TW417269B - Integrated circuit interconnect lines having sidewall layers - Google Patents
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A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明( 發明領域: 本發明係關於具有擴散阻障層側壁之半導體裝置内 連線的製造及關於具有可補償介於—線圖案與I底下的 接點之間的誤對齊之側壁的半導體内連線的製造。 發明背景: 一半導體裝置’如一 1C(積體電路),通常都具有電子 電路元件’如被集積地製造於半導體材枓的一單一本體上 之電晶體,二極體及電阻。許多的電路元件使用導電的連 接件而被連接起來用以开;f成一完整的電路,其可包含百萬 個電路元件=在半導體材料及處理技術上的進步已讓IC 的整體尺吋變小同時增加電路元件的數目^額外之最小化 對於1C的性能及降低成本而言是非常需要的。内連線提 供 ic之不同的电路元件之間的電氣連接且它們形成這 些元件之間的連接及裝置之外部接點元件,如接腳,用來 將1C連接至其它電路。典型地,内連線形成電子電路元 件之間的水平連接’而導電的介層孔插塞則形成電子電路 元件間之垂直連接,而構成層與層之間的連接。 内連線的材料及尺吋對於目前及未來之高度最小化 化的1C裝置的性能及成本而言是很重要的。典型地,低 電阻材料’如鋁,鋁/銅合金(即主要包含鋁的合金),及鶴, 被廣泛地用作為内連線的材料。與這些材料相比,銅及銅 合金(即主要包含銅的合金)具有一低電阻及因而對於内連 線而言是較佳的。然而,銅會曾線擴散至該裝置中而造成 第5頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A‘l规格(210 X 297公;g ) -^--------tr'il-f-----線-- <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 7203 A7 B7 1G圖中。如第!八圖所示, 或多條内連線,如線1 1 0及 五、發明說明( 裝置的失效或無效。 傳統的網或銷合金内速绅&制^ 迷線的製造技術被示於第1 A- 112,被形成於一半導體某妯 丞衬1 1 4上的一間隙填充絕緣層 115 中。一或多個介層孔 12^ ^ ^ ^ ^ ^ 久1 (罘1 A圖)被形成於絕 緣層116中。介層孔120及^ 久i22的底邵124及126分別讓 内連線110及112的上表面露出。如在第1Α ®中所示, 内連線1 10及i 12係分別被設置於半導體基材! 14與介層 孔120及122之間。每去,入a 或有介層孔,如120及122,可與 半導體基材,如-半導體材科或其它的電子元件,直接 接觸。如在第1 A-1 G圖所示,絕緣層^ 5被沉積於内連線 110與112之間a或者,絕緣層115亦可被沉積於内連線 11 0及11 2上,在此例子中該等介層孔必需被形成穿透該 絕緣層丨1 5用以將内連線的表面露出來。而且’絕緣層i 1 5 及1丨6可包含相同的材料。 一可對鋼擴散提供阻障之銅阻障層1 3 〇被沉積於介層 孔1 20及122的内表面上,及被沉積於絕緣層n 6的露出 來的表面上,見第1B圖。層130亦可作為一附著促進劑。 如在第1C圖中所示,銅或銅合金介層孔插塞132及134 分別被形成介從孔120及122中。一銅或銅合金層136被 沉積於介層孔插塞132及134上及層130上,其延伸於該 絕緣層116的表面上。銅線138及140(第1D圖)藉由將一 光罩,一.硬罩幕142或一光罩或硬罩幕的組合置於層136 上而被形程圖案。之後,接著的是層136及130的非等方 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ------------.裝--------訂---„-------線 (清先閱讀背面之>i意事項再填寫本頁) 經濟郭智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 417£〇3 a: B7 五、發明說明() 向性蝕刻,用以完全地清除掉任何介於鋼線1 3 8與1 40之 間的金屬》如第1 E圖中所示’罩幕14 2被清除及一介電 質層1 44被沉積於線1 3 8 ’ 1 40上及層1丨6之露出的表面 之上s線138及丨40在每一線的底面(即,線面向半導體 基材的表面)被提供一铜的擴散阻障層。線1 3 8及丨40的 上表面145及側表面146及147與介電質層144直接接 觸’因此允許銅擴散至層丨44中並進入到該裝置的其它構 件中。 另一種傳統的方法(不示出)涉及了銅插塞填充,接著 清除掉過多的铜,使得銅只存在介層孔中。之後接著的是 阻障材料之連續層的沉積’銅或銅合金及阻障層。該層的 堆疊然後被蝕刻以形成一鋼或銅合金線,其具有上及底阻 障層。此技術並不提供側阻障層。 製造銅或銅合金之另—種傳統的方法被示於第1F圖 中’其示出一與第1C圖的結構相似之結構,但具有一包 含一銅阻障材料之額外的上層1 50,其被沉積於銅或銅合 金層152上。第1F圖中之結構的層丨54為與第1C圖中之 阻障層1 3 0相似的銅阻障層。銅線1 5 6及1 5 8 (第1 G圖) 是藉由與第1 D圖所示之方·法相似的非等方向蝕刻而被製 造’只是第1 G圖所示的結構除了要非等方向蝕刻銅層1 52 . 及銅阻障層154之外還需要非等方向性地蝕刻上銅阻障層 150。如第1G圖所示,該上銅阻障層15〇提供一防止銅擴 散通過線1 5 6及1 5 8的上表面之阻障物,但此結構並無法 防止銅擴散穿過線1 5 6及1 5 8的侧表面。 第7頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公复) . 裝--------訂---------^ ί (請先閱讀背面之4意事蜂再填寫本頁) 417233 A: B7
