專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并且特別涉及一種內(nèi)連線(xiàn)結(jié)構(gòu)，可防止導(dǎo)體區(qū)的原子擴(kuò)散至鄰近的絕緣區(qū)中。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體工藝中，由于導(dǎo)線(xiàn)尺寸的縮小會(huì)增加導(dǎo)線(xiàn)的電阻以及電流密度，不僅使得信號(hào)的傳輸時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，還可能導(dǎo)致電子元件的電性穩(wěn)定度下降，進(jìn)而縮減電子元件的壽命。因此，在集成電路產(chǎn)品對(duì)速度要求極高的需求下，目前大都選擇具有更低電阻的金屬材料，例如銅來(lái)作為元件間導(dǎo)線(xiàn)系統(tǒng)，并搭配采用低介電材料來(lái)作為金屬層間的絕緣層，借以改善電阻電容延遲(RC Delay)現(xiàn)象。由于銅具有低電阻以及較佳的抗電致遷移能力的特性，因此以銅為導(dǎo)線(xiàn)的元件可承受更密集的電路排列，還可大幅地縮減金屬內(nèi)連線(xiàn)層的數(shù)目。這樣一來(lái)，可實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)成本、增加電子元件的穩(wěn)定度以及提升電子元件的運(yùn)算速度的目的。
然而，以銅為元件的導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，銅極易擴(kuò)散進(jìn)入介電層，從而造成導(dǎo)線(xiàn)與導(dǎo)線(xiàn)間產(chǎn)生意外導(dǎo)通。因此，在將銅鑲嵌至介電層的開(kāi)口中前，先在介電層的開(kāi)口的側(cè)壁與底部上形成一層阻障(Barrier)材料，例如鉭(Ta)或氮化鉭(TaN)等，來(lái)阻止銅原子擴(kuò)散至鄰近的介電層中。但是，銅導(dǎo)線(xiàn)的銅原子仍會(huì)沿著介電層表面擴(kuò)散并進(jìn)入介電層中，從而影響元件的電性穩(wěn)定度。
目前，發(fā)展出一種方法來(lái)防止銅導(dǎo)線(xiàn)的銅原子沿介電層表面擴(kuò)散，其在銅導(dǎo)線(xiàn)的表面再額外形成一層覆蓋層。請(qǐng)參照

圖1至圖2，圖1至圖2繪示現(xiàn)有銅導(dǎo)線(xiàn)的覆蓋層的工藝剖面圖。首先，在已形成有電子元件的部分內(nèi)連線(xiàn)層的基材100上，利用沉積的方式形成介電層102，再利用光刻與蝕刻工藝在部分的介電層102中形成多個(gè)開(kāi)口104。接著，共形覆蓋一層阻障層106在開(kāi)口104與介電層102上，并形成金屬材料薄膜(僅繪示其中的金屬層108)覆蓋在阻障層106上。然后，先利用研磨的方式去除開(kāi)口104外的金屬材料薄膜以及阻障層106，而在開(kāi)口104中形成金屬層108。再利用過(guò)度研磨或化學(xué)蝕刻等的方式去除開(kāi)口104中的阻障層106與金屬層108的一部分，從而使開(kāi)口104周?chē)慕殡妼?02略高于開(kāi)口104中的金屬層108與阻障層106，形成如圖1所示的結(jié)構(gòu)。
接著，利用沉積的方式在介電層102、阻障層106以及金屬層108上形成覆蓋材料薄膜(僅繪示其中的覆蓋層110)，并使此覆蓋材料薄膜填滿(mǎn)開(kāi)口104。其中，覆蓋材料薄膜可阻擋金屬層108的材料的擴(kuò)散。再利用研磨的方式移除開(kāi)口104外的覆蓋材料薄膜，而在開(kāi)口104中的阻障層106與金屬層108上形成覆蓋層110，如圖2所示。此時(shí)，金屬層108已為阻障層106與覆蓋層110所完全包圍，因此可防止金屬層108的材料擴(kuò)散至周?chē)慕殡妼?02中。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本實(shí)用新型的目的就是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其在內(nèi)連線(xiàn)層例如銅導(dǎo)線(xiàn)間的介電層表面上形成鈍化層(Passivation Layer)，借以防止銅導(dǎo)線(xiàn)中的銅原子經(jīng)由鄰近的介電層表面擴(kuò)散至介電層中，從而避免兩相鄰銅導(dǎo)線(xiàn)間產(chǎn)生意外導(dǎo)通。
根據(jù)本實(shí)用新型的上述目的，提出一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，此半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)至少包括一基材；數(shù)個(gè)導(dǎo)體區(qū)以及數(shù)個(gè)絕緣區(qū)位于此基材上；以及數(shù)個(gè)鈍化層分別位于上述絕緣區(qū)的表面上。借由這些位于絕緣區(qū)上的鈍化層，可防止導(dǎo)體區(qū)中的導(dǎo)體材料擴(kuò)散至絕緣區(qū)中。
依照本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例，上述的導(dǎo)體區(qū)可以是銅導(dǎo)線(xiàn)，絕緣區(qū)可以是由氧化硅等介電材料所構(gòu)成。而鈍化層可以是選擇性反應(yīng)層、等離子體處理層或離子植入層等。
