TWI323925B - Method for manufacturing metal plug - Google Patents

Description

9車1日雙正 九、發明說明： L一> 【發明所屬之技術領域】 H本發明是有關於一種金屬内連線的製作方法，且特別 是有關於一種接觸窗開口與金屬插塞的製作方法。、 【先前技術】 在半導體的製程中，元件的尺寸不斷地微縮，因此， ，刻選擇性與均勻度將變得更為重要。隨著元件尺寸的愈 ，愈小，造成内連線之接觸窗深寬比不斷地增加，使得^ 影製程的困難度也持續提高，造成元件尺寸的控制益形困 難。 為了解決此問題，目前的半導體製程大都是使用多晶 矽的材料來取代製作接觸窗之光阻，以做為硬罩幕。與光 阻相比，夕B曰矽硬罩幕具有較強的抗银刻能力，因此能夠 在蝕刻製程中更精確地完成各階段的圖案化製程。 圖1A至圖1B為習知—種接觸窗開σ的製作流程剖面 圖。 請參照圖1Α，首先，提供基底1〇〇。基底1〇〇上已形 成有閘極結構102。賴，於基底·域序形成介電層 104、夕曰曰石夕硬罩幕層1〇6。繼之，以多晶石夕硬罩幕滑⑽ 為姓刻罩幕’去除部份介電層1〇4以形成開口 108，並暴 露基底100。 一再來，請麥照圖1Β，於開口 108表面以及多晶矽硬 罩幕層106上形成阻障们10。阻障層110通常是由欽金 屬層112與氮化鈦層U4構成。 5 1323925 9卓1 g雙早 然而’鈦金屬層112會與多晶矽硬罩幕層 應而於其界面處形成石夕化鈦。由於多晶石夕硬罩幕層丨％的 晶粒尺寸粗大的物理特性’因此，存在於多晶石夕硬草幕声 106表面的矽化鈦並不均勻（N〇n-Uniform)。此不均勾的石^ 化鈦在後續的平坦化製程中不易被完全移除。而殘留的矽 化鈦可能會使導線與導線間連通而導致漏電情況發生。 【發明内容】 X ° 有鑑於此，本發明的目的就是在提供—種一種金屬插 塞的製造方法，此方法能完全移除矽化鈦，以避免因矽化 鈦殘留所造成之漏電現象。 本發明提供一種金屬插塞的製作方法，此方法包括下 列步驟。首先’提供基底，此基底上已形成有介電層。然 後，於介電層上形成非晶矽硬罩幕層，以暴露出介^層丫 再來，以非晶矽硬罩幕層為蝕刻罩幕，去除暴露出之介電 層’以形成開口。接著，形成阻障層覆蓋開口表面和非晶 碎硬罩幕層。然後，於基底上形成金屬層並填滿開口。接 著，對金屬層進行第—平坦化製程，財關π以外的金

