TW517296B - Method for manufacturing a semiconductor device - Google Patents

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conductive barrier
chemical mechanical
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Toshinori Imai
Naofumi Ohashi
Yoshio Homma
Seiichi Kondo
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Hitachi Ltd
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Description

517296 A7 B7 五、發明說明（2) 粒是由表面上之氧化劑的氧化作用予以產生。至於拋光液 體（泥漿），已揭示以下的技術改良，例如： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 日本未審查專利申請公告He i 7 - 94455揭 示一種技術，其爲：使用水溶液作爲硏磨粒的擴散媒介； 作爲溶質，可使用鹽酸、過硫酸銨、氧化鉻、磷酸、氫氧 化銨、氯化銨銅與氫氧化銨的混合物、氫氧化銨與過氧化 氫的混合物、以及水溶液混合物。以使用中的此種硏磨粒 液體而言，含有銅的金屬膜對於絕緣膜（氧化矽膜）之拋 光速度比（R )是調整在大於1 ，因此增加了互連膜厚度 的可控制性。此公告案另說明了一種技術，其中所使用的 硏磨粒液體含有平均顆粒直徑不大於0 . 1 // m的二氧化 矽顆粒，以防止含有比較軟的銅的金屬膜表面受到氧化鋁 顆粒的損壞。 曰本未審查專利申請公告He i 7-233485 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 揭示一種技術，其爲：使用銅基金屬拋光液體，其含有選 自醋酸銨與氨基硫酸中的至少一有機酸、氧化劑（過氧化 氫）及水，且當浸漬於此拋光液體中時，幾乎不會造成銅 或銅合金上的蝕刻，反而在拋光時，拋光液體分解銅或銅 合金，且拋光時的蝕刻速度是浸漬時的十倍。 日本未審查專利申請公告He i 8 - 64594揭 示一種技術，其爲：在拋光時或拋光後，金屬膜表面的銹 化是受到抑制，且因此防止了互連品質的惡化。當拋光金 屬膜時，使用混合的硏磨粒液體，其中化學成分在含銅膜 表面上形成防銹塗覆，此化學成分爲，例如：苯並三唑、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -5 - 517296 A7 B7 五、發明說明（3) 及無機酸的二氨基並三唑衍生鹽與銅鹽。 曰本未審查專利申請公告He i 8 - 83780揭 示一種技術，其爲：拋光劑含有形成金屬膜上的保護膜之 化學試劑及金屬膜的蝕刻劑。此拋光劑是使用於銅或含銅 金屬模的化學機械拋光。化學試劑可以是例如：苯並三哩 或其衍生物，而蝕刻試劑可含有例如：醋酸銨及/或氨基 硫酸、以及例如：過氧化氫、硝酸或次氯酸的氧化劑。 在藉由化學機械拋光以形成嵌金屬互連的過程中，當 形成於絕緣膜之互連溝外側的絕緣膜上藉由化學機械拋光 以移除金屬膜的不需要部分：絕緣膜表面上的凹部中，由 底塊表面上的階梯輪廓所造成的金屬膜，不可能被移除。 此金屬膜殘餘物是嵌入互連間短路的起因，因此，此殘餘 物必須藉由過度拋光予以完全地移除。 若實施過度拋光，然而，發生一種現象，其中互連溝 中的肷入互連被抛光’使得各互連的中央表面部分，相較 於周圍部分，更過度地移除，因此，中央表面部分相較於 周圍部分是選擇性地向內退縮（稱爲變形），且同時，發 生另一現象，其中各互連溝的開口附近之絕緣膜的表面部 分是選擇性地拋光去除且向內退縮（侵蝕）。當此種現象 發生時’互連電阻增大，因爲嵌入連接的截面積減小。另 且，如上述例子中的問題發生，因爲在變形與侵鈾及凹部 發生在絕緣膜表面上的同時，上述的變形與侵鈾是反映在 澱積於嵌入互連上之絕緣膜的表面形狀上。 特別地，當使用銅或銅合金以形成嵌入互連時，有必 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---------. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -6 - 517296 A7 ____B7 五、發明說明（4 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 要在絕緣膜與銅膜之間插入例如氮化鈦膜的導電障層’此 導電障層可抑制銅的分解且顯示對於絕緣模的高附著度’ 因爲銅具有容易分解於絕緣膜中及對於絕緣膜的低附著度 之本質。所以，在使用銅（合金）以形成嵌入互連的過程 中，需要過度拋光銅（合金）膜且過度拋光導電障層，使 得變形與侵鈾是易於發生以回應過度拋光與過度侵蝕的程 度。 發明槪述 本發明的目的在於提供一種技術，其可藉由化學機械 拋光法抑制在形成嵌金屬互連中之疑難的變形與侵蝕。 經由以下的說明與附加的圖式，本發明的上述與其它 目的及嶄新特徵將是顯而易見的。 本案所揭示之本發明的代表性觀點的要點將作成以下 簡單的說明： 1 . 一種製造半導體積體電路裝置之方法，包含以下 的步驟： (a )在主體上形成絕緣膜，絕緣膜具有開口； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (b )於開口形成導電障層並覆蓋絕緣膜； (c )在開口內的導電障層上形成金屬膜並覆蓋絕緣 膜，以充塡開口； (d )藉由無硏磨粒化學機械拋光以移除開口外側的 金屬膜； (e )在步驟（d )後，藉由具硏磨粒化學機械拋光 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 517296 A7 B7 五、發明說明（5) 以移除絕緣膜上之局部留在導電障層上的金屬膜；及 (f )在步驟（e )後，藉由選擇性化學機械拋光以 移除留在絕緣膜上之導電障層，選擇性化學機械拋光是選 擇性地相對於金屬膜以拋光導電障層。 2 ·如第1項之製造半導體積體電路裝置之方法，其 中絕緣膜具有數個層。 3 ·如第1項之製造半導體積體電路裝置之方法，其 中金屬膜是以銅或含銅合金作爲主成分而製成。 4 ·如第1項之製造半導體積體電路裝置之方法，其 中無硏磨粒化學機械拋光是使用具有小於0 · 1重量百分 比的液體與硏磨粒的混合重量濃度之拋光液體予以實施。 5 ·如第1項之製造半導體積體電路裝置之方法，其 中開口是孔。 6 ·如第1項之製造半導體積體電路裝置之方法，其 中開口是溝。 7 ·如第1項之製造半導體積體電路裝置之方法，其 中選擇性化學機械拋光之導電障層對於金屬膜的拋光選擇 性比例是1 0 : 1。 8 · —種製造半導體積體電路裝置之方法，包含以下 的步驟： (a )在主體上形成絕緣膜，絕緣膜具有開口； (b )於開口形成導電障層並覆蓋絕緣膜； (c )在開口內的導電障層上形成金屬膜並覆蓋絕緣 膜，以充塡開口； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） !——#--------fr---------1和 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -8- 517296 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（6) (d )藉由第一化學機械拋光以移除開口外側的金屬 膜，其中金屬膜對於導電障層的選擇性比例至少是5 : 1 (e )在步驟（d )後’藉由第二化學機械拋光以移 除絕緣膜上之局部留在導電障層上的金屬膜，其中金屬膜 對於導電障層的選擇性比例是低於第一化學機械拋光的選 擇性比例；及 (f )在步驟（e )後，藉由第三化學機械拋光法以 移除留在絕緣膜上之導電障層，其中導電障層對於金屬膜 的選擇性比例至少是5 : 1。 9 ·如第8項之製造半導體積體電路裝置之方法，其 中絕緣膜具有數個層。 1 0 ·如第8項之製造半導體積體電路裝置之方法， 其中金屬膜是以銅或含銅合金作爲主成分而製成。 