專利名稱：使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種雙鑲嵌(dual damascene)制程，特別有關(guān)于一種使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，可增加內(nèi)層介電層(inter-leveldielectric，ILD)與金屬阻障層之間的附著性。


圖1-圖3是傳統(tǒng)使用金屬阻障層的雙鑲嵌技術(shù)的剖面示意圖。如圖1所示，于一半導(dǎo)體基底10包含有一金屬導(dǎo)線12、一介電分隔層14、一具有低介電常數(shù)的第一ILD層16、一蝕刻停止層18、一具有低介電常數(shù)的第二ILD層20、一硬光罩層22以及一雙鑲嵌開口25。雙鑲嵌開口25是由一孔洞23以及一渠溝24所連通構(gòu)成，其中孔洞23貫通蝕刻停止層18、第一ILD層16與介電分隔層14，以使金屬導(dǎo)線12的預(yù)定表面曝露出來，而渠溝24位于孔洞23上方，且貫通硬光罩層22與第二ILD層20。
如圖2所示，先于基底10的整個(gè)表面上沉積一均勻的金屬阻障層26，以覆蓋住雙鑲嵌開口25的底部與側(cè)壁，再于金屬阻障層26上沉積一銅金屬層28，直至銅金屬層28填滿雙鑲嵌開口25至一預(yù)定高度。
最后，如圖3所示，利用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)方法，并以硬光罩層22作為研磨停止層，將渠溝24區(qū)域以外的銅金屬層28去除，再將曝露的金屬阻障層26去除，則殘留在雙鑲嵌開口25內(nèi)的銅金屬層28成為一雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。其主要缺陷在于在傳統(tǒng)方法中，無法改善第一ILD層16以及第一ILD層20的出氣(outgassing)問題，這不但會(huì)降低ILD層與金屬阻障層26之間的附著性，還會(huì)影響雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的可靠度與硬度。
本發(fā)明的目的是提供一種使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，通過使用氧化線層作為介電阻擋層，達(dá)到增加ILD層與金屬阻障層之間的附著性的目的。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是它至少包括下列步驟(1)提供一半導(dǎo)體基底，其包含有至少一雙鑲嵌開口，該雙鑲嵌開口是由一孔洞以及一渠溝所構(gòu)成，該孔洞曝露一金屬導(dǎo)線且被一低介電常數(shù)的第一介電層所包圍，該渠溝位于該孔洞上方且被一低介電常數(shù)的第二介電層所包圍；(2)形成一氧化線層覆蓋該第一介電層以及該第二介電層的側(cè)壁；(3)形成一金屬阻障層覆蓋該雙鑲嵌開口的側(cè)壁與底部；(4)形成一導(dǎo)電層，以填滿該雙鑲嵌開口；(5)去除該渠溝區(qū)域以外的導(dǎo)電層，則殘留于該雙鑲嵌開口內(nèi)的導(dǎo)電層成為一雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
該氧化線層設(shè)置于該第一介電層與該金屬阻障層之間，以及該第二介電層與該金屬阻障層之間。形成該氧化線層的方法為氧化制程。該進(jìn)行氧化制程之后，另包含有一金屬還原步驟，以去除形成于該金屬導(dǎo)線表面的線氧化層。在形成該金屬阻障層之前，另包含有一除氣步驟。去除該導(dǎo)電層的方法為化學(xué)機(jī)械研磨制程。它還包含有另一步驟形成一保護(hù)層，以覆蓋該雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的頂部。該保護(hù)層是SiN或SiC。該半導(dǎo)體基底的表面上另包含有一介電分隔層，其位于該第一介電層的底部。該半導(dǎo)體基底的表面上另包含有一蝕刻停止層，其位于該第一介電層的頂部。該蝕刻停止層是選自下列任一種材質(zhì)所構(gòu)成SiO2、SiC、SiN、SRO或SiON。該半導(dǎo)體基底的表面上另包含有一抗反射涂層，其位于該蝕刻停止層與該第二介電層之間。該半導(dǎo)體基底的表面上另包含有一硬光罩層，其定義形成于該第二介電層的表面上。該硬光罩層是由氮化硅所構(gòu)成。該金屬導(dǎo)線是由銅金屬所構(gòu)成。該第一介電層是由旋涂高分子所構(gòu)成。該第一介電層是由化學(xué)氣相沉積制程所構(gòu)成。該第一介電層是由旋涂高分子所構(gòu)成。該第二介電層是由化學(xué)氣相沉積制程所構(gòu)成。該金屬阻障層選自下列任一種材質(zhì)所構(gòu)成Ti、Ta、TiN或TaN。該導(dǎo)電層是由銅金屬所構(gòu)成。
下面結(jié)合較佳實(shí)施例和附圖進(jìn)一步說明。
圖4-圖10是本發(fā)明的雙鑲嵌制程的剖面示意圖。
