TWI250608B - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

Description

1250608 九、發明說明 【交互參照之相關申請案】 本申請案係有關於同申請人、同樣申請中且與本案一起 申請之專利申請案編號第11/G48,215號“銅/低介電常數内

連線之 CxHy 犧牲層（cxHy Sacrificial Layer for Cu/Low-K

Interconnects)” 。本申請案亦有關於西元2〇〇4年i 1月J 〇 日申請的同申請人、同樣"中之專利申請案編號第 (TSM04_0369) “鑲叙結構之擴散阻障層 (Diffimon Barrier for Damascene 此⑽咖广。在此將這些 同申請人且同樣申請中之申請案一併列入參考。 一 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種半導體元件之製造，且特別是有關 於一種多孔性、低介電常數介電質之製造與製程。 【先前技術】 隨著半導體元件之密度的增加，以及電路構件之尺寸的 縮減，電阻電容（RC)延遲時間對電路性能的影響日益提升 為了降低電阻電容延遲’需將傳統介電質轉換成低；電常數 介電質。卩ϋ些低介電常數介電材料作^金屬介電質 (刪）以及内層介電f(ILD)，特別有其效用。然巾，低介電 常數材料在製程期間，特別在製作内連線之導電材料的 期間’會引發一些問題。 一般利用高能量之電漿蝕刻製程來圖案化並蝕刻導電 1250608 材料。由於低介電常數材料較軟、化學穩 孔性、或上述因素的任意組合，因此低介電-。 受電襞触刻損害。t漿損害本身可產生 車又“ α

之崩潰電壓、並造成低介電常 ^電抓、較低 變。 〶数；丨電材枓之介電常數的改 -種低介電常數材料的例子為摻雜碳 矽玻璃（Organ〇silicate Glass ; 〇Sf^。古拖 有械 ) 有钱秒玻璃薄膜诵當 至少包括SiwCxOyHz，J:中四僧之切叮目士 存膜通吊 接& & ，、中四知之矽可具有種種有機族群之 替代物。-種常用之替代物產生甲基石夕酸鹽