五、發明說明() 涉及了一内連線與底下的接點,如—介層孔插塞, 之間的對齊之1C製造技術對於1C性能而言是非常的重 要。該線與底下接點之間的一非常小的誤對齊會造成在讀 接點中形成一溝渠’導致ic良率的降低及可靠性的降低。 最常用來形成線及介層孔之鋼或銅合金製造技術,如第 1A-1G圖所示,亦可被用來產生包含其它金屬,如链/銅戈 鎢,之接頭線。這些金屬通常不需要擴散阻障層來防止金 屬擴散至該結構中’但需要擴散阻障層來防止從介電材料 至鋁,鋁/銅或鎢中之物質的擴散’例如氟。而且,金屬, 如鋁/銅或鎢,會需要一黏著促進層。彡 為了要製造金屬線,藉由提供一蝕刻罩幕於該金屬層 上來形成線的圖案是必的,如弟2 A圖所示。一 I c 構 如第1A圖所示,被提供有一黏著促進層或阻障層21〇, 一金屬層1 2 1則被沉積於該層上。一罩幕,如一光阻咬硬 罩幕或光阻及硬罩幕的組合,可藉由使用熟悉此技藝者所_ 行知的方法及材料被製備於金屬層2 1 2上用以蝕刻此層使 得内連線被形成於介層孔插塞2 1 8及220上。理想狀..兄 下,該覃幕應與底下的介層孔插塞有良好的對齊,如第2a 圖所示’其中罩幕構件214與介層孔插塞218有良好的對 齊。然而,在實際的製造狀況及罩幕的誤對齊,如第2a 圖所示與介層孔插塞22〇誤對齊之罩幕構件216,之下相 依性地達到良好的對齊是很困難的,特別是在高度最小化 的1C裝置中。非等方向蝕刻被用來形成線222及224如 第2B圖所示。絕緣層226經常被用作為一蝕刻停止層。 第3頁 本紙張尺度適用中固國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公爱) ^ ^---^-------I, f靖先閱讀背面<_:i音?事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟郭智慧財產局員工消費合作社印製 Λ7 B7 五、發明說明() 如在第2B圖中所示,傳統的非等方向性蝕刻技術會因為 姓刻罩幕與底下的介層孔插塞之間的誤對齊而造成在介 層孔插塞220中形成一溝渠228的結果。 因此’對於應用低電阻材料,如鋼及銅合金,於IC 内連線中之改良的方法及材料存在著慇切的需求。此外, 對於可顯著地降低或解決因為内連線蝕刻罩幕與底下的 接點或介層孔插塞之間的誤對齊所造成之溝渠形成於接 點中的問題之製造技術亦存在著需求。 發明目的及概诚: 本發明題供了可解決上述前技之問題的新穎方法及 裝置。 在本發明的一實施例中,含銅的内連線被形成,其是 被包復在銅阻障層中。這些阻障層對於鋼擴散至該裝置提 供一阻障物及/或對於在介電質中之可能會攻擊銅線的物 質’如氟’水’氫氟酸或鹽酸途供一阻障物。阻障材料’ 如氮1L鎢’能夠提供這兩種功能。根據本發明的實施例, 具有傳統的上及底銅擴散阻障層的銅線被形成於—基材 上,如一半導體基材。新穎的銅擴散阻障層被形成於具有 上及底铜擴散阻障層的銅線的侧表面上。非等方向蝕刻然 後被用來從介於金屬線之間的絕緣層上清除掉阻障層並 用來將阻障層從該上銅擴散阻障層上部分地或完全地清 除掉’而形成新穎之銅擴散阻障側壁。本發明之銅線可被 形成於一或多個接點元件,如介層孔插塞,上。一介電質 第9頁 本紙張尺度適用令國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----I I I —17·----I I I 1 · A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明( 間隙填充材枓,异從9 . 瑕好疋具有介電常數<4,2者,可接著被沉 積於該具有新穎的偏贴 勺側.J <銅線上。在另一實施例中,該銅 擴散阻障層被祐 她加於鋼線的側表面上,同時將一硬罩暮保 持在該上鋼擴散阻障層上。 在本發明^1 2 J Λ —只施例中,誤對齊容忍導線被形成具 有可補償線钱弟丨署贫& 〜皁恭與底下的接點間的誤對齊之新穎侧 壁 〇 一導電jS ,4 ** Π 一金屬層,藉由傳統的方法而被沉積於 一;3且障層上,兮阳搞a ^阻障層被沉積於—基材,如一半導體基 材,的介電質層> μ _ ^ 只嘴〈上。一蝕刻罩幕被置於該金屬層之上使 得該罩暮在一或客伽产 1多個展下的接點元件,如介層孔插塞,上 形成線的圖妾。JsL , 成者’一計時的餘刻被實施留下一些金屬 於概裡上—包含有惻壁材料之層被沉積於該線的側表面 上非等方向姓刻被用來從線的襯裡上及從線的上表面上 琍除掉及側壁材料’藉以在線上形成側壁。該新穎的側壁 最好是具有等與或大於罩幕與接點元件之誤對齊間隙 的厚度。然而’如果該側壁比該誤對齊間隙來的薄的話本 發明亦是可用的,因為與前技比較起來本發明之側壁對於 接點元件的姓刻攻擊被降低一後續之非等方向蚀刻被用 來清除該襯裡之被沉積於該裝置之絕緣層表面上的部分 以獲得被電氣地絕緣的線。一介電材料,最好是具有一小 於4.2的介電常數者,可被沉積於該結構上。 在本發明的額外的實施例中,製造系統被提供來形成 本發明UC '结構。這些系統包括一控制器,如—電腦, 其被設計來與多個製造站互動。每一製造站實施製造該1(; 第10頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇x297公釐) {請先闓讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝---- ti1·------線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ7 _Β7_ 五、發明說明() 結構之一個處理步驟。操作性鏈結提供該控制器與該等製 造站之間之連接。一資料結構,如一電腦程式,讓該控制 器控制該等在製造站執行的處理步驟。該資料結構被提供 於一可取下的電子貯存媒體上口 圖式簡單說明: 本發明的細節將參照附圖來加以說明。 第1 A-1 G圖為示意的剖面惻視圖,其顯示在各個階段之前 技1C結構。 第2A及2B圖為示意的剖面側視圖,其顯示在各個階段之 前技1C結構。 第3 A- 3 D圖為示意的剖面側視圖,其顯示在各個階段之本 發明的1C結構的一實施例。 第4A-4E圖為示意的剖面側視圖,其顯示在各個階段之本 發明的1C結構的另一實施例。 第4F-4G圖為示意的剖面側視圖,其顯示在各個階段之本 發明的1C結構的另一實施例。 第5圖為一方塊圖,其顯示製造第3 A-3D圖中之1C結構 的一製造系統。 第6圖為一方塊圖,其顯示製造第4A-4G圖中之1C結構 的一製造系統。 圖號#照說明: 110,112 内連線 114 半導體基材 第11頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297_公g ) ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ---- 訂ir------線 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製
