專(zhuān)利名稱(chēng)：防止鑲嵌式銅金屬受損的結(jié)構(gòu)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防止鑲嵌式銅金屬受損的結(jié)構(gòu)及其方法，特別是一種利用阻障層密封來(lái)防止鑲嵌式銅金屬受損的結(jié)構(gòu)及其方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，為配合元件尺寸縮小化的發(fā)展以及提高元件操作速度的需求，具有低電阻常數(shù)和高電子遷移阻抗的銅金屬，已逐漸被應(yīng)用來(lái)作為金屬內(nèi)連線(xiàn)的材質(zhì)，取代以往的鋁金屬制程技術(shù)。特別是銅金屬的鑲嵌式內(nèi)連線(xiàn)技術(shù)，不僅可達(dá)到內(nèi)連線(xiàn)的縮小化并且可減少RC時(shí)間延遲，同時(shí)也解決了金屬銅蝕刻不易的問(wèn)題，已成為現(xiàn)今多重內(nèi)連線(xiàn)主要的發(fā)展趨勢(shì)。
銅本身具有許多先天上的優(yōu)勢(shì)，例如(1)低電阻特性，其阻值為1.7μΩ-cm，而鋁則為2.7μΩ-cm；(2)良好的抗電子遷移性，比鋁高了四個(gè)數(shù)量級(jí)(order)；(3)良好的抗應(yīng)力導(dǎo)致的空洞形成性質(zhì)(stress-induced voidformation)等等。上述優(yōu)點(diǎn)對(duì)于元件的特性有很大的幫助，例如較怏的速度；可降低串音(Cross Talk)；以及具有較小的RC時(shí)間延遲。
雖然銅的某些物理性質(zhì)對(duì)于應(yīng)用在元件上具有很大的優(yōu)勢(shì)，但是它在一些化學(xué)反應(yīng)的特性上卻阻礙了銅在元件上的應(yīng)用，因?yàn)殂~在低溫時(shí)便極易與許多元素反應(yīng)，另外，由于銅金屬容易受到腐蝕且極易氧化，而且銅無(wú)法像鋁會(huì)形成自我保護(hù)氧化層，只要在含水氣的環(huán)境下，銅膜就會(huì)持續(xù)不斷的進(jìn)行氧化作用，不僅會(huì)在銅線(xiàn)表面形成氧化物，也會(huì)出現(xiàn)在銅導(dǎo)線(xiàn)的內(nèi)部，更嚴(yán)重影響到內(nèi)連線(xiàn)金屬的品質(zhì)。另一方面，位于最上層的銅金屬由于直接曝露在空氣中，極易遭到氧化，氧化銅的形成使得晶圓接受度測(cè)試(WAT；Wafer AcceptanceTest)的量測(cè)困難，而且在封裝后也會(huì)影響到元件的可靠度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要目的在于提供一種防止鑲嵌式銅金屬受損的方法，特別是有關(guān)于一種利用阻障層密封來(lái)防止鑲嵌式銅金屬受損的方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種防止鑲嵌式銅金屬受損的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的主要目的可通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)一種防止鑲嵌式銅金屬受損的方法，包括下列步驟提供一基底，該基底頂層為一絕緣層，在該絕緣層上具有至少一開(kāi)口，在該絕緣層上順應(yīng)性形成一第一阻障層，在該第一阻障層上全面性形成一銅金屬層，以該第一阻障層表面為終點(diǎn)，進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨制程，以平坦化該銅金屬層，實(shí)施一選擇性蝕刻制程在該平坦化的銅金屬層，使該銅金屬層表面相對(duì)低于該絕緣層表面，在該開(kāi)口內(nèi)形成一第二阻障層，使該銅金屬層完全密封于該第一阻障層和該第二阻障層之內(nèi)。
所述的開(kāi)口為單鑲嵌溝渠或雙鑲嵌溝渠其中之一。
所述的第一阻障層為氮化鈦、鈦鎢合金、鉭、氮化鎢和氮化鉭其中之一或其組合物層。
所述的第二阻障層為氮化鈦、鈦鎢合金、鉭、氮化鎢和氮化鉭其中之一或其組合物層。