1 1 ·如第8項之製造半導體積體電路裝置之方法， 其中第一化學機械拋光中之金屬膜對於導電障層的選擇性 比例至少是8 : 1。 1 2 ·如第8項之製造半導體積體電路裝置之方法， 其中第二化學機械拋光中之金屬膜對於導電障層的選擇性 比例至少是3 : 1。 1 3 ·如第8項之製造半導體積體電路裝置之方法， 其中第三化學機械拋光中之導電障層對於金屬膜的選擇性 比例至少是1 0 : 1。 1 4 ·如第8項之製造半導體積體電路裝置之方法， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） !——#--------tr--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -9 - 517296 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（7) 其中第三化學機械拋光中之導電障層對於金屬膜的選擇性 比例至少是2 0 : 1。 1 5 ·如第8項之製造半導體積體電路裝置之方法， 其中導電障層是以氮化鈦製成。 1 6 ·如第8項之製造半導體積體電路裝置之方法， 其中第一化學機械拋光與第二化學機械拋光是分別使用不 同的拋光墊予以實施。 1 7 · —種製造半導體積體電路裝置之方法，包含以 下的步驟： (a )在主體上形成絕緣膜，絕緣膜具有開口； (b )於開口形成導電障層並覆蓋絕緣膜； (c )在開口內的導電障層上形成金屬膜並覆蓋絕緣 膜，以充塡開口； (d )藉由無硏磨粒化學機械拋光以移除開口外側的 金屬膜； (e )在步驟（d )後，藉由具硏磨粒化學機械拋光 以移除絕緣膜上之局部留在導電障層上的任何金屬膜；及 (f )在步驟（e )後，藉由選擇性移除過程以移除 留在絕緣膜上之導電障層’選擇性移除過程是選擇性地相 對於金屬膜以移除導電障層。 1 8 ·如第1 7項之製造半導體積體電路裝置之方法 ，其中步驟（f )的選擇性移除過程是乾餓刻。 1 9 . 一種製造半導體積體電路裝置之方法，包含以 下的步驟： —— — ————f--------IT--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i纟^^適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ 10- 517296 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（8) (a )在主體上形成絕緣膜，絕緣膜具有開口； (b )於開口形成導電障層並覆蓋絕緣膜； (c )在開口內的導電障層上形成金屬膜並覆蓋絕緣 膜，以充塡開口； (d )藉由第一化學機械拋光以移除開口外側的金屬 膜，其使用屬於金屬膜銹化區的狀態中之第一拋光液體； (e )在步驟（d )後，藉由第一化學機械抛光以移 除絕緣膜上之局部留在導電障層上的金屬膜，其中金屬膜 對於導電障層的選擇性比例是低於第一化學機械拋光的選 擇性比例；及 (f )在步驟（e )後，藉由第三化學機械拋光法以 移除留在絕緣膜上之導電障層，其中導電障層對於金屬膜 的選擇性比例至少是5 : 1。 2 0 · —種製造半導體積體電路裝置之方法，包含以 下的步驟： (a )在主體上形成絕緣膜，絕緣膜具有開口； (b )於開口形成導電障層並覆蓋絕緣膜； (c )在開口內的導電障層上形成金屬膜並覆蓋絕緣 膜，以充塡開口； (d )藉由第一化學機械拋光以移除開口外側的金屬 膜，其中金屬膜對於導電障層的選擇性比例至少是5 : 1 ’ (e )在步驟（d )後，藉由第二化學機械拋光以移 除絕緣膜上之局部留在導電障層上的金屬膜，其中金屬膜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ——！-----·--------訂---------線_ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -11 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 517296 A7 _ B7 五、發明說明（9 ) 對於導電障層的選擇性比例是低於第一化學機械拋光的選 擇性比例；及 (f )在步驟（e )後，藉由第三化學機械拋光法以 移除留在絕緣膜上之導電障層，其中導電障層對於金屬膜 的選擇性比例是高於第二化學機械拋光的選擇性比例。 2 1 ·如第2 0項之製造半導體積體電路裝置之方法 ，其中第三化學機械拋光是使用含有防銹劑的第三拋光液 體予以實施。 2 2 ·如第2 1項之製造半導體積體電路裝置之方法 ，其中防銹劑含有苯並三唑。 2 3 ·如第2 2項之製造半導體積體電路裝置之方法 ，其中包含於第三拋光液體中之苯並三唑的濃度是在 0 · 00 1至1重量百分比的範圍。 2 4 ·如第2 2項之製造半導體積體電路裝置之方法 ，其中包含於第三拋光液體中之苯並三唑的濃度是在 0.01至1重量百分比的範圍。 2 5 ·如第2 0項之製造半導體積體電路裝置之方法 ，其中絕緣層具有數個層。 2 6 ·如第2 0項之製造半導體積體電路裝置之方法 ，其中第一化學機械拋光與第二化學機械拋光是分別使用 不同的拋光墊予以實施。 2 7 ·如第2 0項之製造半導體積體電路裝置之方法 ，其中第二化學機械拋光與第三化學機械拋光是分別使用 相同的拋光墊予以實施。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ! ! !.——t--------IT--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -12- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 517296 A7 B7 五、發明說明（1Q) 2 8 · —種製造半導體積體電路裝置之方法，包含以 下的步驟： (a )在主體上形成絕緣膜，絕緣膜具有開口； (b )於開口形成導電障層並覆蓋絕緣膜； (c )在開口內的導電障層上形成金屬膜並覆蓋絕緣 膜，以充塡開口； (d )藉由使用硬拋光墊之無硏磨粒化學機械拋光以 移除開口外側的金屬膜； (e )在步驟（d )後，藉由化學機械拋光以移除絕 緣膜上之局部留在導電障層上的金屬膜；及 (f )在步驟（e )後，藉由選擇性化學機械拋光以 移除留在絕緣膜上之導電障層，選擇性化學機械拋光是選 擇性地相對於金屬膜以拋光導電障層。 2 9 ·如第2 8項之製造半導體積體電路裝置之方法 ，其中金屬膜是以銅或含銅合金作爲主成分而製成。 3 0 ·如第2 8項之製造半導體積體電路裝置之方法 ，其中導電障層是以較硬於金屬膜的材料製成。 3 1 ·如第2 8項之製造半導體積體電路裝置之方法 ，其中在步驟（e )中的拋光是使用更軟於步驟（d )中 的拋光所使用的拋光墊予以實施。 3 2 ·如第2 8項之製造半導體積體電路裝置之方法 ，其中實施步驟（d )中的拋光所使用的拋光液體具有至 少5 : 1之相對於導電障層的金屬膜拋光選擇性比例。 3 3 · —種製造半導體積體電路裝置之方法，包含以 ------------參--------訂---------線· (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） -13- A7 B7 517296 五、發明說明（11) 下的步驟： (a )在主體上形成絕緣膜，絕緣膜具有開口； (b )於開口形成導電障層並覆蓋絕緣膜； (c )在開口內的導電障層上形成金屬膜並覆蓋絕緣 膜，以充塡開口； (d )藉由無硏磨粒化學機械拋光以移除開口外側的 金屬膜； (e )在步驟（d )後，藉由具硏磨粒化學機械拋光 以移除絕緣膜上之局部留在導電障層上的金屬膜； (f )在步驟（e )後，藉由選擇性化學機械拋光以 移除留在絕緣膜上之導電障層，選擇性化學機械拋光是選 擇性地相對於金屬膜以拋光導電障層；及 (g )在步驟（f )後，於遮光狀態下淸潔主體。 3 4 .如第3 3項之製造半導體積體電路裝置之方法 ，其中金屬膜是以銅或含銅合金作爲主要成分製成。 3 5 .