TW523868B - Semiconductor device and method for fabricating the same - Google Patents

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TW523868B
TW523868B TW090126602A TW90126602A TW523868B TW 523868 B TW523868 B TW 523868B TW 090126602 A TW090126602 A TW 090126602A TW 90126602 A TW90126602 A TW 90126602A TW 523868 B TW523868 B TW 523868B
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metal film
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Hideo Nakagawa
Eiji Tamaoka
Masafumi Kubota
Tetsuya Ueda
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Matsushita Electric Ind Co Ltd
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Description

523868 A7 B7 五、發明説明（彳 ) 發明背景 本發明係關於一包含金屬内連線之半導體裝置及連接 至該金屬内連線之插頭，及一其製造方法。 目前大量生產之最進步半導體裝置之處理尺寸係為 〇· 18微米’其在不久將來會進一步降低，下一代之處理尺 寸會明確地連續減少至〇· 15微米、〇· 13微米及〇·丨微米。在 這類朝向尺寸減少之趨勢中，在一金屬内連線及一插頭間 之對準精確度係最好為±10%或更少。 然而’因金屬内連線被如此微調，其係難以只用微影技 術來貫現該± 10%或更少之對準精確度，而使用一自我對 準方法之精細處理係不可少的。 同時’在正確使用多層互連中，例如一使用一具有一低 介電常數材料，即，所謂低k材料技術之不同技術當作一夾 層絕緣膜’及一形成於互連間之空氣間隙技術已被發展， 用以減少互連延遲。 現在’ 一用發展來改進該對準精確度之自我對準方法以 製造一包含一插頭及一金屬互連之半導體裝置之方法例將 參考圖17A至17D、18A至18C、19A至19C及20A至20C來作說 明。 第一，如圖1 7A所示，一絕緣材料之絕緣膜丨丨係利用一 已知化學氣相沉積法（CVD)或旋轉塗佈法來形成於一半導 體基板10上，之後，一連接至該半導體基板1〇之插頭（未顯 示）或一形成於該半導體基板丨〇上之互連係形成於該絕緣 膜11。該絕緣膜Π係整體上產自一氧化矽膜（具有一介電常 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 523868 A7 B7 五、發明説明（2 ) 數k約為4· 3)或一具有一低於該氧化矽膜之那個之介電常 數之低介電膜中。 接著，如圖17B所示，一第一障礙金屬層12、一金屬膜 13及一第二障礙金屬膜14係連續沉積在該絕緣膜丨丨上，藉 此.形成一多層金屬膜15。該金屬膜13係產自一利用已知濺 鍍法所沉積之鋁膜中，該第一及第二障礙金屬層12及14係 利用該已知濺鍍法來沉積且整體上在該金屬膜1 3係產自一 雀呂膜中時產自氮化鈥中。 接著，如圖17C所示，一絕緣材料之第一夾層絕緣膜16 係利用該CVD或旋轉塗佈法形成於該多層金屬膜15上，接著 ’一第一電阻圖案17係利用已知微影技術形成於該第一夾 層絕緣膜16。 之後，如圖17D所示，該第一夾層絕緣膜16係使用該第 一電阻圖案17當作一遮罩來作乾蝕刻，藉此在該第一夾層 絕緣膜16中形成通孔（通孔）18。 接著，如圖18A所示，一傳導膜19係利用該CVD來沉積於 該第一夾層絕緣膜16上，以填充該通孔18。該傳導膜19係 產自例如一鎢膜中，雖未示於該圖式中，一鈦膜之障礙金 屬層或一氮化鈦膜係利用該濺鍍法形成於該傳導膜19下。 