專利名稱：金屬層間介電層及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種金屬內連線的制作工藝，特別是涉及一種金屬層間介電層(Inter-Metal Dielectric，IMD)及其制造方法。
在半導體制作工藝中，氧化硅(SiO2)是一種廣泛使用于導體層之間用以介電隔離的材料。例如金屬內連線、控制柵極、浮置柵極以及介層窗均可采用氧化硅作為內介電層(Inter-Layer Dielectric，ILD)或內金屬介電層的材料。近來，由于高密度等離子(High Density Plasma，HDP)所形成的氧化物以及具有氟摻雜的高密度等離子氧化物(F-Doped HDP Oxide)具有較好的溝填充(Gap Filling)能力以及較低的介電常數(shù)K，所以已逐漸取代傳統(tǒng)方法所形成的氧化硅，而漸漸在高集成化元件中當作內金屬層的絕緣層使用。


圖1A至圖1C為現(xiàn)有的一種采用氟摻雜高密度等離子氧化物作為內金屬介電層的半導體元件的制造流程剖面圖。首先，請參照圖1A，提供已形成有柵極、源極/漏極區(qū)、絕緣隔離區(qū)、內介電層、介層窗或接觸窗的基底100。然后，在基底100上形成金屬線101與102以及金屬線101與102上的氮化鈦(TiN)防反射層(Anti-Reflection Coating，ARC)103與104。
接著，請參照圖1B，以化學氣相沉積的方式在基底100上先形成一層高密度等離子氧化硅層105，其厚度約為300?！?00埃之間。然后，再在高密度等離子氧化硅層105上形成一層厚度約為5500埃左右的氟摻雜高密度等離子氧化層107。接著，再在元件表面進行平坦化處理，例如，采用化學機械研磨法，以去除部分氟摻雜高密度等離子氧化層107，以獲得較為平坦的表面。
其后，請參照圖1C，以典型的方法對高密度等離子氧化層105與氟摻雜高密度等離子氧化層107構圖，以形成介層窗開口108與109，裸露出氮化鈦防反射層103與104。
最后，再根據典型的方法完成金屬氧化物半導體元件的制作。
然而，在0.35μm以下的制作工藝里，以高密度等離子氧化層105與氟摻雜高密度等離子氧化層107作為金屬層間介電層，雖能得到優(yōu)選的溝填充能力以及較低的介電常數(shù)，但是，氟摻雜高密度等離子氧化層107中所摻雜的氟，卻會擴散至氧化硅層105，以及金屬線101與102下方的內介電層，甚至擴散至金屬線101與102以及源極/漏極區(qū)所形成的硅化金屬層中，而造成金屬層101與102以及硅化金屬層產生剝離的現(xiàn)象。另一方面，在以化學機械研磨法平坦化的過程中，由于圖案密度的不同，使得覆蓋于防反射層103與104之上的氟摻雜高密度等離子氧化層107以及高密度等離子氧化層105的厚度110與120有所差異。而此厚度的差異在形成介層窗開口108與109的蝕刻過程中，常造成較薄的氟摻雜高密度等離子氧化層其下方的防反射層103遭受蝕刻的破壞，因此，必須使防反射層的厚度增加。
因此本發(fā)明的目的就是在于提供一種避免采用氟摻雜高密度等離子氧化層作為介電層，其氟原子擴散現(xiàn)象所衍生的問題，并且可以減少防反射層所需的厚度。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種金屬層間介電層，此金屬層間介電層用以覆蓋于一集成電路結構上，它包括一層緩沖層、一層阻擋層與一層氟摻雜高密度等離子氧化層，各層依次覆蓋于集成電路結構上。依照本發(fā)明的實施例，上述金屬層間介電層還包括一層氧化頂蓋層，其覆蓋于氟摻雜高密度等離子氧化層上。金屬層間介電層中的緩沖層，其材料為高密度等離子氧化層，阻擋層的材料為可以防止氟原子擴散并且對氟摻雜高密度等離子氧化層具有高選擇率的氮化硅材料。此阻擋層可以避免氟摻雜高密度等離子氧化層其氟摻雜擴散現(xiàn)象所衍生的問題，并且此阻擋層在后續(xù)限定金屬層間介電層，以形成介層窗開口的蝕刻過程中，可以作為蝕刻終止層，避免因為金屬層間介電層厚度不均，而使防反射層遭受蝕刻的破壞，而可以使防反射層的厚度減少。而緩沖層則可減少集成電路結構與阻擋層的應力。
本發(fā)明另一方面提供一種金屬層間介電層的制造方法，所述金屬層間介電層用以覆蓋于一集成電路結構上，所述方法包括在所述集成電路結構上形成一緩沖層；在所述緩沖層上形成一阻擋層；以及在所述阻擋層上形成一氟摻雜高密度等離子氧化層。