如第3 3項之製造半導體積體電路裝置之方法 ，其中步驟（g )中的淸潔是在照明度不超過1 8 0 1 u X的狀態下實施。 圖式簡單說明 圖1是半導體基板主要部分的截面圖’其顯示本發明 實施例之半導體積體電路裝置的製程° 圖2是半導體基板主要部分的截面圖’其顯示本發明 實施例之半導體積體電路裝置的製程° --------------------訂---------線 i^w. (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 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -14- 517296 Α7 Β7 五、發明說明（12) 圖3是半導體基板主要部分的截面圖，其顯示本發明 實施例之半導體積體電路裝置的製程。 圖4是半導體基板主要部分的截面圖，其顯示本發明 實施例之半導體積體電路裝置的製程。 0 5是半導體基板主要部分的截面圖’其顯不本發明 實施例之半導體積體電路裝置的製程。 圖6 (a)是半導體基板主要部分的平面圖，其顯示 本發明實施例之半導體積體電路裝置的製程，而圖6 ( b )是顯示製程之半導體基板主要部分的截面圖。 圖7 ( a ).是半導體基板主要部分的平面圖，其顯‘示 本發明實施例之半導體積體電路裝置的製程，而圖7 ( b )是顯示製程之半導體基板主要部分的截面圖。 圖8是半導體基板主要部分的截面圖，其顯示本發明 實施例之半導體積體電路裝置的製程。 圖9是用於嵌銅互連形成之CMP設備的整體架構實 例的簡圖。 圖1 0是顯示用於嵌銅互接形成之C Μ P設備的部分 簡圖。 圖1 1是顯示銅膜拋光狀態之C Μ Ρ設備的簡圖。 圖1 2是半導體基板主要部分的截面圖，其顯示本發 明實施例之半導體積體電路裝置的製程。 圖1 3是顯示銅的氧化潛在特性相對於酸鹼値的圖表 是半導體基板主要部分的平面圖，其顯 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 頁 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 圖 1 4 _ ( -15- 517296 A7 B7 五、發明說明（13) 示本發明實施例之半導體積體電路裝置的製程，而圖1 4 (b )是顯示製程之半導體基板主要部分的截面圖。 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 圖1 5是半導體基板主要部分的截面圖，其顯示本發 明實施例之半導體積體電路裝置的製程。 圖16 (a)是半導體基板主要部分的平面圖，其顯 示本發明實施例之半導體積體電路裝置的製程，而圖1 6 (b )是顯示製程之半導體基板主要部分的截面圖。 … ί 1 7是半導體基板主要部分的截面圖，其顯示本發·· 明實施例之半導體積體電路裝置的製程。 …‘圖1. 8 ( a )是半導體基板主要部分的平面圖，其顯… 示’本發明竇施例之半導體镦體電路裝置的製程而圖1 8 〃 (b )是顯示製程之半導體基板主要部分的截面圖。 圖1 9是顯示晶圓的淸潔法。 —線. 圖2 0是顯示本發明實施例之半導體積體電路裝置的 製程流程。 圖2 1是半導體基板主要部分的截面圖，其顯示本發 明實施例之半導體積體電路裝置的製程。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖2 2是半導體基板主要部分的截面圖，其顯示本發 明實施例之半導體積體電路裝置的製程。 圖23 (a)是半導體基板主要部分的平面圖，其顯 示本發明實施例之半導體積體電路裝置的製程，而圖2 3 (b )是顯示製程之半導體基板主要部分的截面圖。 圖2 4是半導體基板主要部分的截面圖，其顯示本發 明實施例之半導體積體電路裝置的製程。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -16 - 517296 Α7 Β7 五、發明說明（14) 圖2 5是半導體基板主要部分的截面圖，其顯示本發 明實施例之半導體積體電路裝置的製程。 主要元件對照表 1 半導體基板 ^ 2 元件隔離溝 3 氧化矽膜 4 P.型池 卜 . . . 5 η型池 … 6 閘氧化膜 ’ ’ 7 閘電極 * . 9 矽化物層 11 η ^型半導體區域 12 ρ ^型半導體區域 13 側壁間隔物 14 η+型半導體區域 15 ρ +型半導體區域 18 氧化矽層 2 0至2 2 接觸孔 2 3 塞 2 4至3 0 鎢互連 31 氧化矽膜 3 2至3 6 通孔 3 7 塞 . 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 1 裝· — 1 本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -17- 517296 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 五、發明說明（15) 3 8 氮化矽膜 39 氧化矽膜 40至44 互連溝 4 5 氮化鈦膜 4 6 銅膜 1〇〇 化學機械拋光設備 101 拋光區 10 2， 1 0 3 A 1 0 3 B 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8. 1 0 9 B 1〇9 A 110 淸潔後區 第一二 口' 台 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 4 淸潔站· 旋轉臂 裝載器 卸載器 裝載器 第二淸潔區 第一淸潔區 旋轉乾燥機 卸載器 驅動機構 拋光墊 驅動機構 晶圓裝載器 晶圓夾 訂· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -18- 517296 Α7 Β7 五、發明說明（16) 1 1 7 保持環 118 泥漿供應管 <請先閱讀背面之注意事項再本頁) 119 驅動機構 1 2 0 修整器 ， 1 2 1 A、1 2 1 B 刷 130 遮光壁 實施例詳細說明 .二· . _ ， 首先·，、將以本申請寨中所使用之專有術語的一·般意義 予以說明。 拋光液體（泥漿）一般意€以拋光硏磨粒混合入化學 蝕刻劑而製備的懸浮液，爲考慮到本發明的本質，使用於 本案中之術語一拋光液體（泥漿）是一種並未含有拋光硏 磨粒於其中之懸浮液。 硏磨粒或泥漿顆粒是一般含於泥漿中之氧化鋁粉末或 氧化砂粉末。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 化學機械拋光（C Μ Ρ )是拋光的一種方式，其中欲 拋光的表面是以相當軟的類似布的片狀材料製成之拋光墊 予以接觸，欲拋光的表面與拋光墊是相對地移動於包含有 供應泥漿的介面之平面。於本案，化學機械拋光包含化學 機械沿光（C M L )，其中欲拋光的表面是相對地移動在 硬磨石表面上。 未含硏磨粒的化學機械拋光，使用低於0 · 5重量百 分比的硏磨粒濃度的泥漿，而含有硏磨粒的化學機械拋光 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -19 - 517296 A7 _ B7 五、發明說明（17) (請先閱讀背面之注意事項再^^本·'!) ’使用等於或高於0 · 5重量百分比的研磨粒濃度的泥漿 。儘管此種的界定，指定是對應本質的；在包含有第一階 段拋光與接著第一階段拋光的第二階段拋光之拋光處理中 ’第一階段拋光中的化學機械拋光使用低於第二階段拋光 至少一階量或至少需要兩階量的硏磨粒濃度之泥漿，此種 化學機械拋光有時稱爲無硏磨粒化學機械拋光。此無硏磨 粒化學機械拋光是說明於美國第0 9/1 8 2 4 3 8號專 利申請案中Λ此案內容隻體地倂入本文中~作爲參考.。 一種防銹劑是防止或抑制化學機械拋光的.進行，其在 金屬表面上形成耐蝕性及> 或疏水性保_1膜，並採用苯並 三唑（B T A )作爲防銹劑。此防銹劑是:說明於日本第 8 - 6 4 5 9 4號先行公開案，此案的內容整體地倂入本 文中作爲參考。 