當該通孔18具有一高過約4之縱橫比（一深度對直徑之 比值）時，一孔隙20係形成於該通孔18内之傳導膜19中。 接著，出現在該第一夾層絕緣膜16之一部分該傳導膜19 係利用例如化學機械研磨技術（CMP)來移除，以形成如圖 18B所示之插頭21。之後，該第一夾層絕緣膜16係乾蝕刻， -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 523868 A7 ____B7 五、發明説明（3 ) 以減少如圖18C所示之第一夾層絕緣膜1 β厚度。 接著，如圖19Α所示，一第二電阻圖案22係形成於具有 該減少厚度之第一夾層絕源膜16上，接著，該第一夾層絕 緣膜16係使用該第二電阻圖案22當作一遮罩來作乾姓刻， 藉此形成如圖19Β所示之圖案化第一夾層絕緣膜16Α。 接著，該多層金屬膜15係使用該插頭21及該圖案化第一 夾層絕緣膜16 Α當作一遮罩來作乾银刻，藉此將該多層金屬 膜15形成如圖19C所示之金屬互連丨5A。因該插頭21及該金 屬互連15A具有一本方式之自我對準結構，介於該插頭21 及該金屬互連15A間之位置位移可被避免。 該第二電阻圖案2 2係在該多層金屬膜15之乾钱刻前或 後利用去灰來移除。即使在乾蝕刻該多層金屬膜丨5後該第 二電阻圖案22係被移除時，出現在該插頭21上之一部分該 第二電阻圖案22係在乾蝕刻該多層膜金屬膜15期間被消除 。因此，該插頭21之上面部分係稍被蝕刻，因而開口 2〇a 係形成於該孔隙20之上面部分。 接著，該絕緣膜11及該圖案化第一夾層絕緣膜16A係乾 蝕刻，藉此減少如圖20 A所示之該絕緣膜11及該圖案化第一 夾層絕緣膜16A之厚度。 接著，如圖20B所示，一第二夾層絕緣膜23係利用該CVD 沉積覆在該半導體基板10上，藉此於該金屬内連線15 A之間 形成空氣間隙24。之後，該第二夾層絕緣膜23係利用如圖 20C所示之CMP來平坦化。 當圖17A至20C之程序係接著重複實行時，一具有一包含 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 523868 A7 __ —_ B7 五、發明説明（4 ) " ^ --- 2乳間隙（多層内連線結構之半導體裝置可被製造。 然而’用以製造一半導體裝置之傳統方法中，當該通孔 18具有一大約高於4之縱橫比時，該孔隙2〇係形成於如圖 18B所示之插頭21内。因此，當具有該空氣間隙以之金屬内 連線15A被形成時，該孔隙2()之整個開口 _係形成於如圖 2 0 C所示之插頭21中。 、據此，介於孩插頭21及一形成於該第二夾層絕緣膜23上 之上金屬内連線間之電阻係大幅增加，其引起該裝置特徵 漸減之問題。 本例中，當介於該接觸插頭2丨及該上金屬内連線間之電 阻係大到超過該限制時，該金屬内連線結構之可靠性係大 幅降低，且該半導體裝置不能操作於最糟狀況中。 甚者，在利用該CMP平坦化該第二夾層絕緣膜23中，一 用於孩CMP中之研磨進入該孔隙2〇而引起該插頭21被該研 磨侵蝕之問題。 發明概述 在考慮别述傳統問題中，本發明之一目的係製造一高效 率及南可罪之半導體裝置，而不於一在一通孔中所形成之 插頭中形成一孔隙，即使當該通孔具有一高縱橫比。 為了得到該目的，本發明之半導體裝置包括自一由一在 一具有一絕緣膜夾於其中之半導體基板上沉積之第一金屬 膜及一在該第一金屬膜上沉積之第二金屬膜所組成之多層 膜中產生之金屬内連線；一在該金屬内連線上形成之夾層 絕緣膜；及一自一在一該夾層絕緣膜中形成之通孔内之第 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 523868 A7 B7 五、發明説明（5 ) 二金屬膜上選擇性成長之第三金屬膜中產生之插頭。 在本發明之半導體裝置中，該插頭係製自該通孔内之第 二金屬膜上選擇性成長之第三金屬膜中，因此，沒有孔隙 係形成於該插頭中。據此，該半導體裝置之效率及可靠性 可獲改進。 在該半導體裝置中，該第三金屬膜係最好以電鍍法成長 〇 如此，該第三金屬膜可清楚地成長於該第二金屬膜上， 因此，該半導體裝置之效率及可靠性可清楚地改進。 在該半導體裝置中，該第二金屬膜及該第三金屬膜係最 好製自該同型金屬中。 如此，該第三金屬膜可清楚地成長於該第二金屬膜上， 因此’該半導體裝置之效率及可靠性可清楚地改進。 