借由鈍化位于導(dǎo)體區(qū)之間的絕緣層表面，可有效防止導(dǎo)體區(qū)的導(dǎo)體材料沿著絕緣層表面擴(kuò)散至絕緣層中，并降低內(nèi)連線(xiàn)的漏電流。因此，可在不增加整體工藝負(fù)擔(dān)下，實(shí)現(xiàn)提升元件的電性可靠度的目的。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
附圖中，圖1至圖2繪示現(xiàn)有銅導(dǎo)線(xiàn)的覆蓋層的工藝剖面圖。
圖3至圖4b繪示依照本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例的一種半導(dǎo)體內(nèi)連線(xiàn)的工藝剖面圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型揭露一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，以相當(dāng)易于實(shí)施的絕緣層表面鈍化步驟，就可有效防止導(dǎo)體區(qū)中的導(dǎo)體材料擴(kuò)散至絕緣層中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提升元件的電性可靠度的目的。為了使本實(shí)用新型的敘述更加詳盡與完備，可參照下列描述并配合圖3至圖4b的圖示。
現(xiàn)有在制作半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的內(nèi)連線(xiàn)時(shí)，為了防止銅導(dǎo)線(xiàn)的材料沿周?chē)殡妼颖砻鏀U(kuò)散至介電層中，需先移除鑲嵌在介電層中的銅導(dǎo)線(xiàn)的一部分，使銅導(dǎo)線(xiàn)的表面略低于周?chē)殡妼拥谋砻?，從而在銅導(dǎo)線(xiàn)上形成凹槽。再沉積一層阻障材料覆蓋在銅導(dǎo)線(xiàn)與介電層上，并填滿(mǎn)凹槽。然后，利用研磨技術(shù)移除多余的阻障材料，從而在銅導(dǎo)線(xiàn)表面上形成阻障層，來(lái)實(shí)現(xiàn)防止銅導(dǎo)線(xiàn)的銅材料擴(kuò)散的目的。由于銅金屬難以部分移除，工藝?yán)щy度高。因此，整個(gè)程序不僅過(guò)于繁復(fù)，影響工藝可靠度與合格率，還導(dǎo)致工藝成本增加。
因此，本實(shí)用新型在此提供一種簡(jiǎn)單并且易于施行的方法，可有效降低內(nèi)連線(xiàn)間的漏電流。請(qǐng)參照?qǐng)D3至圖4b，其繪示依照本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例的一種半導(dǎo)體內(nèi)連線(xiàn)的工藝剖面圖。首先，提供基材200，其中此基材200已形成有元件所需的各式材料結(jié)構(gòu)層。接著，利用例如化學(xué)氣相沉積(CVD)的方式形成絕緣層202覆蓋在基材200上，其中絕緣層202的材料可例如為由氧化硅等組成的介電材料。再利用例如光刻工藝以及蝕刻工藝在部分的絕緣層202中形成具有導(dǎo)線(xiàn)圖案的開(kāi)口204以及開(kāi)口206。待開(kāi)口204與開(kāi)口206形成后，利用例如物理氣相沉積(PVD)的方式形成一層薄薄的阻障材料薄膜(僅繪示其中的阻障層208與阻障層210)覆蓋在絕緣層202以及開(kāi)口204與開(kāi)口206上。其中，阻障材料薄膜可例如為氮化鉭或鉭所構(gòu)成。再利用例如電鍍沉積或無(wú)電鍍沉積等技術(shù)形成導(dǎo)體材料薄膜(僅繪示其中的導(dǎo)體區(qū)212與導(dǎo)體區(qū)214)覆蓋在上述的阻障材料薄膜上，并使此導(dǎo)體材料薄膜填滿(mǎn)開(kāi)口204與開(kāi)口206。在本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例中，此導(dǎo)體材料薄膜由銅金屬所構(gòu)成。然后，利用例如化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)技術(shù)移除開(kāi)口204以及開(kāi)口206外的阻障材料薄膜與導(dǎo)體材料薄膜，而在開(kāi)口204中形成阻障層208與導(dǎo)體區(qū)212，并在開(kāi)口206中形成阻障層210與導(dǎo)體區(qū)214，如圖3所示。
導(dǎo)體區(qū)212與導(dǎo)體區(qū)214形成后，利用例如選擇性反應(yīng)技術(shù)、等離子體表面處理或離子植入等技術(shù)直接進(jìn)行鈍化處理，借以在開(kāi)口204與開(kāi)口206外的絕緣層202表面上形成鈍化層216，如圖4a所示?；蛘呷鐖D4b所示，先在開(kāi)口204與開(kāi)口206上形成罩幕層218遮住阻障層208與導(dǎo)體區(qū)212以及阻障層210與導(dǎo)體區(qū)214，再進(jìn)行絕緣層202表面的鈍化處理。為了確保工藝可靠度，罩幕層218的范圍會(huì)略大于開(kāi)口204與開(kāi)口206，從而遮蓋到開(kāi)口204與開(kāi)口206周?chē)慕^緣層202。因此，經(jīng)鈍化處理后，會(huì)在部分的絕緣層202表面形成鈍化層220。在本實(shí)用新型中，鈍化處理后，可形成如圖4a所示一樣完全覆蓋在絕緣層202表面的鈍化層216，或者可形成如圖4b所示一樣只覆蓋一部分的絕緣層202表面的鈍化層220。在絕緣層202表面上所形成的鈍化薄膜僅需使導(dǎo)體區(qū)212與導(dǎo)體區(qū)214中的導(dǎo)體材料難以經(jīng)由絕緣層202表面擴(kuò)散至絕緣層202中就可以，本實(shí)用新型并不在此作限制。
