專利名稱：內(nèi)金屬介電層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種內(nèi)金屬介電層(inter-metal dielectric，IMD)的制作方法，特別有關(guān)于一種可以使內(nèi)金屬介電層在后續(xù)的化學(xué)機(jī)械研磨(chemcalmechanical polishing，CMP)制程中獲得全面平坦化的制作方法。
此外，為了后續(xù)的接觸插塞制程，內(nèi)金屬介電層的表面必須達(dá)到全面平坦性的要求。在傳統(tǒng)技術(shù)中，大多采用化學(xué)機(jī)械研磨(chemcal mechanicalpolishing，CMP)方法來(lái)獲得平坦的表面，但是對(duì)于具有不同高度分布密度的內(nèi)金屬介電層而言，CMP方法常會(huì)導(dǎo)致內(nèi)金屬介電層的表面凹陷。因此，當(dāng)前更重要的問(wèn)題是如何改善一般的沉積制程，使內(nèi)金屬介電層的高度分布密度較均勻，進(jìn)而使內(nèi)金屬介電層在后續(xù)的CMP制程中能獲得全面平坦性。
參閱

圖1-圖4所示，美國(guó)專利第6,117,345號(hào)提出一種利用高密度電漿化學(xué)氣相沉積(high density plasma chemical vapor deposition，HDPCVD)制程來(lái)制作內(nèi)金屬介電層的方法。
如圖1所示，一半導(dǎo)體基底10表面上依序沉積有一表面層12、一導(dǎo)線層14、一保護(hù)層16以及一覆蓋層18，而且一具有預(yù)定圖案的光阻層20是定義形成于覆蓋層18表面上，以曝露出多數(shù)個(gè)預(yù)定區(qū)域22。
然后，如圖2所示，利用光阻層22作為罩幕，依序蝕刻去除預(yù)定區(qū)域22下方的覆蓋層18、保護(hù)層16、導(dǎo)線層14以及表面層12，以形成多數(shù)個(gè)開口26，再將光阻層20去除。如此一來(lái)，被開口26隔開的導(dǎo)線層14是定義形成多數(shù)個(gè)金屬導(dǎo)線24。
接著，如圖3所示，進(jìn)行一具有足夠高的蝕刻/沉積比例的HDPCVD制程，以于整個(gè)基底10表面上形成一HDPCVD氧化層28。在HDPCVD制程的起始階段，覆蓋層18的頂角處會(huì)被蝕刻，因此沉積在覆蓋層18頂部的HDPCVD氧化層28會(huì)形成錐形(taper)，而后續(xù)階段可使HDPCVD氧化層28填入所有的開口26，直至HDPCVD氧化層28沉積到達(dá)保護(hù)層16的高度，才結(jié)束HDPCVD制程。
跟著，如圖4所示，進(jìn)行一電漿強(qiáng)化式化學(xué)氣相沉積(plasma enhancedchemical vapor deposition，，PECVD)制程，以于HDPCVD氧化層28的整個(gè)表面上形成一PECVD氧化層29。其主要缺陷在于1、在HDPCVD制程中，為了將HDPCVD氧化層28沉積到達(dá)保護(hù)層16的高度，需要花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，這會(huì)增加制作成本、降低生產(chǎn)量。
2、由于HDPCVD氧化層28的表面輪廓包含有錐形區(qū)與平坦區(qū)，使得后續(xù)沉積的PECVD氧化層29也會(huì)呈現(xiàn)相似的表面輪廓，因此后續(xù)的CMP制程很容易使表面高度起伏不一的PECVD氧化層29產(chǎn)生缺陷。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種內(nèi)金屬介電層的制作方法，其特征是它至少包括下列步驟(1)提供一半導(dǎo)體基底，其表面上包含有至少兩相鄰的金屬導(dǎo)線，且該兩相鄰的金屬導(dǎo)線之間形成一開口；(2)進(jìn)行高密度電漿化學(xué)氣相沉積制程，于該金屬導(dǎo)線上形成第一介電層，該第一介電層是部分填滿該開口，且位于該開口內(nèi)的該第一介電層的高度低于該金屬導(dǎo)線的頂部；(3)于該第一介電層表面上形成第二介電層直至一預(yù)定厚度；其中，形成于該兩相鄰的金屬導(dǎo)線之間的該第一介電層及第二介電層作為該內(nèi)金屬介電層。
該第二介電層的制作是使用電漿強(qiáng)化式化學(xué)氣相沉積制程。該第一介電層及第二介電層是由氧化硅所構(gòu)成。形成該第一介電層之前，另包含有形成氧化線層的步驟，使其覆蓋該金屬導(dǎo)線及半導(dǎo)體基底的曝露表面上。該氧化線層的制作是使用電漿強(qiáng)化式化學(xué)氣相沉積制程。另包含有對(duì)該第一介電層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨制程的步驟，以使該第二介電層的表面平坦化。另包含有形成接觸洞的步驟，使其貫穿該金屬導(dǎo)線上方的該內(nèi)金屬介電層以曝露金屬導(dǎo)電的頂部。該金屬導(dǎo)線的頂部包含有覆蓋層。該覆蓋層的材質(zhì)為SiON。該金屬導(dǎo)線是選自下列材質(zhì)的其中之一鋁、含有硅或銅的鋁合金、銅合金或其它耐熱金屬。
