TWI255545B - Semiconductor device including metal interconnection and metal resistor and method of manufacturing the same - Google Patents

Description

1255545 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種半導體元件的製造方法，且特別 ；種具有黾性連接至金屬内連線(interconnection)的 金屬電阻之半導體元件及其製造方法。 【先前技術】 "近年來隨著有線及無線通訊系統的快速發展，用來處 里顯比或疋此合的訊號的SOCOystem-onAip)半導體元件 =没汁也有長足的進步。就其本身而言，該半導體元件之 私阻間需有絕佳匹配特性(matching characteristics)。 圖1為習知一種具有電阻特性之半導體元件的電路 圖。 士請麥照圖1，電阻11及電阻13之間具有絕佳的匹配 特性，其用來提升傳統半導體元件之操作特性(〇perating characteristics)。更明確的說，電阻u及13的圖案必須製 造成一模一樣來擁有絕佳的匹配特性。最重要的是在這些 電阻的阻值在電阻形成之後不會受到半導體元件製程的影 響。 傳統的半體元件的電阻是由多晶石夕(p〇lySiHc〇n)或 是以該半導體上的主動區域(active regi〇n)來形成的。然 而，控制由這類電阻所提供的阻值卻是很困難的，因為要 非常精確的形成電阻圖案是很困難的。而且電阻圖案的特 性在電阻形成之後也很容易受到其他半導體製程的影響。 有鑑於此’為了克服因使用多晶矽化合物及利用半導體主 5 13669pifl .doc 1255545 動區域所形成之電阻所產生的限制條件，各種金屬電阻的 應用就相繼產生了。例如，japanese patent Laid_0pen

Publication No· 2002-231891，專利名稱”Method of

Manufacturing Semiconductor Device”，申請日期 2002 年 8 月16日，其揭露一種連接到鋁合金層之金屬電阻的製造方 法。 、 …、 孟屬黾阻在南品質（high quality)半導體元件製 造中仍有問題存在。例如，一個典型高品質半導體元件， 具f多層電路，在其多層間需進行電性連接，而此電性連 接是經由延伸在各層間的接觸窗開口 (c_ct h〇ie)來進行 f結。但是要在各層上的及金屬電阻隨得有效連 的。例如，接觸窗開口係以钱刻製程形成，而 可能在形成接觸窗開口時受到嚴重破壞，甚至 的問=至4係緣示將金屬電阻與接觸窗連接時可能面臨 請參照圖2為-種典型多層半導體 =义穿透第—絕緣層21之第—金屬内連 41上‘層21上形成保護層4卜錢，在伴错声 上形成金屬電阻50。接 隹俅叹層 蝕刻終止層45，1覆罢f征-在孟屬琶阻5〇上形成一 接著，在在㈣中ϋΓΓΛ超過第一金屬内連線31。 對第二絕緣層25麵細緣層25。然後’ 故接觸窗開口 27及29穿^成接觸固開口 27及29。 牙過乐二絕緣層25。接觸窗開口 27 I3669pifl.doc 6 1255545 係對準第一金屬内連線，另一接觸窗開口 29，則是用來連 接金屬電阻50及第一金屬連接線31。 進行一蝕刻製程，以裸露出金屬電阻50上的蝕刻中止 層45，如圖2所示。此時，第一接觸窗開口 27與第二接 觸窗開口 29具有相同的蝕刻深度。然而，由於必須藉由接 觸窗開口 27讓金屬内連線31的表面曝露出來。因此，必 須更進一步的進行蝕刻，請參照圖3，蝕刻將一直進行到 第一接觸窗開口 27曝露出來為止。接著，持續進行蝕刻製 程，以選擇性的移除蝕刻中止層45。所產生的結果是，第 二接觸窗開口 29開始裸露出金屬電阻50。 在蝕刻中止層45移除之後，第一接觸窗開口 27所曝 露出來的是保護層41而非金屬内連線31。因此，必須在 更進一步的進行蝕刻，直到第一金屬内連線31曝露出來為 止。該钱刻製程將嚴重的侵钱已曝露的金屬電阻50。其結 果是金屬電阻50經蝕刻曝露出來的部分53，將因受到蝕 刻而變薄甚至於完全被移除。 請參照圖4,在第一接觸窗開口 27及第二接觸窗開口 29中分別形成第一接觸窗37及第二接觸窗開口 39。之後， 在第二絕緣層25上形成第三絕緣層28。接著，在第三絕 緣層内形成第三金屬内連線35，以連接接觸窗37及39。 第二金屬内連線35係透過第二接觸插塞39電性連接至金 屬電阻變薄的部分53。雖然，第二接觸窗39和金屬電阻 50金屬電阻50變薄部分53的主表面接觸，但是，卻有大 量電流從接觸窗39流入金屬電阻50的側邊部分55。 7 13669pifl.doc 1255545 效面H在第二接觸窗39和金屬電阻50之間的有 、、里电流被限制住了，而電流卻集中在金屬帝 部分55和接觸局部溫度上升，而使得側邊 阳心拉Γ 間的接觸失敗。在此例中，金屬- :=^39之間的電性連接的可靠度變差， 發生。因此，在形成接觸窗27及29 = 二5:文懷蝕’但是在實務上是很難做到的。 