TW527694B - Manufacturing method of damascene copper metal interconnection - Google Patents

Description

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發明領域： 鑲嵌式銅金屬内連線 種適用於半導體基底 之製作方法 之鑲嵌式銅 本發明係有關於一種 。本發明特別是有關於一 金屬内連線之製作方法。 發明背景： 增及電路元件之尺寸設 性（electrical ，以期達到更好的傳輸 普遍以铭金屬製成，然 減，内連線之元件數量 w inter connect ion) 新一代積體電路中之應 應用的另一個原因。 高傳導性，高延展性、 性使得銅金屬内連線具 能積體電路的需求，遂 的新寵。不同於鋁金屬 形式製作，下文即配合 知銅金屬内連線的製作 隨著高性能積體電路之需求曰 5十曰盈縮小，對於金屬内連線導電 conductivity)的要求也越來越高 效率。傳統上半導體元件間的導^線 而隨著積體電路元件之尺寸日益縮 亦持續增加，窄内連線引線（narr〇 大里應用的結果亦限制了 |呂金屬在 用。鋁金屬遍高的電阻也是阻礙其 相對於鋁及其合金，銅金屬的 低電阻常數、高電子遷移阻抗等特 有較快的傳導速度，非常符合高性 成為製作兩性能積體電路之内連線 内連線’銅金屬内連線係以鑲嵌的 第1A至第1C圖之流程剖面圖說明習 方法。 首先睛參見第1A圖，一半導體基底1〇〇，如一矽基底 ，其上可形成任何所需之半導體元件，此處為了簡化起見 ’僅以一平整的半導體基底1〇〇表示之。在此半導體基底 1〇〇上依續形成一介電層112及一抗反射層116，其中介電

五、發明說明（2) 層"2可由如氧化矽、氮化 酸鹽等材質形成。接著以適當;^石夕破續或四乙氧基石夕 抗反射層1 16中形成具有内描技術於介電層1 12及 孔118b之鑲嵌式開口 118。次溝乜（trenCh) ll8a與接觸

請參見第1 B圖，飛士、 . A 口 118内，並且延伸屬層⑵以填人鑲嵌式開 120與介電層丨12之間的附’，'表面。為加強銅金屬層 覆蓋鑲嵌式開口之阻障# ( 可^在填入銅金屬前形成一 的形成。 手廣（未顯不於圖中）再進行銅金屬層 最後請參見第1C圖，對銦么愿 磨（CMP)，將鑲嵌式開之们二〇進行化學機械研 磨至抗反射層完主移心1 止8外金屬層移除’並繼續研 12〇a。 ，、為止’即侍一鑲嵌式銅金屬内連線 上述傳統製程中，由於p 中的研除速度非常相近由：=層和介電層；CMp過程 屬内連線及介電声厚ft 局部過度研磨造成銅金 整個積體電路如第1C圖所示)’而影響 古& 一& % 本發明即針對此一問題提出一解決 备’ 層與抗氧化層之間增加一研磨控制層，以避 屬内連線的厚度不平均：因匕度研磨而導致所形成之銅金 發明目的及概述： 插锂t t目的係提供一種半導體製程技術’特別是一 内連線之製作方法，以有效解決傳統製程 、’5 内連線厚度不平均的問題。本發明之方法亦適用 麵 第5 1 0503-67881^ ； TSMC2001-0461 ； Isabelle.ptd 527694 發明說明（3) 嵌式⑷al damascene)銅金屬内連線之製程。本發 制屏，# — 你；丨电增興抗反射層之間增加一研磨控 制層係甶三甲暴矽甲烷Urimethyl silpnp 甲土夕甲烧、〇 、及He以化學翁相 游府Μ, ϋ子孔相，儿積法形成。由於上述 研磨控制層之CMP研除速度魴始；5斛尻〆 <々广 疋没竿乂抗反射層緩慢許多，呈有拉 近各區域研除速度且進一步 、 ，所形士、々加八庶& # ^避充局# ^域過度研磨的功能 以因而具有平均厚f。舉例來說， 為抗；射層的氮氧切、常作為介電層™、及 本發明之研磨控制層相較，. ^ CMP日寸，其研除速度為：氮氧 退订