#1, J 依照本發明顿佳實施例所述之金屬#塞的製造方 法’上述之形成介電層的步驟包括先於基底上形成第一介 電詹。^後’於第—介電層上形成第二介電層。 依照本發明的較佳實施例所述之金屬插塞的製造方 法，上述之第—介電層的材質包括硼磷矽玻璃。t 6 年月 98-10-22 、依照本發明的較佳實施例所述之金屬插塞的製造方 法’上，之形成第—介電層的方法包括化學氣相沉積法。 、、依照本，明的較佳實施例所述之金屬插塞的製造方 ^ ’上述之第二介電層的材質包括以四乙基為反應氣 體源所形成之氧化物。 、依照本發明的較佳實施例所述之金屬插塞的製造方 法’上f之形成第二介電層的方法包括化學氣相沉積法。 依照本發明的較佳實施例所述之金屬插塞的製造方 法上述之形成非結晶硬罩幕層的方法包括化學氣相沉積 法。 、依照本發明的較佳實施例所述之金屬插塞的製造方 法上述之开> 成阻障層的步驟包括先於非晶石夕硬罩幕層斑 開口表面形成鈦金屬層。然後，於鈦金屬層上形成氮化欽 層。 、依照本發明的較佳實施例所述之金屬插塞的製造方 法，上述之金屬層的材質包括鎢。 依如、本發明的較佳貫施例所述之金屬插塞的製造方 法，上述之第一平坦化製程包括化學機械研磨法。 、依照本發明的較佳實施例所述之金屬插塞的製造方 法’上述之第二平坦化製程包括化學機械研磨法。 *本發明之金屬插塞的製造方法，是以非㈣層作為硬 罩幕層。好糾層相比’纟於非晶韻的晶粒尺寸相對 較小，因此’於鈦金屬層與非晶石夕硬罩幕層界面間將形成 均勻（Umfonn)的碎化鈦層。於後續的平坦化製程中，此石夕 7 1323925 j年月 198-10-22 化鈦層將可被完全移除’ g㈣免了漏電現象的發生。 #為讓本發明之上述和其他目的、舰和伽能更明顯 易懂’下文特舉較佳實施例，她合所關式，作詳細說 明如下。 【實施方式】 圖2A至圖2G為依照本發明較佳實施例所繪示之金屬 插基製造的流程剖面示意圖。 β首先，請參照圖2A，提供基底200，此基底2〇〇例如 是矽基底。在基底200上已形成多數個閘極結構2〇2，其 由閘極介電層204、閘極導體層2〇6以及頂蓋層2〇8所構 成。閘極介電層2G4的材質例如是氧财，其形成方法例 如是熱氧化法。閘極導體層2〇6例如是由多晶石夕層與金屬 =化物層所組成，其形成方法例如是化學氣相沉積法。頂 蓋層208的材質例如是氮化石夕。 接著，請參照圖2Β，在基底2〇〇上形成一層第一介 電層210。第-介電層21〇的材質例如是韻石夕玻璃，其 形成方法例如是化學氣相沉積法。然後，經化學機械研磨 法平坦化後之第-介電層21G上形成—層第二介電層 212。第一介電層212的材質例如是以四乙基石夕院為反應氣 體源所形成之氧化物，其形成方法例如是化學氣相沉積法。 之後，請參照圖2C，在第二介電層212上形成一層 非晶矽硬罩幕層2Η’其形成方法例如是化學氣相沉積法。 再來，請蒼照® 2D ’於非晶石夕硬罩幕層214上形成 圖案化光阻層（未繪不）。以圖案化光阻層為罩幕，移除部 年月 98-10-22 ^非晶卿罩幕層214，直到暴露出第二介電層212，而形 成非晶矽硬罩幕層214a。 繼之，請繼續參照圖2D，以非晶料罩幕層㈣為 罩幕’移除部分第二介電層212以及部分第—介電層21〇, 直到曝露基底2GG，而形成圖案化之第二介電層⑽以及 第一介電層210a並形成開口 216。 然後，請參照圖2E’於開口 216表面以及非晶矽硬罩 幕層214a表面形成一層阻障層218t)阻障層218的形成方 法例如是先於開口 216表面以及圖案化之非晶矽硬罩幕層 214a表面形成-層鈦金屬層22〇，接著，形成一層氮化二 層222共形覆蓋鈦金屬層22〇。而形成鈦金屬層22〇與氮 化妖層222的方法大多係利用氮化反應法或是反應性濺鍍 法。鈦金屬層220會與非晶；ε夕硬罩幕層2i4a反應形成均勻 的石夕化鈦層。在後續的平坦化製程中，此矽化鈦層可被完 全移除’因此避免了可能產生之導線與導線間導通的問題。 接著，請參照圖2F，於基底200上形成一層金屬層 224並填滿開口 216。其中，金屬層224之材質可為鋁或鶴θ， 較佳者為鎢。而形成金屬層224之方法例如是化學氣相沉 積法。 然後，請繼續參照圖2F，進行第一平坦化製程，移除 開口 216以外的部份金屬層。平坦化金屬層224的方法: 如是化學機械研磨法。 繼之，請參照圖2G，進行第二平坦化製程，移除部 份阻障層218以及非晶秒硬罩幕層214a。第二平坦化 1323925