一種防止鑲嵌式銅金屬受損的方法包括下列步驟提供一基底，該基底頂層為一絕緣層，在該絕緣層上具有一雙鑲嵌溝渠；在該絕緣層上順應(yīng)性形成一第一阻障層；在該第一阻障層上全面性形成一銅金屬層；以該第一阻障層表面為終點(diǎn)，進(jìn)行第一階段化學(xué)機(jī)械研磨制程，以平坦化該銅金屬層；實(shí)施一選擇性蝕刻制程于該平坦化的銅金屬層，使該銅金屬層表面相對(duì)低于該絕緣層表面；實(shí)施一表面清潔步驟；全面性形成一第二阻障層；以該絕緣層表面為終點(diǎn)，進(jìn)行第二階段化學(xué)機(jī)械研磨制程，使該銅金屬層完全密封于該第一阻障層和該第二阻障層之內(nèi)。
所述的第一阻障層為氮化鈦、鈦鎢合金、鉭、氮化鎢和氮化鉭其中之一或其組合物層。
所述的第二阻障層為氮化鈦、鈦鎢合金、鉭、氮化鎢和氮化鉭其中之一或其組合物層。
所述的表面清潔步驟主要為去除該銅金屬層表面的氧化銅。
本發(fā)明的另一目的可通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)一種防止鑲嵌式銅金屬受損的結(jié)構(gòu)，包括一基底，該基底頂層為一絕緣層，在該絕緣層上具有一鑲嵌溝渠；一第一阻障層，順應(yīng)性形成在該鑲嵌溝渠的內(nèi)壁及底部；一銅金屬層，形成在該第一阻障層上，且使該銅金屬層表面相對(duì)低于該絕緣層表面，而形成一凹處；一第二阻障層，形成在該凹處，使該銅金屬層完全密封于該第一阻障層和該第二阻障層之內(nèi)。
所述的鑲嵌溝渠為單鑲嵌溝渠或雙鑲嵌溝渠其中之一。
所述的第一阻障層為氮化鈦、鈦鎢合金、鉭、氮化鎢和氮化鉭其中之一或其組合物層。
所述的第二阻障層為氮化鈦、鈦鎢合金、鉭、氮化鎢和氮化鉭其中之一或其組合物層。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)由于銅金屬容易受到腐蝕且極易氧化，利用本發(fā)明的方法及結(jié)構(gòu)將銅金屬完全密封于阻障層之內(nèi)，可避免銅金屬直接曝露在潮濕空氣中或是因接觸酸性氣體而產(chǎn)生的氧化現(xiàn)象，且亦可用于防制因退火制程后，銅金屬在引洞(via)中的凸起現(xiàn)象。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例一中的絕緣層的側(cè)視圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例一中的順應(yīng)性形成一第一阻障層在該絕緣層的側(cè)視圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例一中在該第一阻障層上全面性形成一銅金屬層的側(cè)視圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例一中進(jìn)行第一階段化學(xué)機(jī)械研磨制程的側(cè)視圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例一中實(shí)施一選擇性蝕刻制程的側(cè)視圖。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例一中全面性形成一第二阻障層的側(cè)視圖。
圖7為本發(fā)明實(shí)施例一中進(jìn)行第二階段化學(xué)機(jī)械研磨制程的側(cè)視圖。
圖8為本發(fā)明實(shí)施例二中的絕緣層的側(cè)視圖。
圖9為本發(fā)明實(shí)施例二中的順應(yīng)性形成一第一阻障層在該絕緣層的側(cè)視圖。
圖10為本發(fā)明實(shí)施例二中于該第一阻障層上全面性形成一銅金屬層的側(cè)視圖。
圖11為本發(fā)明實(shí)施例二中進(jìn)行第一階段化學(xué)機(jī)械研磨制程的側(cè)視圖。
圖12為本發(fā)明實(shí)施例二中實(shí)施一選擇性蝕刻制程的側(cè)視圖。
圖13為本發(fā)明實(shí)施例二中全面性形成一第二阻障層的側(cè)視圖。
圖14為本發(fā)明實(shí)施例二中進(jìn)行第二階段化學(xué)機(jī)械研磨制程的側(cè)視圖。
具體的實(shí)施方式實(shí)施例一本發(fā)明的實(shí)施例一為一種防止單鑲嵌式銅金屬受損的方法，包括下列步驟如圖1所示，首先提供一基底(未示于圖中)，該基底(未示于圖中)頂層為一絕緣層10，該絕緣層10具有一開(kāi)口11如圖2所示，在該絕緣層10上，順應(yīng)性形成一第一阻障層12在該絕緣層10表面和該開(kāi)口11的側(cè)壁及底部，其中該第一阻障層12的材質(zhì)可為氮化鈦、鈦鎢合金、鉭、氮化鎢和氮化鉭其中之一或其組合物層。
如圖3所示，接著在該第一阻障層12上全面性形成一銅金屬層14。
