專利名稱：改善內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改善內(nèi)連線(Interconnect)結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的方法，特別是涉及一種改善半導(dǎo)體制程中內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的內(nèi)金屬介電層(Inter-metalDielectric；IMD)的時(shí)依性介質(zhì)擊穿(Time-dependent Dielectric Breakdown；TDDB)壽命的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，電子組件的尺寸也不斷地朝微小化、可攜式發(fā)展，因而導(dǎo)致集成電路的積集度(Integration)持續(xù)增加。另一方面，隨著集成電路積集度的日益提升，芯片的表面已無(wú)法提供足夠的面積，來(lái)制作所需的金屬內(nèi)連線。因此，為了配合組件縮小后所增加的內(nèi)連線，多重金屬內(nèi)連線的設(shè)計(jì)以及縮減導(dǎo)線的線寬尺寸，便成為極大規(guī)模集成電路(Ultra Large Scale Integration；ULSI)技術(shù)發(fā)展的方向。
過(guò)去，芯片內(nèi)部的導(dǎo)線材料大都采用金屬鋁。然而，由于金屬導(dǎo)線尺寸的縮小會(huì)增加金屬導(dǎo)線的電阻與電流密度，并導(dǎo)致電子遷移(Electromigration)的情況日趨嚴(yán)重，再加上金屬鋁具有偏高電阻值以及較差的抗電子遷移的能力，使得訊號(hào)的傳輸時(shí)間愈來(lái)愈長(zhǎng)，且使得電性穩(wěn)定度下降，更會(huì)縮減電子組件的壽命。因此，在深次微米領(lǐng)域的多重金屬內(nèi)連線制程中，目前大都以具有更低電阻的銅(Cu)金屬來(lái)取代鋁成為組件間導(dǎo)線系統(tǒng)的材料，并搭配采用低介電材料來(lái)作為金屬層間的絕緣層，以改善電阻電容延遲的現(xiàn)象，進(jìn)而達(dá)到有效提升組件的操作速度的目的。
由于銅具有低電阻以及較佳的抗電子遷移能力的特性，因此以銅為導(dǎo)線的組件不僅可承受更密集的電路排列，而可大幅地縮減所需金屬層的數(shù)目，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本，更可提升電子組件的可靠度，并可增進(jìn)電子組件的運(yùn)算速度。
由于銅具有極佳的擴(kuò)散能力，因此在布植銅金屬導(dǎo)線前，均需先形成一層阻障層(Barrier Layer)，以避免銅金屬擴(kuò)散至周圍的介電層中。然而，由于銅金屬導(dǎo)線所在的內(nèi)金屬介電層與覆蓋于此內(nèi)金屬介電層上的蝕刻終止層(Etching Stop Layer)間的界面屬結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱的區(qū)域，銅的高擴(kuò)散能力仍可能會(huì)于組件測(cè)試或運(yùn)作期間，使得位于同一介電層中的相鄰銅金屬導(dǎo)線間，產(chǎn)生線對(duì)線漏電流(Line-to-line Leakage Current)或?qū)е聲r(shí)依性介質(zhì)擊穿壽命減短。當(dāng)采用低介電常數(shù)材料作為內(nèi)金屬介電層時(shí)，此種線對(duì)線漏電流或時(shí)依性介質(zhì)擊穿壽命減短的情況更為嚴(yán)重。如此一來(lái)，將導(dǎo)致組件的電性質(zhì)量下降，并使得組件的可靠度降低。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)利用銅金屬作為半導(dǎo)體組件的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線材料時(shí)，受到銅的高擴(kuò)散能力的影響，造成金屬導(dǎo)線間的線對(duì)線漏電流的機(jī)率大幅增加，同時(shí)導(dǎo)致內(nèi)金屬介電層的時(shí)依性介質(zhì)擊穿壽命縮減，嚴(yán)重影響半導(dǎo)體組件的定性質(zhì)量。
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種改善內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的方法，其在建構(gòu)內(nèi)連線結(jié)構(gòu)時(shí)，先形成厚度較薄的蝕刻終止層的前置層(Pre-layer)，再對(duì)此前置層進(jìn)行強(qiáng)化處理步驟來(lái)改善前置層與底下的介電層的接口結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，然后形成蝕刻終止層的主體層而完成蝕刻終止層。如此一來(lái)，可大幅降低介電層中兩相鄰金屬線間的漏電流。