TWI278034B - A method of manufacturing a semiconductor device - Google Patents

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TWI278034B TW090107398A TW90107398A TWI278034B TW I278034 B TWI278034 B TW I278034B TW 090107398 A TW090107398 A TW 090107398A TW 90107398 A TW90107398 A TW 90107398A TW I278034 B TWI278034 B TW I278034B
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Description

1278034 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係Μ於-種製造電子裝置（特別是半導體裝置，但 非排除其他裝置）之方法，包括下列步.驟： 施用-半導體基板，在其一表面上備置有一導體，該 導體具有一頂部表面部分及側壁部分，其中至少該頂部表 面邵分備置有一蝕刻終止層， -施用一介電層， -在該導ft上之該介電層中蚀刻—通道，並且終止於該 蝕刻終止層，以形成該蝕刻終止層之一曝露部分， :從該導f4之至少該頂部表面部分，移除在該通道内部 的戎姓刻終止層之該曝露部分， -用一導電材料填充該通道。 【先前技術】 從US5,45i，543已知使用一介電材料（即，氮化 或一導電材料（即，鎢、氕化敍j 、、 、1 $虱化鈦或虱化鈕）作為蝕刻終止層之 方法。 使用鎢、氮化敍或氮化赵作為該蚀刻終止層之缺點在 =止=該介電層中簡該通道期間，在㈣化學與該㈣ =層，該導電材料交互作用之時刻，形成了金屬聚合 、、在该介電層中同時㈣之該等通道的深度差異愈大， 々至屬永口物形成愈顯著地發生。因此彼等金 物使電通道電阻省仆 ^ »水口 力化’所以必須更加費力地予以移除，這 疋9 <用濕式化學進行1虫刻予以更高效率地達成。但 70241-950302.doc 1278034 是’由於其多孔性(porous)且除此之外之不穩定之性質，多 =:似乎不相容於濕式嫌學，也就是說，使其低 =生力化。❹氮切或氧化_為該㈣終止層之缺點 :’與乳切或-低w料相比，氮切或氧化銘等兩種 有-相對高之介電常數，這對半導體裝置之寄生電 谷k成不利之影響。 【發明内容】 本發明《目的尤其係提供一種製造屬於[發明所屬之技 術領域]中提出之種類的半導體裝置之方法，該方法在通道 餘刻期間當抵達該姓刻終止層時抑制形成金屬聚合物，並 且減小所產生之半導體裝置的寄生電容。 、根據本發明’達成此目的在於，施用一含碳化石夕之層作 為减刻終止層。碳化矽的介電常數小於氮化矽及氧化鋁 =迅吊數’且因此提供一種含一減小之寄生電容之半導 體裝置、。另外，由於碳化石夕受到所施用之蚀刻化學的侵襲 私度低万；鎢、氮化鈦或氮化短的受侵襲程度，所以在通道 蝕刻期間金屬聚合物之形成較不顯著。 形成該導體（該導體具有一頂部表面部分及側壁部分，其 :至少該頂部表面部分備置有該钱刻終止層）之方式為：沉 知導兩層（一堆疊（其中該钱刻終止層在其頂部以及隨 後圖案㈣堆疊。但是，有利做法為，形成該導體之方式 係、·先'ϋ電層且將該導電層圖案化；以及隨後將該 、X】、、止層她用至該導體之該頂部表面部分及該等側壁部 刀在此万式中，孩導體被該餘刻終止層所囊封，這對於 70241-950302.doc 1278034 I虫刻無著點（imlanded)通道期間有所助益，無著點通 有可能脫離該導體’而非完全落在該導體之該頂部表面； 分上。位料導體之該等側壁部分的㈣刻終止層抑_ 於Μ無者點通道期間所施用之㈣化學與該導體材科之 間的交互作用，且因此抑制金屬聚合物之形成。 