Use — ane ; MSQ)，其中甲基產生石夕甲燒（训叫鍵來取 ^石夕氧鍵。在光阻移除步驟中，#低介電常數介電質暴露在 处理電漿下時’電漿損害可能使得甲基由氳氧基所取代，因 而形成矽氫氧基（Silane^。 …丨、目前已察覺到有機矽玻璃材料之表面上的矽氫氧基鍵 曰劣化低，丨電吊’數介電薄膜之完整性。由於⑪氫氧基的存在 斤導致之種劣化之類型為低介電常數介電材料之介電常 =的增加。此外，亦察覺到受損之有機矽玻璃材料會吸收水 、、更進步，已察覺到劣化之低介電常數介電材料在暴露 於=式化學清洗期間，很難抵抗化學物之攻擊，如此將導致 低介電常數介電膜絕緣結構之關鍵尺寸（CD)產生相當嚴重 之損失。 另一種低介電常數材料的例子為多孔性介電質，例如上 用之陶氏化學（D〇w Chemical)的多孔性SILK產品與曰本合 橡知月又伤有限公司（JSR Corporation)之商品JSR 5 1 09。多 1250608 錄材料之介電常數為空氣 常數的組合。I例而▲ A …致在材科之介電 猜灿與斯〇geIs，=邦lhca)類之多孔隙性材料 衫n 在其孔洞或空隙中包含有大量之* 軋，因而可在孔洞小至5 工 於U5。 5細至1〇nm之間時，使介電常數低 ^如时碳介電質，多孔性介電f亦容 中所使用之電浆敍刻與灰化製程的損害。當介電質中= 可進入表面孔洞，因…=膜-屬化過程中的處理流體 增加。孔洞損傷亦可二/面， 性。 仏成表面從較佳之疏水性變成親水 置在1= 上示鑲介嵌:？之剖面示意圖。介電層12已設 填入後，介層窗孔!:二 溝渠Η向下延伸。當銅 連接兩導線層。由於銅之高擴散性與 在夕…再結合中心的趨勢，步驟進行時必須確件所有的 導入，此阻障中/#傳統上’大都藉助於阻障層18的 如第2圖所示襯在溝渠15與介層窗孔14之側壁上， …=上述，化學物質可能會穿透並進入低介電常數介電 貝 5進而導致其介電常數提升。低介電常數介電質之 損=成溝渠地面21與溝渠側壁23之表面粗化，如第^ 圖兵弟J所不。較為粗糙之表面意味著阻障層18之厚度 :权正：：度大’如第2圖所示，以確保無薄貼片讓銅移動 牙過車乂厚之Ρ且障層1 8將導致電阻電容延遲時間的增加而 1250608 相對地抵鎖掉低介電常數介電質之優勢。 如同上述，介電質損 潰電璧、以及低介雷曰較南之漏電流、較低之崩 於這肚盥i #門m ;ί逼吊數的改變。有鑑 的方法。 低W電吊數介電質製造 【發明内容】 本發明之目的就是在提供-種修補低介電常數介電質 之孔洞損傷或碳耗指，Α中與由m ，屯昂數"電貝 可解、…… 用本發明之較佳實施例， 了解决或防止上述或其他問題，並具有技術優勢。 本發明之一較佳實施例中，提一 造方法。此方法至少包括开H 種+導體元件之製 ^ G括形成低一介電常數介電層、形成一 凹陷特徵於低介電常數介電声中 ^ L , ㊉数"冤層中以及形成一碳氫化合物層 於上述之凹陷特徵内，其中形成碳氫化合物層之步驟至少包 括使具有碳-碳雙鍵之碳氫化合物前驅物產生化學反應。此 方法更包括形成一導電層於上述之凹陷特徵中，其中此導電 層f滿而溢出凹陷特徵。在較佳實施例中，前述之碳氫化合 物前驅物至少包括α_松油烯（alpha_terpinene ; ATRp广乙烯 (C^4)以及與通式為⑷相關之化學物 質。 替代之方式包括一種具有多孔性低介電常數介電層之 半導體元件的製造方法。此方法至少包括：形成一凹陷特徵 於多孔性低介電常數介電質層中，其中形成此凹陷特徵之步 驟包括利用一電漿製程；以及形成一碳氫化合物層於多孔性 1250608 ^勺電泰數；丨電夤層上，其中形成此碳氯化合物層之步驟至 、吏八有奴-奴雙鍵之碳氫化合物前驅物產生化學反 :八戈之μ轭例更包括將碳從碳氫化合物層擴散至多孔性 低’I電常數介電質層。 人 八他κ鉍例中，提供了一種在半導體製程中受損之低 數”層的修補方法。此方法至少包括··藉由利用電 曰凰化予孔相》儿積反應製程來反應前驅材料，以沉積-碳 二二物層於低介電常數介電層上，其中碳氫化合物層至少 ^ 於約20至約95原子百分比的碳、介於約5至約80 分比的氫、以及介於約0至約5原子百分比的氧。替 Si施例至少包括移除鄰近於窄介層窗開口之碳氫化合 以及形成一擴散阻障層至少位於碳氫化合物層上。 豆中Hi之另一些其他實施例中，包括-種半導體元件， 件係利用本發明所提供之實施例並進一步 此半導』之介電質孔洞所製成。在其他實施例中， 及一 包括·—主介電區，具有-主碳濃度；以 "電區位於主介電區上，其中此表面介電區之碳濃 度大於或等於主碳濃度之約95%。在又一… 中，卜汗+你人；丄 社 些其他貫施例 介電^上V面八 '數介電層至少包括一表面介電區位於主 J 表面介電區之碳濃度低於主碳濃度不超過約5 =的一點是’雖然在通篇專利說明書與申請專利 粑圍中使用專門術語之半導體材料層，利用 = 所產生之特徵不應永遠視為連續或不間斷之特徵。藉由 1250608 可分成不同且隔離之特 至少包括此半導體的一 本說明書之内容，將清楚此半導體層 徵（例如主動區），其中之某些或全部 部分。 