器件的性能和生產(chǎn)良率?；谏鲜隹紤]，在具體實施方式
的以下內(nèi)容中，提供一種半導(dǎo)體器件的制作方法， 如圖4所示，包括步驟步驟S101，提供襯底，所述襯底形成有集成電路器件和覆蓋所述集成電路器件的 保護(hù)層，所述保護(hù)層為氧化硅；步驟S102，在所述保護(hù)層表面形成第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層為碳摻雜的氧化 娃；步驟S103，在所述第一介質(zhì)層表面形成第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層和第一介質(zhì) 層構(gòu)成金屬層間絕緣層；步驟S104，采取碳摻雜的氧化硅與氧化硅選擇刻蝕比高的刻蝕工藝，在所述第二 介質(zhì)層和第一介質(zhì)層內(nèi)形成暴露所述保護(hù)層的金屬溝槽；步驟S105，形成填充所述金屬溝槽的第一金屬層。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說明。
執(zhí)行步驟S101，提供襯底，所述襯底形成有集成電路器件和覆蓋所述集成電路器 件的保護(hù)層，所述保護(hù)層為氧化硅。所述襯底可以為多層基片(例如，具有覆蓋電介質(zhì)和金屬膜的硅襯底)、分級基 片、絕緣體上硅基片(SOI)、外延硅基片、部分處理的基片(包括集成電路及其他元件的一 部分)、圖案化或未被圖案化的基片。在本實施例中，如圖5所示，所述襯底為部分處理的基片，所述基片200形成有場 效應(yīng)晶體管，例如為N型MOS管Ml和P型MOS管M2，每一個MOS管都包括位于基片200表 面的柵極區(qū)和位于基片200內(nèi)的的源/漏區(qū)。另外，在基片200上形成有覆蓋所述場效應(yīng) 晶體管的保護(hù)層202，優(yōu)選地，所述保護(hù)層202的材料為氧化硅。再有，在基片200上還形成 有與所述場效應(yīng)管柵極區(qū)或源/漏區(qū)相連的導(dǎo)電插塞204，所述導(dǎo)電插塞204包括導(dǎo)電金屬 203和包覆所述導(dǎo)電金屬203的金屬阻擋層205，優(yōu)選地，所述導(dǎo)電金屬203為金屬鎢，所述 金屬阻擋層205為鉭、氮化鉭、鈦或者氮化鈦。執(zhí)行步驟S102，在所述保護(hù)層202表面形成第一介質(zhì)層21，形成如圖6所示的結(jié)構(gòu)。所述第一介質(zhì)層21的材料為選自低介電常數(shù)材料，優(yōu)選地，其材料為碳摻雜的氧 化硅(Black Diamond) 0所述第一介質(zhì)層21的厚度為1450埃至3000埃，優(yōu)選地，所述厚度 為1900埃至2100埃。所述第一介質(zhì)層21的形成工藝可以為化學(xué)氣相沉積工藝。在本實施例中，優(yōu)選 地，形成第一介質(zhì)層21的工藝為介質(zhì)化學(xué)氣相沉積法，但是需要特別說明的是，選用其他 薄膜沉積工藝(例如增強(qiáng)型等離子體化學(xué)氣相沉積工藝或高密度等離子體化學(xué)氣相沉積 工藝)形成的第一介質(zhì)層21仍然可以正常工作，在此特地說明。具體工藝參數(shù)為第一介質(zhì)層21的形成可以在介質(zhì)化學(xué)氣相沉積設(shè)備中進(jìn)行，反 應(yīng)溫度為300攝氏度至400攝氏度，腔室壓力為4托至6托，反應(yīng)間距為5毫米至9毫米， 功率為400瓦至600瓦，氧氣流量為每分鐘100標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘300標(biāo)準(zhǔn)立方厘米， 氦氣流量為每分鐘800標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘1000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，八甲基環(huán)化四硅氧烷流 量為每分鐘2000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘4000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米直至形成1900埃至2100埃厚 度的第一介質(zhì)層21。執(zhí)行步驟S103，在所述第一介質(zhì)層21表面形成第二介質(zhì)層22，形成如圖7所示的結(jié)構(gòu)。所述第二介質(zhì)層22的材料為選自氧化硅。所述第二介質(zhì)層22的厚度為300埃至 700埃，優(yōu)選地，所述厚度為450埃至550埃。所述第二介質(zhì)層22的形成工藝可以為化學(xué)氣相沉積工藝。在本實施例中，優(yōu)選 地，形成第二介質(zhì)層22的工藝為介質(zhì)化學(xué)氣相沉積法，但是需要特別說明的是，選用其他 薄膜沉積工藝(例如增強(qiáng)型等離子體化學(xué)氣相沉積工藝或高密度等離子體化學(xué)氣相沉積 工藝)形成的第二介質(zhì)層22仍然可以正常工作，在此特地說明。具體工藝參數(shù)為第二介質(zhì)層22的形成可以在介質(zhì)化學(xué)氣相沉積設(shè)備中進(jìn)行，反 應(yīng)溫度為300攝氏度至500攝氏度，腔室壓力為6托至9托，反應(yīng)間距為5毫米至8毫米， 功率為400瓦至600瓦，氧氣流量為每分鐘3000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘5000標(biāo)準(zhǔn)立方厘 米，氦氣流量為每分鐘3000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘5000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，八甲基環(huán)化四硅氧烷流量為每分鐘800標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘1200標(biāo)準(zhǔn)立方厘米直至形成450埃至550埃 厚度的第二介質(zhì)層22。