專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是有關(guān)于一種半導(dǎo)體裝置，特別是有關(guān)于一種在一具有單一個(gè)或多數(shù)個(gè)反應(yīng)室的半導(dǎo)體制程設(shè)備中整合蝕刻后續(xù)清潔制程(post-etching cleaning process)與沉積制程形成的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
在集成電路或是微電子裝置的制造中，多層導(dǎo)線結(jié)構(gòu)是使用于集成電路中的單一或多個(gè)裝置的內(nèi)聯(lián)機(jī)(interconnect)區(qū)。傳統(tǒng)上是采用雙鑲嵌(dualdamascene)制程形成上述內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)。
雙鑲嵌制程一開始是先于一硅晶片上沉積一介電層，例如一低介電常數(shù)(k)材料層，以作為一金屬層間介電(intermetal dielectric，IMD)層。隨后實(shí)施微影及蝕刻制程以在IMD層中形成一溝槽或接觸窗開口或是由這些開口所成的雙鑲嵌開口。最后，在開口中沉積一金屬層，例如銅層或鋁層，以完成內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的制作。
傳統(tǒng)上，藉由蝕刻制程在IMD層中形成開口之后，反應(yīng)室中的晶片會(huì)實(shí)施一清潔制程以去除光阻掩膜及蝕刻后續(xù)產(chǎn)生的副產(chǎn)品(post-etchingby-products)，例如聚合物或是其它化學(xué)殘留物。之后，將晶片從反應(yīng)室移出以等候后續(xù)進(jìn)行沉積制程或是金屬化制程。在等候期間(稱做制程等待時(shí)間(queue time，Q-time))，晶片是暴露于大氣中，導(dǎo)致原生(native)氧化物形成硅晶片表面或是不必要的氧化物形成于晶片的下層金屬層表面而不利于后續(xù)的制程。為了去除上述氧化物，是于進(jìn)行沉積制程之前，額外實(shí)施一電漿清潔制程，但卻因此而損及低介電常數(shù)材料層的表面。再者，低介電常數(shù)材料層在等候進(jìn)行沉積制程時(shí)，容易與蝕刻后續(xù)產(chǎn)生的副產(chǎn)品相互作用或是吸收到水氣而導(dǎo)致介電特性退化。
另外，光阻掩膜的去除通常采用電漿去除法。然而，電漿會(huì)損害低介電常數(shù)材料層，同樣會(huì)導(dǎo)致介電特性退化。再者，電漿去除法并無法完全去除光阻掩膜，因?yàn)榫酆衔飼?huì)形成于光阻掩膜的側(cè)壁，而不利于后續(xù)制程的進(jìn)行。
美國專利第6,184,132號是揭示一種半導(dǎo)體裝置中硅化鈷的整合制程，其利用臨場(in-situ)電漿清潔制程以在進(jìn)行鈷沉積之前去除形成于硅基底上的原生氧化物。然而，如以上所述，于清潔期間，電漿容易損害基底表面。另外，美國專利第6,395,642號是揭示一種改良的銅制程整合方法，其是整合進(jìn)行銅電鍍之前的銅晶種層制作與電漿清潔制程。藉由此方法，銅氧化物可有效地除去，以增加銅內(nèi)聯(lián)機(jī)的品質(zhì)。然而，于去除光阻掩膜與金屬沉積步驟之間仍存在制程等候時(shí)間(Q-time)。
因此，有必要尋求新的方法來解決因上述制程等候時(shí)間所引發(fā)的問題，以維持介電層的介電特性。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種藉由整合蝕刻后續(xù)清潔制程與沉積制程來避免具有低介電常數(shù)(lowk)材料層形成其上的一基底于金屬沉積前暴露于大氣中的方法，藉以克服制程等待時(shí)間(queue time)所引發(fā)的問題并增加產(chǎn)能。
本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種利用超臨界流體(supercriticalfluid)技術(shù)來進(jìn)行蝕刻后續(xù)清潔制程及隨后的沉積制程的方法，以取代傳統(tǒng)電漿技術(shù)，進(jìn)而有效地去除蝕刻后續(xù)產(chǎn)生的副產(chǎn)品(post-etchingby-products)并防止低介電常數(shù)材料層的損害。