在該半導體裝置中，最好，該第二金屬膜及該第三金屬 膜係製自一包含銅作為一主要成分之金屬中，其中，該第 三金屬膜係以電鍍法來成長，及沒有黏附層係形成於該第 二金屬膜及該第三金屬膜之間。 當該第二金屬膜及該第三金屬膜係製自包含銅作為一 主要成分之金屬中以及該第三金屬膜係以該電鍍法來選擇 性地成長，一具有低電阻及與該金屬内連線之低接觸電阻 之插頭可清楚地形成。 在該半導體裝置中，一至氣間隙係最好形成於該夾層絕 緣膜中之金屬内連線之間。 如此，在該金屬内連線間之夾層絕緣膜之介電常數可以 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 523868 A7
減少’用以減低該金屬内連線間之電容。 在該半導體裝置中’該金屬内連線組成之第一金屬膜最 好具有之内連線電阻實質上為該金屬内連線組成之第二金 屬膜之内連線電阻之1/5或更少。
如此，一流過該金屬内連線之電流實際流過該第一金屬 膜及少量流過該第二金屬膜，因此，作用可於該第一金屬 膜及該第二金屬膜間作分割，致使該第一金屬膜可作用如 一内連線以允許一電流流過其間以及該第二金屬膜可作用 如一種予層以成長該第三金屬膜。據此，可選擇最佳作用 於該第一金屬膜及該第二金屬膜之材料。 裝 在該半導體裝置中，該金屬内連線組成之第一金屬膜具 有之内連線電阻實質等效於該金屬内連線組成之第二金屬 膜之内連線電阻。
如此’在一流過該第一金屬膜之電流之分散式固定電路 中之相位及在一流過該第二金屬膜之電流之分散式固定電 路之相位係實質相同於整個金屬内連線，因此，一由一流 過該金屬内連線之電流傳送之信號擾動可減至最小。 用以製造本發明之半導體裝置之方法包括步驟為在一 具有一絕緣膜夾於其間之半導體基板上沉積一第一金屬膜 ，·在該第一金屬膜上沉積一第二金屬膜；在該第二金屬膜 上形成一夾層絕緣膜；在該夾層絕緣膜中形成一通孔以在 曝露该通孔内之第二金屬膜，在該通孔内之第二金屬膜上 選擇性地成長以形成一第三金屬膜之插頭；利用圖案化該 夾層絕緣膜成該内連線外形來形成一圖案化夾層絕緣膜； • 9 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210χ 297公¢) 523868 A7 _____ B7 五、發明説明（7 ) 及利用蚀刻具有該插頭之多層膜及使用該圖案化夾層絕緣 膜作為一遮罩以自一由該第一金屬膜及該第二金屬膜組成 之多層膜中形成金屬内連線。 用以製造本發明之半倒體裝置之方法中，在該第二金屬 膜上形成菽夾層絕緣膜後，該通孔係形成於該夾層絕緣膜 以曝露該通孔内之第二金屬膜。之後，該第三金屬膜係選 擇性地成長於該通孔内之第二金屬膜上，用以自該第三金 屬膜中形成該插頭。因此，一具有一均勻期待厚度之第二 金屬膜I種子層可形成於該通孔底部上。據此，該第三金 屬膜可清楚地成長，用以形成一無孔隙之良好插頭。 用以製造一半導體裝置之方法中，該第三金屬膜係最好 以電鍍法來成長。 如此，該第三金屬膜可有清楚地成長於該第二金屬膜上 ’用以清楚地改進該半導體裝置之效率及可靠性。 用以製造一半導體裝置之方法中，該第二金屬膜及該第 三金屬膜係最好製自同型金屬。 如此，該第三金屬膜可有清楚地成長於該第二金屬膜上 ，用以清楚地改進該半導體裝置之效率及可靠性。 用以製造一半導體裝置之方法中，該第二金屬膜及該第 二金屬膜係最好製自一包含銅作為一主要成分之金屬中， 且該第三金屬膜係最好以電鍍法在不具黏附層夾於其間之 第二金屬膜上成長。 如此，一具有低電阻及與該金屬内連線之低接觸電阻之 插頭可清楚地形成。 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公楚) 523868
