鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法

2023-05-13 20:58:21

專利名稱：鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法，特別是有關於一種適用於半導體基底的鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法。
相對於鋁及其合金，銅金屬的高傳導性，高延展性、低電阻常數、高電子遷移阻抗等特性使得銅金屬內聯機具有較快的傳導速度，非常符合高性能集成電路的需求，遂成為製作高性能集成電路的內聯機的新寵。不同於鋁金屬內聯機，銅金屬內聯機是以鑲嵌的形式製作，下文即配合

圖1A至圖1C的流程剖面圖說明習知銅金屬內聯機的製作方法。
首先請參見圖1A，一半導體基底100，如一矽基底，其上可形成任何所需的半導體組件，此處為了簡化起見，僅以一平整的半導體基底100表示的。在此半導體基底100上依續形成一介電層112及一抗反射層116，其中介電層112可由如氧化矽、氮化矽、硼磷矽玻璃或四乙氧基矽酸鹽等材質形成。接著以適當的蝕刻技術於介電層112及抗反射層116中形成具有內聯機溝槽(trench)118a與接觸孔118b的鑲嵌式開口118。
請參見圖1B，形成一銅金屬層120以填入鑲嵌式開口118內，並且延伸於該抗反射層表面。為加強銅金屬層120與介電層112之間的附著力，可在填入銅金屬前形成一覆蓋鑲嵌式開口的阻障層(未顯示於圖中)再進行銅金屬層的形成。
最後請參見圖1C，對銅金屬層120進行化學機械研磨(CMP)，將鑲嵌式開口118外的銅金屬層移除，並繼續研磨至抗反射層完主移除為止，即得一鑲嵌式銅金屬內聯機120a。
上述傳統製程中，由於抗反射層和介電層在CMP過程中的研除速度非常相近，極容易因局部過度研磨造成銅金屬內聯機及介電層厚度的不平均(如圖1C所示)，而影響整個集成電路的品質。
本發明的目的是提供一種半導體製程技術，特別是一種鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法，以有效解決傳統製程中銅金屬內聯機厚度不平均的問題。本發明的方法亦適用於雙鑲嵌式(dualdamascene)銅金屬內聯機的製程。
本發明方法的特徵在於在介電層與抗反射層之間增加一研磨控制層，是由三甲基矽甲烷(trimethyl silane，3MS)、四甲基矽甲烷、O3、及He以化學氣相沉積法形成。由於上述研磨控制層的CMP研除速度較抗反射層緩慢許多，具有拉近各區域研除速度且進一步避免局部區域過度研磨的功能，所形成的銅金屬內聯機因而具有平均厚度。舉例來說，以常作為抗反射層的氮氧化矽、常作為介電層的TEOS、及本發明的研磨控制層相比較，在以oxide slurry SS-12進行CMP時，其研除速度為氮氧化矽層為1126/min、TEOS層為846/min、本發明的研磨控制層為約30/min。
圖號說明100、200-半導體基底；112、212-介電層；214、214a-研磨控制層；116、216-抗反射層；118、218-鑲嵌式開口；118a、218a-內聯機溝槽；118b、218b-接觸孔；120、220-銅金屬層；120a、220a-銅金屬內聯機。
圖2A至圖2C是依據本發明鑲嵌式銅金屬內聯機製作方法的一首先請參見圖2A，一半導體基底200，其上可形成任何所需的半導體組件，此處為了簡化起見，僅以一平整的半導體基底200表示的。在此半導體基底200上依續形成一介電層212、一研磨控制層214、及一抗反射層216，並以適當的蝕刻技術於其中形成具有內聯機溝槽(trench)218a與接觸孔218b的鑲嵌式開口218。其中，半導體基底200可為一矽基底；介電層212可由如氧化矽、氮化矽、硼磷矽玻璃或四乙氧基矽酸鹽等材質形成；研磨控制層214的厚度為100至500，是利用三甲基矽甲烷、四甲基矽甲烷、O3、及He在20至500Torr、25至400℃的環境下反應而成，其中三甲基矽甲烷、四甲基矽甲烷的流速為100至10000sccm，O3流速為100至1000sccm，He流速為10至1000sccm；抗反射層216可為厚度300至1200的氮氧化矽層。
請參見圖2B，形成一銅金屬層220以填入鑲嵌式開口218內，並且延伸於該抗反射層表面。為加強銅金屬層220與介電層212之間的附著力，可在填入銅金屬前形成一覆蓋鑲嵌式開口的阻障層(未顯示於圖中)再進行銅金屬層的形成。
最後請參見圖2C，對銅金屬層220進行化學機械研磨，將鑲嵌式開口218外的銅金屬層移除，並繼續研磨至抗反射層完主移除為止，即得一具有平均厚度的鑲嵌式銅金屬內聯機220a。值得一提的是，此時可能有部份研磨控制層214a殘留在介電層212之上，但是由於研磨控制層的介電常數小於3，並不會影響介電層的介電功能，因此不需被完全移除。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視權利要求範圍所界定的為準。
權利要求