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 導電障層是一種障層，其用以大致地防止構成嵌入互 連的原子與離子導入（包含擴散）較低層，以不利地影響 到較低層中的元素與其它物質，且障層是以具有擴散防止 特性的導電材料製成，此材料含有如鈦的金屬、如氮化鈦 的金屬氮化物、導電氧化物、導電氮化物、及其它物質， 其電導率是相對地高於絕緣膜。另外，開口意指孔或/及 溝。 使用於本文中之選擇性移除、選擇性拋光、選擇性蝕 刻及選擇性化學機械拋光的選擇率皆等於或高於5。 嵌入互連是一種以互連形成技術形成的互連，其中在 導電膜是嵌入形成於絕緣膜中之溝或類似物內部後，絕緣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -20- 517296 A7 _ B7 五、發明說明（19) -----------— II ^ · I I (請先閱讀背面之注意事項再本頁) ).基板及T F T (薄膜，電晶體）液晶架構基板，其特別地 不會架構在單晶矽上。在本發明的說明書中，晶圓是參考 爲基板’例如：單晶矽基板（一般爲圓形）、S〇S基板 、玻璃基板、其它絕緣、半絕緣與半導電基板、及由數個 基板組成的複合基板，以上的基板皆使用於半導體積體電 路裝置的製造過程中。 以下’本發明的實施例將依據所附的圖式予以詳細說 明。在用於說明實施例的圖式中，相同的符號\衣附在相同 的構件上，構件在第二次而後的出現將不會再重複說明。 作爲本發明中，的一個實施例之C Μ〇S — L S‘ I的製 造過程，將使.用依據製造過程的步驟之圖1至2‘ 〇予以說 明。 --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 首先’如圖1所示，元件隔離溝2是形成於以具有1 至1 〇 Ω c m範圍內的電阻係數之p型單晶矽製成之半導 體基板1中（以下稱爲基板或晶圓）。爲了要形成元件隔 離溝2，在藉由蝕刻元件隔離部位中的部分基板1而形成 每一個具有3 5 0 nm深度的溝後，氧化矽膜3澱積在基 板1上，且在溝的內部中，藉由化學蒸汽澱積法，溝上的 氧化矽膜3是化學機械地拋光以使基板的整個表面變得平 坦。 然後，P型雜質（硼）與η型雜質（磷）是離子植入 基板1以形成Ρ型池4與η型池5，而後，基板1是蒸汽 氧化，以便在Ρ型池4與η型池5的表面上形成具有6 n m厚度的閘氧化膜6。 . 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ~ • 22 - 517296 A7 B7 五、發明說明（20) 然後，如圖2所示，閘電極7是形.成在閘氧化膜6的 上方。爲了要形成閘電極？，例如，摻有磷（P )之具有 5 0 n m厚度的低電阻係數多矽膜，是藉由化學蒸汽澱積 法澱積在閘氧化膜6上，其後，具有5 n m厚度的氮化鎢 膜與具有1 〇 〇 nm厚度的鎢膜，是藉由濺射法另澱積於 其上，然後，具有1 0 0 n m厚度的氮化矽膜，是藉由化 學蒸汽澱積法另澱積於其上。因此，所形成的膜是藉由乾 蝕刻以光阻膜d未顯示丄作爲遮罩而圖形化。閘電極7可 使用以低電阻係數多矽膜輿矽化鎢膜組成的堆疊層結構予 '以形成。 · * 然後，低雜質濃度丨、型半導體'區域1 1 ’是:_函·將η型 雜質（磷或砷）離子植入ρ型池4而形成，且低雜質濃度 Ρ —型半導體區域1 2是藉由將ρ型雜質（硼）離子植入η 型池5而形成。 然後，如圖3所示，藉由化學蒸汽殿積法殿積在基板 1上之氮化矽膜，是異方性地蝕刻以形成側壁間隔物1 3 於閘電極7的側壁上。之後，η型雜質（磷或砷）是離子 植入Ρ型池4以形成高雜質濃度η +型半導體區域1 4 (源 極與吸極），而ρ型雜質（硼）是離子植入η型池5以形 成高雜質濃度Ρ+型半導體區域15 (源極與吸極）。 然後，基板1的表面是被淨化，且而後，矽化物層9 是形成在η +型半導體區域1 4 (源極與吸極）與ρ +型半 導體區域15 (源極與吸極）的表面上。爲了要形成砂化 物層9 ’具有4 O n m厚度的鈦膜或鈷膜是藉由濺射法澱 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 -裝—— 本頁) 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -23· 517296 A7 B7 五、發明說明（21) (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 積在基板1上，而後，在氮氣環境中施加攝氏7 5 0度的 加熱處理於此膜，·以使基板1與鈦膜（或鈷膜）相互反應 ，且而後，與基板1反應的部分鈦膜（或鈷膜）藉由濕蝕 刻予以移除。經由到目前爲止的步驟，完成η通道 MOSFET Qn與ρ通道MOSFET Pn。 然後，如圖4所示，藉由化學蒸汽澱積法形成在基板 1上之具有800nm厚度的氧化矽層18，而後，是以 光阻膜作爲遮罩予以乾蝕刻，.以形成έ p ;型半導體显域 1 4 (源極與吸極）上方之接觸孔2 0與P +型半導體區域 1 5 (源極與吸極）上方之接觸孔2 1。同時，在閘電極 7的上方亦形成接觸孔2 2。 氧化矽膜1 8是以具有高流回的膜製成，例如：摻有 硼的矽酸磷玻璃（B P S G )，其可充塡於閘電極7與7 之間的狹窄空間。替代地，藉由旋轉塗覆法形成之旋壓玻 _線· 璃膜（Spi non Glass Film )，可使用以獲得氧化砂膜1 8 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 然後，塞23是形成於接觸孔20、21與22的內 部。爲了要形成塞2 3 ’例如’氣化欽膜與鶴膜是藉由化 學蒸汽澱積法而澱積在氧化矽膜1 8上及接觸孔2 1、 2 2與2 3的內部中，且而後，氧化矽膜1 8上之氮化鈦 膜與鎢膜的不需要部分是藉由化學機械地拋光或鈾背法予 以移除，然而，僅保留接觸孔2 0、2 1與2 2內部中的 膜。 然後，如圖5所示，構成第一層互連之鎢互連2 4至 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -24- 517296 A7 B7 五、發明說明（22) (請先閱讀背面之注咅？事項再_本頁) 3 0是形成在氧化砂膜_1 8上。爲了要形成鎢互連2 4至 3〇，例如，具有400nm厚度的鎢膜是藉由濺射法澱 積在氧化矽膜1 8上，且而後’鎢膜是以光阻膜作爲遮罩 予以乾蝕刻。在第一層互連之鎢互連2 4至3 0中’鎢互 連2 4至2 6是分別地經由接觸孔2 0電連接至η通道 MI SFET Qn的源極與吸極（η+型半導體區域）， 鎢互連2 7至2 9是分別地經由接觸孔2 1電連接至ρ通 道Μ I S F E T Q ρ龙源極與吸極，（Ρ. +型半#體：IS域） ，以及鎢互連3 0是經由接觸孔2 2電連接至閘電極7。 然後，如圖6 (A)‘|^6 (B)所示，具有1200 n m厚度的氧化矽膜是澱積在第一層的鎢互連2 4至3 0 的上方，接著，通孔3 2至3 6是以光阻膜作爲遮罩藉由 乾蝕刻而形成於氧化矽膜3 1 ，且而後，塞3 7是形成於 通孔3 2至3 6的內部中。 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 氧化矽膜3 1是藉由化學蒸汽澱積法，例如，使用臭 氧（或氧）與四乙基矽酸鹽（TEOS)作爲源氣體予以 澱積。塞3 7是藉由相同的方法，例如，使用鎢膜予以形 成，其中塞2 3是形成於接觸孔2 0、2 1與2 2的內部 中〇 然後，如圖7 (A)與7 (B)所示，具有5〇nm 厚度的氮化矽膜3 8是藉由電漿化學蒸汽澱積法予以澱積 在氧化矽膜3 1上，且而後，具有3 5 0 nm厚度的氧化 砂膜3 9是藉由電漿化學蒸汽澱積法予以澱積在氮化矽膜 3 8上。其後，在通孔3 2至3 .6上方之部分的氧化矽膜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -25- 517296 A7 B7 五、發明說明（23) 3 9與氮化矽膜3 8，是藉由乾蝕刻以光阻膜作爲遮罩予 以移除，以形成互連溝4 0至4 4。 爲了要形成互連溝4 0至4 4 ’氧化矽膜3 0是以氮 化矽膜3 8作爲抗鈾劑予以選擇性蝕刻’然後，才蝕刻氮 化矽膜3 8。