專利名稱：內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路，尤其涉及一種集成電路的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)以及其形成方法，且還涉及一種在鑲嵌的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)中，低介電常數(shù)銅阻擋層的形成。
背景技術(shù)：
集成電路通常含有多個圖案化的金屬線，其借由導(dǎo)線間的間隔分開。一般而言，垂直間隔的金屬化層的金屬圖案是借由導(dǎo)孔互相電性連接，在溝槽狀開口內(nèi)所形成的金屬線通常平行于半導(dǎo)體基底而延伸。依據(jù)目前的技術(shù)，這種類型的半導(dǎo)體元件可包括八層或更多層的金屬化層，以滿足元件的幾何與微小型化的需求。目前常用于形成金屬線或插塞的工藝為鑲嵌(damascene)工藝，一般而言，此工藝包含在層間介電層內(nèi)形成開口，層間介電層將垂直間隔的金屬化層分開。于開口形成之后，在開口內(nèi)填充銅或銅合金，以形成銅線，并且也可以形成導(dǎo)孔。接著，借由化學(xué)機(jī)械平坦化技術(shù)將層間介電層表面上多余的金屬材料除去。為了準(zhǔn)確地控制開口的形成，可使用蝕刻停止層。圖1是顯示形成傳統(tǒng)的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的中間階段的剖面示意圖，介電層110具有銅線112埋入于其中，蝕刻停止層(etch stop layer ；ESL) 114形成于介電層110與銅線112之上，低介電常數(shù)介電層120在蝕刻停止層114上形成，開口 122在低介電常數(shù)介電層120內(nèi)形成。于開口 122形成期間，使用蝕刻停止層114來停止低介電常數(shù)介電層120的蝕刻。為了降低內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的寄生電容，蝕刻停止層114較佳為具有低介電常數(shù)值。然而，在目前的工藝技術(shù)中，蝕刻停止層114的介電常數(shù)值只能夠降低至約4. 0或更大，蝕刻停止層114的介電常數(shù)值的降低會造成低介電常數(shù)介電層120與蝕刻停止層114的蝕刻選擇比(etching selectivity)的犧牲。再者，蝕刻停止層114的介電常數(shù)值的降低也會造成其形成的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的漏電流增加。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明實施例提供了一種內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的形成方法，依據(jù)在此所公開的一概念，于內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的形成中，在介電層內(nèi)形成金屬圖形，使用前驅(qū)物與包含碳的碳源氣體作為前驅(qū)物，在金屬圖形與介電層之上形成蝕刻停止層，在碳源氣體中不含有二氧化碳，前驅(qū)物則是選自于大抵上由1-甲基硅烷、2-甲基硅烷、3-甲基硅烷、4-甲基硅烷以及前述的組合所組成的群組。其他實施例亦包含如下。采用本發(fā)明提供的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的形成方法，實驗顯示蝕刻停止層具有非常低的介電常數(shù)值，其可介于約3. 0至約4. 0之間。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


圖1是顯示包含蝕刻停止層的傳統(tǒng)的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；以及圖2至圖7是顯示依據(jù)一實施例，在內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造過程中，各中間階段的剖面示意圖，其中包含蝕刻停止層的形成。主要附圖標(biāo)記說明2 晶片；10 半導(dǎo)體基底；20、110 介電層；對 金屬線；30、52 擴(kuò)散阻擋層； 34、114 蝕刻停止層；36 四乙氧基硅烷氧化層；40 導(dǎo)孔金屬層間介電層；42 溝槽金屬層間介電層；46 導(dǎo)孔開口 ；48 溝槽開口 ；50 光致抗蝕劑力4 導(dǎo)孔；56 導(dǎo)線； 112 銅線；120 低介電常數(shù)介電層；122 開口。
具體實施例方式以下詳述各實施例的制造與使用，然而，可以理解的是，這些實施例提供許多可實施的發(fā)明概念，其可以應(yīng)用在各種不同的特定背景中，在此所討論的特定實施例僅用于說明本發(fā)明，并非用以限定公開的范圍。在此提供集成電路的一種新的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)以及其形成方法，并以