每平^八Γ 料體元財金屬電阻之片電阻是 二 姆’ΐ至更高。為了讓該元件 1000Α。% %金屬層的厚度不能超過 ^^^^^(contact failure) 〇 50 開口 2?及29,蝕刻的深声朽阴疋况，為了形成接觸窗 說’如果金屬電阻50不夠薄二更:f广姓。換句話 不夠高。 1其所提供的電阻能力將 題的^在半導體元件中金屬電阻的使用將受到這些問 【發明内容】 的金屬’電：m::種具有電性連接至金屬内連線 其在=====半導細製造方法， 逆接丁，不會侵蝕或移除金屬 13669pifl.doc 8 1255545 電F且。 —依據本發明之-觀點，提出—種半導體元件，其包括 緣層中_質金屬内連線、—覆蓋並保護該金屬 “連線的覆蓋層(capping layer)以及一金屬冑阻，其透過覆 盍層中的開口與金屬内連線表面接觸。 依據本發明的另一觀點，提出一種半導體元件，其包 柯一金f内連線、—覆蓋於金屬内連線上的絕緣層、-電 接觸自及一金屬電阻，其中電性接觸窗穿過絕緣層且電 ，接金屬内連線。其巾，金屬電阻係在絕緣層上延 和電性接觸窗接觸。 該半導體元件也可能包括_配置在絕緣層 疋，金屬電阻的材料和金屬_絕緣體金屬 ^土的 電極的材料是相同的。 〜裔的上、下 依據本發明的又一觀點，提出一種半導 方法。此方法係形成'絕緣層，並於絕緣層中；的：， :層金屬内連線。接著，於絕緣層上形成〜以-= 盖層覆蓋並保護下層金屬内連線，之後，於覆。中= —開口，以搜ΜΑΗ; 風層中形成 於费芸Μ擇性曝鉻出下層金屬内連線的表面。其後， 線表面接觸。 以、下層金屬内連 依據本發日㈣再—齡H種㈣體元件 / 。it方法係先形成一絕緣層，再於絕緣 '" 皙笛一丁®入研 々甲形成一銅 、下曰至屬内連線及一銅質第二下層金屬内連線。然 13669pif1.doc 9 1255545 心於該絕緣層上形成-覆蓋層，該覆蓋層用以覆 下敎屬内連線及該第二下層金屬内連線。ΐ後 屏=覆盖層上形成一開口，此開口選擇性曝露出第-下 曰主屬内連線表面，並於覆蓋層上形成一金 下 屬電阻透過該開口與該第— ，邊金 後，形成一第缘岸:層至屬内連線表面接觸。然 3觸窗―峰該接觸窗穿過第二絕緣層：成= 於電性接_。 M —上層金屬内連線電性連接 關於本發明的另—觀 首先形成-絕.，絲认μ料¥體製造方法， 全屬內、… 接於絕緣層中形成-銅質第-下展 至屬内連線及-銅質第二下？下層 層上形成—覆蓋芦 ^蜀内連、，泉。然後’於絕緣 屬内連線及第-二人用以覆蓋並保護第—下層金 開口，此開口選擇性曝霖 上形成 接下來，於覆蓋層上形成二入=下層至屬内連線表面。 第-下層金屬内連線表面接；蜀:後此==過開口與 案化以形成-金屬·絕緣體^ 屬層進行圖 -金屬電阻，此金屬 中的-金屬電極和 層金屬内連線接觸。二^_電；且透過該開口和第-下 阻及金屬-絕二+形成一弟二絕緣層覆蓋金屬電 一介層窗插容器中的金屬電極。以及，形成 觸。接下來，形成—上=二下層金屬内連線接 而且，形成下層電性連接於該接觸窗。 孟屬内縣的方法包括，於絕緣層中 i3669pifl.doc 10 U55545 ^ ^ ^>巨 芯 後，斜鋼入行形ΐ::層，以填滿溝渠。然 4 屬内t線呈現出如溝渠的形狀。 金屬電随之材：：，材貝為乱化石夕和碳化石夕其中之-。而 化合物所組2二選自欽、氣化欽、组、氛化纽及i石夕紐 線可以是銅厚矢鮮。此外，電性接觸窗及上層金屬内連 、’σ ¥且可採用金屬鑲嵌製程來形成。 和全屬=屬f極(eleetIOde)可以是電m的上電極，呈俜 -形;，也就一^ 延伸，以作為帝六哭中此=，覆盒層係在上電極的下方 可於覆蓋層的下電極。例如， 二下層金屬㈣線。 卜下層金屬内連線及第 極。=二出？法更包括於覆蓋層上形成-下電 層。貝知例中，在下電極上方係形成一不連接的介電 同一 _和金屬電阻係同時形成’例如由 二二屬f所產生的電容器中之下電極。在此-耐， 和下電極相對。 且上毛極形成於介電層上並 括η明的另—觀點，提出-種半導體製造方法包 α 、ΐ層，於絕緣層中形成—銅質第—下層金屬内 連'、泉、-銅質第二下層金屬内連線及一銅質第三下層金屬 13669pifidoc 11 1255545 以覆蓋並保護第—^層巴金】内蓋層，此覆蓋層用 2第:三下層金屬内連線，並於覆層Ϊ屬内連線 弗開口選擇性曝霖出第一 乐開口， 後，於覆蓋層上形成—金屬下曰孟屬内連線表面。然 層進行圖層金屬内連線表面接觸。接著，對 電極和「金屬-絕緣體·金屬電容器中二 一開口和第一下厣全 矛弟一至屬電阻透過第 層覆蓋第—金接觸。接下來，形成一介電 下電極。接I电 至Μ系巴緣體·金屬電容器中的第 ⑽接者’於絕緣層覆 4的弟- 二開口使得第二全 皿料成一弟二開口，此第 成-金屬上-朽岛 面曝露出來，此介電層上形 下層金屬内連線表面接觸。^透if弟二開口與該第二 ，形成—上電極，此上層電、丄:错=對上電極層進行圖 第二金屬電阻，此第^ 口下電極相對，並形成一 金屬内連線接觸。之後過第二開口和第二下層 電阻和上電極。繼之 1二弟二絕緣層覆蓋第二金屬 窗，此電性接觸窗和巴緣層形成-電性接觸 成—上層金屬内連線内連線接觸。