®。 乳乳化石夕層為1126 A/min、TEOS 層為846 A/min、本發明之研磨批。 n i々 μ保控制層為約30 A/min 〇 丁办❿人 π l4. ^ 寸做 及優點能更明顯易懂，垃 附圖，特舉一實施例作詳細說明如下。接 圖不間皁說明： 第1 Α至弟1 C圖係習知鑛嵌4 流程剖面圖。 鑲t式鋼金屬内連線製作方法之 第，第2C圖，據本發明鑲嵌式銅金屬内 方法之一只細> 例的流程剖面圖。 作 符號說明： 100、20 0〜半導體基底； 112、212〜介電層； 2 1 4、2 1 4 a〜研磨控制層； 11 6、2 1 6〜抗反射層； 118、218〜鑲嵌式開口；

527694 五、發明說明（4) 1 1 8 a、2 1 8 a〜内連線溝槽； 、218b〜接觸孔； 220〜銅金屬層； 、220a〜銅金屬内連線 118b 120、 120a 實施例： 第2 A至第2C圖係依據本發明鑲嵌式銅金屬内連線製作 方法之一實施例的流程剖面圖。 首先請參見第2A圖，一半導體基底2〇〇，其上可形成 任何所需之半導體元件，此處為了簡化起見，僅以一平整 的半導體基底200表示之。在此半導體基底2〇〇上依續形成 一介電層212、一研磨控制層214、及一抗反射層216，並 以適當的蝕刻技術於其中形成具有内連線溝槽（trench) 218a與接觸孔218b之鑲後式開口 218。其中，半導體基底 20 0可為一矽基底；介電層212可由如氧化矽、氮化矽、硼 磷矽玻璃或四乙氧基矽酸鹽等材質形成；研磨控制層2 1 4 之厚度為100至500A，係利用三曱基矽曱烷、四曱基石夕曱 烧、〇3、及He在20至500 Torr、25至400 °C之環境下反應 而成，其中三甲基矽甲烷、四甲基矽甲烷之流速為10〇至 1 0 0 0 0 seem，03 流速為 100 至 1〇〇〇 sccni，He 流速為 10 至 1 0 0 0 seem ;抗反射層216可為厚度300至1200A之氮氧化 石夕層。 請參見第2B圖，形成一銅金屬層220以填入鑲嵌式開 口 218内，並且延伸於該抗反射層表面。為加強銅金屬層 220與介電層212之間的附著力，可在填入銅金屬前形成一

0503-6788TW ； TSMC2001-0461 ； Isabelle.ptd 第7頁 527694 五、發明說明（5) 伋蓋鑲肷式開口之卩且障声 """'' 的形成。 曰未顯示於圖中）田 县仏# a ". 再進行銅金屬層 最後請參見第2C圖，對鈿人 〃銅金屬> 磨，將鑲嵌式開口 2 1 8外 5孟屬層22〇進行 抗反射層完主移除為卜，銅孟屬層移除， +機械研 金屬内連線220a。、值得’ J得-具有平岣厚二'續研磨至 制層214a殘留在介=，的是，此時可鑲嵌式銅 入 田隹；丨電層212之上 H月匕有部份研磨控 ’丨電吊數小於3，並不會影響 疋由於研磨控制層之 需被完全移除。 ^ 層的介電功能，因此不 雖然本發明已以實施例 本發明，任何熟習此技藝者:^ :然其並非用以限定 内，舍可作f ^ ^ κ 在不脫離本發明之精神範圍 之申請專利範圍所界定者為準…之保“圍當視本案

0503-6788TW ； TSMC2001-0461 ； Isabelle.ptd

Claims (1)