I λQ Uϋ U Λ7 _B7 五、發明說明() 115 間隙填充絕緣層 116 絕緣層 1 20,1 22 介層孔 124.1 26 介層孔底部 130 銅阻障層 1 32 J 34 介層孔插塞 136 銅或銅合金層 1 3 8,140 銅線 142 硬罩幕 144 硬罩幕層 145 上表面 146,147 側表面 150 上層 152 銅層 1 54 銅阻障層 156,158 銅線 2 1 0 阻障層 212 金屬層 2 1 8,220 介層孔插塞 222,224 線 2 16 罩幕構件 226 絕緣層 228 溝渠 310,312 線 314 含銅層 3 16,318 銅阻障層 327, 328 介層孔插塞 320 層 322 介電質層 324,326 侧壁部分 329 絕緣層 410 介電質層 412,414 介層孔 416 黏附促進層 418 金屬層 420,422 介層孔插塞 424,426 蝕刻罩幕構件 428,430 金屬線 432 側壁層 434,436,438,440 側壁 43 1 誤對齊間隙 455,456 硬罩幕構件 458,460 線 462 側壁層 463 阻障層 465,466,468,469 側壁 470 介電質層 472 誤對齊間隙 第12頁 ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----------------- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) r\五、發明說明( 474 介層孔插塞 5 10 製造系統 520.522.524.526.528 521.523.525.527.529 600 控制器 640 資料貯存媒體 620,622,624,626,628 62 1,623,625,627,629 Λ7 B7 500控制器 540 資料貯存媒體 製造站 操作性的鏈結 610製造系統 製造站 操作性的鏈結 ------------ ,^--- {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印裂 發明詳細說明: 當描述本發明及其實施例時,為了清楚起見,某些詞 會被使用=這些同所要包括的不只是在實施例中所舉例 的,而是可以實質上相同的方式實施實質上相同功能達到 相同結果之所有等效物品。 在本發明的一實施例中’銅擴散阻障層被用來形成在 結構’如示於第3A-3D圖中之1C結構,中之銅或銅合金(即 主要包含銅之合金)線之側表面上之新穎的侧壁。"IC:結構 •’一詞在本文中被定義為包括了被完整形成之積體電路及 被部分地形成的積體電路。示於第3 A圖中之結構顯示一 具有與第1 G圖中之線1 5 6及1 5 8相似之線3 1 0及3 1 2的 1C結構。線310及312 —包含了·,銅合金或銅與鋼合金 的混合物之層《卞,及上與下銅擴散阻障層316及318。 這些線形成了包含銅之夾心線。適合該上與下銅擴散阻障 層316及318的材料包括了 CVD或PVD的TiN,WN’Ta,
第13X 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 訂---------線 1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ7 B7 五、發明說明()
TaN I TaSiN。線310及M2被製造於鋼或銅合金接點元 件上’如介層孔插塞327及328。或者,锆“ ^ 逆争接點元件包 含’洌如’ W或Al/Cu。示於第3A-3D圖Φ.丄汽 闺T <本發明之結 構的不同的層可用熟悉此技藝者所習知々 白仰< 何方法來沉 積。適合的銅沉積技術包括了 CVD,pvd,n m U 具有高壓濺鍍 再緩流(reflow)的PVD,電鍍及無電極電锔 ^ Λ ^ me;。適合的蝕棵 化學物包括傳統之含氯的蝕刻物質,如Γ ,Cl2 及
SiCh。 根據本發明,一包含銅擴散阻障材料之層32〇被沉積 於線3 1 〇及3 I 2之露出來的上及側表面上及該介電質層 322之露出來的表面上。適合之鋼擴散阻障材料包括導 體,如CVD(化學氣相沉積)或PVD(物理氣相沉積)的丁以, WN. Ta及TaN。適合的銅擴散阻障材料亦包括絕緣體, 如CVD或PECVD(電漿強化的化學氣相沉積)之參氮化 物,SiONx,SiC,非晶形碳及旋施材料,如二乙缔基矽氧 環笨並環丁烷》如果銅阻障層320包括一導電材料的話, 則清除掉連接線310及3 12胯越絕緣層表面之層32〇是必 需的用以防止線310與312之間短路的發生。在層32〇中 使用絕緣材料’如SUNyHz,SiOxNy或SiC,亦需要將被 沉積於介於線310及312之間之絕緣層上的層材料清除 掉,用以降低因為使用這些具有相對高的介電常數之材料 所造成之串音(cross-Ulk)或增加的電容。