在較佳實(shí)施例中，第一ILD層361的材質(zhì)可為經(jīng)由旋涂制程制作的旋涂高分子(SOP)，如FLARE、SILK、Parylene、PAE-11或聚酰亞胺，或是經(jīng)由化學(xué)氣相沉積制程(CVD)制作的低介電常數(shù)材料，如black diamond、Coral、Aurora、GreenDot或其它介電材質(zhì)。相同地，第一ILD層362的材質(zhì)可選用SOP或是CVD制作的低介電常數(shù)材料。
金屬導(dǎo)線32是由銅金屬所構(gòu)成。介電分隔層34可選用氮化硅或碳化硅，用來防止金屬導(dǎo)線32的氧化現(xiàn)象，并可防止金屬導(dǎo)線32內(nèi)的原子/離子擴(kuò)散至第一ILD層361內(nèi)。蝕刻停止層38可選用以下任一種材質(zhì)SiO2、SiC、SiN、SRO或SiON，是用來作為蝕刻渠溝48的蝕刻停止點(diǎn)以及蝕刻孔洞46的硬光罩?？狗瓷渫繉?0的設(shè)置可增加孔洞46的圖案準(zhǔn)確度。硬光罩層42是由氮化硅所構(gòu)成，光阻層44則是用來定義渠溝48的圖形。
此外，雙鑲嵌開口50的制作方法屬于設(shè)計(jì)選擇，可經(jīng)由各種可行的方法達(dá)成，在此便不加詳述。
如圖5-圖6所示，將光阻層44剝除之后，進(jìn)行氧化制程，于第一ILD層361與第一ILD層362的側(cè)壁上形成一氧化線層52，再進(jìn)行濕式清洗步驟。如此一來，氧化線層52可供作為一介電阻障層，能夠增加ILD層以及后續(xù)制作的金屬阻障層之間的附著性。不過，由于氧化線層52也會(huì)形成于金屬導(dǎo)線32的曝露表面上，將影響金屬導(dǎo)線32與后續(xù)制作的導(dǎo)電層之間的接觸電阻值，因此必須在額外進(jìn)行一道銅還原步驟，以去除掉金屬導(dǎo)線32表面上的氧化線層52。
除此之外，還要進(jìn)行一道除氣(degas)步驟，可移除第一ILD層361與第二ILD層362的所排出的氣體。
如圖7所示，在基底30的整個(gè)表面上均勻地沉積一金屬阻障層54，其材質(zhì)可選用Ti、Ta、TiN、TaN或W/WN，其目的之一是用來隔絕ILD層以及后續(xù)制作的導(dǎo)電層之間的交互作用，其目的之二是用來增加ILD層以及后續(xù)制作的導(dǎo)電層之間的附著性。
然后，如圖8所示，可利用PVD、CVD、電鍍或其它技術(shù)沉積一銅金屬的導(dǎo)電層56，直至填滿所有的雙鑲嵌開口50。
接著，如圖9所示，利用蝕刻或研磨技術(shù)(如CMP制程)將渠溝48區(qū)域以外的導(dǎo)電層56與金屬阻障層54去除，直至使導(dǎo)電層56與硬光罩層42的高度切齊。如此一來，存留在雙鑲嵌開口50內(nèi)的導(dǎo)電層56成為一雙鑲嵌結(jié)構(gòu)56’。
最后，如圖10所示，于基底30表面上沉積一保護(hù)層58，其材質(zhì)可選用SiN或SiC，以覆蓋住雙鑲嵌結(jié)構(gòu)56’的頂部，用來防止雙鑲嵌結(jié)構(gòu)56’的氧化現(xiàn)象，并防止雙鑲嵌結(jié)構(gòu)56’的原子/離子擴(kuò)散至后續(xù)制作的介電層中。此外，依據(jù)制程需要，可重復(fù)上述的雙鑲嵌制程制作其它雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
相較于傳統(tǒng)技術(shù)，本發(fā)明的方法提供氧化線層52作為介電阻障層，可以增加ILD層361、362以及金屬阻障層54之間的附著性，并可以減緩ILD層361、362的出氣現(xiàn)象所產(chǎn)生的影響，還可以提升雙鑲嵌結(jié)構(gòu)56’的熱可靠度與硬度。此外，氧化線層52的制作只需利用一般的氧化制程，因此具有節(jié)約制程成本的功效。
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)，所作些許的更動(dòng)與潤飾，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是它至少包括下列步驟(1)提供一半導(dǎo)體基底，其包含有至少一雙鑲嵌開口，該雙鑲嵌開口是由一孔洞以及一渠溝所構(gòu)成，該孔洞曝露一金屬導(dǎo)線且被一低介電常數(shù)的第一介電層所包圍，該渠溝位于該孔洞上方且被一低介電常數(shù)的第二介電層所包圍；(2)形成一氧化線層覆蓋該第一介電層以及該第二介電層的側(cè)壁；(3)形成一金屬阻障層覆蓋該雙鑲嵌開口的側(cè)壁與底部；(4)形成一導(dǎo)電層，以填滿該雙鑲嵌開口；(5)去除該渠溝區(qū)域以外的導(dǎo)電層，則殘留于該雙鑲嵌開口內(nèi)的導(dǎo)電層成為一雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是該氧化線層設(shè)置于該第一介電層與該金屬阻障層之間，以及該第二介電層與該金屬阻障層之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是形成該氧化線層的方法為氧化制程。