本實(shí)用新型的又另一目的在于提供一種具有一內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其中內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的形成是采用超臨界流體作為清潔制程的清潔劑并作為沉積制程的反應(yīng)媒介。
根據(jù)上述的目的，本實(shí)用新型提供一種內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的形成方法。首先，提供一基底，其上覆蓋有一介電層，該介電層具有由位于其上方的一掩膜圖案層所定義出的至少一開口。之后，藉由一超臨界流體實(shí)施一清潔制程，以去除該掩膜圖案層以及形成于介電層表面及開口內(nèi)表面的蝕刻副產(chǎn)品。最后，藉由超臨界流體作為反應(yīng)媒介以臨場填入一導(dǎo)電層于開口內(nèi)，而完成內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)。此處，清潔制程的實(shí)施及臨場填充開口是于一制程設(shè)備的一制程反應(yīng)室或是具有多個(gè)反應(yīng)室的制程設(shè)備的不同制程反應(yīng)室中進(jìn)行。
上述介電層可為一低介電常數(shù)材料層且掩膜圖案層可為一光阻圖案層。
再者，使用于清潔制程的超臨界流體可為超臨界二氧化碳，且其更包括一化學(xué)清除劑溶解其中，其包括HF、NMP、CH3COOH、MeOH、BLO、H2SO4、HNO3、H3PO4、或TFAA。
再者，導(dǎo)電層是利用一有機(jī)金屬錯(cuò)合物作為沉積前驅(qū)物并利用超臨界二氧化碳作為反應(yīng)媒介而形成的，其中有機(jī)金屬錯(cuò)合物包括Cu(hfac)(2-butyne)、Cu(hfac)2、或Cu(dibm)。
根據(jù)上述的另一目的，本實(shí)用新型提供一種銅制程整合方法。首先，提供一基底，其上覆蓋有一介電層，介電層具有由位于其上方的一掩膜圖案層所定義出的一鑲嵌開口。接著，藉由一超臨界流體實(shí)施一清潔制程，以去除掩膜圖案層以及形成于介電層表面及鑲嵌開口內(nèi)表面的蝕刻副產(chǎn)品。最后，利用超臨界流體作為一反應(yīng)媒介，以臨場填入一銅層于該鑲嵌開口內(nèi)。此處，清潔制程的實(shí)施及臨場填充開口是于一制程設(shè)備的一制程反應(yīng)室或是具有多個(gè)反應(yīng)室的制程設(shè)備的不同制程反應(yīng)室中進(jìn)行。
上述介電層可為一低介電常數(shù)材料層且掩膜圖案層可為一光阻圖案層。
再者，使用于清潔制程的超臨界流體可為超臨界二氧化碳，且其更包括一化學(xué)清除劑溶解其中，其包括HF、NMP、CH3COOH、MeOH、BLO、H2SO4、HNO3、H3PO4、或TFAA。
再者，銅層是利用Cu(hfac)(2-butyne)、Cu(hfac)2、或Cu(dibm)作為沉積前驅(qū)物。
又根據(jù)上述的另一目的，本實(shí)用新型提供一種半導(dǎo)體裝置。此半導(dǎo)體裝置包括一基底、一低介電常數(shù)材料層、及一內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)。低介電常數(shù)材料層是設(shè)置于基底上方，其具有至少一鑲嵌開口位于被一超臨界流體所清潔過的一區(qū)域中。內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)是設(shè)置于鑲嵌開口內(nèi)，且其是于實(shí)施清潔制程之后，利用超臨界流體作為一反應(yīng)媒介且利用一有機(jī)金屬錯(cuò)合物作為一沉積前驅(qū)物而臨場形成的。此處，對鑲嵌開口所實(shí)施的清潔制程及內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的制作是于一制程設(shè)備的一制程反應(yīng)室或是具有多個(gè)反應(yīng)室的制程設(shè)備的不同制程反應(yīng)室中進(jìn)行。
再者，使用于清潔制程的超臨界流體可為超臨界二氧化碳，且其更包括一化學(xué)清除劑溶解其中，其包括HF、NMP、CH3COOH、MeOH、BLO、H2SO4、HNO3、H3PO4、或TFAA。
再者，有機(jī)金屬錯(cuò)合物包括Cu(hfac)(2-butyne)、Cu(hfac)2、或Cu(dibm)。