非必要的阻障層 技術(未示出)包括阻障層之電漿或熱處理,只選擇性地沉 積一阻障層,如鎢,於銅線的側表面上並藉由該等銅線之 第14頁 本紙張尺度適用中國國家槔準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) -^--------,訂 --------—線 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) r\ r\ Λ: B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明( 側表面之電以熱處理來形成—阻障I最好是 322的材料具有-小於4.2的介電常數。適合介電質” 的材料包括SiO,,F-Si〇”妓诘扣办 ^ 一 1仏旋她架電質如氟化的及非 的聚(芳缔m(—般成為FLARE1 〇及2 〇,其可由Α丨丨d signal公司講得),聚(料m(_般成為PAE2_3 ,其可: schumacher公司購得卜二乙缔基砂氧環笨並環丁户 (DVS-BCB)或相似的產品,其對於熟悉此技藝者而言為= 知的。 如第3B圖所示,導電或介電質層32〇部分藉由非等 方向性蝕刻從絕緣層322的表面被清除,沒有清除層 的側壁部分324及326。絕緣層322可以是一蝕刻停止層~。 最好是,該非等方向性蝕刻亦被用來清除層32〇之覆蓋上 銅阻障層3 1 6的部分。然而,並不需要將層3 2 〇從所有大 致垂直於銅線的側表面之表面上完全清除掉,因為任何留 在4上銅阻障層上之層320將提供一額外的鋼播散阻障 物。本發明的方法需要一不會清除掉該上銅擴散阻障層 316之層320的非等方向性蝕刻。最好是,層316及32〇 具有不同的娃刻特性以選擇性地蚀刻層3 2 0。或者,層3 1 6 及3 20可被沉積使得層3 1 6比層320厚許多用以完全清除 掉在金屬線之間的層320,同時在線上留下足夠的層316 用以提供一上擴散阻障層。後者的技術可在層316及320 具有相近的蝕刻特性時,即當在一特定的蝕刻化學物下該 等材料在大致相同的速率下蝕刻時,被使用。 在另一實施例中(未示出),一銅阻障層被施加於銅線 第15頁 本紙張尺度過用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) — — 111— I — III " ------— — · 1.1 I— It I 111 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ7 B7 五、發明說明() 的惻表面上,同時將一硬罩幕保持在該上銅擴散限障唐 3 1 6的定位上。介於金屬線之間的銅阻障層如上所述地接 著藉由非等方向性蝕刻而被清除。 如第3 B圖所示,包含銅阻障層之新穎的側壁3 24及 326藉由本發明之技術而被產生。線310及312之銅或銅 合金層314完全被上銅擴散阻障層316,銅阻障側壁324’ 326,下銅擴散阻障層318及介層孔插塞327及328所包 覆。含銅層314接觸這些介層孔插塞。典型地,介層孔插 塞具有與銅層314相同的成分。銅阻障層;H8在介層孔内 形成一襯裡。第3圖顯示線3 1 0及3 1 2被直接沉積於介電 質層3 2 2上沒有地下的介層孔插塞的部分。示於第3 C圖 中之結構顯示線3 1 0及3 1 2之含銅層3 I 4完全地被上及銅 擴散阻障層3 1 6及3 1 8,及被新穎的阻障側壁324及326 所包覆。 第3 A · 3 D圖所示的實施例利用了含鋼的介屠孔插 塞。本發明同樣的亦可使用鎢插塞(未示出)。當鎢插塞被 使用時,並不一定要用一銅阻障層來作為介層孔的襯裡。 在第3A-3C圖所示之新穎的銅阻障層側壁製造之 後,絕緣層329可被沉積於線3 1 0及3 1 2上,及在絕缘層 322之露出來的表面上(見第3D圖)。線310及312之含銅 層314完全地被上及銅擴散阻障層316及318,及被新穎 的阻障侧壁324及326所包覆,防止了銅擴散至絕緣層329 中及至該結構的任何部分中。 在本發明的另一實施例中,新穎的誤對齊容忍製造技 第16頁 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2】〇 X 297公楚) -------:--------裝---------訂----------線 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 417209 Λ7 B; 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 社 印 製 五、發明說明( 術被用來在插塞與用來在介層孔插塞上形成金屬線同案 的接材蝕刻罩幕之間有誤對齊時,如第4 A - 4 G圖所示之IC 結構’防止溝渠形成於一介層孔插塞或其它底下的接點元 件上。示於第4A圖中之結構包括一具有介層孔412及414 的介電質層410。一包含有阻障層或黏附促進層416之襯 裡被沉積於層410的表面上及介層孔412及414的内部。 一金屬層418被沉積於層416上及介層孔中形成介層孔插 塞42 0及422。傳統的蚀刻罩幕構件424及426被提供於 金屬層4丨8上用以形成金屬線圖案,如第4A圖所示,罩 幕構件424與底下的介層孔插塞42〇對齊良好,而罩幕構 件426則沒有與底下的介層孔插塞.422對齊。適合的罩幕 包括了光阻及硬罩幕。 金屬層4 1 8使用一傳統的減層(s u ^ t r a c t丨v e)触刻來加 以蝕刻(第4 A圖)並使用阻障層4丨6作為蝕刻停止層,藉 以防止在孩等介層孔插塞中之有嚴重的罩幕與介層孔插 塞間的咸對齊《處’如介層孔插冑422,發生過度的材料 相失。金屬層418之減層敍刻獲得如第4A圖所示之被蚀 刻的金屬 '線428之結果。然而,根據本發明,並不需要從 阻障層416的上表面上將所有的金屬層418完全地清除 使用傳統的計塾蚀刻之不完全的清除被示於第4β圖中。 先前技術需要將線遠線之間之所有举電層或阻障層材斜 完全地清除用以防止線與線之間短路的發生。此完全的清 除在存在有誤對齊的情形時會造成溝渠,如上參照第2a 圖所逑的。適合金屬層的材料包括銅,銅合金,鋁, 裝--------訂1·-------線 (請先閱讀背面之江意事項再填寫本頁) A7 五、 ^17263 _____B7_ 發明說明() 結/鋼’銀,銀合金及鎢=適合層416的枒赳a ,