以及，形 關於本發明的另==性接觸窗。 括形成-金屬内連線丨種半導體製造方法包 然後，穿過絕緣層形成〉層覆蓋金屬内連線。 連接於金屬内連線上。接觸自，此電性接觸窗電性 ’於絕緣層上形成—金屬電阻， 13669pifl.doc 12 1255545 此至屬電，和電性接觸窗接觸。 括/ΠΓ1以是由鋼所喊。在此個案中，此方法更和 至_禮上形成1蓋層覆蓋並 (零——)的表面，並於覆蓋層 ：： 接觸窗體表面曝露出來。 ⑽開〇轉 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更 易憧，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖 ’:、 說明如下。 【實施方式】 以下各實施例係為本發明的應用於各種非揮發 胞之製作方法的範例之_，然其僅為舉例之用，並非用己^ 限定本發明。 4 第一實施例_ 首先，请參照圖5，在第一絕緣層π〇中形成下層金 屬内連線210及230。第一絕緣層11〇係形成在一半 基底100上，在半導體基底和第一絕緣層11〇之間具有用 以冲呆作半導體元件(例如是電晶體）的元件。該半導體元 件可能是一個用以處理類比或是混合訊號之s〇c半導趲 元件。一般來說，基底100較上層的部份是由一層介電爲 所組成。該較上層部份還可能包含一鑲嵌導體或是導線的 内金屬介電層（inter mental dielectric，IMD)或層間介電展 (mterlevel dieletric，ILD)。因此，半導體基底1〇〇上可包含 半導體晶片、形成在半導體晶片上的主動及被動元件、絕 緣層及導體層。在任何的案例中，所謂在基板上，，較上層部 13669pifi.doc l2s5s45 h可此思指半導體晶片上最南的那一層’像是絕緣層及導 發層。 相同的，第一下層金屬内連線210指的是那些和金屬 電阻連接的金屬内連線。第二下層金屬内連線230指的是 遷過介層窗（via contact)連接到上層金屬内連線的金屬内 連線。這些下層金屬内連線210及230可能是經由鑲嵌製 程所形成的銅質金屬内連線。例如，在基底上形成第一絕 緣層110之後，在第一絕緣層110上形成一溝渠ηι，藉 由電鍍(electroplating)的方式在第一絕緣層11 〇上形成一銅 層（copper layer)並將溝渠111填滿。在這個案例中，銅層 的下方可能配置一金屬阻障層（barrier)及晶種層（seed layer)。隨後，利用化學機械研磨法(chemicai mechanical polishing, CMP)使銅層平坦化，以可得到金屬内連線21〇 及 230。 這些下層金屬内連線其電阻很低，只有1〇7μΩ · μηι， 有很好的導電性，但是該銅層很容易受到空氣的破壞。特 別是這些下層金屬内連線210、230，當他們曝露在空氣中 很容易被氧化或是受到污染。 接著，請參照圖6，因上述銅質金屬内連線易受空氣 破壞，於下層金屬内連線210及230之上形成一層覆蓋層 300,可防止氧化與污染。覆蓋層300可能是由一些絕緣材 料所組成，例如是氮化矽(silicon nitride, SiN)或是碳化石夕 (silicon carbide，SiC)。而覆蓋層300的厚度大約只有幾百 人，因為其功能是用來保護下層金屬内連線，使其不會曝 14 13669pifl.doc 1255545 露在空氣中。 然後’請參照圖7，對覆蓋層300進行選擇性敍刻， 以形成開口（window)301，使得第一下層金屬内連線21〇 表面曝露出來。此開口 301用來連接金屬導體及第一下層 金屬内連線210。因此，開口 301只形成在第一下層金^ 内連線210上。 9 之後，請參照圖8，在覆蓋層300上形成一厚度約3〇 到1000A金屬電層，以和第一較低金屬内連線21〇表面接 觸。此一金屬電阻層之材質係選自鈦(titanium)、氮化鈦 (titanium nitride)、组(tantalum)、IU匕叙(tantalum)及氮矽钽 化合物(tantalum silicon nitride)等所組成之族群。該金屬電 阻層在製作上越薄越好，才能提供更高的電阻能力。該金 屬電阻層形成的厚度最好是在500A甚至更薄，例如是3〇a 到300A之間。厚度少於5〇〇人的金屬電阻4〇〇，其電阻能 力較傳統上利用多㈣或是半導體元件上絲區域所形成 的電阻要高的多。 接下來，請參照11 9，金屬電阻400的圖荦是經由微 影及敍刻的製程精確的製作出來。此微雜刻的製程可以 使用，也可以錢騎罩幕來進行。而且，金屬電阻· 不：麵續製程的影響。換言之，在金屬内連線的形成 =會有局溫熱製程’而影響到圖案中導線的寬度或是金屬 电阻的特性。因此，金屬電阻糊的阻值可精確到所設計 ，电阻的阻值。故，具有此翻性之金屬電阻的製造非常 間易，而且卿成的半導體元㈣操作具轉常高的可靠 13669pifl.doc 15 1255545 度。 金屬 1電=糊的圖案可以用纟達到所需要的電阻值。 