如圖4所示，以該第一阻障層12表面為終點(diǎn)，進(jìn)行第一階段化學(xué)機(jī)械研磨制程或是回蝕刻步驟，以平坦化該銅金屬層如圖5所示，實(shí)施一選擇性蝕刻制程于該平坦化的銅金屬層，使該銅金屬層14表面相對(duì)低于該絕緣層10表面，而形成一凹處13。雖然在本發(fā)明實(shí)驗(yàn)中所使用的蝕刻液是，但是其它對(duì)銅金屬層14和第一阻障層12有優(yōu)良蝕刻選擇比的蝕封液，都可以被使用于本發(fā)明中。
如圖6所示，實(shí)施一表面清潔步驟，以去除表面雜質(zhì)和銅氧化物，接著全面性形成一第二阻障層16，并將該凹處13填滿(mǎn)，其中該第二阻障層16的材質(zhì)可為氮化鈦、鈦鎢合金、鉭、氮化鎢和氮化鉭其中之一或其組合物層。
如圖7所示，以該絕緣層10表面為終點(diǎn)，進(jìn)行第二階段化學(xué)機(jī)械研磨制程或回蝕刻步驟，使該銅金屬層14完全密封于該第一阻障層12和該第二阻障層16之內(nèi)。
實(shí)施例二本發(fā)明的實(shí)施例二為一種防止雙鑲嵌式銅金屬受損的方法，包括下列步驟如圖8所示，首先提供一基底(未示于圖中)，該基底(未示于圖中)頂層為一絕緣層20，該絕緣層20具有一雙鑲嵌溝渠21。
如圖9所示，在該絕緣層20上，順應(yīng)性形成一第一阻障層22在該絕緣層20表面和該雙鑲嵌溝渠21的側(cè)壁及底部，其中該第一阻障層22的材質(zhì)可為氮化鈦、鈦鎢合金、鉭、氮化鎢和氮化鉭其中之一或其組合物層。
如圖10所示，接著在該第一阻障層22上全面性形成一銅金屬層24。
如圖11所示，以該第一阻障層22表面為終點(diǎn)，進(jìn)行第一階段化學(xué)機(jī)械研磨制程或回蝕刻步驟，以平坦化該銅金屬層24。
如圖12所示，實(shí)施一選擇性蝕刻制程在該平坦化的銅金屬層，使該銅金屬層24表面相對(duì)低于該絕緣層20表面，而形成一凹處23。雖然在本發(fā)明實(shí)驗(yàn)中所使用蝕刻液是，但是其它對(duì)銅金屬層24和第一阻障層22有優(yōu)良蝕刻選擇比的蝕刻液，都可以被使用于本發(fā)明中如圖13所示，實(shí)施一表面清潔步驟(未示于圖中)，以去除表面雜質(zhì)和銅氧化物，接著全面性形成一第二阻障層26，并將該凹處23填滿(mǎn)，其中該第二阻障層26的材質(zhì)可為氮化鈦、鈦鎢合金、鉭、氮化鎢和氮化鉭其中之一或其組合物層。
如圖14所示，以該絕緣層20表面為終點(diǎn)，進(jìn)行第二階段化學(xué)機(jī)械研磨制程或是回蝕刻步驟，使該銅金屬層24完全密封于該第一阻障層22和該第二阻障層26之內(nèi)。
上述的實(shí)施例一和實(shí)施例二都是一種防止鑲嵌式銅金屬受損的結(jié)構(gòu)，包括一基底，該基底頂層為一絕緣層，在該絕緣層上具有一鑲嵌溝渠；一第一阻障層，順應(yīng)性形成在該鑲嵌溝渠的內(nèi)壁及底部，其中該第一阻障層的材質(zhì)可為氮化鈦、鈦鎢合金、鉭、氮化鎢和氮化鉭其中之一或其組合物層；一銅金屬層，形成在該第一阻障層上，且使該銅金屬層表面相對(duì)低于該絕緣層表面，而形成一凹處。
一第二阻障層，形成在該凹處，使該銅金屬層完全密封于該第一阻障層和該第二阻障層之內(nèi)，其中該第二阻障層的材質(zhì)可為氮化鈦、鈦鎢合金、鉭、氮化鎢和氮化鉭其中之一或其組合物層。
本發(fā)明雖以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟習(xí)此項(xiàng)技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書(shū)所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種防止鑲嵌式銅金屬受損的方法，包括下列步驟提供一基底，該基底頂層為一絕緣層，在該絕緣層上具有至少一開(kāi)口；在該絕緣層上順應(yīng)性形成一第一阻障層；在該第一阻障層上全面性形成一銅金屬層；以該第一阻障層表面為終點(diǎn)，進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨制程，以平坦化該銅金屬層；實(shí)施一選擇性蝕刻制程于該平坦化的銅金屬層，使該銅金屬層表面相對(duì)低于該絕緣層表面，而形成一凹處；在該凹處內(nèi)形成一第二阻障層，使該銅金屬層完全密封于該第一阻障層和該第二阻障層之內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的防止鑲嵌式銅金屬受損的方法，其特征在于所述的開(kāi)口為單鑲嵌溝渠或雙鑲嵌溝渠其中之一。