以此方式，薄的氮化矽膜3 8是形成作爲氧 化矽膜3 9的下層，其中互連溝是被形成且蝕刻是暫時地 停止在氮化矽膜3 8的表面，然後，接著移除氮化矽膜 3 8 .，使得互連溝4 0至4 4的深度可控制在良好的精確 度。 如以下的說明，當嵌入銅的互連是形成於互連溝的內 部中時，引起因爲在互連溝4 0至4 4之間的鄰省距離變 窄時，寄生電容的增大所造成的互連延遲時間之問題。爲 了要抑制互連之間的寄生電容增大，其中形成有互連溝 4 0'至4 4之氧化矽膜3 9，例如，較佳地可以具有不高 於3 . 0的介質常數（ε )之任何氧化矽基絕緣膜構成， 此絕緣膜包含有塗覆型絕緣膜，例如：使用矽酸作爲源極 的無機旋壓玻璃膜及使用四烷氧基矽烷與烷基烷氧基矽烷 的混合物作爲源極之有機旋壓玻璃膜；以電漿化學蒸汽澱 積法製成的氟碳聚合物膜；以及其它化合物。 然後，由第二層互連構成的嵌銅互連是以下列方法形 成於互連溝4 0至4 4的內部。 首先，如圖8所示，具有5 0 nm厚度的氮化鈦膜 4 5是藉由濺射法形成在氧化矽膜3 9上之互連溝4 0至 4 4的內部，且其後，足夠地厚於互連溝4 0至4 4的深 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 S 之 注 意 事 項 再 者 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 517296 A7 B7 五、發明說明（24) 度之銅膜4 6 (例如·· 8 0 0 n m厚度），是藉' 由濺射法 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 澱積在氮化鈦膜4 5上。接著，基板1於非氧化環境（例 如：氫環境）中接受攝氏4 7 5度的處理以流回銅膜4 6 ’且因此，互連溝4 0至4 4的內部是充塡以銅膜4 6， 使得內部不會留下間隙。 當銅互連是形成於互連溝4 0至4 4中時，銅擴散入 氧化砂膜3 9 ，且由於氧化砂膜3 9的介質常數增大而造 成互連之間朐短路及互連之間的寄生電容的增大，因爲銅 具有容易擴散於氧化矽膜中的本質。 因此，當銅互連是形成於互連溝4 0至4 4中時，有 必要在氧化矽膜3 9與鏑膜4 6之間形成障層以抑制銅的 擴散，銅具有對於絕緣材料之高附著性。此外，當互連溝 的內部是使用上述之流回濺射法以銅膜4 6充塡時，有必 要使用具有改善銅膜4 6在流回中的可濕度的特性之障層 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 幾乎不會造成與銅的反應之高熔點金屬氮化物，例如 :氮化鈦、氮化鎢及氮化鉬，是作爲障層的較佳材料。將 矽加入高熔點金屬氮化物及高熔點金屬材料，例·如：難與 銅反應的鉬、鈦、鎢與鈦合金，而製成的材料，可使用作 爲障層。 將在以下說明之銅互連的形成過程，不僅可應用在當 使用高純度銅膜以形成銅互連時，而且可應用在當使用含 銅合金作爲主要成分以形成銅互連時。在此，含銅合金作 爲主要成分意指，在此銅合金中銅的重量百分比高於其它 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -27- 517296 A7 B7 五、發明說明（25) 任何其它材料的重量百分比。 (請先閱讀背面之注意事項再^^本頁) 圖9的簡圖顯示用於嵌銅互連形成之化學機械拋光設 備的整體架構的實例。 如此圖所示，化學機械拋光設備1 〇 〇包含：拋光區 101 ;及淸潔後區102。拋光區101包含：二台（ 第一台103A，第二台103B)，執行晶圓1 (基板 )的拋光；淸潔站1 0 4，已完成拋光的晶圓1於此作預 先淸潔且在晶圓1的表面施加防銹處理；及旋轉臂1 〇 5 ，其將晶圓1經由裝載器1 0 6、第一台1 0 3 A、第二 台1 0 3 B以及淸潔站1 〇 4而移至卸載器1 0 7。 在拋光區1 0 1的後i台，配置有淸潔後區10 2，已 完成預先淸潔的之晶圓1表面於此擦淨。淸潔後區1 〇 2 包含：裝載器108 ;第一淸潔區109A;第二淸潔區 1 0 9 B ;旋轉乾燥機1 1 〇 ;卸載器1 1 1 ;及其它。 淸潔後區1 0 2是完全地以遮光壁1 3 0予以包圍，以防 止晶圓1的表面受到光的照射，其內部是保持在暗房的狀 態下，其具有不高於1 8 0 1 u X的照明度，最好是不 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 高於1 0 0 1 u X。這是因爲當其表面上遺留有拋光液 體之晶圓1是在濕狀態下受到光的照射時，一短路電流是 藉由矽的光電動勢流經ρ η接面，且銅離子是自連接至 ρ η接面的ρ側（正側）之銅互連表面分離，以造成互連 之銹化。 ‘ 如圖1 0所示，台1 0 3 Α是藉由配置在其下部的驅 動機構1 1 2而被驅動以旋轉於水平面。拋光墊1 1 3是 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -28- 517296 A7 ______B7____五、發明說明（26) 固定地保持在第一台1 Ο 3A的上表面上，拋光墊1 1 3 是藉由使例如具有許多細孔的聚氨酯之合成樹脂黏著在其 表面上而形成於第一台1 0 3 A的表面上。配置以晶圓裝 載器1 1 5，其垂直地移動且藉由驅動機構1 1 4予以驅 動而旋轉於水平面。晶圓1是藉由晶圓夾1 1 6與保持環 1 1 7予以保持，晶圓夾1 1 6與保持環1 1 7是安裝在 晶圓裝載器1 1 5的下端，且在預設負載下，晶圓1的主 表面（拋光的表面）朝下並擠壓在拋光墊1 1 3上。泥漿 S (拋光液體）是經由泥漿供應管1 1 8供入拋光墊 1 1 3的表面與晶圓1的待拋光表面之間的間隙，且晶圓 1的待拋光表面是化學機械地拋光。修整器1 2 0是配置 在第一台1 Ο 3A的上方，其不僅可垂直移動且可藉由驅 動機構1 1 9予以驅動而旋轉於水平面上。其上電鍍有鑽 石顆粒之底座構件，是安裝在修整器1 2 0的下端，且拋 光墊1 1 3的表面是在規則的距離之間藉由底座構件予以 (請先閱讀背面之注音？事項再本頁) •裝 --線- 墊 光 拋 止 防 以 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 多管台 的應 一 面供第 表漿與 3 泥乎 1 個幾 1 兩有 有具 置 B 配 3 了 ο 除 1 ο 台 ， 塡二 磨充第 硏的， 受與相 於 A A 免 8 3 性 1 ο 孔
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外側之銅膜4 6 I 在此所使用之無硏磨粒化學機械拋光’意指其中使用 (請先閱讀背面之注意事項再ifk本頁) 0 · 5重量百分比的硏磨粒含量之化學機械拋光’硏磨粒 是以氧化鋁、二氧化矽或其它類似物製成，拋光液體的硏 磨粒含量特別較佳地是低於0 · 1重量百分比’或者更佳 地是低於0 · 0 1重量百分比。此重量百分比是硏磨粒的 重量對於泥漿液體與硏磨粒的混合重量之比例。 . 再者，>勉光液體是與其酸鹼値一起使用，此酸鹼値是 以圖1 3所示之銅的銹化範圍予以調整，且拋光液體是與 其成分一起使用，此成分是調整在銅膜4 6對於氮化鈦膜、 一 .. * — 4 5 (障層）的拋光選擇比例不低於5，較佳是不低於8 -線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ，或者更佳是不低於1 0。在銅的例子，若其參數條件是 酸鹼値低於7且氧化/還原勢高於0 · 2，如圖1 3所示 ，Cu分解爲Cu2 +離子。若酸鹼値高於12 · 5，Cu 分解爲C u. 2 2 +。因此，在銅被拋光的例子，參數是令人 滿意地存在於銹化區之一。然而，圖1 3的例子是在Η 2〇 系統中，且當拋光液體包含有另一反應物時，會改變銹化 區的範圍。此實施例中所顯示的銹化區之界定，是依據含 有此種添加物的拋光液體，是否包含有可提供在銹化金屬 的酸鹼値與氧化/還原勢的混合範圍中之拋光液體之材料 。於此，銹化範圍意指依據銹化發生時氧化/還原勢對酸 鹼値的曲線之範圍。 作爲此種拋光液體，舉例出各含有氧化劑與有機酸的 泥漿。作爲氧化劑，例如有：過氧化氫、過氧化銨、硝酸 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 517296 A7 --B7 五、發明說明（28) 錢、氣化錢及其匕。