下面結(jié)合較佳實(shí)施例和附圖進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1-圖4是傳統(tǒng)制作內(nèi)金屬介電層的方法的剖面示意圖。
圖5-圖12是本發(fā)明實(shí)施例1制作內(nèi)金屬介電層的方法的剖面示意圖。
圖13-圖14是本發(fā)明實(shí)施例2制作內(nèi)金屬介電層的剖面示意圖。
參閱圖5-圖12所示，本發(fā)明第一實(shí)施例的內(nèi)金屬介電層的制作方法包括如下步驟如圖5所示，提供一半導(dǎo)體基底30，舉例而言，其內(nèi)部可制作有電晶體、二極管、其它半導(dǎo)體組件或是其它的金屬內(nèi)連線層。在半導(dǎo)體基底30表面上包含有一金屬導(dǎo)線層36，可由以下任一種材質(zhì)所構(gòu)成，如鋁、含有硅或銅的鋁合金、銅合金、其它耐熱金屬或是多層結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，金屬導(dǎo)線層36是依序由第一鈦(Ti)層31、第一氮化鈦(TiN)層32、鋁銅(AlCu)層33、第二鈦層34及第二氮化鈦層35所構(gòu)成。
此外，一覆蓋層38是沉積在金屬導(dǎo)線層36表面上，一具有預(yù)定圖案的光阻層40是定義形成在覆蓋層38表面上，以定義出多數(shù)個(gè)預(yù)定區(qū)域41的位置。在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，覆蓋層38可為氮氧化硅(SiON)材質(zhì)，用以作為進(jìn)行光阻層40的曝光制程時(shí)的抗反射層，可避免光線穿過(guò)覆蓋層38或是反射回到光阻層40。其次，覆蓋層38也可作為后續(xù)蝕刻金屬導(dǎo)線層36時(shí)所需的硬光罩層。再者，覆蓋層38也可當(dāng)作金屬導(dǎo)線的保護(hù)層，以防止后續(xù)的HDPCVD制程蝕刻金屬導(dǎo)線的頂角處。
如圖6所示，依序?qū)㈩A(yù)定區(qū)域41下方的覆蓋層38、金屬導(dǎo)線層36(包含有多層結(jié)構(gòu)35、34、33、32、31)蝕刻去除，以形成多數(shù)個(gè)開口42，再將光阻層40去除。如此一來(lái)，被開口42隔開的金屬導(dǎo)線層36定義形成多數(shù)個(gè)金屬導(dǎo)線44。
然后，如圖7所示，進(jìn)行PECVD制程，以于整個(gè)半導(dǎo)體基底30表面上均勻地沉積一PECVD氧化線層46。制作PECVD氧化線層46的其一目的是用來(lái)提高金屬導(dǎo)線44與后續(xù)制作的內(nèi)金屬介電層之間的附著性。另一目的是當(dāng)內(nèi)金屬介電層使用有機(jī)低介電常數(shù)材質(zhì)時(shí)，PECVD氧化線層46可用來(lái)防止內(nèi)金屬介電層的出氣(out gassing)現(xiàn)象。
如圖8所示，進(jìn)行HDPCVD制程，以于整個(gè)基底30表面上形成一HDPCVD氧化層48，并使HDPCVD氧化層48填入開口42。由于HDPCVD制程是同時(shí)進(jìn)行沉積制程與蝕刻制程，因此形成于覆蓋層38頂部的HDPCVD氧化層48是呈錐形。值得重視的是，本發(fā)明技術(shù)是將開口42的一部分填滿，使開口42內(nèi)的HDPCVD氧化層48的高度低于金屬導(dǎo)線44的頂部位置，則可以節(jié)省制程時(shí)間，進(jìn)而降低制作成本和增加產(chǎn)能。而且，位于開口42內(nèi)的HDPCVD氧化層48是呈凹陷輪廓，這有助于后續(xù)沉積層的表面輪廓趨向于自行平坦化(self-planarize)。
如圖9所示，進(jìn)行PECVD制程，以于整個(gè)HDPCVD氧化層48表面上沉積一PECVD氧化層50，并使PECVD氧化層50完全填滿開口，直至PECVD氧化層50到達(dá)一預(yù)定厚度。如此一來(lái)，PECVD氧化層50的表面輪廓包含了大部分區(qū)域的平坦區(qū)域以及小部分區(qū)域的淺凹陷處，將有助于PECVD氧化層50在后續(xù)的CMP制程中獲得全面平坦化的表面輪廓，可有效避免PECVD氧化層50在CMP制程中產(chǎn)生凹陷、薄化、侵蝕等缺陷，結(jié)果如圖10所示。
接下來(lái)，如圖11所示，依據(jù)制程需要可進(jìn)行接觸插塞制程，利用微影與蝕刻制程將金屬導(dǎo)線44上方的PECVD氧化層50、HDPCVD氧化層48與覆蓋層38去除，于每個(gè)金屬導(dǎo)線44上方形成一接觸洞52。
然后，如圖12所示，于接觸洞52的側(cè)壁與底部形成一阻障層54，再于接觸洞52內(nèi)填滿一導(dǎo)電層56，最后利用CMP方法將導(dǎo)電層56與PECVD氧化層50的高度切齊。如此一來(lái)，殘留于接觸洞52內(nèi)的導(dǎo)電層56可作為一接觸插塞。