圖1a到圖1d是繪示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的雙鑲嵌制程中內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)形成方法的剖面示意圖。
符號說明100～基底；102～介電層；104～掩膜圖案層；104a～聚合物層；108～鑲嵌開口；110～清潔制程；112～導(dǎo)電層；112a～內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)；200～半導(dǎo)體裝置。
具體實(shí)施方式
為讓本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下圖1a到圖1d是繪示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的雙鑲嵌制程中形成內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的方法。首先，請參照圖1a，提供一基底100，例如一硅基底或其它半導(dǎo)體基底。此基底100可包含不同的組件，例如晶體管、電阻器、及其它現(xiàn)有的半導(dǎo)體組件。此基底100亦可包含其它絕緣層或金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)層。此處，為了簡化圖式，僅繪示出一平整的基底。
接著，在基底100上方形成一介電層102。再本實(shí)施例中，介電層102是作為一內(nèi)層層間介電(ILD)層或是金屬層間介電(IMD)層。舉例而言，介電層102可為二氧化硅、磷硅玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、或是其它如摻雜氟的硅玻璃(FSG)的低介電常數(shù)(k)材料層。再者，介電層102可藉由現(xiàn)有沉積技術(shù)形成，例如電漿輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、常壓化學(xué)氣相沉積(APCVD)、高密度電漿化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)、或是其它適當(dāng)?shù)腃VD。另外，在沉積介電層102之前，一蝕刻終止層(未繪示)，例如一氮化硅層，可藉由LPCVD并利用SiCl2H2及NH3作為反應(yīng)源，選擇性地沉積于基底100上。再者，一抗反射層(未繪示)，可選擇性地沉積于介電層102上方。此處，抗反射層可為氮氧化硅(SiON)，其可藉由CVD并利用SiH4、O2、及N2作為制程氣體形成。
之后，在介電層102上方涂覆一掩膜層(未繪示)，例如光阻，接著實(shí)施微影制程以形成一掩膜圖案層104，其具有至少一開口106以露出部分的介電層102，作為定義鑲嵌結(jié)構(gòu)之用。
接下來，請參照圖1b，利用掩膜圖案層104作為一蝕刻掩膜，以進(jìn)行傳統(tǒng)蝕刻制程，例如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)，蝕刻介電層102以在其中形成一鑲嵌開口108。鑲嵌開口108可為一溝槽、接觸窗開口、或其它開口。
接著，進(jìn)行本實(shí)用新型的一連串的關(guān)鍵步驟。首先藉由超臨界流體，例如超臨界二氧化碳(CO2)，實(shí)施一清潔制程110以去除掩膜圖案層104以及形成于介電層102表面及鑲嵌開口108內(nèi)表面的蝕刻后續(xù)產(chǎn)生的副產(chǎn)品。亦即，上述清潔制程110包含了掩膜層剝除制程以及傳統(tǒng)的清潔制程。
氣體處于超臨界態(tài)是稱做超臨界流體。亦即，當(dāng)環(huán)境的壓力及溫度達(dá)到臨界態(tài)時(shí)，氣體就會(huì)進(jìn)入超臨界態(tài)。舉例而言，CO2的臨界溫度約在31℃，且CO2的臨界壓力約在72.6atm。在本實(shí)施例中，清潔制程110的制程溫度在31到400℃的范圍且制程壓力在72到400atm的范圍。典型地，超臨界流體的密度與液相大體相同時(shí)。其擴(kuò)散性質(zhì)與黏性相似于氣相。因此，可將化學(xué)清除劑溶解于超臨界流體之中。此超臨界流體是用于掩膜層剝除制程及清潔制程，以去除掩膜圖案層104及蝕刻后續(xù)產(chǎn)生的副產(chǎn)品，例如形成于掩膜圖案層104側(cè)壁的聚合物104a或是形成于介電層102表面及鑲嵌開口108內(nèi)表面的化學(xué)殘留物(未繪示)。在本實(shí)施例中，化學(xué)清除劑包括HF、NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)、CH3COOH、MeOH、BLO(butrolactone)、H2SO4、HNO3、H3PO4、或TFAA(trifluoroacetic acid)。