五、發明説明（8 ) 圖式之簡單說明 圖1係一用以說明根據本發明具體實施例丨來製造一半 導體裝置之方法之系列圖； 圖2係一用以說明製造具體實施例丨之半導體裝置之方 法之第一方法圖； 圖3係一用以說明製造具體實施例1之半導體裝置之方 法之第二方法圖； 圖4係一用以說明製造具體實施例1之半導體裝置之方 法之第三方法圖； 圖5係一用以說明製造具體實施例1之半導體裝置之方 法之第四方法圖； 圖6係一用以說明製造具體實施例1之半導體裝置之方 法之第五方法圖； 圖7係一用以說明製造具體實施例1之半導體裝置之方 法之第六方法圖； 圖8係一用以說明製造具體實施例1之半導體裝置之方 法之第七方法獨； 圖9A、9B、9C及9D係用以顯示製造具體實施例1之半導 體裝置方法程序之剖面圖； 圖10A、10B及10C係用以顯示製造具體實施例1之半導體 裝置方法之其它程序之剖面圖； 圖11A、11B及11C係用以顯示製造具體實施例1之半導體 裝置方法之另一其它程序之剖面圖； 圖12A、12B及12C係用以顯示製造具體實施例1之半導體 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 523868 A7 B7 五、發明説明（9 裝置方法之另一其它程序之剖面圖； 圖13A、13B及13C係用以顯示製造具體實施例}之半導體 裝置方法之另一其它程序之剖面圖； 圖14A、14B及14C係用以顯示製造具體實施例^^之半導體 裝置方法之另一其它程序之剖面圖； 圖15係一根據本發明且每、> ,，Λ . I Λ1施例2之半導體裝置之剖面 圖， 、圖16A及16B係根據本發明具體實施例3之半導體裝置之 剖面圖； 圖17A、ΠΒ、nC及17D係用以顯示製造— 傳統方法程序之剖面圖； 裝 圖18A、副及18C係用以顯示製造一半導體裝置之傳統 方法之其它程序之剖面圖； 訂 圖19A、19B及19C係用以顯示製造一半導體裝置之傳統 方法之另一其它程序之剖面圖；及 圖20A、20B及20C係用以顯示製^ ^ ^ 貝不Ik一+導體裝置之傳統 方法之另一其它程序之剖面圖。 線 詳細說明本發明 具體實施例1 一種半導體裝置及一根據本發明具體實施例丨之製造該 半導體裝置之方法現在將參考附圖作說明。 ^ 圖1係一用以說明根據本發明具體實施例丨來製造一 導體裝置之方法之系列圖。如圖i所示，用以製造且髀由施 m之半導體裝置之方法包含-用以在—半導體基板^絕 12- 523868 A7 ___B7 五、發明説明（10 ) 緣膜上形成一多層金屬膜之第一方法；一用以在該多層金 屬膜上形成一第一爽層絕緣膜之第二方法；一用以在該第 一夾層絕緣膜中形成一到達該多層金屬膜之通孔之第三方 法；一利用填充一傳導膜於該通孔中以形成一插頭之第四 方法；一利用圖案化該多層金屬膜以形成一金屬内連線之 第五方法；一用以形成一第二夾層絕緣膜之第六方法；及 一用以平坦化該第二夾層絕緣膜之第七方法。 同時，一具有一多層内連線結構之半導體裝置可利用重 複實行該第一至第七方法來製造。 該第一至第七方法現在將參考附圖作詳細說明。 〈第一方法〉 用以在一半導體基板之絕緣膜上製造一多層金屬膜之 第一方法現在將參考圖2及9A至9D來作說明。 第一，如圖9A所示，一絕緣材料之絕緣膜1〇1係#cvD或 旋轉塗佈法來形成於一半導體基板1〇〇上，及一連接至該半 導體基板100之插頭（未顯示）或一形成於該半導體基板100 上之内連線係形成於該絕緣膜1 〇 1。該絕緣膜1 0 1係製自一 氧化矽膜（具有一介電常數k約為4· 3)或一具有一低於該氧 化矽膜的那個之介電常數之低介電膜（所謂低1^膜）中。該低 介電膜可以是一芳香聚合物或類似之有機膜、一例如一包 含氟（含氟矽酸鹽玻璃）之氧化矽膜之無機膜、或一例如一 包含甲基族或類似之氧化矽膜之有機-無機混合膜。另外， 該絕緣膜可以是一製自一具有一低於該低k膜之介電常數 之ULK (超低k)膜中之多孔膜，其具有一矽-矽键及一矽一氧 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 523868 A7 B7 五、發明説明（11 ) 鍵且其中包含細孔。 接著，一第一障礙金屬層102、一第一金屬膜103及一第 二障礙金屬層104係連續沉積於如圖9B所示之絕緣膜101上 ，而一第二金屬膜105係沉積於如圖9C所示之第二障礙金屬 層104上。之後，一擴散防阻膜1〇6係沉積於如圖9D所示之 第二金屬膜105上。 該第一金屬膜10 3可以濺鍍、CVD或電鍍自一例如一鋁合 金、金、銀、銅及鉑之低電阻材料中產製而成。該第二金 屬膜10 5可以 >賤鐘、C V D或電鍵自一例如金、銀 '銅及始之 低電阻材料中產製而成。 該第一及第二障礙金屬層102及1〇4係最好製自一用以 改進黏性並防止金屬擴散之薄膜中，例如不是一鈥膜就是 一氮化鈦膜，或不是一鉦膜就是一氮化鈕膜。 