隨附的中請專利範圍中描述根據本發明之方法的進—步 有益之具體實施例。 < 【實施方式】 圖1緣示半導體裝置之一部分，其作用用於描述根據本發 明之万法的適當開始點。該半導體結構包括一半導體基板 1，在該半導體基板1之-表W上備置有導體3,4,5，每個導 體各具有一頂部表面部分6及侧壁部分7。請注意，雖然本 文中就三個導體及三個通道而論來描述本發明，但是應明 白，本發明也適用於僅僅一個導體及一個通道。實際上， 一半導體裝置將包括複數個此類導體及通道。雖然圖中繪 示為一個元件，但是實際上，該半導體基板〗很可能包括^ 層，彼等層係形成於（例如）一由（例如）矽所組成之半導體主 體上。基於簡單明瞭，該等層連同該主體（該等層係形成在 該主體上）被共同繪示為一單層，即，半導體基板丨。功能 上，該等導體3,4,5可能係（例如）一金屬氧化物半導體場效 電晶體（MOSFET)或一薄膜電晶體（TFT)的閘極、一雙極性 或BICMOS裝置的基極或射極，或可能係（例如）一多層式互 連結構之一金屬層的邵分。該等導體3,4,5係由位於一非貴 重金屬（base metal)部分11之頂部上的一覆蓋層8所組成，藉 70241-950302.doc 1278034 等導體M，5之該頂部表面部分6。在本 d中’孩非貴重金屬部外包含銘。但是，也 他材料，舉例而言，諸如銅或鹤。在本實例中，一由—包 頂部之—氮化敍層1G所組成的-雙層體被施 ·、、及< 盍層8。請注意，在圖案化該非貴重金屬部分^ 期間’通常施用該覆蓋層8以作為一抗反射塗層，該覆蓋層 8係及導體3,4,5的-選用部分。也可以使用其他適用的材料 (諸如鈦鎢、氮化鎢及氮化㈣來取代氮化鈇。替代做法為， 該覆蓋層8可係由-（例如）氮化歛、鈥鎮、氮化鎢及氮化赵 ^單層所組成°在此情況下’因為由於料該非眚重金屬 邵分U與㈣蓋層8之間的交互作用導致可能形成高電阻 材料’而高電阻材料對電通道電阻造成不利的影響，所以 有利的做法為’在用導電材料填充該等通道之前，先移除 該等通道内部的該覆蓋層8。 ^ 按照習知之處理來形成該等導體3,4,5。舉例而言，在該 半導體基板1之該表面2上沉積一層疊體，該層疊體係由二 鋁層、一鈦層與一氮化钽層所組成’接著圖案化該層疊體 以形成圖1之該等導體3,4,5。 且a 形成孩等導體3,4,5之後，將一蝕刻終止層12施用至該等 導體3,4,5之孩頂邵表面部分6及該等侧壁部分7，並且施用 至孩半導體基板1之未被該等導體3,4,5所覆蓋的部分。根據 本發明，該蝕刻終止層12係由碳化矽所組成，可藉由（例如） 化學氣體沉積（CVD)來沉積該層。該蝕刻終止層12之厚度可 能係（例如）在約10 nm與1〇〇 nm<範圍内。替代做法為，可 70241-950302.doc !278〇34 沉積一層疊體及隨後予以圖案化，該層疊體係由一鋁層、 —鈇層、一氮化鈥層與一碳化矽層所組成。在此情況下， 由碳化矽所組成之該蝕刻終止層12僅存在於該等導體3,4,5 之該頂部表面部分6，而該等導體3,4,5之該等側壁部分7未 被該蝕刻終止層12所覆蓋。 沉積由碳化矽所組成之該蝕刻終止層12之後，在該姓刻 終止層12上沉積一介電層13 (圖2)。該介電層13可能係由氧 化石夕所組成。但是，有利的做法為，該介電層係由一介電 常數低於氧化矽之介電常數的材料所組成，舉例而言，諸 如三氧化矽烷（hydrogen silsesquioxane)、聚對二甲苯 (Parylene)、氟化聚醯亞胺（fluorinated polyimide)或美國密 西根州Midland之Dow Chemical所銷售的「SILK0」。可藉由 習知之沉積技術（舉例而言，諸如旋轉塗佈法）來沉積此類介 電層。 /儿和之後’泫介電層1 3 (在本實例中係由三氧化石夕燒所組 成）被圖案化，以形成覆蓋該等導體3,4,5之通道14，15，16。 