J何枓包括Ta,TaN 及 TaSiN,WN,W,TiN,Cr 及 TiW,其甘# , 兵可瓖該層4丨6作 為蚀刻金屬層4 ί 8的一触刻停止層。當金属悤.(τ 〇 货4 1 8包含鋼 時’一硬罩慕與一光阻被一起使用,該光ρ 70丨且疋被用來將該 石更罩幕形成圖案。該光阻被清除’之後該硬 尺單暴圖案楮由 非等方向性姓刻而被移轉以形成金屬線。 罩幕424及426藉由使用熟悉此技藝者拚斯4 , 百所習知疋傳統 技術而分別從線428及430上被清除。一包厶 。4 电材料或 金屬之侧壁層432(第4C圖)被施加於線428為m a 久* j υ的侧表 面上及施加於層416之露出來的表面上。或者,侧壁層A》 被沉積於該等線上及任何留下來的金屬上,如示於第 圖中之結構的金屬層4 1 8上。適合側壁層4 3 2的材料包 括:(1)阻障物用以防止金屬擴散至介電質中,(2)阻障物 用以防止像是氟的物質從介電材料中擴教至金屬線中而 攻擊金屬線’(3)期附促進劑用以提供線與後續被沉積的介 電質或間隙糰充物質間之加強的黏附性,(4)氧化抑制劑用 以防止金屬氧化。例如,一 pVD或CVD的WW a μ /打in層4 3 2對 於防止銅攻擊介電質及對於防止氟攻擊銅而兮 σ巾百效的 阻障層。層432之適合的材料包括金屬及介電質材料。兩 種或更多種材料的組合可被用於層432中β示於第 圖中之本發明結構的不同層是用熟悉此技藝者所習知的 任何方法加以沉積的。 如第4D圖所示的’非等方向性蝕刻被用來清除層432 在線42 8及430上的部分及清除介於這些線之間的層 第18百 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝--------訂ί'-------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 72d3 A~ __________B7 五、發明說明() 432。線428的惻壁434及436,及線43 0的側壁438, 44〇 仍保留在這些線上作為此蝕刻處理的結果。一額外之非等 方向性蝕刻步驟被用來從絕緣層4 1 〇的表面上清除掉層 416 ’以獲得如第4E圖所示之被電氣地隔離的線428及 430,其中線428及430為含有侧壁的線。.被映用於本發 明之實施例中之許多蝕刻技術及蝕刻化學物包括了熟悉 此技藝者所習知的技術及化學物。 如第4E圖中所示的,線43〇沒有與底下的介層孔插 塞422對齊’但本發明之新穎的技術防止了溝渠在介層孔 插塞422中形成,如果使用傳統的製造技術的化該溝渠會 形成於該介層孔插塞中(見第2B圖所示的前技)。溝渠形 成被防止是因為係43 0之誤對齊容忍側壁43 8防止了對底 下介層孔插塞的蝕刻,及此側壁的厚度等於或超過罩幕被 誤對齊的間隙43 1 (第4E圖)’其中該誤對齊間隙代表了該 介層孔插塞因為蝕刻罩幕與底下的介層孔之間的誤對齊 而被曝硌出來姓刻之面積。如果側壁之有效厚度小於該誤 對齊間隙的話’触刻對於底下的介層孔插塞的攻擊只是被 降低’而沒有被防止。此被降低的蚀刻攻擊獲得了在底下 的介層孔插塞中之被降低了的溝渠形成。如在本文中所介 定的’側壁的有效厚度為最靠近底下的介層孔之侧壁部分 的平均厚度。如在本文中所定義的’ 一誤對齊容忍側壁包 括一可在有一誤對齊間隙存在時防止或降低對於底下的 接點元件,如一介層孔插塞,的蝕刻攻擊之側壁。如在本 文中所定義的’ 一誤對齊容忍金屬線包括一具有誤對齊容 第19頁 本紙張又度適用中國國家標準(CN’S)A4规格(210 X 297公釐) ------------ * --------旬----------線 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ιχ
.72GQ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Β7 五、發明說明() 忍惻壁之金屬線。 —般被使用於製造及品質確認的資訊被應用來決定 對於任一特定的線製造方法而言其罩暮誤對齊的大小及 統計上的頻率。本發明之側壁被較佳地形成於金屬線上使 得側壁的有效厚度等於或超過罩暮誤對齊間隙。或者,一 特定罩幕之罩幕誤對齊間隙可在減層蝕刻以形成該線之 前’或在該減層蝕刻步驟之後被決定。而且,該罩暮誤對 齊間隙可籍由根據一特定的線製造技術之以前的經驗來 估計該間隙而決定。 在本發明之另一示於第4F圖中之實施例中,硬覃慕 構件45 5及456被使用,而不是使用第4A圖結構中之光 阻罩幕構件。光阻與軍幕之組合亦可被使用。在此實施例 中’這些硬罩幕構件被保持在被形成於阻障層4 6 3上之線 45 8及460上。該等硬罩暮構件在一與第4A-4C圖所描述 之處理相似的處理中被側壁層462所覆蓋。作等方向性敍 刻,如第4D及4E圖中所示者,被用來將層462及463 從介電質層470的表面上清除掉(第4G圖),用以分別獲 得線45 8及460之側壁465,466,46S及469。該誤對齊 容忍側壁468的有效厚度(第4G圖)超過該罩幕誤對齊間 隙472,因而可防止在底下的介層孔播塞474中形成’冓 渠° · 或者’硬罩幕構件可在一側壁層被沉積之前被清除’ 如參照第4C圖之光阻被描述者。 基材’如第4E及4F圖中所示者,可藉由使用熟悉此 第20頁 本紙張尺度適用t國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) -----------裝---------訂.L-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^ ^ ,-¾ .*>. ΐί ( A7 _B7___ 五、發明說明() 技藝者所習知之材料及技術而被提供一與第3 D圖所示相 似之絕緣層或間隙填充層,而最好是使用具有一低於4.2 之介電常數之介電質材料。 應被瞭解的是,在任何後績的製造步騾之任何層的沉 積進行之前使用熟悉此技藝者所習知的表面準備方法及 材料來清潔及準備該基材的表面是必需的。 本發明之新穎的雙鑲嵌製造技術需要一連串的處理 步驟。