通過步驟S103所形成的第二介質(zhì)層22和步驟S102所形成的第一介質(zhì)層21共同 構(gòu)成金屬層間絕緣層23。執(zhí)行步驟S104，采取碳摻雜的氧化硅與氧化硅選擇刻蝕比高的刻蝕工藝，在所述 第二介質(zhì)層22和第一介質(zhì)層21內(nèi)形成暴露所述保護(hù)層202的金屬溝槽。下面對所述步驟S104進(jìn)行詳細(xì)說明首先，在所述第二介質(zhì)層22表面形成光刻膠圖形M，形成如圖8所示的結(jié)構(gòu)。所述光刻膠圖形M用于與后續(xù)形成的金屬溝槽對應(yīng)，并作為刻蝕金屬溝槽的掩膜。在第二介質(zhì)層22表面旋涂光刻膠，接著通過曝光將掩膜版上的與金屬溝槽相對 應(yīng)的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上，接著利用顯影液將相應(yīng)部位的光刻膠去除，以形成光刻膠圖形 24。接著，以所述光刻膠圖形M為掩膜，刻蝕介質(zhì)層300形成金屬溝槽25，形成如圖9 所示的結(jié)構(gòu)。所述刻蝕工藝可以是任何常規(guī)刻蝕技術(shù)，例如化學(xué)刻蝕或者等離子體刻蝕技術(shù)。 在本實施例中，采用等離子體刻蝕技術(shù)，采用CF4、CHF3> CH2F2, CH3F, C4F8或者C5F8中的一種 或者幾種作為反應(yīng)氣體刻蝕第二介質(zhì)層22和第一介質(zhì)層21。具體的刻蝕工藝參數(shù)可以為選用等離子體型刻蝕設(shè)備，刻蝕設(shè)備腔體壓力為 125毫托至175毫托，頂部射頻功率為300瓦至500瓦，底部射頻功率為300瓦至500瓦， C4F8流量為每分鐘10標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘50標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，CHF3流量為每分鐘10標(biāo)準(zhǔn) 立方厘米至每分鐘50標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，Ar流量為每分鐘150標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘250標(biāo) 準(zhǔn)立方厘米，CF4流量為每分鐘50標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘150標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，刻蝕第二介質(zhì) 層22和第一介質(zhì)層21直至形成暴露保護(hù)層202的金屬溝槽25。這樣，僅需要一道刻蝕工序，即可刻蝕出貫穿所述第二介質(zhì)層22和第一介質(zhì)層21 的金屬溝槽25。另外，在刻蝕過程中，會產(chǎn)生過刻蝕現(xiàn)象，但由于采用的是碳摻雜的氧化硅 與氧化硅選擇刻蝕比高的刻蝕工藝，因此，保護(hù)層202僅有表面的部分會被刻蝕掉，而不會 破壞保護(hù)層202的其他部分的結(jié)構(gòu)。最后，去除光刻膠圖形M。執(zhí)行步驟S105，形成填充所述金屬溝槽25的第一金屬層27。下面對所述步驟S105進(jìn)行詳細(xì)說明首先，在所述金屬溝槽25的底部和側(cè)壁形成金屬阻擋層沈，形成如圖10所示的結(jié) 構(gòu)。所述金屬阻擋層沈的材料選自鉭、氮化鉭、鈦或者氮化鈦，所述金屬阻擋層沈可 以為單層結(jié)構(gòu)或多層疊加結(jié)構(gòu)，所述金屬阻擋層26用于阻止后續(xù)形成的第一金屬層的材 料向周邊(第一介質(zhì)層21和第二介質(zhì)層2 擴(kuò)散。形成所述金屬阻擋層沈的工藝可以為公知的沉積工藝，例如物理氣相沉積工藝 或者化學(xué)氣相沉積工藝。接著，在所述金屬阻擋層沈上注入金屬，并通過研磨工藝，形成第一金屬層27，形成如圖11所示的結(jié)構(gòu)。所述第一金屬層27為層間電極，用于實現(xiàn)器件內(nèi)各個單元的導(dǎo)通。所述第一金屬層27的材料選自鋁、銀、鉻、鉬、鎳、鈀、鉬、鈦、鉭或者銅，或者選自 鋁、銀、鉻、鉬、鎳、鈀、鉬、鈦、鉭或者銅的合金。在本實施例中，由于金屬銅具有高熔點、低電 阻系數(shù)及高抗電子遷移的能力，優(yōu)選用銅做示范性說明，但是需要特別說明的是，選用其他 導(dǎo)電物質(zhì)形成的第一金屬層27在工藝節(jié)點高于130納米技術(shù)中仍然可以工作，只是傳輸延 遲比較大，在此特地說明，不應(yīng)過分限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。所述第一金屬層27的形成工藝可以選用公知的物理氣相沉積工藝或者電鍍工 藝，需特別指出的是，上述第一金屬層27的形成工藝需根據(jù)第一金屬層27選用的材料不同 而采用不同的工藝，調(diào)整不同的工藝參數(shù)。所述研磨工藝為化學(xué)機(jī)械拋光工藝，所述化學(xué)機(jī)械拋光工藝選用選擇性去除銅的 拋光工藝。因所述化學(xué)機(jī)械拋光工藝為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，故不再贅述。本發(fā)明提供的半導(dǎo)體制造方法，在半導(dǎo)體器件的制造工藝中，形成碳摻雜的二層 結(jié)構(gòu)的金屬層間絕緣層，并采用采取碳摻雜的氧化硅與氧化硅選擇刻蝕比高的刻蝕工藝， 在金屬層間絕緣層內(nèi)形成用于制作第一金屬層的金屬溝槽，相對于具有三層結(jié)構(gòu)的金屬層 間絕緣層并執(zhí)行多步驟刻蝕工藝形成金屬層的現(xiàn)有技術(shù)，從而能夠降低半導(dǎo)體器件的厚 度，減少工藝步驟，提高半導(dǎo)體器件的性能及其生產(chǎn)良率。