半導(dǎo)體元件及其形成方法
【專利說明】半導(dǎo)體元件及其形成方法
[0001]本申請是中國專利申請200610003186.1的分案申請，原申請CN200610003186.1的申請日是2006年2月22日，發(fā)明名稱是“半導(dǎo)體元件及其形成方法”。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明有關(guān)于半導(dǎo)體元件，特別有關(guān)于一種使用抗水氣氧化物覆蓋于介電層上的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，以及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0003]在半導(dǎo)體集成電路中常包括數(shù)層金屬，提供集成電路中各元件間的接觸以及集成電路與外部電路的接觸。金屬間介電層在金屬層間使得金屬層相互隔離，當(dāng)金屬接點埋置于金屬間介電層中并且研磨成一平面結(jié)構(gòu)，該平面結(jié)構(gòu)稱為鑲嵌結(jié)構(gòu)。當(dāng)金屬間介電層中有金屬接點和金屬層間內(nèi)連線(或?qū)Э?形成，此結(jié)構(gòu)稱為雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
[0004]具有低介電常數(shù)或超低介電常數(shù)(ELK)的材料作為金屬間介電層時可降低金屬層間耦合效應(yīng)，但是超低介電常數(shù)材料有低抗水氣問題，在制程中水氣被超低介電常數(shù)層吸收并使得電子元件效能降低。圖1A—圖1C說明形成一鑲嵌結(jié)構(gòu)100的方法，該結(jié)構(gòu)具有一碳化硅(SiC)層用以保護(hù)超低介電常數(shù)材料避免水氣侵入。
[0005]在圖1A中，提供一基底102，基底102可包括一形成有元件或電路的半導(dǎo)體基底，第一金屬層104形成于基底102上并且埋置于第一介電層106中，蝕刻終止層(ESL) 108形成于第一金屬層104和第一介電層106上，超低介電常數(shù)層110形成于蝕刻終止層108上，第一四乙氧基硅烷(TEOS)氧化層112形成于超低介電常數(shù)層110上，碳化硅層114形成于第一四乙氧基硅烷氧化層112上，第二四乙氧基硅烷氧化層116形成于碳化硅層114上。
[0006]在圖1B中，第二四乙氧基硅烷氧化層116、碳化硅層114、第一四乙氧基硅烷氧化層112及超低介電常數(shù)層110被蝕刻形成一溝槽118，金屬阻障層120和金屬層122接著沉積于第二四乙氧基硅烷氧化層116上以及溝槽118內(nèi)，金屬阻障層120包括介電質(zhì)或金屬，用以避免金屬層122中的金屬擴(kuò)散至下面的其他層，金屬層122包括可用作接點的任何適合的金屬，例如銅。
[0007]在圖1C中，使用一化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)步驟移除全部的第二四乙氧基硅烷氧化層116和碳化娃層114，以及部分的第一四乙氧基娃燒氧化層112、金屬阻障層120和金屬層122。結(jié)果在溝槽118內(nèi)形成第二金屬層124和金屬阻障126，成為鑲嵌結(jié)構(gòu)100。
[0008]具有鑲嵌結(jié)構(gòu)100的基底102可再進(jìn)行其他道制程，形成更多的元件或電路。
[0009]如上述鑲嵌結(jié)構(gòu)100中，四乙氧基硅烷氧化層112和116提供均勻覆蓋并且平滑的表面。四乙氧基硅烷氧化層可由化學(xué)氣相沉積法(CVD)或等離子體增強(qiáng)氣相沉積法(PECVD)形成，所使用氣體源包括四乙氧基硅烷、氧氣及氦氣。典型的四乙氧基硅烷的流率大約為560標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘(sccm)，氧氣的流率大約為840標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘，氦氣作為載體運輸四乙氧基硅烷?；瘜W(xué)氣相沉積法或等離子體增強(qiáng)氣相沉積法的電源功率(source power)大約為375瓦(W)，基底102底部提供的無線電頻(RF)功率，即基板偏壓功率(bottom power)大約為83瓦。
[0010]因為四乙氧基硅烷的抗水氣性較差，無法保護(hù)超低介電常數(shù)層110避免水氣侵入，因此采用具有較佳抗水氣性的碳化硅114覆蓋于四乙氧基硅烷氧化層112和超低介電常數(shù)層110上避免水氣侵入。然而，碳化硅具有較高介電常數(shù)，必須在化學(xué)機(jī)械研磨步驟中移除以降低金屬層間電容耦合效應(yīng)。因此，在化學(xué)機(jī)械研磨步驟之后的制程中，超低介電常數(shù)層110無法受到保護(hù)，水氣還是可能會侵入超低介電常數(shù)層110，并且使得元件效能降低。此外，制造四乙氧基硅烷/碳化硅/四乙氧基硅烷(112/114/116)多層結(jié)構(gòu)的制程較為復(fù)雜，且碳化硅較難研磨及蝕刻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件，包括一基底、一金屬間介電層(inter — metaldielectric, I MD)于該基底上以及一含氮四乙氧基娃燒氧化層于該金屬間介電層上。
[0012]本發(fā)明提供另一種半導(dǎo)體元件，包括一基底、一金屬間介電層于該基底上以及一富含氧四乙氧基娃燒(tetraethoxysilane, TE0S)氧化層于該金屬間介電層上。在該富含氧四乙氧基娃燒氧化層中氧的分子比率(molecular rat1)大于70百分比。
[0013]本發(fā)明的半導(dǎo)體元件中，該基底包括一形成有元件或電路的半導(dǎo)體基底。