每一處理步驟可在一製造站被實施。所有或部分的 製造站及它們各自的處理步驟可藉由一包含示於第5圖中 之控制器500之新穎設被來加以整合。控制器500是被設 計來控制多個被用來製造示於第3 A-3 D圖所示的結構之 製造站=如第5圖所示,一用於1C結構製造之新穎的製 造系統5 10包括控制器500及多個製造站:520, 522, 524, 52 6及528。此外,系統5 1 0具有操作性的鏈結52 1,523, 525, 527及529,其分別提供該控制器500與製造站520, 5 22,5 24,5 26及5 28之間的連結。該設備包括一資料結 構,如一電腦程式,其讓該控制器5 0 0能夠控制每一製造 站的處理步驟,及非必要地,調整該等製造站的順序用以 形成該新穎的結構。 適合的控制器的例子包括了傳統的電腦及包含一或 多個可操作地連接至其它電腦或連接至一電腦網路或資 料處理裝置的電腦之電腦系統。適合的電腦包括了,但不 局限於此,被通稱為個人電腦之電腦。該控制器5 0 0所使 用之資料結構可被貯存在一可取出之電子資料貯存媒體 第21頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x 297公釐) -^*-------訂--'------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4i?2〇j γ ____J37 五、發明說明() 54〇(第5圖)中,如電腦磁碟片,可取出之電腦硬碟機,墙 帶及光碟片’以方便相同的資料結構在不同的製造地點被 使用。或者,該資料結構可被貯存在一不可取出的電子資 料貯存媒體中,其包括了位在遠離該控制器500的一個位 置(未示出),使用此等資料貯存裝置對於熟悉此技藝者而 言亦是習知的。該資料結構可使用溝通技術而從遠端位置 被溝通至該控制器5 00 ’該溝通技術是習知的且包括硬體 的電線連接,無線連接及應用一或多個數據機之資料溝通 方法或應用一或多個被通稱為伺服器之電腦的技術。該資 料貯存媒體使用此熟悉此技藝者所習知之方法與裝置構 件而被可操作地連接至該控制器=> 適合製造系統5丨〇之製 造站的例子包括示於表A中之站。 _表A_ 站__處理步驟 520 沉積一底銅擴散阻障層於一介電質層上 522 沉積一含銅層於該底銅擴散阻障層上· 524 沉積一上銅擴散阻障層於該含銅層上. 526 形成一具有側表面之含銅夾心線, 528 在該夾心線的側表面上形成鋼擴散阻障侧壁 一額外的製造站可被加至該製造系統5丨〇中3 一或多 個製造站亦可被置於遠離其它製造站的位置,在此情形 中,一額外的控制器或控制器網路可被應用來控制位在遠 第22頁 本紙張尺度適用+國國家標準(CNS〉A4規格(210 X 297公釐) — — — '——'-—lit ' I I {靖先閱請背面之沒意事項再填寫本頁) -訂- -線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 >ί η '** λ i ΛΓ B7 五、發明說明( 方的製造站。 如第5圖所示,控制器5〇〇被設計成可經由可操作的 鏈.4叩連接至每一製造站。每一個這些鏈結都提供一雙甸 的連接讓控制器5 00能夠從其資料結構傳送指令,如斡定 的操作參數,及從製造站接收資訊’如測試資料。該等邛 操作的鏈結可以是硬體的電線連结或是無線的連結。 第6圖顯示本發明的另一實施例。—種包括了新式控 制器600之新穎的設備被用來控制製造第4A-4G圖所示的 π結構之製造站。製造站62〇,622 ’ 624,及是 分别經由操作性的鏈結62丨,623,625,627及729來加 以連接的。該新顆的設備包括一資料結構其讓該控制器能 夠控制在每一製造站的處理步驟。—種用於製造示於第 4A-4G圖中之IC結構的新賴製造系統6丨〇包括控制器_ 及,該資料結構,上述製造站及操作性鏈結=該資料結構 可被竚存於可取出的電子貯存媒體64〇(第6圖)中。該控 制器,資料結構,操作性的鏈結及貯存媒體都與第5圖所 述的相似。適合製造系統610之製造站的例子包括示於表 B中之站。 ----r -------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂: 線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第23頁 本紙張尺度適用1f1國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公楚) 五、發明說明( Λ7 B7 ---- 站
表B 處理步驟 620 沉積一襯裡於一具有_接點元件的介電質層上 622 沉積一導電層於該襯裡上使得該導電層接觸該接點元件 624沉精一線罩幕於該導電層上使得該線罩幕疊在該接點元件之上 626 形成一具有側表面之導電線 628 在該等側表面上形成誤對齊容忍側壁 雖然本發明有關於新穎的誤對齊容忍側壁之實绝例 已用金屬内連線加以描述及舉例,但使用除了金屬以外的 導電材料時本發明仍然是適用的。這些導電材料π ^成 來製造與金屬層41 8(第4Α圖)相似的導電層及用來製造與 金屬線428及43 0相似的導電線。適合的導電材料包括金 屬的或非金屬的超導體,即,在它們的超導溫度或低於該 溫度時具有零直流電阻之材料’如金屬的鎳/鍺及紀/鎖s 鋼氧化物。 適合製造本發明之側壁層的誤對齊容忍側壁的材料 包括介電質阻障物,如CVD的SiN,Si〇Nx,SiC及非晶 形碳,及導電材料,如鋁,鋁/銅或鎢線之PVD的Ti/TiN 及含銅線之CVD或PVD的TiN,WN,Ta及TaN。這些 材料亦可被使用在第4A圖所示之結構中的線上。 典型地,本發明之線具有0.2至4微米的高度及4微 米的寬度。一較佳的線寬範圍是0.L0 5微米。本發明之 側壁具有10_5〇〇〇A之典型的厚度。 本纸張尺度適用中國國家標準(CN’S)A4規格(210 X 297公釐) ---.