例如是化學機械研磨法。 綜上所述，本發明之金屬插塞的製造方法，是以非晶 石夕層作為硬罩幕層。與多晶;^層相比，由於非晶秒層的晶 粒尺寸相對較*，因此，於鈦金屬層與非晶石夕硬罩幕層界 面上將形成均勻的矽化鈦層。於後續的平坦化製程中，此 石夕化鈦層將可被完全雜’目而聽了漏電現象的產生。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何㈣此技藝者，在不_本發明之精 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾’因此本發明之= 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 ，圖1A至圖1B為習知—種接觸㈣口的製作流程剖面 圖2A至圖2G為依照本發明較佳實施例所纷示之公 插塞的製造流程剖面示意圖。 灸屬 【主要元件符號說明】 100、200 : 基底 102 、 202 : 閘極結構 104 :介電層 106 :多晶矽硬罩幕層 108 、 216 : 開口 110、218 : 阻障層 112、220 : 鈦金屬層 114 、 222 : 氮化鈦層 10 1323925

#1〇J 修正 日補充 204 ： 206 ： 208 ： 210 ： 210a 212 ： 212a 214、 224 ： 閘極介電層 閘極導體層 頂蓋層 第一介電層 :圖案化之第一介電層 第二介電層 :圖案化之第二介電層 214a :非晶矽硬罩幕層 金屬層 11

Claims (1)

1. 日 9tl0|2 十、申請專利範菌： 修正 補充 I·種金屬插塞的製作方法，包括： 提供一基底，該基底上已形成有一介電層； 於該介電層上形成一非晶矽硬罩幕層，以暴露出該介

   以該非晶矽硬罩幕層為蝕刻罩幕，去除暴露出之气八 ，以形成一開口； 形成一阻障層覆蓋該開口之表面和該非晶矽硬罩幕 於δ亥基底上形成一金屬層並填滿該開口； 口以 對該金屬層進行一第一平坦化製程，以去除該開 外的該金屬層；以及 進行一第二平坦化製程，以去除部份該阻障層與哕 晶矽硬罩幕層。 F 、2.如申睛專利範圍第1項所述之金屬插塞的製作方 法’其中形成該介電層的步驟包括： 於該基底上形成一第一介電層；以及 於該第一介電層上形成一第二介電層。 、、3.如申凊專利範圍第2項所述之金屬插塞的製作方 法，其中該第一介電層的材質包括硼磷矽玻璃。 、4.如申睛專利範圍第2項所述之金屬插塞的製作方 法’其中形成該第一介電層的方法包括化學氣相沉積法。 、5.如申請專利範圍第2項所述之金屬插塞的製作方 去’其中§亥第一介電層的材質包括以四乙基矽院為反應氣 12 1323925 __ . El修正 孟1。！ 0補充 體源所形成之氧化物。 6. 如申請專利範圍第2項所述之金屬插塞的製作方 法，其中形成該第二介電層的方法包括化學氣相沉積法。 7. 如申請專利範圍第1項所述之金屬插塞的製作方 法’其中形成該非晶石夕硬罩幕層的方法包括化學氣相沉積 法。 8. 如申請專利範圍第1項所述之金屬插塞的製作方 法，其中形成該阻障層的步驟包括： 於該非晶矽硬罩幕層與該開口表面形成一鈦金屬層； 以及 於該鈦金屬層上形成一氮化鈦層。 9. 如申請專利範圍第1項所述之金屬插塞的製作方 法’其中該金屬層的材質包括鎢。 1〇.如申請專利範圍第1項所述之金屬插塞的製作方 法，其中該第一平坦化製程包括化學機械研磨法。 u.如申請專利範圍第1項所述之金屬插塞的製作方 法，其中該第二平坦化製程包括化學機械研磨法。 13