TWI517340B - 金屬內連線結構及其製造方法 - Google Patents

Description

金屬內連線結構及其製造方法

本發明是有關於一種金屬內連線結構及其製造方法。

在半導體製程中，常藉由導電插塞來連接位元線與基底中的摻雜區。然而，由於用來形成導電插塞的接觸窗開口(或稱介層窗開口)的尺寸愈來愈小，而填入於接觸窗開口中的導電層的溝填能力不足，以致在所形成的導電插塞中產生孔隙。雖然，在位元線形成之後，藉由氧電漿移除光阻圖案時，會在做為位元線的鎢金屬層的表面上形成氧化鎢(WOx)，而將孔隙覆蓋住。然而，隨著元件不斷地小型化，相鄰的位元線上的氧化鎢容易接觸在一起，而造成短路的現象，因此，在以氧電漿灰化光阻之後，還必須透過清除製程將位元線上的氧化鎢移除。然而，氧化鎢一旦移除之後，孔隙會裸露出來，導致留在孔隙中的殘酸慢慢揮發出來，而與做為位元線的鎢金屬層反應，進而造成剝離(peeling)或腐蝕(corrosion)的問題，此又稱為殘酸除氣(outgassing)現象。殘酸除氣現象造成元件可靠度的問題，影響製程的良率。因此，亟待一種 可以避免殘酸除氣問題之金屬內連線結構及其製造方法。

本發明提出一種金屬內連線結構及其製造方法，其可以透過簡單的步驟避免殘酸除氣現象，以提升元件的可靠度以及製程的良率。

本發明提出一種金屬內連線結構的製造方法，包括在介電層中形成導電插塞，接著，在介電層與導電插塞上形成導電層，之後，在導電層上覆蓋頂蓋層，其後，圖案化頂蓋層與導電層，以形成圖案化的頂蓋層與圖案化的導電層。

依據本發明一實施例所述，上述頂蓋層包括金屬氮化物層、絕緣層或其組合。

依據本發明一實施例所述，上述金屬氮化物層包括氮化鎢層、氮化鈦層、氮化鉭層，或其組合。

依據本發明一實施例所述，上述金屬氮化物層的形成方法可為原位沉積(in-situ)法或非原位沉積(ex-situ)法。

依據本發明一實施例所述，上述絕緣層包括氮化矽層、氧化矽層或氮氧化矽層。

本發明還提出一種金屬內連線結構，包括介電層、導電插塞、圖案化的導電層以及圖案化的頂蓋層。導電插塞位於介電層中。圖案化的導電層位於導電插塞上，並與導電插塞電性連接。圖案化的頂蓋層覆蓋於圖案化的導電層上。

依據本發明一實施例所述，上述頂蓋層包括金屬氮化物層、絕緣層或其組合。

依據本發明一實施例所述，上述金屬氮化物層包括氮化鎢層、氮化鈦層、氮化鉭層，或其組合。

依據本發明一實施例所述，上述絕緣層包括氮化矽層、氧化矽層或氮氧化矽層。

依據本發明一實施例所述，上述圖案化的導電層中具有至少一細縫，上述圖案化的頂蓋層封閉前述至少一細縫的開口。

本發明之金屬內連線結構及其製造方法，其可以透過簡單的步驟避免殘酸除氣現象，提升元件的可靠度以及製程的良率。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10‧‧‧基底