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種改善內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的方法，通過(guò)先形成厚度較薄的一部分的蝕刻終止層，以及對(duì)此部分的蝕刻終止層進(jìn)行強(qiáng)化處理步驟，可在大幅降低對(duì)金屬層的傷害的情況下，有效延長(zhǎng)此金屬層所在的介電層的時(shí)依性介質(zhì)擊穿壽命。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種改善內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的方法，由于本發(fā)明分批形成蝕刻終止層，并可對(duì)蝕刻終止層的薄前置層上進(jìn)行臨場(chǎng)(In-situ)強(qiáng)度處理。因此，不僅相當(dāng)易于實(shí)施，且制程環(huán)境容易維持。
根據(jù)以上所述的目的，本發(fā)明提供了一種改善內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的方法，其至少包括提供一基材，其中此基材上至少已形成一介電層，且此介電層中至少包括若干個(gè)金屬層位于部分的基材上；形成一蝕刻終止層的一前置層覆蓋在上述的介電層以及金屬層上，其中此蝕刻終止層的前置層具有一厚度；進(jìn)行一強(qiáng)化處理步驟，以強(qiáng)化上述的蝕刻終止層的前置層與介電層的界面；以及形成上述蝕刻終止層的一主體層(Bulk Layer)覆蓋在此蝕刻終止層的前置層上，其中上述蝕刻終止層的主體層具有一厚度，且蝕刻終止層的前置層的厚度小于蝕刻終止層的厚度的1/2。
上述強(qiáng)化處理步驟可利用例如電漿技術(shù)或電子束(E-beam)技術(shù)對(duì)蝕刻終止層的前置層進(jìn)行處理，如此一來(lái)，可改變此蝕刻終止層的前置層的性質(zhì)，并可強(qiáng)化蝕刻終止層的前置層與介電層的界面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此，可在不傷害金屬層的表面的情況下，達(dá)到降低兩相鄰金屬層間的漏電流以及改善介電層的時(shí)依性介質(zhì)擊穿的壽命的目的。


圖1至圖4繪示本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的改善內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的制程剖面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明揭露一種改善內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的方法，其于內(nèi)金屬介電層上先形成蝕刻終止層的前置層，并對(duì)此前置層進(jìn)行強(qiáng)化處理步驟，以強(qiáng)化蝕刻終止層與內(nèi)金屬介電層的界面結(jié)構(gòu)。再于前置層上形成蝕刻終止層的主體層，而完成蝕刻終止層的制作。因此，可降低相鄰金屬線間的漏電流，并延長(zhǎng)內(nèi)金屬介電層的時(shí)依性介質(zhì)擊穿壽命，達(dá)到提高內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的目的。為了使本發(fā)明的敘述更加詳盡與完備，可參照下列描述并配合圖1至圖4的圖標(biāo)。
請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖4，圖1至圖4繪示本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的改善內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的制程剖面圖。首先，提供基材100，其中此基材100已形成例如半導(dǎo)體組件的閘極等結(jié)構(gòu)。再利用例如沉積的方式形成蝕刻終止層102覆蓋在基材100上，以準(zhǔn)確控制后續(xù)的介層窗蝕刻的終點(diǎn)，并避免蝕刻傷害到基材100。其中，蝕刻終止層102的材料可例如為氮化硅等介電材料。接著，利用例如化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposition；CVD)的方式，形成介電層104覆蓋在蝕刻終止層102上。其中，介電層可為內(nèi)金屬介電層，且介電層104的材料可例如為一般的介電材料、低介電常數(shù)材料、以及超低介電常數(shù)材料等。介電層104形成后，利用例如微影以及蝕刻的技術(shù)，并以蝕刻終止層102為蝕刻終點(diǎn)，定義介電層104，以去除介電層104的一部分，而在介電層104中形成多個(gè)開(kāi)口105。其中，開(kāi)口105可暴露出部分的基材100的表面。再利用例如物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition；PVD)的方式共形沉積阻障材料薄膜(僅繪示其中的阻障層106與阻障層108)覆蓋在開(kāi)口105、開(kāi)口105所暴露出的基材100與介電層104、以及介電層104表面。