二糾、圖11A’金屬電阻的圖樣可以被製造成直線 ==阻451，，請參照圖仙在第―下層金屬内連 ^ ^間產生—連串彎曲狀(bends)或是波浪狀㈣㈣⑽ 白j電阻453。金屬電阻453擁有—連串f曲狀的圖樣 比直線形圖樣的金屬電阻451擁有較高的電阻能力。 匕後’請參照圖ίο ’形成有一第二絕緣層15〇覆蓋在 金屬電F且400之上。料，穿過第二絕緣層15〇形成有一 介層窗開π 15卜介層窗開口⑸是對準第二下層金屬内 連線230而形成的。因此，在形成介層窗開口 Μ〗時，金 屬電阻400不會遭受到任何的侵蝕或是被移除。 、以钱刻‘程形成接觸窗開口 151時，覆蓋層3〇〇可作 $-蝕刻中止層。就上所述，覆蓋層300是由^化矽或是 碳化石夕所形成的，其和用以形成第二絕緣層150的氧化石夕 ΓΓ具f高則選擇性。因此，本發明捨棄使關2到圖 4中先前技術所使用的蝕刻中止層。 在接觸自開口 151形成之後，在接觸窗開口 151填滿 ^成接觸自插基(c〇ntactplug)51〇。接觸窗51〇的材料可以 是銅或鎢，這裡較佳的是使用銅。 1、/接下來，形成有一第三絕緣層190覆蓋住接觸窗51〇, &後運用鑲嵌製程在第三絕緣層19〇中形成一第二溝渠 之後’形成有一上層金屬内連線590填滿第二溝渠 元成了整個多層半導體元件結構(multi_layerecj 16 13669pif1.doc 1255545 semiconductor device structure)。此——警太a ,, iL 例中，g 内連線590跟下層金屬内連線210及23〇 上層金屬 所形成，較佳使用的是銅 屬 —樣，可由金 身二實施例 絕緣 第二實施例中，在金屬 (metal-insulator-metal，MIM)電容器上之電 $ 、金賡 電阻也隨之形成。也就是，不需要額外的沉時，金屬 程。 /貝ϋ圖案化製 請參照圖12，如同圖5到圖7中所推述，二 製程於第一絕緣層110中形成下層金屬二連'纟灸屬鑲嵌 230。在下層金屬内連線21〇和23〇形成的同時泉2i〇和 即將要形成的位置上形成下電極25〇。也就是^兒在電容器 第一溝渠ill時，同時形成第三溝渠115，，在形成 層以巧溝渠in及115，接著，對鋼層進行平㈣成銅 後，如同上述圖6所描述，於第一絕緣層^ 形成一覆蓋層300,且在覆蓋層30〇中形成一開口 3之^ 下來，於覆蓋層300之上形成上電極層41〇，其透 H 材料有很多種，例如於第—實施例中金屬電阻之 貝係選自鈦、氮化鈦、组、氮化㉟及氮雜化合物所組 成之^^群。 然後，請參照圖13，將上電極層41〇圖案化成金屬電 阻400及上電極411。配置在上電極411和下電極250間 13669pifl .doc 的设盍層300被 接薯做為邊電容器的介|层 钱者，睛苓照圖14 _ 層。 屬電阻4〇〇和上電極4ιι二弟—絕緣層150,以覆蓋金 —接觸窗510及上層金屬;圖H)所描述，形成 電容器ή二4屬電阻係在形成金屬_絕緣體-金屬 程於第I:5 ：7所描述，藉由金屬鑲嵌製 後，形成' ΪΪ 成下層金屬内連'線210及现。然 便小成一層覆蓋層3〇〇，1 — …、 述，接著，於霜罢厚如π ，、形成方式如弟一貫施例中所 開口朗*第LH尸，成一 τ電極層420，並透過 μ 420 6^4-μ Η 土⑽内連線210接觸。下層金屬電極 層：，料和第-實施例中的金屬電阻相同。 16’將下層金屬電極層圖案化以 4⑻和下電極421。下電極421形成的位置 為形成黾谷器的位置。 。然後，請參照圖17，形成一層介電層423，以覆蓋下 電極42^。接下來，將電極材料沉積於介電層423上，以 形成上電極層，之後，對上電極層進行圖案化，以形成上 電極425。至此，完成一金屬_絕緣體_金屬電容器。 接下來，請參照圖18，形成第二絕緣層15〇 ,以覆蓋 金屬電極425。隨後，如圖10所述，形成接觸窗510及上 層金屬内連線590，以電性連接第二下層金屬内連線23〇。 13669pifl.doc 1255545

山 •參照圖19，如同圖5到圖 嵌製程於第一絕緣層11〇令形中所描述，使用金屬镶 230。在下層金屬内連線21〇和=下層金屬内連、線2】〇和 下層金屬内連線251形成於之，成的同時，有一第三 接著，如圖6所述，於絕緣層i^容器所要形成的位置。 隨後’於覆蓋層3〇〇之中之_上形成覆蓋層3〇0。 第三下層金屬内連線251表面？第-開口 303，並使得 金屬電極4M，可使用多種全=出來。接下來，形成-一開口 303和第三下層金屬内=極材料所形成，透過第 形成並覆蓋下層電極43卜4綠接觸。之後’介電層433 層ί %，，％’介電層切和配置於其下之覆蓋 ，依次亚選擇性的進彳 设孤 3。1，使第-下>全屬丄J刻，由此形成—第二開口 著，於八千a θ、，内連線210表面得以曝露出來。接 之第成上電極層43〇,並與曝露出來 限，可=ti t線接觸。如同第一實施例中之金屬電 知及，:％極層的材料係選自鈦、氮化鈦、纽、氮化 一及氣独化合物等所組成之族群。 屬下來’杯照圖21，上電極層430被圖案化形成金 ^阻400及上層電極435。因此，由上電極435、下電極 屬於兩者間之介電層433所形成的金屬'絕緣體-金 要:叩就元成了。