制造一實施例的中間階段，以及討論實施例的各種變化。在此所公開的全部附圖以及實施例中，使用相似的附圖標(biāo)記來標(biāo)示相似的元件。圖2至圖7是顯示依據(jù)各種實施例，在內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造過程中，各中間階段的剖面示意圖。圖2顯示晶片2，其包含金屬線對在介電層20內(nèi)，且更進(jìn)一步形成于半導(dǎo)體基底10之上。半導(dǎo)體基底10可以是未切割(im-diced)晶片的一部份，半導(dǎo)體基底10可以是硅基底，或者可包括其他半導(dǎo)體材料，例如SiGe、GaAs或類似的材料。集成電路，例如為 P型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)與N型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)晶體管(未示出)，可以在半導(dǎo)體基底10的上表面上形成。在一實施例中，介電層20為低介電常數(shù)值(k值)的金屬層間介電層(inter-metal dielectric ;IMD)，例如介電常數(shù)值低于約3. 5，或者甚至低于約2. 5。低介電常數(shù)介電層20可由常見的低介電常數(shù)介電材料形成，例如含碳的介電材料， 且可進(jìn)一步含有氮、氫、氧以及前述的組合。擴(kuò)散阻擋層30以及金屬線M在低介電常數(shù)介電層20內(nèi)形成，擴(kuò)散阻擋層30 可包含鈦(titanium)、氮化鈦(titanium nitride)、鉭(tantalum)、氮化鉭(tantalum nitride)以和/或其他的選擇，金屬線M的材料可包含銅或銅合金。雖然金屬線M可以由其他導(dǎo)電材料，例如銀、金、鎢、鋁以及類似的材料形成，但是在以下的描述中，金屬線 24也被稱為銅線M。形成銅線M的步驟可包含在低介電常數(shù)介電層20內(nèi)形成鑲嵌式開口(damasceneopening)，在鑲嵌式開口內(nèi)形成擴(kuò)散阻擋層30，沉積一層薄的銅或銅合金的籽晶層(seed layer)，以及例如借由電鍍法填充鑲嵌式開口。接著，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械平坦化 (chemical mechanical planarization ；CMP)工藝，除去低介電常數(shù)介電層20之上多余的材料，形成如圖2所示的結(jié)構(gòu)。為了簡化附圖，在后續(xù)的附圖中未示出基底10。圖3顯示蝕刻停止層(ESL) 34的形成，蝕刻停止層也稱為銅阻擋層，雖然可使用不同的厚度，蝕刻停止層34的厚度T通常介于約IOOA至約500A之間。蝕刻停止層 34的介電常數(shù)可低于約4. 0，或者甚至低于約3. 5，其材料可選自于氮摻雜碳化物(碳化硅)(nitrogen doped (silicon) carbide ；SiC =N ；NDC)、氧摻雜碳化物(碳化硅)(oxygen
4doped (silicon) carbide ；SiC :0 ；0DC)，以及前述的組合。蝕刻停止層34的形成方法包含常用的化學(xué)氣相沉積法(CVD)，例如等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法(PECVD)，其反應(yīng)氣體 (前驅(qū)物)取決于所希望的蝕刻停止層34的組成，且可包含硅(Si)、碳(C)、氫(H)、氮(N)、 氧(0)、硼(B)，以和/或類似的元素。在一實施例中，前驅(qū)物包含氣體，其是選自于1-甲基硅烷(1-methylsilane ;Si (CH)H3 ；IMS)、2_ 甲基硅烷(2-methylsilane ;Si (CH)2H2 ；2MS)、 3-甲基硅烷(3-methylsilane ;Si (CH)3H ;3MS)、4-甲基硅烷(4-methylsilane ；Si (CH)4 ； 4MS)以及前述的組合。另夕卜，也可以使用惰性氣體，例如He、N2、Ar、Xe以及類似的氣體作為周圍氣體(ambient gas)。如果要形成氧摻雜碳化物(碳化硅)(ODC)，可加入二氧化碳 (CO2)提供氧；如果要形成氮摻雜碳化物(碳化硅)(NDC)，可加入氨氣(NH3)提供氮。再者， 前驅(qū)物可包含含硼的氣體，例如&H6、BH3或前述的組合，以提供硼至所形成的蝕刻停止層 34中。除了上述所討論的前驅(qū)物之外，還可以加入一個或多個碳源氣體(carbon-source gas)，以增加所形成的蝕刻停止層34中的碳含量。碳源氣體可以是富含碳的來源 (carbon-rich source)，其表示在碳源氣體中，碳的原子百分比較高，例如大于約10百分比，或甚至大于約20或30百分比。在示范性的實施例中，碳源氣體是含有碳?xì)涞臍怏w，其是選自于C2H4、C2H6以及前述的組合。