之后，同樣利用物理氣相沉積的方式形成金屬薄膜(僅繪示其中的金屬層110與金屬層112)覆蓋在阻障材料薄膜上，并填滿開(kāi)口105。隨后，利用例如化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical mechanical Polishing；CMP)的方式，去除開(kāi)口105外的阻障材料薄膜與金屬薄膜，而于這些開(kāi)口105中形成阻障層106與金屬層110位于阻障層106上，以及阻障層108與金屬層112位于阻障層108上，所形成的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，金屬層110與金屬層112的材料可例如為銅。
金屬層110與金屬層112形成后，利用例如化學(xué)氣相沉積的方式形成蝕刻終止層120(請(qǐng)參見(jiàn)圖4)的前置層114覆蓋在介電層104、阻障層106、阻障層108、金屬層110、以及金屬層112上，而形成如圖2所示的結(jié)構(gòu)。其中，前置層114為蝕刻終止層120的一小部分，且此前置層114的厚度較佳是小于蝕刻終止層120的厚度的1/2，此前置層114的厚度更佳則為250以下。
蝕刻終止層120的前置層114形成后，此時(shí)即可利用臨場(chǎng)方式，對(duì)此前置層114進(jìn)行強(qiáng)化處理步驟，以強(qiáng)化前置層114與其底下的介電層104間的界面強(qiáng)度，如圖3所示。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，利用電漿116對(duì)前置層114進(jìn)行強(qiáng)化處理。其中，利用電漿116對(duì)前置層114進(jìn)行電漿處理步驟時(shí)，可利用含氫氣體或氦氣(He)等作為反應(yīng)氣體，含氫氣體可例如為氫氣(H2)或氨氣(NH3)等。而且，進(jìn)行上述的電漿處理步驟時(shí)，可不施加偏壓電力(BiasPower)，或較佳是將電漿反應(yīng)的偏壓電力控制在介于50watt與900watt之間；將電漿反應(yīng)的射頻(Radio Frequency；RF)電力控制在介于50watt與2000watt之間；將反應(yīng)時(shí)間控制在介于5秒與100秒之間；將反應(yīng)壓力控制在介于0.5torr與10torr之間；以及將反應(yīng)氣體的流量控制在介于100sccm與2500sccm之間。
上述對(duì)前置層114的強(qiáng)化處理步驟除了可利用電漿技術(shù)進(jìn)行外，還可利用電子束技術(shù)進(jìn)行前置層114的材料處理，本發(fā)明并不在此限。其中，利用電子束技術(shù)進(jìn)行前置層114的材料處理時(shí)，較佳是將電力控制在介于1keV與30keV之間，且較佳是將電子劑量(Electron Dose)控制在介于50μC/cm2與50000μC/cm2之間。
本發(fā)明的一特征就是先于介電層104上形成具蝕刻終止層120的部分厚度的前置層114，再對(duì)此蝕刻終止層120的前置層114進(jìn)行材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)化處理。如此一來(lái)，可在不傷害金屬層110與金屬層112的情況下，順利且輕易地加強(qiáng)前置層114與其下方的介電層104間的界面結(jié)構(gòu)。因此，可降低金屬層110與金屬層112間的漏電流，并可延長(zhǎng)介電層104的時(shí)依性介質(zhì)擊穿的壽命，達(dá)到改善內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的目的。
完成蝕刻終止層120的前置層114的強(qiáng)度處理后，利用例如化學(xué)氣相沉積的方式形成蝕刻終止層120的主體層118覆蓋在處理后的前置層114上，而形成如圖4所示的結(jié)構(gòu)。其中，蝕刻終止層120由前置層114與主體層118所構(gòu)成。
綜合以上所述，本發(fā)明的一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)樵诮?gòu)半導(dǎo)體組件的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)時(shí)，先形成厚度較薄的蝕刻終止層的前置層，再對(duì)此前置層進(jìn)行材料的強(qiáng)化處理，以改善前置層與其底下的介電層間的接口結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，然后形成蝕刻終止層的主要部分而完成蝕刻終止層。因此，可達(dá)到有效降低介電層中相鄰金屬線間的漏電流的目的。
本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)橥ㄟ^(guò)先于內(nèi)金屬介電層上形成一層厚度較薄的蝕刻終止層的前置層，以及對(duì)此蝕刻終止層的前置層進(jìn)行材料強(qiáng)化處理，可在避免傷害金屬導(dǎo)線的質(zhì)量的情況下，改善介電層的時(shí)依性介質(zhì)擊穿壽命，達(dá)到提升半導(dǎo)體組件的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的目的。