此實施例中，金屬電阻4⑻形成的位 罝和上電極435相同。 13669pifl.doc 1255545 再則，請參照圖22，有一第二絕緣層150形成並覆蓋 金屬電阻400及上電極435。接著，如同圖10所述，形成 一接觸窗510及上層金屬内連線590。 第五實施例 第五實施例中，金屬電阻在下層電極和金屬-絕緣體-金屬電容器中的上電極形成期間形成。 圖23為依照本發明第五實施例所繪示之金屬電阻電 性連接至金屬内連線之傳統多層半導體元件製造流程剖面 圖。 請參照圖23，如同圖5到圖7所述，使用金屬鑲嵌技 術於第一絕緣層110中形成下層金屬内連線210和230。 在下層金屬内連線210和230形成的同時，有一第三下層 金屬内連線251形成於之後電容器所要形成的位置。第四 下層金屬内連線也同時形成。隨後，請參照圖6,於第一 絕緣層110上形成一覆蓋層300。 接著，於覆蓋層300中形成第一開口 303，使第三下 層金屬内連線251表面曝露出來。同時，於覆蓋層300中 形成第二開口 301，使第一下層金屬内連線210表面曝露 出來。之後，請參照圖17所述，有一下層電極層形成，透 過第一開口 303和第三下層金屬内連線251接觸，透過第 二開口 301和第一下層金屬内連線210接觸。接下來，下 層電極層被圖案化形成第一金屬電阻43Γ和下層電極 431 ◦接著，介電層433形成並覆蓋下層電極431 ◦ 然後，請參照圖20，對介電層433進行選擇性蝕刻， 20 13669pifl.doc 1255545 形成第三開口 305使第四下層金屬内連線27〇曝露出來。 接下來，一上電極形成，透過第三開口 305和第四下層金 屬内連線270接觸。之後，上電極層被圖案化形成金屬電 阻435和上電極435。因此，金屬電阻435,及431，構成一 多層電阻(multMayered resist〇r)，且能和金屬_絕緣體-金屬 電谷态之上電極435及下電極431同時形成。 孕最後，請參照圖22所描述，有一第二絕緣層15形成 並復盍第一金屬電阻435’和上電極435。接著，請參照圖 1〇所述，形成接觸窗5丨0及上層金屬内連線590。 第六實施例 圖24為依照本發明第六實施例所繪示之金屬電阻電 性連接至金屬内連線之傳❹層半導體讀製造流程剖面 第六實施例巾’金成於 連 直接連接於接觸窗插塞。 U ' -一 Si圖24，如圖5中所描述’藉由金屬鑲嵌製程; 弟一、、、巴、、象層110形成下層金屬内連線210及23〇。狄而 Γ:Γ屬，”10形成在之後和金屬電阻接鱗 置=後明麥照圖6所述，在第一絕緣層11〇之上形 -覆盍層。此貫施例中，t蓋層的功能被當作第一蝕 止層330使用。如圖1〇所述，於第—敍刻中止層別^ ::有-第二絕緣層15〇。下一步，以第—餘刻；… 作為關的終點進行㈣製程，形成—穿 曰⑸ 13669pifl.doc 21 1255545 1IL白！接觸窗開口151和第二接觸窗開口i55。而第- 厚全和第二接觸窗開口155’分別使得第二下 ^蜀内連線230和第一下層金屬内連線21〇表面曝露出 分別ϊί 妾觸窗510和第二接觸窗515在形成同時， 一接觸窗開口 151和第二接觸窗開口 15 ^二1Q和515可由金屬所形成，例如是鎢。然而，如果 =自51〇和515是由銅所形成，如圖7中所 成開口 301於圖6中的覆蓋層3〇〇中。 曰形 接著，於第二絕緣層15G上形成—金屬電 且之材質係選自鈦、氮化鈦、组、氮化纽及氮抑 全;電:之:：接下來，金屬電阻如皮圖案化形成 至屬電阻400,直接接觸於第二接觸窗515上。

2蓋層30G被採用，請參照圖8，金屬電阻4圖 中開口 301和第二接觸窗515直接接觸。 Q 擇性的絕緣㈣，此絕緣㈣和之後形叙第 氮化矽相關。 巴、、象層的 接下來，請參照圖10所描述，於第二餘刻中止 形成第三絕緣層190。之後，在第三絕緣層⑽内；成一 溝渠191，對準第一接觸窗510形成。記住，對第三絕緣 層190進行触刻形成溝渠191，是以第二餘刻中止層州 作為關中止點。也就是說，此_製程—直進行^欲曝 13669pifl.doc 22 1255545 的/ 1中層被移除為止。接著，失日” FI ! 所述，在第一接觸窗上形 接者Μ圖10 在本發明的層屬内連線590。 的全屬八Γ，連接到金屬内連線或是接觸窗 。至屬甩阻，疋在金屬内連 ]自 成。因此，這個方法可以、觸固形成之後才形 或是介n Γ 成接_所需之介層窗開口 以=屬電阻及金屬内連線之間可穩定且可 電阻二因^可使用非常薄之金屬層來形成金屬 5 # ,牛例木5[，金屬層的厚度在30A到500A之間，甚 可以知運’该金屬電阻的電阻能力相當高。 ^於此，金屬電阻可用來取代多晶㈣阻 Μ,可制在社動元件佔據大部 :訊=度(S_1—^ 被主動70件佔翻區域可大幅度的減少。 ㈣更說，錢€_難《職之後很難去 义,疋因為金屬電阻並非隨著金屬内連線的形成而形 而疋在半‘體元件製程中高溫熱製程結束之後才形成 的。因此，金屬電阻提供與設計相符的電阻能力，而且類 比元件之匹配特性可被清楚了解。 