以下將描述本發明之實施例的附加特徵與優點，這 加特徵與優點構成了本發明之中請專利範圍的課題。熟習 項技藝者應可了解到其可㈣地以所揭露之特施 基礎’來修正或設計其他結構或製程，以實現本發明= 的。熟習此項技藝者亦應可了解到，所描述之示範實施例中 ^類的等效架構與變化並不脫離如後时請專利範圍中所 提出的本發明之精神與範圍。 【實施方式] 以下將詳細討論本較佳實施例之操作與製造。然而，在 此所=之實施例與例子並非本發明僅有之應用或運用。在此 寸之特疋貝施例僅係製作或使用本發明之特定方式的 牛例虎明，並非用以限制本發明或後附申請專利範圍的 圍。 本發明是有關於一種半導體元件之製造，且特別是有關 於種多孔性、低介電常數介電質之製造與製程。這些低介 電韦數；|電層可包括許多薄膜或許多層，但實施例並不限於 itb能 二心。以下將以特定内容，即在鑲嵌製程中銅導線與介 曰固之製作’的較佳實施例來描述本發明。可相信的一點 疋 ▲本發明之實施例應用在此製程中時，將具有明顯優 勢更可相信的一點是，當本發明之實施例運用在其他關注 10 1250608 低介電常數介電層之性能的半導體製作應用上，亦具有其優 勢。更可相信的一點是，在此所描述之實施例將有利於其他 未特別提及之積體電路内連線的應用。因此，在此所討論之 特定實施例僅係用以說明製造與應用本發明之特定方法，並 非用以限制本發明之範圍。 見明 > 苐3圖，其係緣示欲依照本發明之較佳實施例 與示範鑲嵌製程來進行處理的—财間代表性之鑲喪結構 的剖面圖。第3圖所示係半導體之基材3(H，此基材3〇1可 例如至乂包括矽、絕緣層上有矽（s〇I)、功能性與邏輯元件、 其他内連線層、或其組合。以下為描述本發明之實施例的目 的，基材301至少包括内層介電層（ILD)以及導電内連線。 鑲嵌製程的詳細說明，Ba〇等人已在美國專利案編號第 6,248,665號以及美國專利申請案公開編號第2〇〇4/〇i2i583 號中加以描述，在此一併列入參考。 咕再次參照第3圖，第一蝕刻終止層3〇3位於基材3〇 i 上。低介電常數介電層305位於第一蝕刻終止層3〇3上，其 中此低電常數介電層3〇5亦稱為内金屬介電層（imd)、内 層介電層（ILD)或介電層。合適之低介電常數介電質包括摻 雜奴之一氧化石夕’亦稱為有機矽玻璃（〇rgan〇 siiicate Glass ’ OSG)以及碳氧化物。低介電常數介電層3〇5之較佳 厚度介於約5000A至約9000人之間，且較佳係經平坦化。 一、範之有枝低，丨電吊數材料包括聚芳基酉旨 ether)、氫矽酸鹽（hydr〇gen silsesqui〇x_ ; hsq)、含曱基 之石夕酸鹽（methyl siisesqui〇xane ; mSQ)、聚矽酸鹽 1250608 (polysilsesquioxane)、聚亞醯胺（p〇iyimide)、苯環丁烯 ‘ （benzocyclobutene ; BCB)、以及非晶系聚四氟乙烯 ' (amorphous polytetrafluoroethylene ; PTFE)(通常又稱鐵氟 龍，Teflon® )。適合本發明之方法的其他類型之低介電常 數材料包括氟矽玻璃（Fluorinated Silicate Glass ; FSG)，例 如摻雜氟之一甲基石夕酸鹽[fluorine-doped -(0-Si(CH3)2-0)-] ’ 以及棚填石夕玻璃（B〇r〇phosphosilicate 鲁 Glass ·’ BPSG)、侧石夕玻璃（Borosilicate Glass ; BSG)、與碟 石夕玻璃（Phosphosilicate Glass ; PSG)。 低介電常數介電層305亦可包括一種低介電常數介電 質，此種低介電常數介電質通常稱為超低介電常數（Extreme Low-k ; ELK)介電質。超低介電常數介電質一般具有低於約 2之介電常數，且這些超低介電常數介電質包括多孔性之介 電質。合適之超低介電常數介電材料可包括氮化矽、氧化 矽、旋塗玻璃（SOG)、電漿增益（PE)之四乙氧基矽曱烷 ⑩ （Tetraethoxysilane ; TE0S)、_化之氧化矽、以及氟矽玻璃。 其他更佳之超低介電常數介電質包括含有未反應且孔 洞生成之材料、或製孔劑（por〇gen)。將製孔劑加熱至高於 其分解溫度，而在介電質中形成孔洞。舉例而言，陶氏化學 (Dow Chemical)之多孔性SILK產品與日本合成橡膠股份有 限公司（JSR Corporation)之商品JSR 51〇9為合適之商用低 介電常數前驅物，其中這些低介電常數前驅物係利用有機母 體材料（Organic Host Material)。在較佳實施例中，低介電 常數介電質至少包括希普勵（Shipley)公司所提供之商用 12 1250608 /ON M低介電常數内層介電質。ZIRKON™低介電常數内 層介電質係一種以含曱基之矽酸鹽（MSQ)為基礎材料與散 佈在溶劑丙二醇單甲基醚酯（PGMEA)中之丙烯酸 高分子聚合物系統之奈米微粒製孔劑之混合。另 種替代之較佳超低介電常數包括電漿增益化學氣相沉積

