461023 A7 B7 五、發明說明（ 發明領域： (請先閱讀：背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係有關於一種半導體製程方法，特別是有關於 雙鑲嵌銅栓舖具有介電層阻擋層的方法。 ..... 發明背景： ' .. .... 積體電路之製程除了使得晶片內元件的體積小，以達 到高密度及降低單位成本之目的，此外，元件之最後的性 能更是關鍵，而除了電晶體元件本身之設計外，最後之內 連接金屬導線乃至內連線間介電層都是重要影響元件速 度表現的重要因素，這是因導線乏阻値R，與土層導線和 下層導線及相鄰導線之間會有電容C存在:，一如熟悉相 關技術之人士所共知，此RC値愈低代表較低之時間延 . . : ... ' .. . 遲，因此目前內連線已有使用銅製程代替鋁製程的報告， 例如IBM在1 997年的宣告，已說明銅製程時代的到來。 另外，將內連線間介電層改用低介電常數之介電層以便寄 生電容降低，以P高速度。勿庸置疑，已成目前半導體業 共同追求的目前乂 . . . ... ... 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 請參考圖一，一氧化矽層11蓋住部分完成積體電路 (未圖示）之基板，埋入氧化矽層11的是一金屬導線12且 其上平面和氧化矽層11之上平面係共平面的。 以一標準連接金屬導線12的製程而言，係經由雙鑲 嵌製程，這部分將說明於圖二。首先，一氮化矽層1 3先 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公茇） 4 61 0 2 3 A7 ____________B7 五、發明說明（） (.請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 沉積於1 1和1 2之上表面。一氧化砂層2 1和一第二氮化 .砂層22依序沉積。在介層洞22a經由微影及蝕刻形成之 後，第二氧化矽層23接著再覆蓋上去，如在圖上所示的， —光阻圖案24用以定義溝渠接著形成以定義溝渠，用以 做金屬導線之鑲嵌。 圖三說明在蝕刻後介層洞31延伸至和12的導線層 並連接至其上半部之溝渠32，溝渠32歷經22和23雨 層。一重要的步驟是此時必須形成一阻障層42，請參考 圖四。阻障層42覆羞於溝渠32及介層洞31之內側壁及 導線12的最上表面。溝渠32及介層洞31接著再回填以 銅層43,之後再施以平坦化製程0河？，結果如圖四所示。 其中氮化矽層41和氮化砍層13是相等效的。 —値得注意的是阻障層4 2的厚度係提供擴散阻擋與 ... ... . . ' . - -' . 提供最小電性阻値兩者之間的較勁的結果。雖然阻障磨 4 2仍爲導電材料，不過其阻値顧高。因此阻障層增加了 導線1 2和4 3时阻値其不僅增加了和導線12的接觸電阻 同時也由於其佔據了介層洞之横截面面積。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此外，另一有關光阻圖案開口對準誤差也是傳統雙鑲 嵌方法値得留意的問題，一旦有對準的問題發生，介層洞 將遭到局部破壞，因爲沒有保，護層在介層洞之側壁上。 因此’本發明之目的便是提供一氮化矽膜在介層洞之 側壁上以增加對準誤差的容忍度，薄氮化矽層和薄的金屬 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 6 1023 經濟部智尨財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（) 阻障者兩者的結合可以提供良好的擴散阻障，並且不致於 犧牲太多阻障效果。且爲了避免因介層洞的阻障層致介層 洞太細，在定義開口時便把介層洞的阻障層厚度做爲延伸 部分也考慮進去，這一部分將在發明詳細說明再描述。 發明目的及槪述： . . ' .. 本發明之目的在提供一新式雙鑲嵌製程》 ' ... . . . 本發明之目的便是提供一氮化矽膜在介層洞之側壁 上以增加對準誤差的容忍度，薄氮化矽層和薄的金屬姐障 者兩者的結合可以提供良好的擴散阻障，並且不致於犧牲 太多阻障效果。且爲了避免因介層洞的阻障層致介層洞太 細，在定義開口時第二內連線介電層（ILD2)時係將第一內 連線介電層（ILD 1)之介層洞的阻障層厚度也一併考慮形 成較大開口。 . * *. . .. * * . * .. 本發明爲一介電材料內襯層於銅舗栓之雙鑲嵌製 程。於第一實施例中，步驟包含形成介層洞於ILD 1內， 這部分類似傳統製程，不過隨後即沉積一氮化砍的內襯層 於介層洞的側壁及ILD1上之氮化矽層上。之後再形成 ILD 2，用以做另一層導線溝渠及介層洞連接.在導線溝 渠定義時氮化矽層可以提供介層連接對準誤差的容忍 度。