12‧‧‧介電層

14‧‧‧導電插塞

16‧‧‧導電層

18‧‧‧黏著層

20‧‧‧導電層

20a‧‧‧圖案化的導電層

22‧‧‧頂蓋層

22a‧‧‧圖案化的頂蓋層

24‧‧‧光阻圖案

30‧‧‧孔隙

40‧‧‧細縫

圖1至圖4是依據本發明實施例之一種金屬內連線結構的製造方法的流程剖面圖。

請參照圖1，在基底10上形成介電層12，並在介電層12中形成導電插塞14。基底10的材料可以是半導體或是半導體化合物，例如是矽或是矽化鍺。基底10的材料也可以是絕緣層上有矽(SOI)。基底10上可以是已形成各種元件，例如是金氧半電晶體、 金屬導線或矽晶基材，於圖式中並未繪示出來。介電層12例如是氧化矽、旋塗式玻璃(SOG)、磷矽玻璃(PSG)、硼磷矽玻璃(BPSG)或是介電常數小於4的低介電常數材料。介電層12的形成方法例如是旋塗法或化學氣相沉積法。介電層12的厚度例如是5000埃至10000埃。導電插塞14的形成方法可以利用微影與蝕刻製程在介電層12中形成接觸窗開口(或稱介層窗開口)，然後，再於接觸窗開口中填入導電層16。接觸窗開口的尺寸例如是100埃至1000埃。導電層16與介電層12之間還可以形成黏著層18。導電層16的材料可以是摻雜多晶矽、金屬或是合金，金屬例如是鎢或鋁，形成的方法例如是化學氣相沉積法。黏著層18的材料例如是氮化鎢(WN)、氮化鈦(TiN)或鈦(Ti)，形成的方法例如是化學氣相沉積法或物理氣相沉積法，厚度例如是100埃至300埃。在一實施例中，由於填入於接觸窗開口中的導電層16的溝填能力不足，以致在所形成的導電插塞14中產生孔隙30。

之後，請參照圖2，在基底10上形成導電層20。導電層20未經圖案化。導電層20的材料可以是金屬或是合金，例如是鎢、鋁或銅，形成的方法例如是物理氣相沉積法，厚度例如是500埃至1000埃。在一實施例中，在對應孔隙30上方的導電層20中亦形成細縫40。其後，在基底10上形成頂蓋層22，以覆蓋導電層20。頂蓋層22未經圖案化。在一實施例中，細縫40形成在接近導電層20的表面處，則頂蓋層22可將細縫40的開口封閉。頂蓋層22例如是金屬氮化物層，厚度例如是1nm至5nm。金屬氮化 物層可以是耐熱金屬的氮化物，例如是氮化鎢層、氮化鈦層、氮化鉭層，或其組合。金屬氮化物層形成方法可以是物理氣相沉積法，採用原位沉積(in-situ)或非原位沉積(ex-situ)。在一實施例中，導體層20為鎢金屬層，而頂蓋層22為氮化物層，導電層20可以利用物理氣相沉積法形成鎢金屬層。之後可以採用原位沉積或非原位沉積的方式，在物理氣相沉積腔體中通入氮氣(N₂)來形成氮化鎢層，以做為頂蓋層22。頂蓋層22也可以採用絕緣層。做為頂蓋層22的絕緣層例如是氮化矽層、氧化矽層或氮氧化矽層，形成的方法例如是化學氣相沉積法，厚度例如是1nm至5nm。在其他實施例中，頂蓋層22也可以採用多層結構，例如是金屬氮化物層與絕緣層之堆疊層。

然後，請參照圖3，進行微影與蝕刻製程，以圖案化頂蓋層22與導電層20。更具體地說，在頂蓋層22上形成光阻圖案24，然後，以光阻圖案24為罩幕，對頂蓋層22與導電層20進行蝕刻製程，以形成圖案化的頂蓋層22a與圖案化的導電層20a。圖案化的頂蓋層22a覆蓋在圖案化的導電層20a上且將細縫40的開口封閉。圖案化的導電層20a與導電插塞14電性連接。在一實施例中，圖案化的導電層20a做為位元線。

之後。請參照圖4，移除光阻圖案24。移除光阻圖案的方法可以採用電漿灰化法或濕式剝除法，或其組合。在一實施例中，以氧電漿灰化法移除光阻圖案24後，在圖案化的導電層20a的表面會形成氧化鎢(WO_x)，之後，可以再以乾式清除法，例如是 電漿法，清除氧化鎢及其他的殘餘物，避免相鄰的圖案化的導電層20a上的氧化鎢及其他的殘餘物接觸所導致的短路問題。由於頂蓋層22(圖2)是在導電層20圖案化之前形成，因此，在導電層20圖案化之後，移除光阻圖案24時，圖案化的頂蓋層22a已經覆蓋在圖案化的導電層20a上。因此，以乾式移除法移除光阻圖案24以及清除氧化鎢及其他的殘餘物之後，圖案化的頂蓋層22a仍會留下來覆蓋在圖案化的導電層20a上並且將細縫40的開口封閉，即使在導電插塞14或是圖案化的導電層20a中的細縫40中有殘酸，殘酸也不會揮發出來。故，本發明實施力藉由圖案化的頂蓋層22a的形成可以避免殘酸除氣(outgassing)現象。