---rr------裝---------訂.1--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 蛵濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ' _________B7_______ 五、發明說明() 雖然本發明的金屬線已被描述為與一或多個介層孔 插塞接觸’但在金屬線與一或多個接點元件接觸時本發明 同樣是可操作的。一如本文中所界定的接點元件包括一導 笔構件其提供一結構,如一 1C结構,之該金屬線與該等 電路元件’内連線或半導體材枓之間一電阻係數的接點。 適合使用於本發明的IC結構中之半導體材料包括矽,鎵, 發/嫁合金,鍺坤化物,及銦/鎵/砷化物/嶙化物。 本發明已用較佳實施例加以說明。熟悉此技藝者應可 瞭解到由多種機構來建構本發明的元件及用多種方式來 修改本發明的構件是可能的。雖然本發明的實施例已被詳 細的描述及示於附圖中,但很明顯的是,在不偏離本發明 由以下的申請專利範圍所界定之精神及範圍之下進一步 修改本發明是可能的。 ----------------裝--------訂 i. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線 缓濟部智慧財產局員工消費合作社印別^ 第25頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐)
Claims (1)
- 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 ~、申請專利範圍 1. 一種在一介電質層上形成一内連線的方法,該方法至少 包含: a) 在該介電質層上形成一含銅的夾心線,其中該夾 心線包含:(1) 一第一銅擴散阻障層其包含一上銷阻障 層,(2) —第二銅擴散阻障層其包含一被形成於該介電 質層上之下銅阻障層,(3) —含銅層其被設置於該上銅阻 障層與該下銅阻障層之間,(4) 一第一側表面其沿著該爽 心線的一第一側延伸及(5) —第二侧表面其沿著該夾心 線的一第二倒延仲;及 b) 在該夾心線的第一及第二側表面上形成銅擴散阻 障側壁。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中形成一夾心線 的步驟包含: a) 在該介電質層上沉積該下銅阻障層: b) 在該下銅阻障層上沉積該含銅層; c) 在該含銅層上沉積該上铜阻障層,藉以形成一夾 心層; d) 在該上銅阻障層上沉積一蝕刻罩幕,該罩幕上有 形成該夾心線的圖案;及 e) 減層蝕刻該夾心層藉此形成該夾心線。 3 .如申請專利範圍第1項所述之方法,其中形成銅擴散阻 障側壁的步驟包含在該夾心線的第一及第二側表面上 第26頁 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本買) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 經濟部智慧时產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 沉積一第三鋼擴散阻障層。 4.如申請專利範圍第3項所述之方法,其更包含將該第三 阻障層從該上銅擴散阻障層上部分地清除的步驟。 5 .如申請專利範圍第3項所述之方法,其更包括將該第三 阻障層從該上銅擴散阻障層上完全地清除的步驟。 6. 如申請專利範圍第3項所述之方法,其更包括非等方向 性地蝕刻該第三阻障層的步騾。 7. 如申請專利範圍第3項所述之方法,其中該第三阻障層 與該上銅阻障層具有不同的蝕刻特性。 8. 如申請專利範圍第3項所述之方法,其中該第三阻障層 與該上銅阻障層具有相近的蝕刻特性。 9. 如申請專利範圍第3項所述之方法,其中該第三阻障層 係被額外地沉積於位在該上銅阻障層上的一蝕刻罩幕 上。 1 0.如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該含銅層包含 從包括了銅,銅合金,及銅與铜合金的混合物的组群中 所選出之含銅金屬。 第27頁 (請先閱讀背面之注意事項再瑣寫本頁) 本紙張尺度適用t國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 經濟部智慧財產局R工消費合作钍印製 J f 7TO 5*,, A 8 C8 D8___六、申請專利範圍 1 1 ·如申請專利範圍第I項所述之方法,其中铜擴散阻障惻 壁包含一或多種從包括了 CVD TiN,CVD WN ’ CVD Ta,CVD TaN,CVD TaSiN,PVD TiN,PVD WN,PVD Ta,PVD TaN > PVD TaSiN,CVD 氮化矽 ' PECVD SixNyHz,CVD SiOxNy,PECVD SiOxNy,PECVD SiC 及 CVD非晶形碳的組群中所選出的铜擴散阻障材料。 1 2.如申請專利範園第1項所述之方法,其中該上及下銅擴 激阻障層包含一或多種由包括了 CVDTiN,CVD WN, CVD Ta,CVD TaN,CVD TaSiN,PVD TiN,PVD WN, PVD Ta,PVD TaN,PVD TaSiN的組群中所選出的鋼擴 散阻障材料。 1 3.如申請專利範圍第1項所述之方法,其中形成夾心線的 步驟額外地包含在一底下的接點元件上形成該夾心線 的步驟。 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項所述之方法,其中該接點元件 包含一介層孔插塞。 1 5 ·如申請專利範圍第Π項所述之方法,其中該接點元件 包含一或多種從包含了鎢’铜’鋼合金,及銅及铜合金 的混合.物的組群中所選取的金屬。 第28頁 本紙張尺度逋用中國國家標率(CNS) A4規格(210X297公瘦) (請先Μ讀背面之注意事項存填寫本萸> A8六、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Ϊ 6. —種在一具有一接,點元件的介電質層上形成一内連線 的方法,該方法至少包含: a) 在該介電質層上沉積一襯裡: b) 在該襯裡上沉積一與該接點元件接觸的導電層; c) 在該導電層上沉積一疊在該接點元件上之線罩 慕, d) 形成一具有側表面之導電線,其中該導電線是疊 在該接點元件之上:及 e) 在該導電線的側表面上形成誤對齊容忍側壁。 