Slw〇xCyHz ’因為不論其有或沒有製孔劑，均具有達成^ < 2的可能性。

,#乂佺係利用傳統之旋轉塗佈機來沉積低介 s系數内層’丨冑負。待沉積後，較佳在垂直爐管巾進行部分 之t復以交互連結母體，其中溫度介於約25至3⑽。◦之 間。ZIRKON™低介電常數内層介電f之製孔劑的衰減開始 於約275 C，且完全衰減發生在約45〇它。 請參照第4圖’其係繪示第3圖之中間半導體元件經進 步开y成非等向性蝕刻之中間雙重金屬鑲嵌結構85後的側 :剖面圖。在此中間之雙重金屬鑲嵌結構85中，係由介層 窗104與上方之溝渠1〇6所構成之凹陷特徵。 製作第—雙重金屬鑲嵌結構85時，係先利用微影圖案 化以及非等向性蝕刻，來形成介層窗1〇4穿過低介電常數介 電層305、以及至少一部分之第一蝕刻終止層3〇3。接下來， 利用相似之製程來進行微影圖案化與非等向録刻，以形成 溝渠106穿過第一蝕刻終止層3〇3、以及部分之低介電常數 介電層305。這些步驟形成溝渠1〇6位於且圍繞在介層窗… 之上方。可了解的一點是，溝渠1〇6可包圍一或多個介層窗 104’溝渠106與介層窗104可形成於不同之堆疊介電層中， 13 1250608 =:二同之堆疊介電層之間形成有另，刻終止 二士:二“吊數介電層3G5之表面可包括其他凹陷之特徵， 例如溝朱86’以容納更多内層導電層。 2應用在鑲嵌製造方法中之電㈣刻會傷及低介電 吊數；丨電質。在第人 a中低"電常數介電層305之損傷由

八；a V面可看出。值得注意的—點是，這樣的損傷延伸至溝 ，86與溝渠106 t側壁以及介層冑104之側壁。如以上所 提广知可包括表面粗糙、受損之孔洞、打開之表面孔洞以 及石厌耗扣…般而言’溝渠受損之狀況較介層窗嚴重。 、見了參妝第5圖，並根據較佳實施例，較佳係利用電漿 增盈化學氣相沉積方式來使碳氫化合物之前驅物產生化學 反應，藉以沉積碳氫化合物層307，其中此碳氫化合物層307 至 >、包括CxHy。合適之碳氫化合物前驅物包括具有充分之 揮發性的化學物質，如此一來，這些化學物質可在反應容器 中形成蒸氣。較佳之前驅物為經取代之己烷衍生物α_松油 細（Substituted Hexane Derivative a -terpinene ； ATRP)[(CH3)2CHC6H6CH3]或乙烯（c2H4)。替代之前驅物包括 α-松油烯同源物（α _terpinene Anai〇gs)，其中α甲基由直鏈 烧基’即與通式（CH3)2CHC6H6-CnH2n+1相關之化學物質，所 取代。另一些替代之前驅物包括任何其他碳氫化合物，較佳 是具有碳-碳雙鍵之碳氫化合物。在溝渠深度約2000A時， 碳氫化合物層307之厚度通常約介於約40A至約50A之間。 電漿增益化學氣相沉積製程較佳係包括惰性載氣，例如 氦氣。氦氣之流量可介於約25sccm至約lOOOOsccm之間， 1250608 車乂 it係”於約5〇sccm至約5〇〇〇sccm之間。基材之溫度介 於約25°c至約400°C，且較佳係介於約125°c至約35〇。〇之 間。射頻功率密度介於約50W至約2500W，且較佳係介於 約50W至約1500W。在沉積製程中，反應器壓力介於約 lOOmTon：至約1G()()()mT()]：r之間，較佳係介於約⑽^ 至約80〇〇mTorr之間。 根據本發明，碳氫化合物層3〇7較佳係至少包括：介於