使用習知之微影技術來達成該圖案化，其中在該介電層13 上沉積一光阻層（圖中未繪示），該光阻層被有選擇地曝露於 輻射且顯影，以便形成一具有開口之光罩（圖中未繪示），該 等開口曝露出位於擬形成該等通道14，15，16之區域中的該 介電層13。其後，藉由移除該介電層13之未被遮罩的區域 來蚀刻該等通道14，15，1 6。 繼續蝕刻該等通道14515，16,直到已移除該等未被遮罩之 通道區域中該等導體3,4,5上的所有該介電層13。假使發生 70241-950302.doc -10- 1278034 該介電層丨3之差異厚度（典型發生於半導體裝置各處），則可 在一段廷長之時期期間使某些通道曝露於蝕刻化學，促使 一過度蚀刻發生。在此類過度触刻期間，由於介於所施用 之银刻化學與該等通道内部所曝露之導體材料之間的交互 作用’導致可能形成金屬聚合物。另夕卜，如果一通道有稍 微錯位（在此情況下，係覆蓋導體4的通道15(圖2))，則過度 蝕刻將導致沿導體4之該等侧壁部分7中之至少—側壁部分 形成一溝渠17。此類錯位之通道（也稱為無著點通道）有可能 脫離該導體，而非完全落在該導體之該頂部表面部分上。 如果因發生此類錯位之通道而使過度蝕刻劇烈，則該溝渠 17甚至可抵達該半導體基板1(其也可能係局部由導電材料 所組成）。於通道蝕刻期間侵襲此半導體基板丨也可導致形 成金屬聚合物。但是’為了抑制上文所述之問題，對由碳 化石夕所組成之該钱刻終止層12有選擇地執行通道触刻，該 蝕刻終止層U係存在於該等導體M，5之該頂部表面部分6 和該㈣壁部分7以及該半導體基板i之未被料導體3儿5 所覆盖的邵分上。因此’一過度蚀刻不曝露出該半導體基 板卜也不曝露出任何部分，不管是該導體3,4,5之頂部表面 4刀或側壁邵分。因此’抑制由於介於過度蝕刻期間所使 用之㈣化學與料導體3,4,5或料導縣板丨之材料之 間的父互作用而形成金屬聚合物。 為了達成上文所述之通道姓刻選擇性，使用一姓刻化 學’其银刻該介電層13 (在本實例中係由三氧化石夕燒所組幻 的速度快於钱刻忐难外& & 人化矽所組成之該蝕刻終止層12的速 70241-950302.doc 1278034 又、、 万；形成通道14,15，16且同時終止於該蝕刻終止層 12的適合蚀刻 子货、（舉例而言）氟碳乾式蝕刻化學。在此方 式中，曝露出今Γ莲^1；、* η Μ寺通運14,15,16内部的由碳化矽所組成之該 蝕刻終止層12。 為了接觸到孩等導體3,4,5，必、須移ρ余該等通道14,15,16 内口ρ的由&化珍所組成之該終止層η的該等曝露部分（圖 3)可:足邊等導體3,4,5之該頂部表面部分6,以及從該導體 、，等側土部分7中之至少一側壁部分（該無著點通道土 5 位万、該至y 一侧壁邵分上），移除該等通道14，1Ή内部曝 路的▲蚀5«J終止層12。但是，彳利的做法為 ，僅從該等導 3’4,5之邊頂邵表面部分6移除由碳化矽所組成之該蝕刻 :止層12，較佳的做法為，使用（舉例而言）氟碳乾式蝕刻化 學，以各向異性方式實行該移除。如B3所示，各向異性餘 刻從泫等導體3,4,5之該頂部表面部分6移除該蝕刻終止層 12<孩等曝露部分，同時僅使沿該導體4之該等側壁部分7 足孩至少一側壁部分的該蝕刻終止層12之該等曝露部分凹 進。由於橫跨半導體裝置的由碳化矽所組成之該蝕刻終止 層12的厚度（可能在大約在約1〇 11111與1〇〇 之範圍内）相對 小且相對一致，因而得以用非常受控制方式予以移除，而 不會造成介於所施用之蝕刻化學與該等導體3,4,5之材料之 間的劇烈交互作用，並且因此不會造成劇烈形成金屬聚合 物。 在本實例中，從該等導體3,4,5之該頂部表面部分6移除該 蝕刻終止層12之後，該覆蓋層8 (其係由一鈕層9與位於其頂 70241-950302.doc 12 1278034 部之-氮化鈇層1〇所組成）被留在該等通道14,15，16内部的 通當位置。