1. 527694 六、申請專利範圍 I 一種鑲嵌式銅金屬内連線之製作方法，適用於半導 體基底，包括下列步驟： 在上述半導體基底上依續形成一介電層、一研磨控制 層及，抗反射層’其中該研磨控制層具有較該抗反射層 低之化學機械研磨研除速度； =該介電層、該研磨控制層、及該抗反射層中形成具 =$線溝槽與接觸孔之開口，其中該介電層中之開口 鑲嵌式開口； ^形成—銅金屬層以填入該鑲嵌式開口内，並且延伸於 该抗反射層表面；及 =行化學機械研磨’直至該鑲嵌式開口外之銅金屬層 /、以几反射層完全移除為止，得一鑲嵌式銅金屬内連線。 制从七如申请專利範圍第1項所述鑲嵌式銅金屬内連線之 ^作方法，其中該研磨控制層係利用三甲基矽曱烷、四 基石夕甲烧、03、及He在20至50 0 T〇rr、25至4〇〇。〇 其中，=甲燒、四甲基石夕甲烧之流速為 10 5 inno SCCm 3 桃速為100 至 1 0 0 0 sccm，He 流速為 1 0 至 1 0 0 0 seem 〇 f作範圍第1項所述鑲後式銅金屬内連線之 1作方法’其中该研磨控制層之厚度為⑽至5〇〇A。 制作4方t申：i c:圍第1項所述鑲嵌式銅金屬内連線之 製作方法，其中該介電層之材 之 矽玻璃或四乙氧基矽酸鹽。勹虱化/ y硼磷 5.如申請專利範㈣1項所”μ銅金屬内連線之 0503-6788TWF ： TSMC2001-0461 ； Isabelle.ptd $ 9頁 527694 六、申請專利範圍 製作方法*其中該抗反射層之材質為氮氧化石夕。 之 制作6方m利範圍第1項所述鑲嵌式銅金屬内連線 製作 ：、中該抗氧化層之厚度為300至12〇〇 A。 制作7方m ϊ ”第1項所述鑲嵌式銅金屬内連線之 式銅金屬内連線包括雙鑲嵌式銅金 8.如申請專利範圍第丨項所述鑲嵌式銅金屬内連線之 製作方法，其中該半導體基底為矽基底。 9 · 一種鑲肷式銅金屬内連線之製作方法，適用於半導 體基底，包括下列步驟： 於上述半導體基底上形成一介電層； 於该介電層上形成一研磨控制層，係將三甲基矽甲 烷、四甲基矽甲烷、Os、及以以化學氣相沉積法，其反應 壓力為20至500 Torr、反應溫度為25至400 °C之環境下反 應而成’三甲基矽甲烷、四甲基矽甲烷之流速為1〇〇至 0503-6788TWF ； TSMC2001-0461 ； Isabelle.ptd 第10頁 1 0 000 seem，03 流速為 100至 1 0 0 0 sccm，He 流速為 10 至 1000 seem ； 於該研磨控制層上形成一抗反射層； 於該介電層、該研磨控制層、及該抗反射層中形成具 有内連線溝槽與接觸孔之鑲嵌式開口； 形成一銅金屬層以填入該鑲散式開口内，並且延伸於 該抗反射層表面；及 進行化學機械研磨，直至該鑲欲式開口外之銅金屬層 與該抗反射層完全移除為止，得一鑲搬式銅金屬内連線。 3Z/0V4 六、申請專利範圍 I 0 ·如申請專利範圍第9項 製作方法，其中該研磨控制層之 II ·如申凊專利範圍第9項 製作方法，其中該介電層之材質 矽玻璃或四乙氧基矽酸鹽。 貝 12·如申請專利範圍第9項所 製作方法，其中該抗反射層之材 13·如申請專利範圍第9項所 製作方法’其中該抗氧化層之厚 1 4 ·如申請專利範圍第9項所 I作方法’其中该銀嵌式銅金屬 屬内連線。 1 5 ·如申請專利範圍第9項所 製作方法，其中該半導體基底為 迷鑲嵌式銅金屬内連線之 厚度為100至500A。 述鑲嵌式銅金屬内連線之 為氧化石夕、氮化矽、硼石粦 述鑲嵌式銅金屬内連線之 質為氮氧化矽。 述鑲嵌式銅金屬内連線之 度為3 0 0至1 20 0 A。 述鑲嵌式銅金屬内連線之 内連線包括雙鑲嵌式銅金 述鑲嵌式銅金屬内連線之 石夕基底。

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