在導線溝渠蝕刻和介層洞形成並去除光阻圖案後，薄 金屬阻障層形成於溝渠及介層洞的側壁，氮化矽內襯層也 ： ... .... . . 可進一步提供銅的擴散阻障，因此可以使金屬阻障層的厚 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------·ίί — 訂-! !線 C . .... ...-. ...... . ... ... (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 4 61 〇2 3 A7 — __B7 五、發明說明（） 度不需太厚’在溝渠及介層洞回填以銅後再施以化學機械 式硏磨以去除多餘之金屬。 . . ... . 在第二實施例中’有機SOG層係取代了氧化矽在內 連'線介電層的地位’而在第一_實_施例.中之氮化砂層則以 PS G層替代以進一步減少時間延遲的問題，不過在第二 實施例中金屬阻障層的厚度應比在第一實施例中金屬阻 障層厚些以提高對銅的擴散阻障能力。 此外，在第一及第二實施例中之介層涧側壁的介電 層，例如氮化矽或PS G也可以以碳化矽層替代。 ; . · . ...... 圖式簡單說明： 本發明的較隹實施例將於往後之說明文字中輔以下 列圖形做更詳細的閫述： . . . . . ' * 圖一顯示依據傳統方法一開始進行雙鑲嵌的橫截面 示意圖。 圖二顯示依據傳統方法的另一步驟以氮化矽層爲罩 幕的橫截面示意圖。 圖三顯示依據圖二以非等向性蝕刻形成溝渠及介層 洞的橫截面示意圖。 圖四顯示依據傳統方法之雙鑲嵌製程最後的橫截面 示意圖。 圖五顯示依據本發明之方法以光阻圖案定義介層洞 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
. -- .1: » II 1 -1 I 1 —— tt 一 If n I -線(. 4 6 1 02 3 A7 ^____B7 五、發明說明（） 以進行雙鑲嵌的橫截面示意圖。 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 圖六顯示依據本發明之方法進行非等向性蝕刻以形 成介層洞的橫截面示意圖。 圖七顯示依據本發明之方法在圖六之介層洞再均勻 一致性形成一氮化矽層於介層洞側壁及先前的氮化矽層 上的橫截面示意圖。 圖八示一光阻圖案形成於第三氧化層上以定義導線 溝渠及連接介層。 圖九說明已形成導線溝渠並已形成金屬內襯層於介 層洞及溝渠內。 圖十顯示溝渠及介層洞回塡以銅後再施以化學機械 式硏磨以去除多餘之金屬的橫截面示意圖》 發明詳細說明： . ' ' . ^ 鑑於上述發明背景所述，雙鑲嵌製程以達成多層金屬 線連接結構存在有一些問題有待克服，其一爲有關顯影製 程對準偏差將導致介層洞的輪廓不佳，並致使待連接金屬 之接觸電阻提高的問題。本發明爲此提供有效解決上述問 題的方法。以下之製程詳細說明，將佐以圖示以說明。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 請參考如圖五所示的橫截面示意圖。提供一具有元件 (未圖示）之基板，並覆以氧化矽層105於其上，此外並有 一導體區域110埋入該氧化矽層105之中，其上表面和 氧化矽層1 0 5的上表面同平面。以一較佳的實施例而言， 氧化矽層是一Si02層、FSG、BPSG或者PSG其中之一。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 —_ B7___ 五、發明說明（) 而導體區域11 〇可以是一閛極區、源/汲極、或者是一導 線以待形成一接觸洞或介曆洞或者是一介層也可。 上述之基板以本發明之方法做雙鑲嵌製程有兩個實 施例將依序說明。 以本發明之第一較佳的實施例而言，仍請參考圖5， 一第一氮化政層11 5首先以電獎輔助化學氣相沉積法 (PE：CVD)沉積至約80-5 0 0埃。一第二氧化矽層1 2 0接著 仍以PECVD沉積至約爲3 0 0 0 - 6 00 0埃厚、之後，一第 二氮化矽層125隨後沉積在第二氧化矽層120上沉積方 法如前。接著一光阻圖案130形成於第二氮化砂層125 上以定義一介層洞（隨後將進行蝕刻）。 . . . '. . . ' 圖六示一介潛洞1 3 5已形成經由蝕刻第二氮化矽層 1 2 5及第二氧化矽層1 20 «蝕刻步驟是以乾式非等向性蝕 刻以光阻圖案1 3 ◦做爲蝕刻罩幕依序蝕刻以形成介層洞 1 3 5再去除光阻圖寒1 3 0。或者先藉由光阻圖案1 3 0蝕 刻第二氮化矽層]25，以形成介層洞開口，並於光阻圖案 •去除時’再以經動刻之第二氮化矽層125 ...爲硬式罩冪蝕 刻第二氧化矽層120以形成介層洞135。在本步驟中可 以選擇飽刻或不触刻第一氮化砍層1 2.5。不触.刻而在.後面 之製程再蝕刻的優點是可以避免導體區域110之例如導 線遭到蝕刻損愕。