、 取後丄雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並 g用以限^本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明 之精，^乾圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明 之保濩祀圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 23 13669pifl.doc A255545 圖 圖 為習知—種具有電阻特性之半導體元件的 電路 圖2至圖4為習知—錄人士人 ，、、 件的製造流程剖面圖。3有至屬電阻之多層半導體元 阻，：5二圖:2依如、本發明第—實施例所繪禾之金屬電 圖电性連接至μ内連線之半導體元件的製造流程剖面 ，11Α至圖11Β係依照本發明所 導體元 金屬電阻的平面圖。 曰] 命^ Η至圖14為依照本發明第二實施例所繪示之金屬 ^剖=連接至金屬内連線之傳統S層半導體元件製造流 電阻依照本發㈣三實㈣所料之金屬 程刊面^連接i屬内連線之傳統多層半導體元件製造流 勺日Ϊ / 9至圖2 2為依照本發明第四實施例所繪示之金屬

兒性連接至金屬内連線之傳統多層半導體元件製造流 剖面圖。 K 、固23為依如、本發明第五實施例所緣示之金屬電卩且電 ^連接至金屬内連線之傳❹層半導體元件製造流程剖面 、圖24為依照本發明第六實施例所繪示之金屬電咀電 性連接至金屬内連線之傳統多層半導體元件製造流程剖= 圖。 24 13669pifl .doc 1255545 【主要元件符號說明】 10、 100 :基底 1卜 13 : 電阻 21、 25、 28 、 110 、 150、190 :絕緣層 27 > 29、 151 > 155 :接觸窗開口 31 > 35 > 210 、 230 、251、270、590 :金屬内連線 37 > 39 ^ 510 、 515 :接觸窗 41 ： 保護層 45、 330 、350 :餘刻中止層 50 ： 金屬 電阻 53 ： 電阻 .變薄部分 55 ： 電阻側邊部分 111 、115 、191 :漢 :渠 250、411、421、425、43卜 435 :電極 301、303、305 :開口 300、330 :覆蓋層 300、423、433 :介電層 4〇〇、431，、435’ ：金屬電阻 410、420 :電極層 451 :直線形金屬電阻 453 :彎曲狀或波浪狀金屬電阻 25 13669pifl .doc

Claims (1)

1255545 十、申請專利範圍： 1. 一種半導體元件的製造方法，包括： 於一基底上形成一絕緣層； 於該絕緣層中形成一銅質下層金屬内連線層； 於該絕緣層上形成一覆蓋層，以覆蓋並保護該下層金 屬内連線； 於該覆蓋層上形成一開口，以選擇性暴露出該下層金 屬内連線的上表面；以及 於該覆蓋層上形成一金屬電阻，該金屬電阻藉由該開 口和下層金屬内連線的上表面接觸，其中 沒有金屬内連線或接觸窗從該金屬電阻上方與該金屬 電阻電性連接。 2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件的製造方 法，該下層金屬内連線包括： 於該絕緣層中形成一溝渠； 於該絕緣層上形成一銅層並填滿該溝渠；以及 對該銅層進行平坦化製程，直至該絕緣層表面曝露出 來為止，藉此該下層金屬内連線如該溝渠的形狀。 3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件的製造方 法，於該絕緣層上形成該覆蓋層之材質係選自材質包括氮 化矽和碳化矽所組成之族群。 4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件的製造方 法，在該絕緣層上形成金屬電阻之材質係選自鈦、氮化鈦、 组、氮化鈕及氮碎鈕化合物所組成之族群。 26 13669pifl.doc 1255545 5. —種半導體元件的製造方法，包括： 於一基底上形成一絕緣層； 於該絕緣層中形成一銅質第一下層金屬内連線及一銅 質第二下層金屬内連線； 於該絕緣層上形成一覆蓋層，該覆蓋層用以覆蓋並保 護該第一下層金屬内連線及該第二下層金屬内連線； 於該覆蓋層上形成一開口，該開口選擇性曝露出該第 一下層金屬内連線表面； 於覆蓋層上形成一金屬電阻，該金屬電阻透過該開口 與該第一下層金屬内連線表面接觸； 形成一第二絕緣層覆蓋該金屬電阻； 形成一電性接觸窗，該接觸窗穿過該第二絕緣層和該 第二下層金屬内連線接觸；以及 形成一上層金屬内連線電性連接該電性接觸窗，其中 沒有金屬内連線或接觸窗從該金屬電阻上方與該金屬 電阻電性連接。 6. 如申請專利範圍第5項所述之半導體元件的製造方 法，形成該電性或上層金屬内連線，包括使用一金屬鑲被: 製程形成一銅層。 