但是，假使該覆蓋層8係由„(例如）氮化数、敛 鎮、氮化鎢及氮化纽之單層所組成，則因為由於介於該非 貴重金屬部分u與該覆蓋層8之間的交互作用導致可能形 成高電阻材料，而高電阻材料對電通道電阻造成不利的影 響’所以有利的做法為’在料電材料填充該等通道之前， 先從該等通道14，1 5，16内部移除該覆蓋層8。 在下一步驟中（圖4)’藉由（例如）沉積（例如）一銘層、一銅 $或-鎢層’用導電材料18填充該等通道14，15，16。請注 意’有利的做法為，該導電材料層被施用作為一雙層體， 該雙層體係由位於-當做一黏著層及/或障壁層的層體之 頂崢上的一含金屬（舉例而言，諸如鋁、銅或鎢）的層體所組 成。就這一點而言，欽可被施用作為一黏著層，以及氮化 鈦或鈥鎢作為一障壁層。當使用一過大之遮罩時，隨後可 茲刻該沉積之導電材料層。但是，在本實例中，以無遮罩 万式移除m沉積之導電材料層，直到曝露出該介電層13， 如圖4所不。例如，可以使用一市售之研磨漿，藉由（舉例 而言）化學機械研磨法（C M P)來達成以無遮罩方式移除該導 電材料層。 Μ 應明白，本發明不限於上文所述之具體實施例，而是在 本叙明範嚀内，熟悉此項技術者可進行許多變化。 【圖式簡單說明】 參考【實施方式】中詳細說明的具體實施例及附圖的圖 解說明即可明白本發明的這些及其他態樣。圖式中·· 70241-950302.doc -13-

Claims (1)

  1. Ι278β3^Ρ07398號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(95年10月）歹丨〜 ,/ ：:· ..... f,,. , 十、申請專利範圍： ’:“..二心上7補兑厂/ h 一種製造半導體裝置之方法，包括下列步驟： -施用-半導體基板，在其一表面上備置有一導體，該 導體具有一頂部表面部分及侧壁部分，其中至少該頂部 表面部分備置有一蝕刻終止層， -施用一介電層， -在該導體上之該介電層中蝕刻一通道，並且終止於該 蝕刻終止層，以形成該蝕刻終止層之一曝露部分， -從該導體之至少該頂部表面部分，移除在該通道内部 的該蝕刻終止層之該曝露部分， -用一導電材料填充該通道 其特徵在於，施用一含碳化矽之層作為該蝕刻終止層。 2·如請求項1之方法，其特徵在於在該半導體基板之該表面 上備置泫導體之後，將該钱刻終止層施用至該導體之該 頂部表面部分及該等側壁部分。 3·如請求項2之方法，其特徵在於該通道被蝕刻，使其不完 全降落（land on)於該導體，俾曝露出至少部分該蝕刻終止 層’該触刻終止層覆蓋該導體之該頂部表面部分及該等 側壁部分之該至少一側壁部分。 4·如請求項3之方法，其特徵在於僅從該導體之該頂部表面 部分，從該通道内部移除該蝕刻終止層。 5.如請求項2、3或4之方法，其特徵在於將該蝕刻終止層施 用至該導體之該頂邵表面部分及該等侧壁部分，並且施 用至該半導體基板之未被該導體所覆蓋的部分。 70241-951020.doc
    1278034 其特徵在於備置該導體， 銘、銅與鎢之群組的材料 如請求項1 ' 2、3或4之方法，其书 其至少部分係由一選自一包含鋁、 所組成。 其特徵在於備置該導體， 如請求項1、2、3或4之方法， 孩導體包含—覆蓋層，該覆蓋層提供該導tf之該頂部表 面部分。 8.如請求項7之方法，其特徵在於該覆蓋層係由一選自—包 έ氮化鈥、鈥鶴與氮化拉之群組的材料所組成。 9·如請求項1、2、3或4之方法，其特徵在於藉由沉積—介 電常數低於氧化矽之介電常數的介電材料，來施用該介 電層。 W·如請求項9之方法，其特徵在於藉由沉積一選自一包含三
    甲笨 (parylene)、氟化聚醯亞胺（fluorinated polyimide)之群組 的材料，來施用該介電層。 11 ·如請求項1、2、3或4之方法，其特徵在於藉由沉積一導 電層來填充該通道，該導電層包括一選自一包含鋁、銅 與鎢之群組的金屬。 70241-951020.doc
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