本步驟之蝕刻混合氣體爲 CFxHy+〇2 + C〇2 + CO …等。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂！丨丨丨~:線' 461023 一 A7 B7 五、發明說明（） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在介層洞135形成之後，一薄的第三氮化矽層140, 再沉積於所有曝露之表面，包括介層洞1 3 5之內壁和第 二氮化矽層1 2 5上，隨後，一第三氧化矽層1 4 5厚度約 爲3000-12000埃形成於第三氮化矽層140上，並塡滿 介層洞135用以形成另一層的連接線。其結果如圖七所 示。以本發明之第一較佳的實施例而言，第三氮化矽層 140之厚度約爲50- 300埃—它可以提供微影製程之對 準的容忍度，以防止因對準失誤重做破壞介層洞垂直輪 廓。此外，由於氮化矽層本身對銅而言也是良好的阻障 層，因此可以使之後的金屬阻障層厚度減薄。 請參考圖八，一光阻圖案150接著沉積於第三氧化 ...... .... . .... . 層145上，以定義溝渠並連接之前的介層洞135。因此， 光阻圖案150至少包含一開口 165，開口 165不僅是可 以室全蓋住具第三氮化.砂層1 4〇內壁之介層洞且包含寬 度延伸部分，延伸部分約爲第三氮化矽層140介層洞135 內壁之第三氮化矽層140厚度，以連接導體區域110。 因此，開口 165大小爲介層大小166加上兩倍之第三氮 化矽層，140厚。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 之後，一蝕刻步驟接著實施，以光阻圖案150爲罩 幕蝕刻第三氧化矽層1 4 5以形成溝渠16 0。並以圖寒化 之第二氮化矽層125及第三氮化矽層140爲罩幕延伸蝕 刻至第三氧化矽層145以再次形成介層洞135。新的介 層洞包含介層洞135和其上面的部分合記爲170。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 6 4 3 2 ο A7B7 五、發明說明（） 隨後，一乾式蝕刻，再蝕刻第一氮化矽層115以曝 露出導體區域110。在去除光阻圖案150之後，一薄導 體阻障層1 7 5再形成爲介層洞1 7 0及導線溝渠1 6 0之內 壁及第三氧化矽層145上。以第一較佳的實施例而言， 阻障層175之厚度約爲30- 100埃，可以選自氮化鉅、 也可以是鈦或者氮化鈦。 .... ..... 請參考圖九，最後步驟是以金屬例如銅塡入介層洞 170及溝渠之中，過多的金屬再以平坦化製程例如化學/ 機械式硏磨的製程以回蝕至曝露出第三氧化矽層140。 上述第一實施例中之氮化矽層140也可以碳化矽層 替代，因碳化砂也是良..好之銅擴散阻障層。 ..... . ' ......... .. . . ... ...... ...... 以本發明之第二較佳的實施例而言，可以使用低介電 常數之有機介電層例如低k的有機SOG取代氧化砍層 • 1 2 〇及1 4 5以做爲內連線介電層。由於用以飩刻低1<：的 . . ' . 有機S Ο G可以用含氧的電漿，而含氧的電漿對於低k的 有機SOG對氧化矽層或者低k的有機SOG對氮化矽層 即有相當好的蝕刻選擇比。因此，在本實施例中可以選擇 性的將第一、第二、及第三氮化矽層1 1 5、1 25及1 40 部分以PSG取代。其它之實施步驟如前，在此將不再贅 述。不過値得注意的是>，如果第一、第二、及第三氮化矽 層115、125及140如果取代PSG的話，1 15、125及 1 4 0厚度將分別爲3 0 0 - 8 0 0埃、3 0 0 - 8 0 0埃、及5 0 -3 00埃。此外由於PS G所具有銅的阻障作用較差，因此， 本紙張尺度適用中國國家標準（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) 訂· .線. 經濟部智慧.財產局員工_消費合作社印製 A7 ^ 1 02 3 ____ Β7 五、發明說明() V. 阻障層175之厚度需要較厚才可，雖然因此犧牲了阻値 (阻値變大了）不過由於電容値較小（因k値較小）整體而言 是値得的。同樣的在上述第二實施例中之氮化妙層1 4 0 也可以碳化矽層替代’因碳化矽也是良好之銅擴散阻障 層。.. 以上所述僅爲本發明之較佳賓施例而已，並非用以 限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示 -之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申 請專利範圍內。 〆 (.請先閲讀背面之注意事項.再填寫本頁). 、5J· -線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公ϋ