本發(fā)明再一方面提供一種減少覆蓋于金屬線上的防反射層厚度的方法，應用于一基底上，所述基底上形成有一金屬線，所述金屬線上形成有一防反射層，所述方法包括在基底上形成一高密度等離子氧化層，使其在所述防反射層與所述金屬線的表面；在所述高密度等離子氧化層上形成一氮化硅阻擋層；以及在所述氮化硅層上形成一氟摻雜高密度等離子氧化層。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明。附圖中圖1A至圖1C為現(xiàn)有的一種采用氟摻雜高密度等離子氧化層作為金屬層間介電層的半導體元件的制造流程剖面圖；以及圖2A至圖2D為根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例的一種采用氟摻雜高密度等離子氧化物作為金屬層間介電層的半導體元件的制造流程剖面圖。
圖2A至圖2D為根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例的一種采用氟摻雜高密度等離子氧化物作為金屬層間介電層的半導體元件的制造流程剖面圖。首先，請參照圖2A，提供一基底200，例如，已形成有柵極、源極/漏極區(qū)、絕緣隔離區(qū)、內介電層、介層窗或接觸窗的集成電路結構。然后，在基底200上形成已限定圖案的導線201與202以及導線201與202上的防反射層(Anti-Reflection Coating，ARC)203與204。其中，導線層的材料包括多晶硅、鋁或鎢，而防反射層的材料包括氮化鈦。
接著，請參照圖2B，在基底200上形成金屬層間介電層230。金屬層間介電層230包括依次形成于基底200上的緩沖層205、阻擋層206、氟摻雜高密度等離子氧化層(F-Doped HDP Oxide)207以及氧化頂蓋層212。其中，緩沖層205的材料包括高密度等離子氧化硅，厚度約為300?！?00埃之間，形成的方法例如采用化學氣相沉積的方式。阻擋層206的材料包括可以防止氟原子擴散并且對氟摻雜高密度等離子氧化層具有高選擇率的材料，例如氮化硅，厚度約為150～300埃左右，形成的方法包括采用等離子增強化學氣相沉積法(PECVD)。氟摻雜高密度等離子氧化層(F-Doped HDPOxide)207，則可以硅烷為氣體源，采用典型的方法形成，形成的厚度例如約為5500埃。氧化頂層蓋212的材料則包括TEOS氧化物，形成的方法可以以四乙氧基硅烷(TEOS)氣體源，采用等離子增強化學氣相沉積法形成。接著，再在元件表面進行平坦化制作工藝，例如，采用化學機械研磨法，研磨元件的表面，以使所留下的金屬層間介電層230a的厚度約為8700埃左右，而獲得較為平坦的元件表面。
在本發(fā)明中，在氟摻雜高密度等離子氧化層207與集成電路結構之間增加一層緩沖層205與阻擋層206，此阻擋層206可以防止氟摻雜高密度等離子氧化層207的氟摻雜的擴散作用，而避免與接觸窗的金屬層以及源極/漏極區(qū)所形成的硅化金屬層產生反應。因此，可以避免金屬層以及硅化金屬層的剝離。而緩沖層205則可減少阻擋層與集成電路結構之間的應力。
其后，請參照圖2C，利用典型的方法對頂蓋氧化層212與氟摻雜高密度等離子氧化層207構圖，以形成介層窗開口208與209，裸露出阻擋層206的表面。由于，阻擋層206為對氟摻雜高密度等離子氧化層207具有高蝕刻選擇率的材料，因此，在對頂蓋氧化層212與氟摻雜高密度等離子氧化層207的蝕刻過程中，可以以阻擋層206為蝕刻終止層，而避免防反射層203與204遭受蝕刻的破壞。例如，當阻擋層206的材料為氮化硅時，可以以八氟丁烯、氧氣、一氧化碳與氬氣為氣體源，在功率約為1500～1650瓦，壓力約為30-40毫乇(mTorr)的條件下，進行各向異性蝕刻，以形成介層窗開口208與209。
然后，請參照圖2D，去除裸露于介層窗開口208與209的阻擋層206與其下方的緩沖層205，以裸露出防反射層203與204的表面。
最后，再按照典型的方法完成金屬氧化物半導體元件的制作。
根據以上的實施例，由于形成介層窗開口208與209的蝕刻的過程中，是以阻擋層206為蝕刻的終止層，進行第一次的蝕刻之后，再經由另一次的蝕刻制作工藝，以使蝕刻過程較容易停在防反射層203與204。因此，即使形成于基底200上的金屬層間介電層230a的厚度有所差異，也不會使厚度較薄的堆疊層230a其下方的防反射層遭受蝕刻的破壞。所以，本發(fā)明在基底200與氟摻雜高密度等離子氧化層207之間所形成的阻擋層206可以減少防反射層的厚度。
因此，本發(fā)明的特征是在氟摻雜高密度等離子氧化層與基底之間所增加的阻擋層可以阻止氟原子的擴散，克服以化學機械研磨法研磨氧化層所面臨的平坦化問題，并且在蝕刻介層窗時較容易使蝕刻停止于防反射層上，所以也可以使防反射層的厚度減少。