該擴散防止膜106應是一能阻止包含於該第二金屬膜 105中之金屬擴散之薄膜，且可以CVD沉積之氮化碎膜或一 碳化矽膜。同時，該擴散防止膜1 〇 6最好係一具有一低介電 常數及高黏性之薄膜^ 在含於該第一金屬膜1 0 3中之金屬係難以擴散之例子中 ’遠第一及弟一障礙金屬層1〇2及1〇4可被忽略，而在該第 一金屬膜10 5具有高黏性且難以擴散之例子中，該擴散防止 膜10 6可被忽略。 〈第二方法〉 用以形成一第一夬層絕緣膜於該多層金屬膜上之第二 方法現在將參考圖3及10A來作說明。 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 523868 A7 ____ B7 五、發明説明（12 ) 如圖10 A所述，一絕緣材料之第一夾層絕緣膜i 〇 了係以 CVD或旋轉塗佈於含於該多層金屬膜中之擴散防止膜上 而形成。該弟一爽層絕緣膜1〇7可以是一氧化碎膜；一低k 膜’例如一芬芳聚合物或類似之有機膜、一像一含氟之氧 化石夕膜之無機膜及一像一含一甲基族之氧化碎膜之有機— 無機混合膜；或一像一具有一矽—矽鍵及一矽-氧鍵且其中 含細孔之多孔膜之ULK膜。 〈弟二方法〉 用以形成一通孔於該第一夾層絕緣膜中之第三方法現 在將參考圖4、10B、10C來作說明。 如圖10B所示，以熟知之顯影法在該第一夾層絕緣膜丨〇7 上形成一第一遮罩圖案108後，該第一夾層絕緣膜1〇7及該 擴散防止膜106係使用一含弗隆作為一主要成分之氣體及 以該第一遮罩圖案1 〇8作為一遮罩來作電漿蝕刻。如此，通 孔109可形成於如圖10C所示之第一夾層絕緣膜1〇7及擴散 防止膜106中。 該第一遮罩圖案10 8在第一夾層絕緣膜1 〇 7係自一無機 膜或一有機一無機混合膜中生成時最好係一抗蝕劑圖案， 且當該第一夾層絕緣膜10 7係自一有機膜中生成時最好係 一氧化矽膜或類似之一硬遮罩。 該第一夾層絕緣膜10 7及該擴散防止膜1 〇 6之電漿姓刻 可以連續實行或分成二程序來實行。 〈第四方法〉
用以形成一插頭之第四方法現在將參考圖5、11A至11C -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 523868 A7 B7 五、發明説明（13 ) 及12A來作說明。 第一 ’如圖11A所示，一黏附層π〇係以CVD或濺鍍沉積 覆在該第一夾層絕緣膜1〇7及該通孔1〇9牆壁及底部上。 接著，該黏附層11 〇係使用例如一含弗隆作為主要成分 之蚀刻氣體之電漿來作異向姓刻。如此，出現在該通孔1 〇 9 底部及該第一夾層絕緣膜i 07頂部表面之黏附層u 〇部分被 移除，而只允許該黏附層11〇留在該通孔1〇9壁上。之後， 在該通孔109底部曝露之第二金屬膜1 〇5表面係使用例如氬 氣或一氬及氫混合氣體之電漿以濺鍍方式來清潔。 接著，如圖11C所示，一第三金屬膜1丨丨係以電鍍法選擇 性地成長於該通孔109底部所曝露之第二金屬膜1〇5表面上 ，之後，一在該第一夾層絕緣膜1〇 7上及超過部分出現之第 三金屬膜111部分係以CMP移除。如此，插頭112係如圖12A 所示地自該第三金屬膜111中形成。 該第三金屬膜111可製自一具有一例如金、銀、銅及鉑 之低電阻金屬中，且可同於或不同於該第二金屬膜1〇5。當 該第三金屬膜111係製自相同於該第二金屬膜1〇5之金屬中 時，該第三金屬膜111不只可輕易地以無電極電鍍方式來成 長，也可以電泳電鍍方式來成長。 該第三金屬膜111可以該無電極電鍍或該電泳電鍍方式 來成長。然而，因該第二金屬膜105係以一層狀出現在該半 導體基板100上，該第三金屬膜111可輕易地以該電泳電鍍 方式來成長。 該黏附層110可以是一例如一氮化矽膜及一碳化矽膜之 -16 - 本紙張尺度適财國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公爱） 523868 A7 --"^ B7 五、發明説明~~ -- 絕緣膜，且最好係製自一能防止在該第三金屬膜111中所包 含之金屬擴散至該第一夾層絕緣膜丨〇7中之材料。據此，該 黏附層110材料最好係考慮選擇包容於該第三金屬膜丨11。 