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，包括提供襯底，所述襯底形成有集成電路器件和覆蓋所述集成電路器件的保護(hù)層，所述保 護(hù)層為氧化硅；在所述保護(hù)層表面形成第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層為碳摻雜的氧化硅； 在所述第一介質(zhì)層表面形成第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層構(gòu)成金屬層間 絕緣層；采取碳摻雜的氧化硅與氧化硅選擇刻蝕比高的刻蝕工藝，在所述第二介質(zhì)層和第一介 質(zhì)層內(nèi)形成暴露所述保護(hù)層的金屬溝槽，用于制作第一金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，所述集成電路器件為場 效應(yīng)晶體管，所述場效應(yīng)管包括柵極區(qū)和源/漏區(qū)。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，所述襯底還包括與所述 場效應(yīng)管柵極區(qū)或源/漏區(qū)相連的導(dǎo)電插塞。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層的厚度 為1450埃至3000埃。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層的厚度 為1900埃至2100埃。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層的形成 方法為增強(qiáng)型等離子體化學(xué)氣相沉積工藝、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝或介質(zhì)化學(xué) 氣相沉積工藝。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，所述第二介質(zhì)層為氧化娃。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，所述第二介質(zhì)層的厚度 為300埃至700埃。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，所述第二介質(zhì)層的厚度 為450埃至550埃。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，所述第二介質(zhì)層的形成 方法為增強(qiáng)型等離子體化學(xué)氣相沉積工藝、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝或介質(zhì)化學(xué) 氣相沉積工藝。
11.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括襯底，所述襯底形成有集成電路器件和覆蓋所述集成電路器件的保護(hù)層，所述保護(hù)層 為氧化硅；覆蓋所述保護(hù)層的第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層為碳摻雜的氧化硅； 覆蓋所述第一介質(zhì)層的第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層構(gòu)成金屬層間絕緣層；貫穿所述第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層、暴露所述保護(hù)層的金屬溝槽。
12.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一介質(zhì)層的厚度為1450埃 至3000埃。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一介質(zhì)層的厚度為1900埃 至2100埃。
14.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二介質(zhì)層為氧化硅。
15.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二介質(zhì)層的厚度為300埃至 700 埃。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件及其制作方法，所述制作方法包括提供襯底，襯底形成有集成電路器件和覆蓋集成電路器件的保護(hù)層，所述保護(hù)層為氧化硅；在保護(hù)層表面形成第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層為碳摻雜的氧化硅；在第一介質(zhì)層表面形成第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層構(gòu)成金屬層間絕緣層；采取碳摻雜的氧化硅與氧化硅選擇刻蝕比高的刻蝕工藝，在第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層內(nèi)形成暴露保護(hù)層的金屬溝槽，用于制作第一金屬層。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明半導(dǎo)體器件的制作方法，形成由第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層構(gòu)成的金屬層間絕緣層，并僅需一道刻蝕工藝制作金屬溝槽，能夠降低半導(dǎo)體器件的厚度，減少工藝步驟，提高半導(dǎo)體器件的性能及其生產(chǎn)良率。
文檔編號H01L23/522GK102054749SQ20091019811
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者王琪 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司