、、、勺2〇至約95原子百分比的碳；介於約0至約5原子百分比 =氧；以及介於約5至㉚80原子百分比的氣。在薄膜之沉 * 1私，月間，文控制之主要製程變量為射頻功率、前驅物流 率、反應器壓力以及基材温度。 在某些情況下，碳氫化合物層3〇7之建立可部分阻隔窄 凹fe特试，例如介層窗1〇4，的開啟。除非移除阻礙，否則 將會妨礙導體沉積於介層窗⑽中，因而導致元件之性質下 :’例如電阻電容延遲。因此’本發明之實施例可進一步包 ::啟之介層窗104進行金屬形成前之清潔步驟。此金屬 〜則之清潔步驟包括在約25°c至35G°C下進行小於約1 刀鐘之氬/氫或氫電漿清潔處理。 沉積石”—替代實施例中’係利用原子層沉積(則)方式身 牲％厌^化合物層3〇7。在沉積碳氫化合物層307於窄凹Η 積：’例如介層窗1〇4，之側壁上時，較佳係採用原子層沒 π， 曰^有回度之共形特性，而不會阻隔窄南 且對乍特徵具有良好之穿透性。

同Χ上所4，在傳統製程中，—種低介電常數介電I 15 I25〇6〇8 經卢审系使低；l電$數介電層表面粗化。中請人發現傳統上 均方過之；1電貝層在溝渠1G6底部的平均表面粗化值之 補牛驟：13·89Α。在至少包括Cxiiy層之沉積的孔洞密封修 步驟後，溝準翻^卜 t .1§ . 算木粗化之方均根值降至&73A。分析後之結果 二’碳耗損受損層可藉由CxH〆覆蓋而適當地恢復其 兔含量的程度。 車又佳貫施例之結果繪示於第6圖中。低介電常數介電層 之平順表面代表具有經封住之孔洞的修補表面。 據本&月之佳貫施例’碳自碳氫化合物層術擴散 :介電常數介電層305中，因而在低介電常數介電層3〇5 面上形成虽含碳之區域3()5,。為方便起見，在低介電 吊數介電層305中之碳分布’在主介電區内稱為主碳程度， 人。表面"電區則稱為甬含碳之程度。虛線以距低介電常數 "電層305之表面x的距離畫過低介電常數介電層如，而 圖不出低介電常數介電層3〇5中的富含碳之區域3〇5，。 〜此一擴散過程形成經碳調節之區域3〇9鄰近於低介電 吊數介電層305之溝渠側壁’其中經碳調節之區域3〇9的厚 度為：。“交佳係介於約3〇〇人至5〇〇A之間。根據本發明之 較佳實施例’經碳調節之區域3〇9可部分修補由傳統溝渠蝕 刻或電漿處理所造成之碳消耗的損傷。當依照所述之較佳實 施例來沉積碳氫化合物4 3G7時，χ之厚度一般係介於約 300Α至500Α之間。 在含碳之低介電常數介電質的傳統處理中，低介電常數 表面通常會產生碳的消耗一般而言，鄰近於表面介電質之 16 1250608 厌辰度下降至主介電質之碳濃度以下約5%至約⑽。然 :人在山本發明之較佳實施例中，相對於主介電質之碳濃度， 田：厌之區域3〇5’的碳濃度下降小於約5%。換言之，傳統 程會從低介電常數介電質消耗表面之碳超過約5%，因 而降低表面之碳濃度至小於其原來濃度㈣㈣。較佳實 施例將碳濃度復原至其原來濃度之至少約95% 。 較佳係利用溫度介於約3〇(rc至約4〇〇t：2熱處理，來 移除任何之CxHy層殘餘。—般而言，這樣的熱處理可輕易 =整合至另一製程中。舉例而言，銅鑲嵌製程通常包括氫電 浆處理’藉以從超低介電常數介電質移除水氣，或者在銅線 之縮減中移除氧化鋼（Cu〇x)。這類步驟通常係在足以移除 CxHy層殘餘的情況下進行。在所有之c而層殘餘移除後， 可進行傳統製程來完成鑲嵌結構。 現請參照第7圖，將阻障^ 116全面性地沉積在第6 °中]元件上。阻卩早層116之厚度較佳係約為1 〇A至1 〇〇A 之間且此阻障層116可阻障銅的擴散。阻障層i丨6可包括 金屬氮化物，例如氮化鈕（TaN)、氮化鈦（TiN)、氮化鎢（WN)、 氮化铽（TbN)、氮化釩（VN)、氮化鍅（ZrN)、氮化鉻（CrN)、 碳化鎢（wc)、氮化鎢（WN)、碳氮化鎢（WCN)、氮化鈮（NbN)、 氮化鋁（A1N)及上述材料之組合。在其他實施例中，阻障層 11 6包括鈕/氮化鈕雙層結構。 可利用物理氣相沉積（PVD)、化學氣相沉積（CVD)、電 漿增益化學氣相沉積(PECVD)、或電漿增益原子層沉積 (PE ALD) 4技術來形成阻障層丨丨6。在較佳實施例中，阻障 !25〇6〇8 層116包括氮化* ’且係利用原子層 阻障層11 ό。 〃刀八木/儿檟 替代之實施例可進—+ a h 層m與其上方之導體層二：：層二未：示)介：阻障 之間的附著。此黏著層較佳係可:曰:；：#各層 佳係少於約_。：著 == 為 料包含由·)、组:、:包括:广層材料層 ㈠鋼合金、上述材料之氮化：(=_)、_)、 一、， 十芡虱化物、及上述材料之組合。 ’儿積導體層之别’先利用例如物理 式選擇性地沉積晶種層__)(未二: 至700Α之連續層於晶圓之處理表面Π 體。-〜之導電表面’以利在電化學沉積製程中沉積鋼主 學、、冗ΓΐΓ照第7圖’待轉層116沉積後，利用傳統電化 =製程電鍍導體層31。，以填滿溝渠86、雙重金屬鑲嵌 ’厂106、與介層窗104,並形成位於溝渠平 :::::二度填充)，其中導體層™