3.如權(quán)利要求1所述的防止鑲嵌式銅金屬受損的方法，其特征在于所述的第一阻障層為氮化鈦、鈦鎢合金、鉭、氮化鎢和氮化鉭其中之一或其組合物層。
4.如權(quán)利要求1所述的防止鑲嵌式銅金屬受損的方法，其特征在于所述的第二阻障層為氮化鈦、鈦鎢合金、鉭、氮化鎢和氮化鉭其中之一或其組合物層。
5.一種防止鑲嵌式銅金屬受損的方法，包括下列步驟提供一基底，該基底頂層為一絕緣層，在該絕緣層上具有一雙鑲嵌溝渠；在該絕緣層上順應(yīng)性形成一第一阻障層；在該第一阻障層上全面性形成一銅金屬層；以該第一阻障層表面為終點(diǎn)，進(jìn)行第一階段化學(xué)機(jī)械研磨制程，以平坦化該銅金屬層；實(shí)施一選擇性蝕刻制程于該平坦化的銅金屬層，使該銅金屬層表面相對(duì)低于該絕緣層表面；實(shí)施一表面清潔步驟；全面性形成一第二阻障層；以該絕緣層表面為終點(diǎn)，進(jìn)行第二階段化學(xué)機(jī)械研磨制程，使該銅金屬層完全密封于該第一阻障層和該第二阻障層之內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的防止鑲嵌式銅金屬受損的方法，其特征在于所述的第一阻障層為氮化鈦、鈦鎢合金、鉭、氮化鎢和氮化鉭其中之一或其組合物層。
7.如權(quán)利要求5所述的防止鑲嵌式銅金屬受損的方法，其特征在于所述的第二阻障層為氮化鈦、鈦鎢合金、鉭、氮化鎢和氮化鉭其中之一或其組合物層。
8.如權(quán)利要求5所述的防止鑲嵌式銅金屬受損的方法，其特征在于所述的表面清潔步驟主要為去除該銅金屬層表面的氧化銅。
9.一種防止鑲嵌式銅金屬受損的結(jié)構(gòu)，其特征在于，它包括一基底，該基底頂層為一絕緣層，在該絕緣層上具有一鑲嵌溝渠；一第一阻障層，順應(yīng)性形成于該鑲嵌溝渠的內(nèi)壁及底部；一銅金屬層，形成于該第一阻障層上，且使該銅金屬層表面相對(duì)低于該絕緣層表面，而形成一凹處；一第二阻障層，形成于該凹處，使該銅金屬層完全密封于該第一阻障層和該第二阻障層之內(nèi)。
10.如權(quán)利要求9所述的防止鑲嵌式銅金屬受損的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的鑲嵌溝渠為單鑲嵌溝渠或雙鑲嵌溝渠其中之一。
11.如權(quán)利要求9所述的防止鑲嵌式銅金屬受損的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的第一阻障層為氮化鈦、鈦鎢合金、鉭、氮化鎢和氮化鉭其中之一或其組合物層。
12.如權(quán)利要求9所述的防止鑲嵌式銅金屬受損的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的第二阻障層為氮化鈦、鈦鎢合金、鉭、氮化鎢和氮化鉭其中之一或其組合物層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種防止鑲嵌式銅金屬受損的方法，包括下列步驟提供一基底，該基底頂層為一絕緣層，在該絕緣層上具有至少一開(kāi)口，在該絕緣層上順應(yīng)性形成一第一阻障層，在該第一阻障層上全面性形成一銅金屬層，以該第一阻障層表面為終點(diǎn)，進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨制程，以平坦化該銅金屬層，實(shí)施一選擇性蝕刻制程在該平坦化的銅金屬層，使該銅金屬層表面相對(duì)低于該絕緣層表面，在該開(kāi)口內(nèi)形成一第二阻障層，使該銅金屬層完全密封在該第一阻障層和該第二阻障層之內(nèi)；本發(fā)明將銅金屬完全密封于阻障層之內(nèi)，可避免銅金屬直接暴露在潮濕空氣中或是因接觸酸性氣體而產(chǎn)生的氧化現(xiàn)象，且亦可用于防制因退火制程后，銅金屬在引洞中的凸起現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H05K3/00GK1482847SQ0213161
公開(kāi)日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2002年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月11日
發(fā)明者劉繼文, 王英郎 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司