7. —種半導體的製造方法，包括： 於一基底上形成一絕緣層； 於該絕緣層中形成一銅質第一下層金屬内連線及一銅 質第二下層金屬内連線； 於該絕緣層上形成一覆蓋層，該覆蓋層用以覆蓋並保 27 13669pifl.doc 1255545 護該第一下層金屬内連線及該第二下層金屬内連線； 於該覆盍層上形成一開口，該開口選擇性曝露 一下層金屬内連線表面； σ μ 於覆蓋層上形成—金屬層，該金屬層透 第-下層金屬喊線表面接觸； ^口㈣ 對該金屬層進行圖案化，以形成一金屬' 電容器中的-金屬電極和—金屬電阻，該金屬電 屬電阻透過，開π和該第—下層金屬内連線接觸； 升V成第一纟巴緣層覆蓋該金屬電阻及該金屬_絕峻體_ 金屬電容器中的金屬電極;以及 蜀心“ 二也成連接接觸窗插塞體(c_ection c_⑽b 穿 過違第二絕緣層，以盘 一 成一上層金屬層屬連線接觸，並形 中 s 、、、包性連接該連接接觸窗接觸窗體，其 電阻電:::内連線或接觸窗從該金屬電阻上方與該金屬 8·如申請專利範圍第7項 t對該金屬層進行圖案化=奴+V體元件的製造方 谷器中的上電極。 乂成該金屬·絕緣體-金屬電 9·如申請專利範圍第8項 、… / 更包括形成一下電極，今W之半導體元件的製造方 並與咳上電極相對，以使該严^笔極配置於該覆蓋層下方 屬電容器中的介電材料。^蓋層作為該金屬-絕緣體-金 1〇·如申請專利範圍第9 、所述之半導體元件的製造 13669pifl.doc 1255545 方法，該下層金屬電極和該第一下層金屬内連線及該第二 下層金屬内連線係同時形成。 11. 如申請專利範圍第8項所述之半導體元件的製造方 法，更包括於該覆蓋層上形成一下電極，該下電極和該上 電極相對，並於該下電極上形成一介電層。 12. 如申請專利範圍第7項所述之半導體元件的製造 方法，對該金屬層圖案化形成該金屬-絕緣體-金屬電容器 的一下電極。 13. 如申請專利範圍第12項所述之半導體元件的製造 方法，更包括在該下電極上形成一介電層，和於該介電層 上形成一上電極，該上電極和該下電極相對。 14. 一種半導體的製造方法，包括： 於一基底上形成一絕緣層； 於該絕緣層中形成一銅質第一下層金屬内連線、一銅 質第二下層金屬内連線及一銅質第三下層金屬内連線； 於該絕緣層上形成一覆蓋層，該覆蓋層用以覆蓋並保 護該第一下層金屬内連線、該第二下層金屬内連線及該第 三下層金屬内連線； 於該覆蓋層中形成一第一開口，該第一開口選擇性曝 露出該第一下層金屬内連線表面； 於該覆蓋層上形成一下電極層，該下電極層含有金 屬，係透過該第一開口與該第一下層金屬内連線表面接觸； 對該下電極層進行圖案化，以形成一金屬-絕緣體金 屬電容器中的一下電極和一第一金屬電阻，該第一金屬電 29 13669pifl .doc 1255545 阻透過該第一開口和該第一下層金屬内連線接觸； 形成一介電層覆蓋該第一金屬電阻及該金屬-絕緣體-金屬電容器中的第一下電極； 於該介電層和該覆蓋層中形成一第二開口，以選擇性 裸露出該第二金屬内連線之表面； 於該介電層上形成一上電極層，該上電極層包含金 屬，係透過該第二開口與該第二下層金屬内連線表面接觸； 對該上電極層進行圖案化，以形成一上電極，該上電 極和該下電極相對，並形成一第二金屬電阻，該第二金屬 電阻透過該第二開口和該第二下層金屬内連線接觸； 形成一第二絕緣層覆蓋該第二金屬電阻和該上電極； 穿過該第二絕緣層形成一電性接觸窗，該電性接觸窗 和該第三下層金屬内連線接觸；以及 形成一上層金屬内連線電性連接該電性接觸窗，其中 沒有金屬内連線或接觸窗從該第一金屬電阻及該第二 金屬電阻上方與該第一金屬電阻及該第二金屬電阻電性連 接。 15.—種半導體元件的製造方法，包括： 形成一金屬内連線； 形成一絕緣層覆蓋該金屬内連線； 形成一穿過該絕緣層之電性接觸窗，該電性接觸窗電 性連接該金屬内連線；以及 於該絕緣層上形成一金屬電阻，該金屬電阻和該電性 接觸窗接觸，其中 30 13669pifl.doc 1255545 沒有金屬内連線或接觸窗從該金屬電阻上方與該金屬 電阻電性連接。 16. 如申請專利範圍第15項所述之半導體元件的製造 方法，形成該電性接觸窗的方法包括在該絕緣層中形成一 銅層。 17. 如申請專利範圍第16項所述之半導體元件的製造 方法，更包括： 在該絕緣層上形成一覆蓋層，該覆蓋層覆蓋並保護銅 質電性接觸窗表面；以及 於該覆蓋層中形成一開口，該開口裸露該銅質電性接 觸窗之表面。 18. —種半導體元件，包括： 一第一絕緣層； 一第一下層金屬内連線及一第二下層金屬内連線’配 置於該第一絕緣層中； 一覆蓋層’覆蓋該第一絕緣層’並有一第一開口及一 第二開口，以分別暴露出該第一下層金屬内連線及該第二 下層金屬内連線；以及 一第一金屬電阻，於該覆蓋層上延伸，並透過該覆蓋 層中之該第一開口及該第二開口分別與該第一下層金屬内 連線及該第二下層金屬内連線的上表面接觸，其中 沒有金屬内連線或接觸窗從該第一金屬電阻上方與該 第一金屬電阻電性連接。 19. 如申請專利範圍第18項所述之半導體元件，其中 31 13669pifl.doc 禾—金屬電阻之材 _起化合物所组自鈦、氮化欽、纽、氡化组及 2〇·如申过蚩 导。 該第專利乾圍第19項所述之半導體元件，並中 21、1電阻的厚度在30A到1000A之間。 /、 該覆^°申請專利範圍第18項所述之半導體元件，其中 2纟之材貝係選自氮化碎和破化梦所組成之族群。 