接下來，請參照圖1c，在介電層102上方臨場(in-situ)形成一導(dǎo)電層112，例如銅、鋁、或其它現(xiàn)有的內(nèi)聯(lián)機(jī)材料，并填入鑲嵌開口108。在本實(shí)施例中，為了避免清潔過的基底100暴露于大氣中時(shí)，形成氧化物或任何化學(xué)殘留物或與介電層102發(fā)生不必要的化學(xué)反應(yīng)，是藉由超臨界流體技術(shù)來臨場形成導(dǎo)電層112，且其可輕易地與先前的清潔制程整合。舉例而言，在一反應(yīng)室進(jìn)行一清潔制程之后，接著在不與外界接觸的情形之下，利用一有機(jī)金屬錯(cuò)合物作為沉積前驅(qū)物及利用超臨界二氧化碳作為反應(yīng)媒介來進(jìn)行沉積制程。亦即，清潔制程與沉積制程可依序于一制程設(shè)備的一反應(yīng)室中進(jìn)行或于一具有多數(shù)個(gè)反應(yīng)室的制程設(shè)備的不同反應(yīng)室中進(jìn)行。在本實(shí)施例中，舉例而言，用于內(nèi)聯(lián)機(jī)制作的有機(jī)金屬錯(cuò)合物包括Cu(hfac)(2-butyne)、Cu(hfac)2、或Cu(dibm)，其中hfac為hexaf luoroacethyl acetonate的縮寫，dibm為diisobutyrylmethanato的縮寫。另外，典型地，一擴(kuò)散阻障層(未繪示)，例如氮化鈦、氮化鉭、氮化鎢、或其它類似的材料，于沉積導(dǎo)電層112之前，形成于介電層102表面及鑲嵌開口108內(nèi)表面。再者，擴(kuò)散阻障層可藉由上述超臨界流體技術(shù)及利用其它適當(dāng)?shù)挠谢饘馘e(cuò)合物作為沉積前驅(qū)物而臨場形成。
最后，請參照圖1d，藉由回蝕刻制程或是研磨制程，例如化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)，將介電層102上方多余的導(dǎo)電層112去除，以在鑲嵌開口108內(nèi)留下一部分的導(dǎo)電層112a作為內(nèi)聯(lián)機(jī)并完成內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)的制作。
圖1d亦繪示出本實(shí)用新型實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置200的剖面示意圖。半導(dǎo)體裝置200包括一基底100、一介電層102、及一內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)112a。介電層102，例如一低介電常數(shù)材料層，是設(shè)置于基底100上方，且其具有至少一鑲嵌開口108位于被一超臨界流體，例如超臨界二氧化碳，所清潔過的一區(qū)域中，其中超臨界流體內(nèi)溶解有作為清除劑的HF、NMP、CH3COOH、MeOH、BLO、H2SO4、HNO3、H3PO4、或TFAA。此處，鑲嵌開口108可為一溝槽或接觸窗開口。內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)112a是設(shè)置于鑲嵌開口108中，其是于清潔制程之后，利用超臨界流體作為反應(yīng)媒介且利用有機(jī)金屬錯(cuò)合物，例如Cu(hfac)(2-butyne)、Cu(hfac)2、或Cu(dibm)，作為沉積前驅(qū)物以臨場形成。再者，清潔制程與內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)112a的制作是于一制程設(shè)備的一反應(yīng)室中進(jìn)行或于一具有多數(shù)個(gè)反應(yīng)室的制程設(shè)備的不同反應(yīng)室中進(jìn)行。