作爲有機酸，例如有：檸檬酸、丙二 酸反乙嫌一酸、薩果酸、脂肪酸、安息香酸、苯二酸、 酒石酸、乳酸、號拍酸及其它。在它們之中，因爲過氧化 氫並未含有金屬成分且不是強酸，過氧化氫是一種用於拋 光液體的較佳氧化劑。因爲檸檬酸通常是作爲食物添加物 ’而且是低毒性、作爲廢水是無害、無臭、以及高溶水性 ’檸檬酸是一種用於拋光液體的較佳有機酸。在此實施例 中，例如，拋光液體是以下列方式製作，純水中加入5容 積百分比的過氧化氫與0 · 〇 3重量百分比的檸檬酸，然 後與0 · 0 f重量百分比、的’硏磨粒混合。·‘· ， 當使”用上述之拋光液體實施化學機械拋光時/銅表面 首先被氧化劑氧化，因此在表面上形成薄氧化層。其後， 當供應使氧化物分解成水的材料時，氧化層被分解成水溶 液並變薄。已變薄的部分再次暴露於氧化劑，以增加其厚 度’且重複此種連續的反應以進行化學機械拋光。 拋光的條件是，例如，負載=2 5 0 g / c m 2，晶圓 裝載器的旋轉數=3 0 r pm，台的旋轉數=2 5 r pm ’泥漿流量二1 5 0 cc / m 1 η，以及所使用的拋光墊是 由美國Rodel公司製造的硬墊（IC1400)。當銅膜 4 6被移除且其底層的氮化鈦膜4 5被暴露時，拋光到達 終點’而當拋光標的是自氮化鈦膜4 5轉移至銅膜4 6時 ’藉由偵測台或晶圓裝載器的扭矩的信號強度而偵測到拋 光的終點。替代地，可採用另一方法，亦即，在拋光墊的 部分開一孔，依據自晶圓表面所反射的光束的光譜變化而 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 --- 本頁) --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 517296 A7 B7 五、發明說明（29) 偵測到終點，或者依據關聯於泥漿特性的光譜變化。 如圖1 2所示，當採用無硏磨粒化學機械拋光時，幾 乎所有在互連溝4 0至4 4外側之銅膜4 6都被移除，以 暴露出在銅膜46下層的氮化鈦膜45。如圖14 (a) 與14 (b)的放大圖所示，未被移除的銅膜46部分保 留在氮化鈦膜4 5上的小凹部或類似物（箭頭所指），其 由下層的上表面的階段輪廓所造成。 然後，爲了要移除互連溝4 0至4 4外側之氧化鈦膜 4 5以及局部遺留在氮化鈦膜4 5的上表面上之銅膜4 6 部分，將晶圓1自台1 0 3 A轉移至台1 0 3 B，且實施-使用拋光液體（泥漿）‘（具硏磨粒化學機’械观光第二步 驟的化學機械拋光）之化學機械拋光。在此所使用之具硏 磨粒化學機械拋光，意指使用含有〇 · 5重量百分比或更 多例如氧化銘與二氧化砂的硏磨粒的拋光液體之化學機械 拋光。在此實施例中，所使用的拋光液體含有5容積百分 比的過氧化氫、0 . 0 3重量百分比的檸檬酸及分解於純 水中之0 . 5重量百分比的硏磨粒，然而對於拋光液體沒 有特別的限制。此拋光液體是經由泥漿供應管1 1 8 A供 應至第二台1 0 3 B上之拋光墊1 1 3。 在此具硏磨粒化學機械拋光中，局部遺留在氮化鈦膜 4 5的上表面上的銅膜4 6部分之移除，是接在互連溝 4 0至4 4外側的氮化鈦膜4 5之移除後。在此階段所設 定的條件爲，銅膜4 6對於氮化鈦膜4 5 (障層）的拋光 選擇性比例是調整在低於無硏磨粒化學機械拋光的比例， 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 ___ ^^本·!) i丨訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -32- 517296 A7 _________ B7 五、發明說明（30) 例如，互連溝4 0至4 4內部中的銅膜4 6表面與不高於 3的拋光選擇性是受到抑制。 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 拋光的條件例如爲：負載=1 2 0 g / c m 2，晶圓裝 載器的旋轉數=30 r pm，台的旋轉數=2 5 r pm， 泥漿流量=1 50 cc/ mi η，以及所使用的拋光墊是由 美國Rodel公司製造的硬墊（IC1400)。拋光量是設 定以回應氮化鈦膜的厚度，且拋光終點的控制是依據自氮 化鈦膜4 5的.厚度所計算的時間及拋光速度。 如圖1 5所示，當採用具硏磨粒化學機械拋光時，幾 乎所有在互連溝4 0至4 4外側的氮化鈦膜4 5是被移除 以暴露出在氮化鈦膜4 5下層之氧化矽膜3 9。如圖1 6 (a)與16 (b)的放大圖所示，未被移除的銅膜46 部分保留在氮化鈦膜4 5上的小凹部或類似物（箭頭所指 )，其由下層的上表面的階段輪廓所造成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 然後，互連溝4 0至4 4中銅膜4 6的拋光是盡可能 地抑制在最低的程度，且此種條件下，實施選擇性化學機 械拋光（第三步驟的化學機械拋光）以移除局部遺留在互 連溝4 0至4 4外側的氧化矽膜3 9上之氮化鈦膜4 5部 分。選擇性化學機械拋光是實施在氮化鈦膜4 5對於銅膜 4 6的拋光選擇性比例不低於5的條件下，較佳的比例是 1 0，更佳的比例是1 5。此化學機械拋光是實施在另一 條件下，其中氧化矽膜3 9對於銅膜4 6的拋光選擇性比 例是高於1。 爲了要實施選擇性化學機械拋光，所使用的拋光液體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -33· 517296 A7 B7 五、發明說明（31) (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 爲，在如具硏磨粒化學機械拋光中所使用之具有不低於 0 · 5重量百分比的硏磨粒加入防銹劑。在此所使用的防 銹劑，意指藉由在其表面上形成防銹保護膜以防止或抑制 拋光在銅膜4 6上的進行，且使用例如苯並三唑（B T—. A )、苯並三唑羧酸、十二烷硫醇、三唑、甲苯並三唑等的 苯並三唑衍生物作爲防銹劑，特別地再使用苯並三唑時， 可獲得穩定的保護膜。 當使用苯並三唑作爲防錄劑時，其三種添加方式是充 分有效的：苯並三唑通常是在0 . 0 0 1至1重量百分比 的範圍，較佳是在0 . 0 1至1重量百分比的範圍，更佳 是在0 . 1至1重》百分比的範圍，雖然濃度是依據泥漿 的種類。在此實施例中，所使用的拋光液體製作是在第二 步驟的具硏磨粒化學機械拋光中所使用的拋光液體，加入 0 . 1重量百分比的苯並三唑作爲防銹劑，然而對於此拋 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 光液體沒有特別的限制。再者，爲了要避免由於添加防銹 劑而減小拋光的速度，可添加以下的化學物：聚丙烯酸、 聚甲基丙烯酸、其銨鹽、乙烯二氨四醋酸（EDTA)及 其它。使用此種含有防銹劑的泥漿之化學機械拋光是詳述 在由本發明人所創作之未審查日本專利申請案 Hei 10-209857、 H e i 9 — 299937 及