相、沉積：:、:=真：方法’例如物理氣相沉積W 能力，因此較佳係具有優異之填隙與階梯覆蓋 體層…實;1= 積銅。在#代實施例中，導 及上述材料之合金化合物。 肖〜合物、 18 1250608 較佳係運用化學機械研磨（CMP)來平坦化導體層3i〇至 第8圖所示之程度。在另-替代實施例中，電研磨或日過載縮 減可用來取代化學機械研磨或與化學機械 此替代實施例中，可同時進行化學機械研磨與二在 上述之本發明之實施例僅為示範例並非用以限制本發 :之範圍，且對於熟習此項技藝者而言，各種變型為顯而易 見’而包括本發明之特徵之這些變型落在本發明之範圍盥所 附申睛專利範圍中。雖然、本發明之實施例及其優點已詳細描 =如然應該了解到的—點是’在不偏離后附中請專利範 所U之本發明的精神與範圍了 ’當可在此進行各種改 變、取代以及修正。 而：，此項技藝者將可輕易地了解到在此所描 ;、言夕特试功此、製程及材料可在本發明之範圍内變 明^卜’本申請案之範圍並非用以將本發明之範圍限制在 所描述之製程、機械、製造、物質成分、手段、方法 2 Y驟的特定實施例中。任何在此技術領域中具有通常知 :將可輕易從本發明之揭露中了解到，現存或日後所發 實之可與上述之對應實施例執行實質相同之功能'或達到 之結果的製程、機械'製造、物質成分、手段、方 ^广’均可依據本發明來加以應用。因此，所附之申請 方法：：係用以將這類製程、機械、製造、物質成分、手段、 去或步驟涵括在其範圍内。 圖式簡單說明 19 1250608 為了更完整了解本發明及其優點，請參照上述輔以所附 圖示所作之說明。其令，所附之圖示包括： 第1圖與第2圖係繪示半導#; > 士 y由Μ β山& 亍¥體το件在傳統鑲嵌製程中之 中間步驟的剖面圖，其中圖示屮柄 口丁出低介電常數介電質表面的損 傷。 第3圖係繪示依照本發明一 一 &仏實施例的一種半導體 元件在示範鑲嵌製程中之中間步 一 』ν驟的剖面圖，其中此半導體 元件包括含碳及/或多孔性介電質。 第4圖係繪示本發明一較佳 一 平乂住只施例之剖面圖，其中進一 步圖示出電漿及/或餘刻製程之損傷。 第5圖係繪示本發明一較每 Ψ ^ ^ ^ 1土灵^例之剖面圖，其中圖示 出石厌虱修補層的沉積。 第6圖係繪示本發明一較 山αv 只施例之剖面圖，其中圖示 出經修補之低介電常數介電層。 口 第7圖係繪示本發明一較佳 出尚未妳化風嬙# ^ 之剖面圖，其中圖示 出予機械研磨平坦化之前的結構。 第8圖係繪示本發明—較 屮經化學機妯m命τ 只她例之剖面圖，其中圖示 出、，工化予钱械研磨平坦化後之 數介電層。 構以及昌含碳之低介電常 在不同目$巾之相對應圖號 之部分，除非另有彳t # m - r ' 般係表示相對應 乃坷払疋。圖不係繪示成 … 例之相關方面’而無需依比例繪示。-是圖例較佳貫細 主要元件符號說明 20 1250608 11 :導線層 14 :介層窗孔 1 8 :阻障層 23 :溝渠側壁 86 :溝渠 106 :溝渠 301 :基材 305 :低介電常數介電層 307 :碳氫化合物層 12 :介電層 15 :溝渠 2 1 ··溝渠地面 85 :雙重金屬鑲嵌結構 104 :介層窗 11 6 :阻障層 3 03 :第一蝕刻終止層 3 05’ ：富含碳之區域 310 :導體層