借由碳源氣體所提供的額外的碳，可增加所形成的蝕刻停止層34中的碳百分比，并且改善蝕刻停止層34的性質(zhì)。在一實施例中，碳源氣體的流率與全部的1MS/2MS/3MS/4MS氣體的流率的比值大于約2或4。在一實施例中，蝕刻停止層34的形成在反應(yīng)室(chamber)內(nèi)進(jìn)行，例如使用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法(PECVD)，其中晶片2的溫度可介于約300°C至約500°C之間，且反應(yīng)室的壓力可介于約2陶爾(torr)至約10陶爾(torr)之間。形成蝕刻停止層34的功率來源可包含高頻射頻功率(high-frequency radio frequency (RF) power)，例如頻率約在 13. 56MHz，以及低頻射頻功率(low-frequency radio frequency (RF) power)，例如頻率約在350KHz。在蝕刻停止層34的形成中，高頻射頻功率源可提供介于約100瓦(watt)至約1000瓦(watt)的功率，而低頻射頻功率源則可提供低于約500瓦(watt)的功率，且甚至可低至0瓦(watt)(表示沒有提供低頻功率)，此外，高頻射頻功率與低頻射頻功率可同時提供。在形成氮摻雜碳化物(碳化硅)(NDC)的示范性實施例中，晶片的溫度約為400°C， 反應(yīng)室的壓力約為9陶爾(torr)，高頻射頻功率約為350瓦(watt)，而低頻射頻功率則關(guān)掉。31^丄2!14、冊3與徹的流率的比值約為1 3 1 5。然而，可以理解的是，這些工藝條件僅作為示范用，其最佳的條件可經(jīng)由實驗發(fā)現(xiàn)。接著，如圖4所示，可使用例如等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法(PECVD)，在蝕刻停止層；34上選擇性地形成四乙氧基硅烷(tetra-ethyl-ortho-silicate ;TE0Q氧化層 36。形成四乙氧基硅烷氧化層36的前驅(qū)物可包含四乙氧基硅烷(TEOS)前驅(qū)物與氧，四乙氧基硅烷氧化層36的厚度可小于約500A。在形成蝕刻停止層34與選擇性的四乙氧基硅烷氧化層36之后，可進(jìn)行更多的鑲嵌(damascene)工藝步驟，以形成覆蓋于其上的結(jié)構(gòu)，例如導(dǎo)孔(via)以及其上的銅線， 導(dǎo)孔以及其上的銅線可借由單鑲嵌工藝或雙鑲嵌工藝形成。參閱圖5，首先在蝕刻停止層 34之上形成導(dǎo)孔金屬層間介電層(vialMD layer)40，導(dǎo)孔金屬層間介電層40可以是低介電常數(shù)介電層，其介電常數(shù)值小于約3. 5，或者可以是超低介電常數(shù)介電層，其介電常數(shù)值小于約2. 7，并且可包括碳摻雜氧化硅(carbon-doped silicon oxide)、氟摻雜氧化硅 (fluorine-doped silicon oxide)、有機(jī)低介電常數(shù)材料，以和/或其他多孔性(porous) 低介電常數(shù)材料。導(dǎo)孔金屬層間介電層40的形成方法包含旋轉(zhuǎn)涂布法(spin-on)、化學(xué)氣相沉積法(CVD)或其他已知的方法。然后，在導(dǎo)孔金屬層間介電層40之上形成溝槽金屬層間介電層(trench IMD layer)42，可使用與導(dǎo)孔金屬層間介電層40相似的方法以及相似或相同的材料形成溝槽金屬層間介電層42，于溝槽金屬層間介電層42形成之前，可在導(dǎo)孔金屬層間介電層40上選擇性地形成蝕刻停止層(未示出)。參閱圖6，形成導(dǎo)孔開口 46與溝槽開口 48。導(dǎo)孔開口 46與溝槽開口 48的形成可借由光致抗蝕劑的協(xié)助，以定義出其圖案。圖6中顯示定義出溝槽開口 48圖案的光致抗蝕劑50，其中光致抗蝕劑50在溝槽開口 48形成之后被移除。導(dǎo)孔開口 46的形成則可以使用蝕刻停止層34作為蝕刻停止層。在后續(xù)的工藝步驟中，如圖7所示，蝕刻停止層34 (以及選擇性的四乙氧基硅烷氧化層36)暴露出來的部分被蝕刻除去，然后形成擴(kuò)散阻擋層52。接著，剩下的導(dǎo)孔開口 46 與溝槽開口 48被導(dǎo)電材料，例如銅或銅合金填充。然后，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝(chemical mechanical polish ；CMP)除去多余的材料，導(dǎo)電材料留下的部分形成導(dǎo)線56以及導(dǎo)孔M。實驗顯示蝕刻停止層34具有非常低的介電常數(shù)值，其可介于約3. 0至約4. 0之間。相較之下，傳統(tǒng)的氧摻雜碳化物(ODC)所具有的介電常數(shù)值的范圍約在4. 0至5. 0之間，且傳統(tǒng)的氮摻雜碳化物(NDC)所具有的介電常數(shù)值大于約5.0。