用以形成一插頭之下列二方法係傳統上習知的··在該第 一方法中’ 一例如一鎢膜之金屬膜係以CVD填充於一通孔中 ’及在该第二方法中，一種子層係以濺鍍法形成覆在包含 一通孔底部之夾層絕緣膜上，及一金屬膜係以電鍍法成長 在孩通孔内之種子層上。在任何這些傳統熟知方法中，當 該通孔具有一高於4之縱橫比時，一孔隙係不可避免地形成 於該插頭内。這是因為，在該第一方法中，該金屬膜不能 填充於該通孔中而不形成一孔隙，而在該第二方法中，該 種子層不能均勻地形成於該通孔底部。 然而’在本具體實施例中，在該第二金屬膜1〇5上形成 該第一夾層絕緣膜107後，該通孔109係形成於該第一夾層 絕緣膜107中，用以曝露該通孔109内之第二金屬膜1〇5。因 此’一具有一均勻期待厚度之第二金屬膜1〇 5之種子層可以 明確地形成於該通孔1〇9底部，因此，該第三金屬膜1^可 明確地成長於該通孔109内之第二金屬膜1〇5。結果，該插 頭112可避開孔隙。 雖然該第三金屬膜111在本具體實施例中以電鍍法來成 長，該第三金屬膜111可以選擇之CVD代替來選擇性地成長 於該通孔109内之第二金屬膜105上。 〈弟五方法〉
用以形成一金屬内連線之第五方法現在將參考圖6、12B -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 523868 A7
、12C、13A至13C及14A來作說明。 第一，如圖12B所示，蝕刻該第一夾層絕緣膜1〇7，藉此 減少該第一夾層絕緣膜1 〇 7厚度並允許該插頭丨丨2自具有減 少之厚度之第一夾層絕緣膜1 〇 7中伸出。 接著，如圖12C所示，在該第一夾層絕緣膜1〇7上形成一 第二遮罩圖案113後，將該第一夾層絕緣膜ι〇7及該擴散防 止膜106使用含弗隆作為一主要成分以該第二遮罩圖案113 用作一遮罩來實行電漿蝕刻。如此，一圖案化第一夾層絕 緣膜107A及一圖案化擴散防止膜ι〇6Α係如圖13A所示地形 成。 該弟一遮罩圖案113在該第一夾層絕緣膜107不是一有 機膜時最好係一抗蝕劑圖案且在該第一夾層絕緣膜1〇7係 一有機膜時最好係一氧化矽膜之硬遮罩。 該第一夾層絕緣膜107和該擴散防止膜106之電漿蝕刻 可被連續實施或以兩步驟實施。 接著，該第二金屬膜105係使用該第二遮罩圖案113、該 插頭112及該圖案化第一夾層絕緣膜107A作為一遮罩來作 乾蝕刻，藉此形成一如圖13B所示之圖案化第二金屬膜10 5 A 。之後，該第二障礙金屬層104、該第一金屬膜103及該第 一障礙金屬層102使用該插頭112及該圖案化第一夾層絕緣 膜107A作為一遮罩來作乾蝕刻，藉以形成如圖13C所示之一 圖案化第二障礙金屬層104A、一圖案化第一金屬膜103A及 一圖案化第一障礙金屬層102A。如此，每個由該圖案化第 二金屬膜10 5A、該圖案化第二障礙金屬104A、該圖案化第 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 523868 A7 B7 五、發明説明（16 ) 一金屬膜103A及該圖案化第一障礙金屬層102A組成之金屬 内連線114被形成。 蚀刻該第二金屬膜105及蚀刻該第二障礙金屬層1〇4，該 第一金屬膜103及該第一障礙金屬層1〇2可使用一含氯氣、 溴氣或破氣作為一主要成分之氣體來實行電漿蝕刻，且可 連續實行或以二程序分開實行。 I虫刻該第二金屬膜105及I虫刻該第二障礙金屬層1〇4兩 者，該第一金屬膜103及該第一障礙金屬層1〇2係使用該插 頭112及該圖案化第一夾層絕緣膜1 〇 7 A作為該遮罩來實行 。因此’由該圖案化第一障礙金屬層102A、該圖案化第一 金屬膜103A、該圖案化第二障礙金屬ι〇4Α、該圖案化第二 金屬膜105A及該插頭112所組成之金屬内連線114具有該自 我對準結構。據此，該金屬内連線114及該插頭112可微處 理而不引起其間之位移。 接著，雖然未示於圖中，該第二遮罩圖案113之某保留 部分利用去灰法來移除且該半導體基板接著被清洗。 接著’該圖案化第一夾層絕緣膜1 〇 7 A及該絕緣膜1 〇 1被 乾蚀刻，藉以減少該圖案化第一夾層絕緣膜丨〇 7 A厚度並利 用減少如圖14A所示之絕緣膜1〇1厚度來形成該絕緣膜1〇丄 中之溝槽115。 〈第六方法〉 用以形成一第二夾層絕緣膜之第六方法現在將參考圖7 及14B來作說明。 如圖14B所示，一第二夾層絕緣膜116係以cvd法沉積覆 -19- ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) " 523868 A7