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Claims (1)

1250608 十、申請專利範圍 1· 一種半導體元件之製造方法，至少包括： 形成一低介電常數介電層； 形成一 ^特徵於該低介電常數介電層中； 形成一灰氫化合物層於該凹 人仏> η 特破中，其中形成該碳 氫化合物層之步驟至少包括化學 山斤 »山# 入 反應一石反氫化合物前驅 物，该妷虱化合物前驅物具有一碳-碳雙鍵；以及 形成-導體層於該凹陷特徵中，其中該導體層填滿該 凹陷特徵。 2.如申睛專利範圍第丨項所述之半導體元件之製造 方法，其中形成該碳氫化合物層於該凹陷特徵之步驟包括 利用一電漿增益化學氣相沉積製程。 3 ·如申請專利範圍第2項所述之半導體元件之製造 • 方法，其中該電漿增益化學氣相沉積製程包括·· 設定一基材溫度至介於實質125 °C至實質350 °C之 • 間； 設定一電漿增益化學氣相沉積反應器壓力至介於實 質500mTorr至實質8000mTorr之間；以及 設定一電漿增益化學氣相沉積反應器功率至介於實 質50W至實質1500W之間。 22 1250608 4 ·如申請專利範圍第1項所述之半導體元件之製造 方法，其中形成該破氫化合物層於該凹陷特徵内之步驟包 括使用一原子層沉積製程。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之半導體元件之製造 方法，其中該低介電常數介電層至少包括一材料，且該材 料係選自於實質由有機石夕玻璃（OSG)、侧填石夕玻璃 (BPSG)、硼矽玻璃（BSG)、磷矽玻璃（PSG)、聚芳基酯 (polyarylene ether)、氫矽酸鹽（HSQ)、含甲基之矽酸鹽 (MSQ)、聚石夕酸鹽（p〇lySilseSqUi〇xane)、聚亞醯胺 (polyimide)、苯環丁烯（BCB)、聚四氟乙烯（PTFE)、氟矽 玻璃（FSG)、多孔性氧化物、多孔性氮化物、製孔劑、及 其組合所組成之一族群。 6·如申請專利範圍第1項所述之半導體元件之製造 方法，其中該碳氫化合物前驅物至少包括一材料，且該材 料係選自於實質由α-松油烯（ATRP)、乙烯以及與通式 (CH3)2CHC6H6-CnH2n + 1相關之化學物質所組成之一族群。 7 ·如申請專利範圍第1項所述之半導體元件之製造 方法，其中該碳氫化合物層至少包括： 介於實質20至實質95原子百分比的碳； 介於實質5至實質80原子百分比的氫；以及 介於實質0至實質5原子百分比的氧。 23 1250608 :生-種利用申請專利_ 1項之方法製造之半導 體兀件，其中該低介電常數介電層至少包括·· 一主介電區，具有一主碳濃度；以及 一表面介電區位㈣主介電區上，其中該表面介電區 之-碳濃度低於該主介電區之該主碳濃度不超過實質5 9. 一種具有多孔性之低介電常數介電層之半導體元 件的製造方法，至少包括： 形成一凹陷特徵於該多孔性之低介電常數介電層 中，其中形成該凹陷特徵之步驟包括利用一電漿製程； 形成一碳氫化合物層於該多孔性之低介電常數介電 層上，其中形成該碳氫化合物層之步驟至少包括化學反應 石厌氫化合物前驅物，該碳氫化合物前驅物具有一碳_碳 雙鍵；以及 將碳自該碳氫化合物層擴散至該多孔性之·低介電常 數介電層。 10. 如申請專利範圍第9項所述之具有多孔性之低介 電常數介電層之半導體元件的製造方法，其中該碳氫化合 物前驅物至少包括一材料，且該材料係選自於實質由I 松油烯（ATRP)、乙烯、與通式相關 之化學物質、及其組合所組成之一族群。 24 1250608 11.如申請專利範圍第9 + #批人+㈡ 貝所述之具有多孔性之低介 電吊數”電層之半導體元件的 &人ρ I化方法，其中形成該碳氫 化合物層之步驟包括使用一 辽 使用原子層沉積製程。