實(shí)施例2參閱圖13-圖14所示，本發(fā)明實(shí)施例1的內(nèi)金屬介電層的制作方法是，半導(dǎo)體基底30表面上的金屬導(dǎo)線44及覆蓋層38是依據(jù)實(shí)施例1相同的方法制作，故在此不再重述。其次，本實(shí)施例省略了PECVD氧化線層46的制作步驟，而是在制作HDPCVD氧化層48的過(guò)程中，以HDPCVD制程的初使階段所形成的氧化線層所取代。除此之外，HDPCVD氧化層48、PECVD氧化層50、CMP制程及接觸插塞等制程均與實(shí)施例1所述相同，故不重述。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，所作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)金屬介電層的制作方法，其特征是它至少包括下列步驟(1)提供一半導(dǎo)體基底，其表面上包含有至少兩相鄰的金屬導(dǎo)線，且該兩相鄰的金屬導(dǎo)線之間形成一開口；(2)進(jìn)行高密度電漿化學(xué)氣相沉積制程，于該金屬導(dǎo)線上形成第一介電層，該第一介電層是部分填滿該開口，且位于該開口內(nèi)的該第一介電層的高度低于該金屬導(dǎo)線的頂部；(3)于該第一介電層表面上形成第二介電層直至一預(yù)定厚度；其中，形成于該兩相鄰的金屬導(dǎo)線之間的該第一介電層及第二介電層作為該內(nèi)金屬介電層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)金屬介電層的制作方法，其特征是該第二介電層的制作是使用電漿強(qiáng)化式化學(xué)氣相沉積制程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)金屬介電層的制作方法，其特征是該第一介電層及第二介電層是由氧化硅所構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)金屬介電層的制作方法，其特征是形成該第一介電層之前，另包含有形成氧化線層的步驟，使其覆蓋該金屬導(dǎo)線及半導(dǎo)體基底的曝露表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)金屬介電層的制作方法，其特征是該氧化線層的制作是使用電漿強(qiáng)化式化學(xué)氣相沉積制程。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)金屬介電層的制作方法，其特征是另包含有對(duì)該第一介電層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨制程的步驟，以使該第二介電層的表面平坦化。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的內(nèi)金屬介電層的制作方法，其特征是另包含有形成接觸洞的步驟，使其貫穿該金屬導(dǎo)線上方的該內(nèi)金屬介電層以曝露金屬導(dǎo)電的頂部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)金屬介電層的制作方法，其特征是該金屬導(dǎo)線的頂部包含有覆蓋層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)金屬介電層的制作方法，其特征是該覆蓋層的材質(zhì)為SiON。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)金屬介電層的制作方法，其特征是該金屬導(dǎo)線是選自下列材質(zhì)的其中之一鋁、含有硅或銅的鋁合金、銅合金或其它耐熱金屬。
全文摘要
一種內(nèi)金屬介電層的制作方法，至少包括下列步驟首先提供一半導(dǎo)體基底，其表面上包含有至少兩相鄰的金屬導(dǎo)線之間形成一開口。然后進(jìn)行HDPCVD制程，于金屬導(dǎo)線上形成第一介電層，使第一介電層部分填滿開口，且使位于開口內(nèi)的第一介電層的高度低于金屬導(dǎo)線的頂部。于第一介電層表面上形成第二介電層直至一預(yù)定厚度，形成于兩相鄰的金屬導(dǎo)線之間的第一介電層及第二介電層是用來(lái)作為內(nèi)金屬介電層。具有節(jié)省制程時(shí)間，降低制作成本及增加產(chǎn)能的功效；而且位于開口內(nèi)的第一介電層是呈凹陷輪廓，有助于后續(xù)沉積層的表面輪廓趨向于自行平坦化，獲得全面平坦化的功效。
文檔編號(hào)H01L21/3205GK1430261SQ0210011
公開日2003年7月16日 申請(qǐng)日期2002年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月4日
發(fā)明者徐震球, 李世達(dá) 申請(qǐng)人:矽統(tǒng)科技股份有限公司