雖然已結合一優(yōu)選實施例揭露了本發(fā)明，但是其并非用以限定本發(fā)明，本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，可作出各種更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應當由后附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種金屬層間介電層，應用于一基底上，所述基底上已形成有一導線，包括一阻擋層，位于所述導線與所述基底的上方；以及一氟摻雜高密度等離子氧化層，覆蓋于所述阻擋層上。
2.如權利要求1所述的金屬層間介電層，還包括一緩沖層，覆蓋于所述導線與所述基底上。
3.如權利要求2所述的金屬層間介電層，其中，所述緩沖層的材料包括高密度等離子氧化物。
4.如權利要求1所述的金屬層間介電層，其中，所述阻擋層的材料包括對所述氟摻雜高密度等離子氧化層具有高蝕刻選擇率的材料。
5.如權利要求2所述的金屬層間介電層，其中，所述阻擋層的材料包括對所述氟摻雜高密度等離子氧化層具有高蝕刻選擇比的材料。
6.如權利要求4所述的金屬層間介電層，其中，所述阻擋層的材料包括氮化硅。
7.如權利要求5所述的金屬層間介電層，其中，所述阻擋層的材料包括氮化硅。
8.如權利要求6所述的金屬層間介電層，其中，所述阻擋層的厚度約為300～400埃。
9.一種金屬層間介電層的制造方法，所述金屬層間介電層用以覆蓋于一集成電路結構上，所述方法包括在所述集成電路結構上形成一緩沖層；在所述緩沖層上形成一阻擋層；以及在所述阻擋層上形成一氟摻雜高密度等離子氧化層。
10.如權利要求9所述的金屬層間介電層的制造方法，還包括在所述氟摻雜高密度等離子氧化層上形成一頂蓋層。
11.如權利要求10所述的金屬層間介電層的制造方法，其中，所述頂蓋層的材料包括TEOS氧化層。
12.如權利要求11所述的金屬層間介電層的制造方法，還包括一平坦化制作工藝。
13.如權利要求9所述的金屬層間介電層的制造方法，其中，所述緩沖層的材料包括高密度等離子氧化物。
14.如權利要求9所述的金屬層間介電層的制造方法，其中，所述阻擋層包括對氟摻雜高密度等離子氧化層具有高蝕刻選擇率的材料。
15.如權利要求14所述的金屬層間介電層的制造方法，其中，所述阻擋層的材料包括氮化硅。
16.如權利要求9所述的金屬層間介電層的制造方法，還包括一平坦化制作工藝。
17.如權利要求16所述的金屬層間介電層的制造方法，還包括以所述阻擋層為蝕刻終止層，蝕刻所述氟摻雜高密度等離子氧化層，裸露出部分的所述阻擋層的步驟。
18.如權利要求17所述的金屬層間介電層的制造方法，還包括去除所裸露的所述阻擋層與其下方的所述緩沖層。
19.如權利要求16所述的金屬層間介電層的制造方法，其中，所述平坦化制作工藝是采用化學機械研磨方法。
20.一種減少覆蓋于金屬線上的防反射層厚度的方法，應用于一基底上，所述基底上形成有一金屬線，所述金屬線上形成有一防反射層，所述方法包括在基底上形成一高密度等離子氧化層，使其在所述防反射層與所述金屬線的表面；在所述高密度等離子氧化層上形成一氮化硅阻擋層；以及在所述氮化硅層上形成一氟摻雜高密度等離子氧化層。
21.如權利要求20所述的減少覆蓋于金屬線上的防反射層厚度的方法，其中，所述防反射層的材料包括氮化鈦。
22.如權利要求20所述的減少覆蓋于金屬線上的防反射層厚度的方法，還包括一平坦化制作工藝。
23.如權利要求20所述的金屬層間介電層的制造方法，還包括以所述氮化硅阻擋層為蝕刻終止層，蝕刻所述氟摻雜高密度等離子氧化層，裸露出部分的所述氮化硅阻擋層的步驟。
24.如權利要求23所述的金屬層間介電層的制造方法，還包括去除所裸露的所述氮化硅阻擋層與其下方的所述高密度等離子氧化層。
25.如權利要求22所述的金屬層間介電層的制造方法，其中，所述平坦化制作工藝是采用化學機械研磨方法。
全文摘要
一種金屬層間介電層包括:一阻擋層,位于導線與基底的上方;以及一氟摻雜高密度等離子氧化層,覆蓋于該阻擋層上。其制造方法包括:在集成電路結構上形成一緩沖層;在緩沖層上形成一阻擋層;以及在阻擋層上形成一氟摻雜高密度等離子氧化層。阻擋層可以阻止氟原子的擴散,克服以化學機械研磨法研磨氧化層所面臨的平坦化問題,并且在蝕刻介層窗時容易使蝕刻停止于防反射層上,所以可以使防反射層的厚度減少。
文檔編號H01L21/02GK1229268SQ98115050
公開日1999年9月22日 申請日期1998年6月23日 優(yōu)先權日1998年3月12日
發(fā)明者何青原 申請人:世大積體電路股份有限公司