Hei 10 — 317233。 此選擇性化學機械拋光（第三步驟的化學機械拋光） 是實施在第二台1 0 3 B上，連續地接在上述之具硏磨粒 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -34 517296 A7 ___ B7 五、發明說明（32) (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 化學機械拋光（第二步驟的化學機械拋光）的完成之後。 已添加有防銹劑之拋光液體是經由泥漿供應管1 1 8 B供 應至拋光墊1 1 3的表面。拋光的條件例如爲：負載= 1 20g/cm2，晶圓裝載器的旋轉數=30 r pm，台 的旋轉數=2 5 r p m，泥漿流量=1 9 0 cc / m i η。 如圖17、18 (a)與18 (b)所示，藉由實施 選擇性化學機械拋光，移除所有在互連溝4 0至4 4外側 之氮化鈦膜4 5，因此.，形成嵌銅互連4 6 a至4 6 e於 互連溝40至44的內部。 含有例如硏磨粒的顆粒與例如氧化銅顆粒的金屬顆粒 之泥漿殘餘物是附著在晶圓1的表面，其上已形成有嵌銅 互連46 a至46 e。爲了要移除泥漿殘餘物，首先在圖 9所示的淸潔站1 〇 4使用純水淸潔晶圓1。此時，超音 波淸潔可與普通淸潔一起使用，以8 0 0 kH z或更高的 高頻率施加於淸潔溶液，超音波淸潔將泥漿殘餘物隔絕在 晶圓1表面之外。然後，保持在濕的狀態下以防止晶圓表 面乾化之晶圓1 ，自拋光區1 0 1轉移至淸潔後區1 0 2 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 ，在其第一淸潔區1 0 9 A中，晶圓1受到以含有〇 · 1 重量百分比的N Η 4〇Η的淸潔溶液揉擦淸潔，接著，晶圓 1在第二淸潔區1 〇 9 Β中以純水揉擦淸潔。如上所述， 淸潔後區1 0 2的整個結構是覆蓋有遮光壁1 3 0，以防 止由於在淸潔時晶圓表面受到光的照射而造成銅互連 4 6 a至4 6 e的銹化。 在上述之揉擦淸潔中，例如圖1 9所示，旋轉於水平 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -35- 517296 A7 B7 五、發明說明（33) (請先閱讀背面之注意事項再^本頁) 面之晶圓的兩個表面，夾在以P V A合成樹脂的多孔塊製 成之圓柱刷1 2 1 A與1 2 2 B之間，在圓柱刷1 2 1 A 與1 2 2 B旋轉在垂直於晶圓1表面之平面上時，晶圓1 的兩個表面同時被淸潔。此時，可採用超音波淸潔，在以 旋轉刷作揉擦淸潔後，以8 0 0 k Η z或更高的頻率施加 於淸潔溶液中，以隔離晶圓1表面上的泥漿殘餘物。 已完成揉擦淸潔（淸潔後）是以旋轉乾燥器1 1 〇予 以乾化，其後，將晶圓1 .輸送至下一步驟，且嵌銅互連是 以相同於上述的方式形成於第三層及接在第三層的上層。 圖20是銅互連46 a至46 e的形成過程的整體流程。 依據藉由&硏磨粒化學機械拋光、具硏磨粒化學機械 拋光及選擇性化學機械拋光而形成嵌銅互連的實施例，僅 需實施小程度的過度拋光以移除互連溝4 0至4 4外側的 銅膜4 6與氮化鈦膜4 5。所以，可抑制變形與侵蝕的發 生。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 銅互連4 6 a至4 6 e的形成過程亦可使用雙刻紋法 而應用至嵌銅互連的形成。於此例中，在第一層的鎢互連 2 4至3 0是藉由圖1至5所述的方法形成後，藉由圖 2 1所示的電漿化學蒸汽澱積法，在第一層的鎢互連2 4 至3 0的上方，連續地形成具有1 2 0 0 n m厚度的氧化 矽膜3 1、具有50nm厚度的氮化矽膜38、及具有 350nm厚度的氧化矽膜39。 然後，如圖22所示，在第一層的鎢互連24、26 、27、29與30上方之氧化矽膜39、氮化矽膜38 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -36- 517296 Α7 Β7 ‘五、發明說明（35) (請先閱讀背面之注意事項再^^本頁) 在上述的實施例中，雖然留在互連溝外側之障層（氮 化鈦膜）已藉由選擇性化學機械拋光予以移除’此障層亦 可選擇性地藉由乾蝕刻法予以移除。 在上述的實施例中，雖然第一步驟的化學機械拋光是 已藉由使用不具硏磨粒的泥漿之無硏磨粒化學機械拋光予 以實施，使用硬拋光墊之具硏磨粒化學機械拋光可替代無 硏磨粒化學機械拋光。在此例中，第二步驟的化學機械拋 光（具硏磨粒化學機械拋光）所使用的拋光墊比第一步驟 的化學機械拋光所使用的拋光墊更軟。硬拋光墊意指硬度 大於聚氨酯硬度之拋光墊，或者不小於9 0 ASKER-C硬度 之拋光墊。α … 在上述的實施例中，雖然已說明其中使用銅或銅合金 以形成嵌入互連的例子，此實施例的過程可應用在使用不 含銅的金屬（例如：鎢、鋁及其它）以形成嵌入互連與塞 子之例子’此過程在嵌入互連與塞子的形成應用上是特別 地有效的，其中使用一種在其與絕緣層之間配置一導電障 層之金屬。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在本案中所揭示的本發明的觀點中，一般觀點發揮了 以下的效應，說明如下： 依據本發明’因爲藉由化學機械拋光法可抑制成蝶形 與侵蝕於嵌金屬互連的形成中，嵌金屬互連可以穩定的方 式予以形成’因此改善了使用嵌入互連的半導體積體電路 之可靠度與製造產量。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） -38-

Claims (1)

  1. 517296 頌請委員明示’本寰修正後是否變更原實質内容 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 附件2 第89103619號專利申請案V8 ， B8 中文申請專利範圍修正本C8 _ D8六、申請專利範圍 1 · 一種製造半導體積體電路裝置之方法，包含以下 的步驟： (a )在主體上形成絕緣膜，絕緣膜具有開口； (b )於開口形成導電障層並覆蓋絕緣膜； (c )在開口內的導電障層上形成金屬膜並覆蓋絕緣 膜’以充塡開口； (d )藉由無硏磨粒化學機械拋光以移除開口外側的 金屬1吳； (e )在步驟（d )後，藉由具硏磨粒化學機械拋光 以移除絕緣膜上之局部留在導電障層上的金屬膜；及 (f )在步驟（e )後，藉由選擇性化學機械拋光以 移除留在絕緣膜上之導電障層，選擇性化學機械拋光是選 擇性地相對於金屬膜以拋光導電障層。 2 ·如申請專利範圍第1項之製造半導體積體電路裝 置之方法，其中絕緣膜具有數個層。 3 ·如申請專利範圍第1項之製造半導體積體電路裝 置之方法，其中金屬膜是以銅或含銅合金作爲主成分而製 成。 4 ·如申請專利範圍第1項之製造半導體積體電路裝 置之方法，其中無硏磨粒化學機械拋光是使用具有小於 0 · 1重量百分比的液體與硏磨粒的混合重量濃度之拋光 液體予以實施。 5 ·如申請專利範圍第1項之製造半導體積體電路裝 置之方法，其中開口是孔。
    _ —-------------裝--------訂---------線 (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） -39- 517296 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 6 ·如申請專利範圍第1項之製造半導體積體電路裝 置之方法，其中開口是溝。 7 ·如申請專利範圍第1項之製造半導體積體電路裝 置之方法，其中選擇性化學機械拋光之導電障層對於金屬 膜的拋光選擇性比例是1 〇 : 1。 8 · —種製造半導體積體電路裝置之方法，包含以下 的步驟： (a )在主體上形成絕緣膜’絕緣膜具有開口； (b )於開口形成導電障層並覆蓋絕緣膜； (c )在開口內的導電障層上形成金屬膜並覆蓋絕緣 膜，以充塡開口； (d )藉由第一化學機械拋光以移除開口外側的金屬 膜，其中金屬膜對於導電障層的選擇性比例至少是5 : 1 9 (e )在步驟（d )後，藉由第二化學機械拋光以移 除絕緣膜上之局部留在導電障層上的金屬膜，其中金屬膜 對於導電障層的選擇性比例是低於第一化學機械拋光的選 擇性比例；及 (f )在步驟（e )後，藉由第三化學機械拋光法以 移除留在絕緣膜上之導電障層，其中導電障層對於金屬膜 的選擇性比例至少是5 : 1。 9 ·如申請專利範圍第8項之製造半導體積體電路裝 置之方法，其中絕緣膜具有數個層。 1 〇 ·如申請專利範圍第8項之製造半導體積體電路 本紙張尺度適用中國國家標準(⑽娜mo,公楚） .^--------*---裝--------訂----------線 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 517296 A8 B8 C8 D8 力、申請專利範圍 裝置之方法，其中金屬膜是以銅或含銅合金作爲主成分而 製成。 1 1 ·如申請專利範圍第8項之製造半導體積體電路 裝置之方法，其中第一化學機械拋光中之金屬膜對於導電 障層的選擇性比例至少是8 : 1。 1 2 ·如申請專利範圍第8項之製造半導體積體電路 裝置之方法，其中第二化學機械拋光中之金屬膜對於導電 障層的選擇性比例至少是3 : 1。 