本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)楸景l(fā)明分批形成蝕刻終止層，并可對(duì)先形成的蝕刻終止層的部分進(jìn)行臨場(chǎng)的材料強(qiáng)度處理。因此，不僅制程易于實(shí)施，制程環(huán)境也容易維持，在不增加整體制程的負(fù)擔(dān)下，使半導(dǎo)體組件的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量獲得大幅改善。
權(quán)利要求
1.一種改善內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的方法，其特征在于，該方法包括提供一基材，其中該基材上至少已形成一介電層，且該介電層中至少包括若干個(gè)位于部分的該基材上的金屬層；形成一蝕刻終止層的一前置層覆蓋在該介電層以及這些金屬層上，其中該蝕刻終止層的該前置層具有一厚度；進(jìn)行一強(qiáng)化處理步驟，以強(qiáng)化該蝕刻終止層的該前置層與該介電層的界面；以及形成該蝕刻終止層的一主體層覆蓋在該蝕刻終止層的該前置層上，其中該蝕刻終止層的該主體層具有一厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的方法，其特征在于這些金屬層的材料為銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的方法，其特征在于該強(qiáng)化處理步驟為一電漿處理步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改善內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的方法，其特征在于該電漿處理步驟至少包括使用一含氫氣體作為反應(yīng)氣體，且該含氫氣體選自于由氫氣以及氨氣所組成的一族群。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改善內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的方法，其特征在于該電漿處理步驟至少包括使用氦氣作為反應(yīng)氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改善內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的方法，其特征在于該電漿處理步驟至少包括控制一偏壓電力介于50watt與900watt之間；控制一射頻電力介于50watt與2000watt之間；控制一反應(yīng)時(shí)間介于5秒與100秒之間；控制一反應(yīng)壓力介于0.5torr與10torr之間；以及控制反應(yīng)氣體的一流量介于100sccm與2500sccm之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的方法，其特征在于該強(qiáng)化處理步驟為一不施加偏壓電力的電漿處理步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的方法，其特征在于該強(qiáng)化處理步驟為一電子束處理步驟，且該電子束處理步驟至少包括控制一電力介于1keV與30keV之間，以及一電子劑量介于50μC/cm2與50000μC/cm2之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的方法，其特征在于該前置層的該厚度小于該蝕刻終止層的一厚度的1/2。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的方法，其特征在于該前置層的該厚度小于250。
全文摘要
一種改善內(nèi)連線(Interconnect)結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)量的方法，其在金屬層及金屬層所在的介電層上先形成蝕刻終止層(Etching Stop Layer)的前置層(Pre－layer)，再利用例如電漿(Plasma)或電子束(E－beam)對(duì)此前置層進(jìn)行處理，以改變蝕刻終止層與底下的介電層間的界面質(zhì)量，然后形成蝕刻終止層的主體層(BulkLayer)。
文檔編號(hào)H01L21/318GK1601723SQ200410007808
公開(kāi)日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2004年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月23日
發(fā)明者林耕竹, 包天一, 章勛明 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司