該第·如申請專利範圍第18項所述之半導體元件，其中 綠a 金屬電阻的形狀為一連串的波浪狀(undulations)或 弓曲狀(bends)。 言亥第·如申請專利範圍第18項所述之半導體元件，其中 A罘—金屬電阻的形狀包括直線形。 括· 24·如申請專利範圍第18項所述之半導體元件，更包 一第^二下層金屬内連線，配置於該第一絕緣層中； 罘二絕緣層，配置於該覆蓋層及該第一金屬電阻 ，从及 接觸齊f層金屬内連線，配置於該第二絕緣層，並透過一 =與該第三下層金屬内連線電性接觸。 括：彡^專她圍第18項所述之半導體元件，更包 及1三下層金屬内連線’配置於該第一絕緣層中；以 方的兮金屬内連線，配置於該第三下層金屬内連線上 覆盖層上。 13669pifl.doc 1255545 甲請專利範 括： 弟18項所述之半導體元件 一下電極，配置於劳_ 一介略 復蓋層上； 一上二二配置於該下電極上，·以及 配置於該介電層上，其中 〜电亟、孩介電層、該上電極形成一金屬_絕緣體 金屬（metal_msulator-metal，ΜΙΜ)電容器。 27.如申請專利範圍第18項所述之半導體元件，更包 括： 一第二下層金屬内連線、一第四下層金屬内連線及一 第五下層金屬内連線，配置於該第一絕緣層中； 一第三開口，配置於該覆蓋層中，並暴露出該第三下 層金屬内連線； -下電極，配置於該第三下層金屬内連線上方的該覆 蓋層上，並透過該第三開π與該第三下層金屬内連線接觸； -介電層’配置於該第-金屬電阻及該下電極上 該覆蓋層上； 層上； 層及該覆蓋 第五下層金 一上黾極，配置於忒下電極上方的該介電 一第四開口及一第五開口，穿過該介電 層，以分別暴露出該第四下層金屬内連線及讀 屬内連線；以及 A 第二坌屬電阻 W綠；丨、電層上延伸 開口及該第五開口分別與該第四；屬過該第 下層金屬内連線接觸。 下層J㈣線及該第 13669pifl.doc 33 1255545 28. 如申請專利範圍第27項所述之半導體元件，更包 括： 一第二絕緣層，配置於該上電極及該第二金屬電阻上 方的該介電層上； 一第六下層金屬内連線，配置於該第一絕緣層中； 一接觸窗，穿過該第二絕緣層、該介電層及該覆蓋層 與該第六下層金屬内連線接觸；以及 一上層金屬内連線，配置於該第二絕緣層上，並與該 接觸窗接觸。 29. —種半導體元件，包括： 一第一絕緣層； 一第一下層金屬内連線、一第二下層金屬内連線及一 第三下層金屬内連線，配置於該第一絕緣層中； 一第一開口，配置於該覆蓋層中，並暴露出該第一下 層金屬内連線； 一下電極，配置於該覆蓋層上，並透過該第一開口與 該第一下層金屬内連線接觸； 一介電層，配置於該下電極上方的該覆蓋層上； 一第二開口及一第三開口，穿過該介電層及該覆蓋 層，以分別暴露出該第二下層金屬内連線及該第三下層金 屬内連線；以及 一金屬電阻，於該介電層上延伸，並透過該第二開口 及該第三開口分別與該第二下層金屬内連線及該第三下層 金屬内連線接觸，其中 34 13669pifl.doc 1255545 沒有金屬内連線或接觸窗從該金屬電阻上方與該金屬 電阻電性連接。 30. 如申請專利範圍第29項所述之半導體元件，更包 括： 一第四下層金屬内連線，配置於該第一絕緣層中； 一第二絕緣層，配置於該金屬電阻及該下電極上方的 該介電層上； 一接觸窗，穿過該第二絕緣層、該介電層及該覆蓋層 與該第四下層金屬内連線接觸；以及 一上層金屬内連線，配置於該第二絕緣層上，並與該 接觸窗接觸。 31. 如申請專利範圍第29項所述之半導體元件，其中 該金屬電阻之材質係選自鈦、氮化鈦、鈕、氮化钽及氮矽 组化合物所組成之族群。 32. —種半導體元件，包括： 一第一絕緣層； 一第二絕緣體； 一第一下層金屬内連線及一第二下層金屬内連線，配 置於該第一絕緣層中； 一第一蝕刻中止層，配置於該第一絕緣層上； 一第一開口及一第二開口，配置於該第一蝕刻中止層 中，並分別暴露出該第一下層金屬内連線及該第二下層金 屬内連線； 一第一接觸窗及一第二接觸窗，分別配置於一第一接 35 13669pifl.doc 1255545 觸窗開口與一第二接觸窗開口中，並延伸穿過該第二絕緣 層，該第一接觸窗及該第二接觸窗分別透過該第一開口及 該第二開口與該第一下層金屬内連線及該第二下層金屬内 連線接觸； 一金屬電阻，於該第二絕緣層上延伸，並與該第一下 層金屬内連線及該第二下層金屬内連線接觸； 一第二蝕刻中止層，配置於該第二絕緣層上，並位於 該金屬電阻上方； 一第三下層金屬内連線，配置於該第一絕緣層中； 一第三開口，配置於該第一#刻中止層中，並暴露出 該第三下層金屬内連線； 一第三接觸窗，配置於一第三接觸窗開口中，並延伸 穿過該第二絕緣層，該第三接觸窗透過該第三開口與該第 三下層金屬内連線接觸；以及 一上層金屬内連線，配置於該第二絕緣層上，並與該 第三接觸窗接觸，其中 沒有金屬内連線或接觸窗從該金屬電阻上方與該金屬 電阻電性連接。 33.如申請專利範圍第32項所述之半導體元件，其中 該金屬電阻之材質係選自鈦、氮化鈦、组、氮化组及氮石夕 组化合物所組成之族群。 36 13669pifl.doc