在為半導體基板10〇上，藉以於該金屬内連線114間形成空 氣間隙117。 1 〈第七方法〉 用以平坦化該第二夾層絕緣膜之第七方法現在將參考 圖8及14C來作說明。 如圖14C所示，該第二夾層絕緣膜U6係以CMp來作平坦 化’藉以曝露該插頭112上表面。 接著’將參考圖卯至14(：所述之程序重複實行，用以形 成一具有空氣間隙之多層内連線結構。 現在’在該圖案化第一金屬膜1〇3A及該圖案化第二金屬 膜105A間之内連線電阻中之關係將被說明。 如同一第一方法，圖案化第一金屬膜1〇3A之内連線電阻 係設足為真正該圖案化第二金屬膜1〇5A間之内連線電阻之 1 / 5或更少。 因此’ 一流過該金屬内連線114之電流主要流過該圖案 化第一金屬膜10 3A。因此，該工作係分割於這二金屬膜之 間’致使該圖案化第一金屬膜103八可作用如一内連線而該 第二金屬膜105可作用如一用以成長該第三金屬膜hi之種 子層。 據此’該第一金屬膜1 〇 3可製自一具有例如鋁之低電阻 之金屬材料中，而該第二金屬膜105可製自一如銅般能以該 電鍍法輕易地成長該第三金屬膜之金屬材料。 如一第二方法，該圖案化第一金屬膜丨〇3 A之内連線電阻 係設定為真正地等於該圖案化第二金屬膜W5A間之内連線 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 523868 A7 B7 五、發明説明（18 電阻。 如此’ 一流過該圖案化第一金屬膜1〇3人之電流之分散式 疋电路中之相位及一流過該圖案化第二金屬膜丨〇5A之電流 足分散式定電路中之相位在整個金屬内連線1丨4係真正地 相同。因此，一由一流過該金屬内連線114之電流所傳送之 k號擾動可減至最小。一用以真正等化該内連線電阻之特 定方法將參考下面具體實施例3來作詳述。 具體貫施例2 一半導體裝置及一根據本發明具體實施例2製造該半導 體裝置之方法現將參考圖15來作說明。 該具體實施例2之半導體裝置不同於該具體實施例1之 半導體裝置處在該絕緣膜1〇1中不具溝槽115 (像圖14A所示 的那些）及在该金屬内連線1 1 4間不具有空氣間隙1 1 7 (像圖 14 C所示的那些）。 為了製造該具體實施例2之半導體裝置，利用參考圖12B 所述之蝕刻該第一夾層絕緣膜1 〇7以減少該第一夾層絕緣 膜10 7厚度之程序及利用參考圖14 A所述之|虫刻該絕緣膜 10 1以在該絕緣膜1 〇 1中形成溝槽115之程序可在製造具體 實施例1之半導體裝置之方法中被忽略。如此，一在該金屬 内連線114間不具空氣間隙117之内連線結構可被形成。 同樣地，在具體實施例2中，該插頭112及該金屬内連線 114具有該自我對準結構，因此，該金屬内連線丨14及該插 頭112可作細部處理而不引起其間之位移。 甚者，因該第三金屬膜111係以該電鍍法成長於該通孔 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
裝 訂
k 523868 A7 ______ B7 五、發明説明（19 ) 10 9内，該插頭112可避開孔隙。 具體實施例3 一根據本發明具體實施例3之半導體裝置現將參考圖 16A及16B來作說明。 圖16 A顯示利用具體實施例1之製造方法所製造之具體 貫施例3之半導體裝置，而圖1 6B顯示利用具體實施例2之製 造方法所製造之具體實施例3之半導體裝置。 如具體實施例3之半導體裝置特徵，不論使用何種結構 ’該圖案化第一金屬膜103A之厚度hi及該圖案化第二金屬 膜105A之厚度h係設定以使該圖案化第一金屬膜ι〇3Α之内 連線電阻及該圖案化第二金屬膜1〇5Α之内連線電阻真正地 相等。 如此，一流過該圖案化第一金屬膜103A之電流之分散式 定電路中之相位及一流過該圖案化第二金屬膜105A之電流 之分散式定電路中之相位在整個金屬内連線114係真正地 相同。因此，一由一流過該金屬内連線114之電流所傳送之 信號擾動可減至最小。 例如，在該第一金屬膜1 〇 3係製自鋁合金且該第二金屬 膜105係製自銅之例子中，該電阻在20度鋁合金中係為 2· 69(μΩ·(：πι)而在銅中係為1· 696(μΩ·(：πι)。據此，為了等 化該圖案化第一金屬膜103Α及該圖案化第二金屬膜105Α之 内連線電阻以具有相同線寬度，該第一金屬膜103及該第二 金屬膜105之厚度係控制致使它們厚度（hi/h2)間之比值可 接近1. 6。 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 裝 訂