值得注意的一點(diǎn)是，絕緣層202表面上的鈍化結(jié)構(gòu)不僅可由單一鈍化層構(gòu)成，也可由數(shù)層鈍化層堆棧而成，本實(shí)用新型的鈍化結(jié)構(gòu)并不限于上述較佳實(shí)施例所說(shuō)明的單一鈍化層。
利用選擇性反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行絕緣層202表面的鈍化處理時(shí)，可利用例如活性強(qiáng)并且僅與絕緣層202材料作用的含氮化學(xué)物，使此含氮化學(xué)物與絕緣層202表面的材料反應(yīng)而形成鈍化層216或鈍化層220。另外，利用等離子體表面處理進(jìn)行絕緣層202表面的鈍化步驟時(shí)，可利用含氮?dú)怏w作為等離子體來(lái)源氣體，從而將氮原子置入絕緣層202表面而與絕緣層202表面的材料反應(yīng)生成鈍化層216或鈍化層220?；蛘撸秒x子植入技術(shù)進(jìn)行絕緣層202表面的鈍化處理時(shí)，將氮原子植入絕緣層202表面，從而在絕緣層202表面上生成鈍化層216或鈍化層220。
舉例來(lái)說(shuō)，如果絕緣層202的材料為氧化硅，則利用上述鈍化處理步驟所生成的鈍化層216或鈍化層220可由氮氧化硅(SiON)所組成。其中，氮氧化硅的形成反應(yīng)屬自我限制性(Self-limiting)反應(yīng)，因此經(jīng)鈍化反應(yīng)后，由氮氧化硅所構(gòu)成的鈍化層216或鈍化層220的厚度可相當(dāng)薄，可大幅減輕對(duì)絕緣層202的介電常數(shù)的沖擊。
由上述本實(shí)用新型較佳實(shí)施例可知，本實(shí)用新型的一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)樵趦?nèi)連線(xiàn)層的導(dǎo)線(xiàn)間的介電層表面上形成鈍化層，可有效防止導(dǎo)線(xiàn)中的導(dǎo)電材料經(jīng)由鄰近的介電層表面擴(kuò)散至介電層中。這樣一來(lái)，可避免兩相鄰導(dǎo)線(xiàn)間產(chǎn)生意外導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)提升元件的電性可靠度的目的。
由上述本實(shí)用新型較佳實(shí)施例可知，本實(shí)用新型具有工藝簡(jiǎn)單易于實(shí)施、工藝可靠度與合格率提升以及工藝成本降低等優(yōu)點(diǎn)。
可以理解的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思作出其他各種相應(yīng)的改變和變形，而所有這些改變和變形都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)至少包括一基材；數(shù)個(gè)導(dǎo)體區(qū)以及數(shù)個(gè)絕緣區(qū)位于該基材上；以及一鈍化層(Passivate Layer)位于這些絕緣區(qū)的表面上，以防止這些導(dǎo)體區(qū)中的一導(dǎo)體材料擴(kuò)散至這些絕緣區(qū)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的導(dǎo)體材料為銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的鈍化層選自于由一選擇性反應(yīng)層(Selective Reaction)、一等離子體處理層(Plasma Surface treatment)以及一離子植入層(Ion Implanation)所組成的一族群。
專(zhuān)利摘要一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其在導(dǎo)體區(qū)完成后，利用例如選擇性反應(yīng)(Selective Reaction)、等離子體表面處理(Plasma Surface treatment)或離子植入(Ion Implanation)等方式來(lái)鈍化(Passivate)導(dǎo)體區(qū)間的絕緣區(qū)表面，借以防止導(dǎo)體區(qū)的原子沿絕緣區(qū)表面擴(kuò)散至絕緣區(qū)中。
文檔編號(hào)H01L23/52GK2733596SQ20042008932
公開(kāi)日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2004年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月31日
發(fā)明者黃桂武, 劉埃森, 彭寶慶, 雷明達(dá), 萬(wàn)文愷, 林正忠, 林義雄, 林佳惠 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司