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是該進(jìn)行氧化制程之后，另包含有一金屬還原步驟，以去除形成于該金屬導(dǎo)線表面的線氧化層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是在形成該金屬阻障層之前，另包含有一除氣步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是去除該導(dǎo)電層的方法為化學(xué)機(jī)械研磨制程。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是它還包含有另一步驟形成一保護(hù)層，以覆蓋該雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的頂部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是該保護(hù)層是SiN或SiC。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是該半導(dǎo)體基底的表面上另包含有一介電分隔層，其位于該第一介電層的底部。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是該半導(dǎo)體基底的表面上另包含有一蝕刻停止層，其位于該第一介電層的頂部。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是該蝕刻停止層是選自下列任一種材質(zhì)所構(gòu)成SiO2、SiC、SiN、SRO或SiON。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是該半導(dǎo)體基底的表面上另包含有一抗反射涂層，其位于該蝕刻停止層與該第二介電層之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是該半導(dǎo)體基底的表面上另包含有一硬光罩層，其定義形成于該第二介電層的表面上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是該硬光罩層是由氮化硅所構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是該金屬導(dǎo)線是由銅金屬所構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是該第一介電層是由旋涂高分子所構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是該第一介電層是由化學(xué)氣相沉積制程所構(gòu)成。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是該第一介電層是由旋涂高分子所構(gòu)成。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是該第二介電層是由化學(xué)氣相沉積制程所構(gòu)成。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是該金屬阻障層選自下列任一種材質(zhì)所構(gòu)成Ti、Ta、TiN或TaN。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，其特征是該導(dǎo)電層是由銅金屬所構(gòu)成。
全文摘要
一種使用氧化線層作為介電阻擋層的雙鑲嵌制程，雙鑲嵌開口是由一孔洞以及一渠溝所構(gòu)成，孔洞暴露一金屬導(dǎo)線且被一低介電常數(shù)的第一介電層所包圍，渠溝位于孔洞上方且被一低介電常數(shù)的第二介電層所包圍；形成一氧化線層覆蓋第一介電層以及第二介電層的側(cè)壁；然后，形成一金屬阻障層覆蓋雙鑲嵌開口的側(cè)壁與底部；接著，形成一導(dǎo)電層填滿雙鑲嵌開口；最后，去除渠溝區(qū)域以外的導(dǎo)電層，殘留于雙鑲嵌開口內(nèi)的導(dǎo)電層成為一雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。具有增加ILD層與金屬阻障層之間的附著性的功效。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1428838SQ0114473
公開日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2001年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月24日
發(fā)明者李世達(dá), 徐震球 申請(qǐng)人:矽統(tǒng)科技股份有限公司