[0014]本發(fā)明的半導(dǎo)體元件中，該金屬間介電層包括一超低介電常數(shù)層(extra — low —dielectric — constant, ELK)。
[0015]本發(fā)明的半導(dǎo)體元件，還包括一金屬層覆蓋在該基底上，其中該金屬間介電層覆蓋在該金屬層上。
[0016]本發(fā)明的半導(dǎo)體元件，還包括一溝槽在該含氮或富含氧四乙氧基硅烷氧化層和該金屬間介電層中，以及一金屬層覆蓋在該含氮或富含氧四乙氧基硅烷氧化層上和該溝槽內(nèi)。
[0017]本發(fā)明的半導(dǎo)體元件，還包括一金屬阻障層在該金屬層和該含氮或富含氧四乙氧基娃燒氧化層間，以及該金屬層和該金屬間介電層間。
[0018]本發(fā)明還提供一種形成半導(dǎo)體元件的方法，包括:提供一基底；沉積一金屬間介電層于該基底上；以及沉積一含氮或富含氧四乙氧基硅烷氧化層于該金屬間介電層上。
[0019]本發(fā)明的形成半導(dǎo)體元件的方法中，該基底包括一形成有元件或電路的半導(dǎo)體基底。
[0020]本發(fā)明的形成半導(dǎo)體元件的方法中，該金屬間介電層包括一超低介電常數(shù)層。
[0021]本發(fā)明的形成半導(dǎo)體元件的方法，還包括形成一金屬層在該基底上，且該金屬間介電層覆蓋在該金屬層上。
[0022]本發(fā)明的形成半導(dǎo)體元件的方法，還包括蝕刻該含氮或富含氧四乙氧基硅烷氧化層和該金屬間介電層形成一溝槽；以及形成一金屬層覆蓋于該含氮或富含氧四乙氧基硅烷氧化層上和該溝槽內(nèi)。
[0023]本發(fā)明的形成半導(dǎo)體元件的方法，還包括形成一金屬阻障層在該含氮或富含氧四乙氧基硅烷氧化層上和該溝槽內(nèi)，且該金屬層覆蓋于該金屬阻障層上。
[0024]本發(fā)明的形成半導(dǎo)體元件的方法，還包括研磨該金屬層、該金屬阻障層以及該含氮或富含氧四乙氧基硅烷氧化層。
[0025]本發(fā)明的形成半導(dǎo)體元件的方法中，沉積該含氮或富含氧四乙氧基硅烷氧化層包括實施一化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposit1n, CVD)或一等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(plasma — enhanced CVD, PECVD)，且沉積該含氮四乙氧基硅烷氧化層使用在氦氣載體中的四乙氧基硅烷和氧化亞氮(N2O)為氣體源；沉積該富含氧四乙氧基硅烷氧化層使用在氦氣載體中的四乙氧基硅烷和氧氣為氣體源。
[0026]本發(fā)明的形成半導(dǎo)體元件的方法中，沉積該含氮四乙氧基硅烷氧化層使用的四乙氧基硅烷的流率大約為350標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘(sccm)，氧化亞氮的流率大約為1150標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘，電源功率大約為185瓦(W)，基板偏壓功率大約為145瓦；沉積該富含氧四乙氧基硅烷氧化層使用的四乙氧基硅烷的流率大約為300標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘(sccm)，氧氣的流率大約為510標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘，電源功率大約為450瓦(W)，基板偏壓功率大約為75瓦。
[0027]本發(fā)明的特征及優(yōu)點將如以下實施方式所述是顯而易見的，或可由本發(fā)明的實施已知，本發(fā)明的特征及優(yōu)點可由元件的裝置了解并獲得，特別是在權(quán)利要求書中所指出。
[0028]以上簡述及以下實施例中詳細(xì)的說明是作為示范及解釋用，本發(fā)明更進(jìn)一步的說明將如權(quán)利要求書所示。
【附圖說明】
[0029]為了讓本發(fā)明的上述目的、特征、及優(yōu)點能更明顯易懂，以下配合附圖，作詳細(xì)說明如下:
[0030]圖1A至圖1C所示為一已知具有鑲嵌結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件其形成的方法。
[0031]圖2所示為本發(fā)明實施例的鑲嵌結(jié)構(gòu)。
[0032]圖3A至圖3B所示為本發(fā)明實施例的鑲嵌結(jié)構(gòu)其形成的方法。
【具體實施方式】
[0033]本發(fā)明實施例詳細(xì)說明如下，其范例如附圖所示。在提到相同或相似的部分時，會使用附圖中相同的參照數(shù)字。
[0034]本發(fā)明實施例提供一鑲嵌結(jié)構(gòu)，包括一高抗水氣四乙氧基硅烷氧化物覆蓋于一超低介電常數(shù)層上。當(dāng)使用該高抗水氣四乙氧基硅烷氧化物時，本發(fā)明實施例的鑲嵌結(jié)構(gòu)不需要沉積如圖1A至圖1C所示的四乙氧基硅烷/碳化硅/四乙氧基硅烷(TEOS/SiC/TEOS)多層結(jié)構(gòu)，因此，本發(fā)明實施例的鑲嵌結(jié)構(gòu)其制程較簡單。
[0035]圖2所示為本發(fā)明實施例的鑲嵌結(jié)構(gòu)200，如圖2所示，鑲嵌結(jié)構(gòu)200形成在一基底202上?；?02可包括一形成有元件或電路的半導(dǎo)體基底。鑲嵌結(jié)構(gòu)200包括一第一金屬層204形成于基底202上并埋置于一層間介電層(ILD) 206內(nèi)，一蝕刻終止層(ESL) 208形成于第一金屬層204和層間介電層206上，一超低介電常數(shù)層(ELK) 210形成于蝕刻終止層208上，超低介電常數(shù)層210可作為金屬間介電層(IMD)。一四乙氧基娃燒氧化層212形成于超低介電常數(shù)層210上，一第二金屬層214