1 3 ·如申請專利範圍第8項之製造半導體積體電路 裝置之方法，其中第三化學機械拋光中之導電障層對於金 屬膜的選擇性比例至少是1 0 : 1。 1 4 ·如申請專利範圍第8項之製造牟導體積體電路 裝置之方法，其中第三化學機械拋光中之導電障層對於金 屬膜的選擇性比例至少是2 0 : 1。 1 5 ·如申請專利範圍第8項之製造半導體積體電路 裝置之方法，其中導電障層是以氮化鈦製成。 1 6 ·如申請專利範圍第8項之製造半導體積體電路 裝置之方法，其中第一化學機械拋光與第二化學機械拋光 是分別使用不同的拋光墊予以實施。 1 7 · —種製造半導體積體電路裝置之方法，包含以 下的步驟： (a )在主體上形成絕緣膜’絕緣膜具有開口； (b )於開口形成導電障層並覆蓋絕緣膜； (c )在開口內的導電障層上形成金屬膜並覆蓋絕緣 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) f 裝--------訂---------線▲ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -41 - 517296 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 膜，以充塡開口； (d )藉由無硏磨粒化學機械拋光以移除開口外側的 金屬膜； (e )在步驟（d )後，藉由具硏磨粒化學機械拋光 以移除絕緣膜上之局部留在導電障層上的任何金屬膜；及 (f )在步驟（e )後，藉由選擇性移除過程以移除 留在絕緣膜上之導電障層，選擇性移除過程是選擇性地相 對於金屬膜以移除導電障層。 i 8 ·如申請專利範圍第1 7項之製造半導體積體電 路裝置之方法，其中步驟（f )的選擇性移除過程是乾蝕 刻。 1 9 · 一種製造半攀體積體電路裝置之方法，包含以 下的步驟： (a )在主體上形成絕緣膜，絕緣膜具有開口； (b )於開口形成導電障層並覆蓋絕緣膜； (c )在開口內的導電障層上形成金屬膜並覆蓋絕緣 膜，以充塡開口； (d )藉由第一化學機械拋光以移除開口外側的金屬 膜，其使用屬於金屬膜銹化區的狀態中之第一拋光液體； (e )在步驟（d )後，藉由第二化學機械拋光以移 除絕緣膜上之局部留在導電障層上的金屬膜’其中金屬膜 對於導電障層的選擇性比例是低於第一化學機械拋光的選 擇性比例；及 (ί )在步驟（e )後，藉由第三化學機械拋光法以 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- (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 517296 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 移除留在絕緣膜上之導電障層’其中導電障層對於金屬膜 的選擇性比例至少是5 : 1。 2 0 · —種製造半導體積體電路裝置之方法，包含以 下的步驟z (a )在主體上形成絕緣膜，絕緣膜具有開口； (b )於開口形成導電障層並覆蓋絕緣膜； (c )在開口內的導電障層上形成金屬膜並覆蓋絕緣 膜，以充塡開口； (d )藉由第一化學機械拋光以移除開口外側的金屬 膜，其中金屬膜對於導電障層的選擇性比例至少是5 : 1 (e )在步驟（d )後，藉由第二化學機械拋光以移 除絕緣膜上之局部留在導電障層上的金屬膜，其中金屬膜 對於導電障層的選擇性比例是低於第一化學機械拋光的選 擇性比例；及 (f )在步驟（e )後，藉由第三化學機械拋光法以 移除留在絕緣膜上之導電障層，其中導電障層對於金屬膜 的選擇性比例是高於第二化學機械拋光的選擇性比例。 2 1 ·如申請專利範圍第2 0項之製造半導體積體電 路裝置之方法，其中第三化學機械拋光是使用含有防銹劑 的第三拋光液體予以實施。 2 2 ·如申請專利範圍第2 1項之製造半導體積體電 路裝置之方法，其中防銹劑含有苯並三唑。 2 3 ·如申請專利範圍第2 2項之製造半導體積體電 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 -43- 517296 A8 B8 C8 D8 /、、申請專利範圍 路裝置之方法，其中包含於第三拋光液體中之苯並三唑的 濃度是在0·001至1重量百分比的範圍。 2 4 ·如申請專利範圍第2 2項之製造半導體積體電 路裝置之方法，其中包含於第三拋光液體中之苯並三唑的 濃度是在0·〇1至1重量百分比的範圍。 2 5 ·如申請專利範圍第2 0項之製造半導體積體電 路裝置之方法，其中絕緣層具有數個層。 2 6 ·如申請專利範圍第2 0項之製造半導體積體電 路裝置之方法，其中第一化學機械拋光與第二化學機械拋 光是分別使用不同的拋光墊予以實施。 2 7 ·如申請專利範圍第2 0項之製造半導體積體電 路裝置之方法，其中第二化學機械拋光與第三化學機械拋 光是分別使用相同的拋光墊予以實施。 2 8 · —種製造半導體積體電路裝置之方法，包含以 下的步驟： (a )在主體上形成絕緣膜，絕緣膜具有開口； (b )於開口形成導電障層並覆蓋絕緣膜； (c )在開口內的導電障層上形成金屬膜並覆蓋絕緣 膜，以充塡開口； (d )藉由使用硬拋光墊之無硏磨粒化學機械拋光以 移除開口外側的金屬膜； (e )在步驟（d )後’藉由化學機械拋光以移除絕 緣膜上之局部留在導電障層上的金屬膜；及 (f )在步驟（e )後’藉由選擇性化學機械拋光以 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) --------訂----- si. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -44- 517296 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 移除留在絕緣膜上之導電障層，選擇性化學機械拋光是選 擇性地相對於金屬膜以拋光導電障層。 2 9 ·如申請專利範圍第2 8項之製造半導體積體電 路裝置之方法，其中金屬膜是以銅或含銅合金作爲主成分 而製成。 3 ◦•如申請專利範圍第2 8項之製造半導體積體電 路裝置之方法，其中導電障層是以較硬於金屬膜的材料製 成。 3 1 ·如申請專利範圍第2 8項之製造半導體積體電 路裝置之方法，其中在步驟（e )中的拋光是使用更軟於 步驟（d )中的拋光所使用的拋光墊予以實施。 3 2 ·如申請專利範圍第2 8項乏製造半導體積體電 路裝置之方法，其中實施步驟（d )中的拋光所使用的拋 光液體具有至少5 : 1之相對於導電障層的金屬膜拋光選 擇性比例。 3 3 · —種製造半導體積體電路裝置之方法，包含以 下的步驟： (a )在主體上形成絕緣膜，絕緣膜具有開口； (b )於開口形成導電障層並覆蓋絕緣膜； (c )在開口內的導電障層上形成金屬膜並覆蓋絕緣 膜，以充塡開口； (d )藉由無硏磨粒化學機械拋光以移除開口外側的 金屬膜； (e )在步驟（d )後，藉由具硏磨粒化學機械拋光 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) 一裝 tr--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -45- 8888 ABCD 517296 六、申請專利範圍 以移除絕緣膜上之局部留在導電障層上的金屬膜； (f )在步驟（e )後，藉由選擇性化學機械拋光以 移除留在絕緣膜上之導電障層，選擇性化學機械拋光是選 擇性地相對於金屬膜以拋光導電障層；及 (g )在步驟（f )後，於遮光狀態下淸潔主體。 3 4 ·如申請專利範圍第3 3項之製造半導體積體電 路裝置之方法，其中金屬膜是以銅或含銅合金作爲主要成 分製成。 3 5 ·如申請專利範圍第3 3項之製造半導體積體電 路裝置之方法，其中步驟（g )中的淸潔是在照明度不超 過1 8 0 1 u X的狀態下實施。 (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 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -46 -
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