根據(jù)本實(shí)用新型的方法，金屬化制程中的清潔步驟與后續(xù)沉積步驟是于不與外界接觸的情形下依序進(jìn)行。亦即，可避免清潔過的基底暴露于大氣之中，藉以防止氧化物或是化學(xué)殘留物的形成以及不必要的反應(yīng)或是水氣吸收的發(fā)生。因此，半導(dǎo)體裝置的可靠度及產(chǎn)生可因排除制程等候時(shí)間的問題而增加。再者，相較于相關(guān)技術(shù)，由于采用超臨界流體技術(shù)來進(jìn)行蝕刻后續(xù)清潔制程，所以可有效地去除蝕刻后續(xù)產(chǎn)生的副產(chǎn)品而不損害到低介電常數(shù)材料，藉以增加組件的品質(zhì)。再者，可藉由超臨界流體作為清潔劑并以其作為沉積制程的反應(yīng)媒介而將蝕刻后續(xù)清潔制程輕易地整合于沉積制程，進(jìn)而簡化制程、減少制程設(shè)備的所需空間、及降低制造成本。
雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤飾，因此本實(shí)用新型的保護(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1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括一基底；一低介電常數(shù)材料層，設(shè)置于該基底上方，其具有至少一鑲嵌開口位于被一超臨界流體所清潔過的一區(qū)域中；以及一內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該鑲嵌開口內(nèi)，且其是于實(shí)施清潔制程之后，利用該超臨界流體作為一反應(yīng)媒介且利用一有機(jī)金屬錯(cuò)合物作為一沉積前驅(qū)物而臨場形成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，該鑲嵌開口包括一溝槽或一接觸窗開口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，該超臨界流體是超臨界二氧化碳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，用于該清潔制程的該超臨界流體更包括一化學(xué)清除劑溶解其中，其包括HF、NMP、CH3COOH、MeOH、BLO、H2SO4、HNO3、H3PO4、或TFAA。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，該有機(jī)金屬錯(cuò)合物包括Cu(hfac)(2-butyne)、Cu(hfac)2、或Cu(dibm)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，預(yù)清潔該鑲嵌開口及臨場形成該內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)是于一制程設(shè)備的一反應(yīng)室中進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，預(yù)清潔該鑲嵌開口及臨場形成該內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)是于一具有多數(shù)個(gè)反應(yīng)室的制程設(shè)備的不同反應(yīng)室中進(jìn)行。
專利摘要本實(shí)用新型揭示一種整合蝕刻后續(xù)清潔制程(post－etching cleaningprocess)與沉積制程所形成的半導(dǎo)體裝置，其包括一基底、一低介電常數(shù)材料層、以及一內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)。低介電常數(shù)材料層是設(shè)置于基底上方，其具有至少一鑲嵌開口位于被一超臨界流體所清潔過的一區(qū)域中。內(nèi)聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)置于鑲嵌開口內(nèi)，且其是于實(shí)施清潔制程之后，利用超臨界流體作為一反應(yīng)媒介且利用一有機(jī)金屬錯(cuò)合物作為一沉積前驅(qū)物而臨場(in－situ)形成的。
文檔編號G03F7/42GK2731706SQ20042008478
公開日2005年10月5日 申請日期2004年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月20日
發(fā)明者曾偉雄, 莊平, 涂宏榮, 王靜亞, 林俞良, 羅冠騰, 周梅生 申請人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司