12·如申請專利範圍第 電常數介電層之半導體元件 物層至少包括： 9項所述之具有多孔性之低介 的製造方法，其中該碳氫化合 介於實質20至實質95原子百分比的碳； 介於實質5至實質80原子百分比的氳；以及 介於實質0至實質5原子百分比的氧。 13.如申清專利範圍第12項所述之具有多孔性之低 介電常數介電層之半導體元件的製造方法，其中該碳氫化 合物層實質包含： 介於實質2〇至實質95原子百分比的碳； 介於實質5至實質80原子百分比的氫；以及 介於實質〇至實質5原子百分比的氧。 14.如申請專利範圍第9項所述之具有多孔性之低介 電常數介電層之半導體元件的製造方法，其中該多孔性之 低介電常數介電層至少包括一材料，且該材料係選自於實 質由有機矽玻璃（OSG)、硼磷矽玻璃（BPSG)、硼矽玻璃 (BSG)、石粦石夕玻璃（PSG)、聚芳基酯（polyarylene ether)、 25 1250608 氫矽酸鹽（HSQ)、含甲基之矽酸鹽（MSQ)、聚石夕酸鹽 (polysilsesquioxane)、聚亞醯胺（p〇lyimide)、苯環丁烯 一 （BCB)、聚四氟乙烯（PTFE)、氟矽玻璃（FSG)、多孔性氧 化物、多孔性氮化物、製孔劑、及其組合所組成之一族群。 15· —種利用申請專利範圍第9項之方法製造之半導 體元件，其中該半導體元件更至少包括： φ 一主介電區，具有一主碳濃度；以及 一表面介電區位於該主介電區上，其中該表面介電區 之一碳濃度大於或等於該主碳濃度之實質95% 。 16· —種利用申請專利範圍第9項之方法製造之半導 體元件，其中該半導體元件更至少包括： 一孔洞，為該碳氫化合物層所封住，其中該碳氫化合 物層實質上係由介於實質2〇至實質95原子百分比的碳、 _ ’丨於貝貝5至實質80原子百分比的氫、以及介於實質〇 至實質5原子百分比的氧所組成； 一主介電區，具有一主碳濃度；以及 表面彳電區位於該主介電區上，纟中該表面介電區 之一碳濃度大於或等於該主碳濃度之實質95% 。 17·種L補半導體元件製程中所造成之低介電常 數介電層之損傷的方法，至少包括： 利用t漿增盈化學氣相沉積反應製程來反應一前 26 1250608 驅物質，以沉籍一 積厌虱化合物層於該低介電常數介電層 ，/、中該碳氫化合物層至少包括·· 介於實質20至實質95原子百分比的碳； 介於實質5至實質80原子百分比的氫；以及 介於實"至實質5原子百分比的氧； 移除鄰近於—窄介層窗之—碳氫化合阻礙物；以及 形成擴散阻障層至少位於該碳氫化合物層上。 18.如中請專利範圍第17項所述之修補半導體元件 、紅中所造成之低介電常數介電層之損傷的方法，更包括 一電漿蝕刻製程。 19·如申請專利範圍第丨7項所述之修補半導體元件 製程中所造成之低介 a 二 低’丨電吊數介電層之損傷的方法，其中該 刖驅物質至少包括一材料，且該材料係選自於實質上由 C2H4、（CH3)2CHC6H6CH3、與通式（CH3)2CHC6H6-CnH2n+1 相關之化學物質、及其組合所組成之一族群。 ，20_如申請專利範圍第17項所述之修補半導體元件 製程中所造成之低介電常數介電層之損傷的方法，其中該 :介電常數介電層^包括一材#，且該材料係選自於實 質上由有機矽玻璃、硼磷矽玻璃、硼矽玻璃、磷矽玻璃、 水芳基酯（p〇lyarylene ether)、氫矽酸鹽、含曱基之 矽I鹽（MSQ)'聚矽酸鹽（p〇lysilsesqui〇xane)、聚亞醯胺 27 1250608

(polyimide)、苯環丁烯（BCB)、聚四氟乙烯（PTFE)、氟矽 玻璃（FSG)、多孔性氧化物、多孔性氮化物、製孔劑 (porogen)及其組合所組成之一族群。 28