k 523868 A7 B7 五、發明説明（20 ) 因該厚度比（hi/h2)值之容限範圍係約為±10%，該值實 際上係約為1. 4至1. 8。 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

Claims (1)

  1. 523868 第090126602號專利申請案 中文申請專利範圍修正本(91年#足） A8 B8 C8 D8 規請委—明示卜年!-月->1日所提之 本有無變更實質内容是否准予修正C 六、申請專利範圍 1. 一種半導體裝置，包括： 製自一由一沉積在具有一絕緣膜夾於其中之半導體基 板上之第一金屬膜及一沉積在該第一金屬膜上之第二金 屬膜所組成之多層膜之金屬内連線，其中該第二金屬膜 係一種子層； 一形成於該金屬内連線上之夾層絕緣膜；及 一製自一選擇性成長於該夾層絕緣膜中所形成之通孔 内之該第二金屬膜上之第三金屬膜之插頭。 2·如申請專利範圍第1項之半導體裝置， 其中該第三金屬膜係以電鍍法成長。 3·如申請專利範圍第1項之半導體裝置， 其中，該第二金屬膜及該第三金屬膜係製自相同類型 金屬中。 4·如申請專利範圍第1項之半導體裝置， 其中，該第二金屬膜及該第三金屬膜係製自一含銅作 為主要成分之金屬中， 該第三金屬膜係以電鍍法成長，及 沒有黏附層係形成於該第二金屬膜及該第三金屬膜之 間。 5·如申請專利範圍第1項之半導體裝置， 其中，一空氣間隙係形成於該夾層絕緣膜中之金屬内 連線之間。 6·如申請專利範圍第1項之半導體裝置， 其中組成該金屬内連線之該第一金屬膜具有之内連線 O:\74\74478-911029.DOC、 5 -1 · 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21G X 297公褒) 523868 A8 B8 C8 D8
    中請專利範圍 電阻實際上為組成該金屬内連線之該第二金屬膜之内連 線電阻1/5或更少。 7·如申請專利範圍第1項之半導體裝置， 其中組成該金屬内連線之該第一金屬膜具有之内連線 電阻實際上等於組成該金屬内連線之該第二金屬膜之内 連線電阻。 8· 一用以製造一半導體裝置之方法，包括下列步驟： 在一具有一絕緣膜夾於其中之半導體基板上沉積一第 一金屬膜； 在該第一金屬膜上沉積一第二金屬膜，其中該第二金 屬膜係一種子層； 在該第二金屬膜上形成一夾層絕緣膜； 在該夬層絕緣膜中形成一通孔，用以曝露該通孔内之 該第二金屬膜； 選擇性地成長於該通孔内之該第二金屬膜上以形成一 第三金屬膜之插頭； 利用圖案化該夾層絕緣膜成為該内連線外形以形成/ 圖案化夾層絕緣膜；及 自一由該第一金屬膜及該第二金屬膜所組成之多層膦 中利用蚀刻具有該插頭之該多層膜及將該圖案化夾層感 緣膜用作一遮罩來形成金屬内連線。 9.如申請專利範圍第8項之用以製造一半導體裝置之方法， 其中該第三金屬膜係以電鍍法成長。 1〇·如申請專利範圍第8項之用以製造一半導體裝置之方法， -2. O:\74\74478-911029.DOQ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 523868 A B c D 々、申請專利範圍 其中該第二金屬膜及該第三金屬膜係製自相同類型金 屬。 11.如申請專利範圍第8項之用以製造一半導體裝置之方法， 其中該第二金屬膜及該第三金屬膜係製自一含銅作為 一主要成分之金屬中，及 該第三金屬膜係利用電鍍在不具有黏附層夾於其間之 該第二金屬膜上來成長。 〇：\74\74478-911029.DOC\ 5 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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