相較于無添加額外碳的傳統(tǒng)氧摻雜碳化物(ODC)與傳統(tǒng)氮摻雜碳化物(NDC)，蝕刻停止層34的蝕刻速率也較低，此外，蝕刻停止層34的漏電量(leakage)也較傳統(tǒng)的氧摻雜碳化物(ODC)與傳統(tǒng)的氮摻雜碳化物(NDC)低約3個等級(order)，這些蝕刻停止層34所改善的特性使得導(dǎo)孔(如圖7中的導(dǎo)孔54)的導(dǎo)孔電阻值隨著尺寸縮減而降低很多。再者，利用蝕刻停止層34所形成的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的擊穿電壓(breakdown voltage)以及依時性介電擊穿(time-d印endent dielectric breakdown ；TDDB)行為也得到改善。實驗結(jié)果指出，當(dāng)漏電流為1E_03A/Cm2 時，擊穿電壓可如同約5. 3MV/cm 一樣高，并且當(dāng)擊穿電壓為2MV/cm時，漏電流可如同約 lE-08A/cm2 一樣低。雖然本發(fā)明已公開較佳實施例如上，然其并非用以限定本發(fā)明，在此技術(shù)領(lǐng)域中具有普通知識的技術(shù)人員當(dāng)可了解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以所附的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供一介電層；形成一金屬圖形在該介電層內(nèi)；以及使用多個前驅(qū)物，形成一蝕刻停止層在該金屬圖形與該介電層之上，該蝕刻停止層與該金屬圖形及該介電層接觸，且其中所述多個前驅(qū)物包括一含有硅與碳的額外前驅(qū)物；以及一含有碳的碳源氣體，其中該碳源氣體中不含二氧化碳。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該額外前驅(qū)物是選自于由1-甲基硅烷、2-甲基硅烷、3-甲基硅烷、4-甲基硅烷以及前述的組合所組成的群組。
3.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該碳源氣體還含有氫。
4.如權(quán)利要求3所述的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該碳源氣體為CxHy，且其中χ與y 的值大于0。
5.如權(quán)利要求4所述的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該碳源氣體包括C2H4。
6.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該蝕刻停止層包括氧摻雜碳化物，且其中所述多個前驅(qū)物還包括二氧化碳。
7.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該蝕刻停止層包括氮摻雜碳化物，且其中所述多個前驅(qū)物還包括氨。
8.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的形成方法，還包括形成一低介電常數(shù)介電層在該蝕刻停止層之上；以及形成一金屬線及一導(dǎo)孔在該低介電常數(shù)介電層內(nèi)，其中該金屬線及該導(dǎo)孔與該金屬圖形電性耦接。
9.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的形成方法，還包括形成一四乙氧基硅烷氧化層在該蝕刻停止層與該低介電常數(shù)介電層之間，并且該四乙氧基硅烷氧化層與該蝕刻停止層及該低介電常數(shù)介電層接觸。
10.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的形成方法，其中所述多個前驅(qū)物還包括一含硼氣體。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的形成方法，在內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的形成中，于介電層內(nèi)形成金屬圖形，使用前驅(qū)物以及包含碳的碳源氣體作為前驅(qū)物，在金屬圖形及介電層之上形成蝕刻停止層，碳源氣體中不含有二氧化碳，前驅(qū)物則選自于由1-甲基硅烷、2-甲基硅烷、3-甲基硅烷、4-甲基硅烷以及前述的組合所組成的群組。采用本發(fā)明提供的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的形成方法，實驗顯示蝕刻停止層具有非常低的介電常數(shù)值，其可介于約3.0至約4.0之間。
文檔編號H01L23/532GK102194739SQ20111003758
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月15日
發(fā)明者施伯錚, 林耕竹, 柯忠祁, 王冠程, 鄭雙銘 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司