1.一種鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法，適用於半導體基底，其特徵在於包括下列步驟在上述半導體基底上依續形成一介電層、一研磨控制層、及一抗反射層，其中該研磨控制層具有較該抗反射層低的化學機械研磨研除速度；於該介電層、該研磨控制層、及該抗反射層中形成具有內聯機溝槽與接觸孔的開口，其中該介電層中的開口是鑲嵌式開口；形成一銅金屬層以填入該鑲嵌式開口內，並且延伸於該抗反射層表面；及進行化學機械研磨，直至該鑲嵌式開口外的銅金屬層與該抗反射層完全移除為止，得一鑲嵌式銅金屬內聯機。
2.根據權利要求1所述一種鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法，其特徵在於該研磨控制層是利用三甲基矽甲烷、四甲基矽甲烷、O3、及He在20至500Torr、25至400℃的環境下反應而成，其中三甲基矽甲烷、四甲基矽甲烷的流速為100至10000sccm，O3流速為100至1000sccm，He流速為10至1000sccm。
3.根據權利要求1所述一種鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法，其特徵在於該研磨控制層的厚度為100至500。
4.根據權利要求1所述一種鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法，其特徵在於該介電層的材質為氧化矽、氮化矽、硼磷矽玻璃或四乙氧基矽酸鹽。
5.根據權利要求1所述一種鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法，其特徵在於該抗反射層的材質為氮氧化矽。
6.根據權利要求1所述一種鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法，其特徵在於該抗氧化層的厚度為300至1200。
7.根據權利要求1所述一種鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法，其特徵在於該鑲嵌式銅金屬內聯機包括雙鑲嵌式銅金屬內聯機。
8.根據權利要求1所述一種鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法，其特徵在於該半導體基底為矽基底。
9.一種鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法，適用於半導體基底，其特徵在於包括下列步驟於上述半導體基底上形成一介電層；於該介電層上形成一研磨控制層，是將三甲基矽甲烷、四甲基矽甲烷、O3、及He以化學氣相沉積法，其反應壓力為20至500Torr、反應溫度為25至400℃的環境下反應而成，三甲基矽甲烷、四甲基矽甲烷的流速為100至10000sccm，O3流速為100至1000sccm，He流速為10至1000sccm；於該研磨控制層上形成一抗反射層；於該介電層、該研磨控制層、及該抗反射層中形成具有內聯機溝槽與接觸孔的鑲嵌式開口；形成一銅金屬層以填入該鑲嵌式開口內，並且延伸於該抗反射層表面；及進行化學機械研磨，直至該鑲嵌式開口外的銅金屬層與該抗反射層完全移除為止，得一鑲嵌式銅金屬內聯機。
10.根據權利要求9所述一種鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法，其特徵在於該研磨控制層的厚度為100至500。
11.根據權利要求9所述一種鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法，其特徵在於該介電層的材質為氧化矽、氮化矽、硼磷矽玻璃或四乙氧基矽酸鹽。
12.根據權利要求9所述一種鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法，其特徵在於該抗反射層的材質為氮氧化矽。
13.根據權利要求9所述一種鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法，其特徵在於該抗氧化層的厚度為300至1200。
14.根據權利要求9所述一種鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法，其特徵在於該鑲嵌式銅金屬內聯機包括雙鑲嵌式銅金屬內聯機。
15.根據權利要求9所述一種鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法，其特徵在於該半導體基底為矽基底。
全文摘要
本發明提供一種適用於半導體基底的鑲嵌式銅金屬內聯機的製作方法，包括下列步驟首先上述半導體基底上形成一介電層；於此介電層上，以三甲基矽甲烷、四甲基矽甲烷、O
文檔編號H01L21/768GK1437243SQ0210350
公開日2003年8月20日 申請日期2002年2月5日 優先權日2002年2月5日
發明者施足, 章勳明 申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司