請參照圖4，本發明實施例之金屬內連線結構包括介電層12、導電插塞14、圖案化的導電層20a以及圖案化的頂蓋層22a。導電插塞14位於介電層12中。導電插塞14包括導電層16與黏著層18，其中黏著層18位於導電層16與介電層12之間。圖案化的導電層20a位於導電插塞14上，並與導電插塞14的導體層16直接接觸且電性連接。圖案化的頂蓋層22a覆蓋於圖案化的導電層20a上並且覆蓋於導電層20a中的細縫40上。在一實施例中，若圖案化的導電層20a中的細縫40的開口裸露出來，則圖案化的頂蓋層22a可將細縫40的開口封閉。

由於圖案化的頂蓋層22a是形成在圖案化的導電層20a上方，而不是形成在圖案化的導電層20a與導電插塞14之間，因此，不會影響導電插塞14與圖案化的導電層20a之間的接觸電阻 值。而且，在後續的製程中，若有需要在圖案化的導電層20a上沉積其他的導電層或形成其他的導電插塞，也可以在形成其他的導電層或形成其他的導電插塞之前，先將圖案化的頂蓋層22a移除。因此，雖然在本發明實施例的圖式中，圖案化的導電層20a與導電插塞14是直接接觸，然而，本發明並不以此為限。在其他的實施例中，圖案化的導電層20a與導電插塞14之間可能還包括其他的圖案化的導電層或其他的導電插塞。但，在形成未圖案化的導電層之後，將未圖案化的導電層圖案化之前，形成頂蓋層，都可以防止殘酸除氣現象所衍生的問題。

綜合以上所述，本發明之金屬內連線結構僅需透過簡單的步驟形成具有圖案化的頂蓋層。此圖案化的頂蓋層是在導電層圖案化之前形成，在移除光阻圖案以及光阻圖案移除之後的清除製程之後，圖案化的頂蓋層仍可覆蓋圖案化的導電層並且將圖案化的導電層中的細縫的開口封閉，避免導電插塞或是圖案化的導電層的孔隙中的殘酸揮發出來，因此，可以避免殘酸除氣現象所衍生的問題，提升元件的可靠度，提升製程的良率。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧基底

12‧‧‧介電層

14‧‧‧導電插塞

16‧‧‧導電層

18‧‧‧黏著層

20a‧‧‧圖案化的導電層

22a‧‧‧圖案化的頂蓋層

30‧‧‧孔隙

40‧‧‧細縫

Claims (10)

1. 一種金屬內連線結構的製造方法，包括：在一介電層中形成一導電插塞；在該介電層與該導電插塞上形成一導電層；在該導電層上覆蓋一頂蓋層；以及一次地圖案化該頂蓋層與該導電層，以形成一圖案化的頂蓋層與一圖案化的導電層，並暴露出一部分的該介電層，其中該圖案化的導電層與該導電插塞電性連接，且該導電插塞的表面與該介電層的表面實質上地共平面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之金屬內連線結構的製造方法，其中該頂蓋層包括金屬氮化物層、絕緣層或其組合，且該圖案化的頂蓋層的厚度介於1nm至5nm之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之金屬內連線結構的製造方法，其中該金屬氮化物層包括氮化鎢層、氮化鈦層、氮化鉭層，或其組合。
4. 如申請專利範圍第2項所述之金屬內連線結構的製造方法，其中該金屬氮化物層的形成方法包括原位沉積(in-situ)法或非原位沉積(ex-situ)法。
5. 如申請專利範圍第2項所述之金屬內連線結構的製造方法，其中該絕緣層包括氮化矽層、氧化矽層或氮氧化矽層。
6. 一種金屬內連線結構，包括： 一導電插塞，位於一介電層中，且該導電插塞的表面與該介電層的表面實質上地共平面；一圖案化的導電層，位於該導電插塞上，並與該導電插塞電性連接；以及一圖案化的頂蓋層，覆蓋於該圖案化的導電層上。
7. 如申請專利範圍第6項所述之金屬內連線結構，其中該頂蓋層包括金屬氮化物層、絕緣層或其組合，且該圖案化的頂蓋層的厚度介於1nm至5nm之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述之金屬內連線結構，其中該金屬氮化物層包括氮化鎢層、氮化鈦層、氮化鉭層，或其組合。
9. 如申請專利範圍第7項所述之金屬內連線結構，其中該絕緣層包括氮化矽層、氧化矽層或氮氧化矽層。
10. 如申請專利範圍第6項所述之金屬內連線結構，其中該圖案化的導電層中具有至少一細縫，該圖案化的頂蓋層封閉該至少一細縫的開口。