I 7.如争請專利範圍第1 6項所述之方法,其中形成一導電 線的步驟包含了減層蝕刻該導電層。 1 8 .如申請專利範圍第1 7項所述之方法,其中該減層蝕刻 包含了部分地將該導電層清除。 1 9.如申請專利範圍第1 6項所述之方法,其中形成誤對齊 容忍側壁的步驟包含: a) 沉積一惻壁層於該導電線上; b) 非等方向性地蝕刻該惻壁層用以將被沉積於與該 導電線的惻壁表面大致垂直的表面上之側壁部分清 除;及 c) 非等方向性地蝕刻該襯裡用以將出線在該介電質 層上的襯裡·部分清除掉。 第29頁 -----------¾------vni------0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙珉尺度適用令國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ί ί .*> rn Α» ί Β8 C8 D8六、申請專利範圍 2 Ο.如申請專利範圍第1 6項所述之方法,其更包括決定一 罩暮誤對齊間隙的步驟。 2 1 .如申請專利範圍第2 0項所述之方法,其中形成誤對齊 容忍側壁的步驟包含: a)沉積一側壁層於該導電層上,其中該側壁具有一 等於或超過該罩幕誤對齊間隙之有效厚度; b _)非等方向性地钱刻該側壁層用以將被沉積於與該 導電線的側壁表面大致垂直的表面上之側壁部分清 除:及 c)非等方向性地蝕刻該襯裡用以將出線在該介電質 層上的襯裡部分清除掉。 2 2 .如申請專利範圍第1 6項所述之方法,其中形成誤對齊 容忍側壁是藉由清除該線罩幕來進行的。 2 3 .如申請專利範圍第1 6項所述之方法,其中提供一線罩 暮的步驟包括提桄一硬罩幕。 2 4.如申請專利範圍第23項所述之方法,其中形成誤對齊 容忍側壁的步驟包括在側壁被形成時保持該硬罩幕。 2 5 .如申請專利範圍第1 6項所述之方法,其中該導電層包 含一或多種由包括了金屬,合金及超導體的組群中所選 笫30頁 本紙張尺度適用中國國家標隼(CNS ) A4悦格(2!0X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --裝 訂------$------ 經濟部智慧財產局員工#費合作社印製 A8 ;.·: 4. ^ Βδ ^ X r ^ U cs DS々、申請專利範圍 取的材料。 2 6 .如申請專利範圍第1 6項所述之方法,其中該導電層包 含一或多種由包括了鋁,鋁/銅,銅,铜合金,鎢,銀, 銀合金,鎳/鍺及釔/鋇/銅氧化物的組群中所選取的材 料= 2 7.如申請專利範圍第1 6項所述之方法,其中該接點元件 包含與導電層相同的材料3 2 8 .如申請專利範圍第1 6項所述之方法,其中該側壁包含 了 一或多種由包括了可F方止該導電層被一物質攻擊的 阻障材料,可防止導電層擴散之擴散阻障材料,附著促 進劑用以加強導電層與介電質層之間的附著性,及氧化 抑制劑用以抑制該導電層的氧化的組群中所選取的材 料。 2 9 .如申請專利範圍第1 6項所述之方法,其中該導電層包 含一或多種從包含了銅1銅合金,及銅與铜合金的混合 物的組群中所選取的材料,及其中該誤對齊容忍側壁包 含銅擴散阻障層。 3 0.如申請專利範圍第2 9項所述之方法,其中該誤對齊容 忍側壁包含一或多種由包括了 CVD TiN,CVD WN,CVD 第31頁 ------------裝------.丨訂------線 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS )六衫見格(210X2?7公釐) ABCD % 申請專利範圍 Ta CVD TaN ’ CVD TaSiN,PVD TiN,PVD WN,PVD Ta ’ PVD TaN,PVD TaSiN的組群中所選出的材料。 3 1·如申請專利範圍第29項所述之方法,其更包含一或多 、可防止一物質對於銅的攻擊之惻壁材料= 其至少包含: a) —介Υ質層;及 b) —含銅的線,其包括:(丨)—含銅的夾心線,其具 有:(1)一上銅擴散阻障層,一下銅阻障層其被形成 於該介電質層上,(iii)一含銅層其被設置於該上銅擴散 阻障層與該下銅擴散阻障層之間,(i v) 一第一側表面其 沿著該夾心線的一第一側延伸及(v) 一第二側表面其沿 著該夾心線的一第二側延伸,及(2)铜擴散阻障倒壁其覆 蓋該央心線之第一及第二側表面。 .一種用來控制在一介驗質層上之一結構的形成之設 備,該設備至少包含: a)至少一控制器其被設計來與多個製造站互動,製 造站包括.Π) 一第一製造站用來在該介電質層上沉積 一下銅擴散阻障層’(2)—第二製造站用來在該下銅擴散 阻障層上沉積一含銅層,(3) 一第三製造站用來在該含銅 層上沉積一上銅擴散阻障層’(4)—第四製造站用來形成 一具有侧表面之含铜的夾心線及(S)—第五製造站用來 第32T 本纸張尺度適用家揉準(CNS)Λ4说格(210x297公釐) ---ί----.-----裝----^訂_------線 (请先:g讀背面之注意事項再填寫本頁)/ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍 A8 B8 CS D8 器 制 廣 銅 成 形 上 面 表 TUJ 的 線 心 夾 該 自 壁 及 、" ν-° 讓 可 其 構 結 料 資 \ S1/ b 形 的 構 結 該 制側έ τί 障來 阻 散 成 I II -- 1-'- - -- - I - ^友-I (請先閣讀背面之注意事項再填寫本f ) 訂 經濟部智慧財產局員工消脅合作社印製 第33頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4说格(210X29?公嫠)
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