專利名稱：具有低介電常數(shù)介電層的半導(dǎo)體元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造，且特別是涉及一種制造具低介電常數(shù)介電層的元件的改良方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體元件的密度的增加，以及電路構(gòu)件的尺寸的縮減，電阻電容(RC)延遲時間對電路性能的影響日益提高。為了降低電阻電容延遲，需將傳統(tǒng)介電質(zhì)轉(zhuǎn)換成低介電常數(shù)介電質(zhì)。以這些低介電常數(shù)介電材料作為內(nèi)金屬介電質(zhì)(IMD)以及內(nèi)層介電質(zhì)(ILD)，特別有其效用。然而，低介電常數(shù)介電質(zhì)在制造工藝期間，特別在制造內(nèi)連線的導(dǎo)電材料的工藝期間，會引發(fā)一些問題。
一般利用高能量的等離子體蝕刻工藝圖案化并蝕刻導(dǎo)電材料。在其它工藝系統(tǒng)中，圖案化低介電常數(shù)材料時，是通過光刻膠的應(yīng)用與圖案化。通過光刻膠掩膜來蝕刻低介電常數(shù)材料，接著利用高能量的等離子體蝕刻工藝移除光刻膠。由于低介電常數(shù)材料較軟、化學(xué)穩(wěn)定性較低、更具多孔性或上述因素的任意組合，因此低介電常數(shù)材料較易遭受等離子體蝕刻損害。等離子體損害本身可產(chǎn)生較高的漏電流、較低的崩潰電壓、并造成低介電常數(shù)介電材料的介電常數(shù)的改變。
圖1為鑲嵌結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。介電層12已設(shè)置在導(dǎo)線層11上。介層窗孔14自溝渠15向下延伸。當(dāng)銅填入后，介層窗孔14連接兩導(dǎo)線層。由于銅的高擴(kuò)散性與在硅中扮演在結(jié)合中心的趨勢，進(jìn)行步驟時必須確保所有的銅限制在鑲嵌結(jié)構(gòu)中。傳統(tǒng)上，大都借助于阻擋層18的導(dǎo)入，此阻擋層18襯在溝渠15與介層窗孔14的側(cè)壁上，如圖2所示。
在制造工藝期間，低介電常數(shù)介電質(zhì)的表面易受損害。多孔性低介電常數(shù)介電質(zhì)，例如多孔性硅土，特別容易受損。當(dāng)表面孔洞受損時，工藝化學(xué)物質(zhì)可能會穿透而進(jìn)入介電質(zhì)中，進(jìn)而導(dǎo)致其介電常數(shù)提高。低介電常數(shù)介電質(zhì)的損傷會造成溝渠地面21與溝渠側(cè)壁23的表面粗化，如圖1與圖2所示。如此一來，意味著阻擋層18的厚度需比正常厚度大，如圖2所示，以確保無薄貼片讓銅移動穿過。無前述粗化問題下，阻擋層的厚度約300即足以遏制銅，反之，于粗糙溝渠表面存在下，則必須將阻擋層的厚度增加到至少500。
如同上述，介電質(zhì)損傷會造成較高的漏電流、較低的崩潰電壓、以及低介電常數(shù)介電材料的介電常數(shù)的改變。有鑒于這些與其它問題，因此亟需可改善低介電常數(shù)介電質(zhì)制造的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種制造具有低介電常數(shù)介電質(zhì)的半導(dǎo)體元件的改良方法，其中本發(fā)明的較佳實(shí)施例可解決或防止上述或其它問題，并具有技術(shù)優(yōu)勢。
本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，提供了一種制造具有低介電常數(shù)介電層的半導(dǎo)體元件的方法。沉積碳?xì)浠衔飳佑诘徒殡姵?shù)介電層上。在較佳實(shí)施例中，沉積此碳?xì)浠衔飳訒r利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝，并使用乙烯(C2H4)或己烷衍生物α-松油烯[(CH3)2CHC6H6CH3]作為前驅(qū)材料。在實(shí)施例中，還至少包括利用等離子體蝕刻在碳?xì)浠衔飳优c低介電常數(shù)介電層中形成凹陷特征。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，碳會擴(kuò)散至低介電常數(shù)介電層，因此可降低等離子體處理對低介電常數(shù)介電層所造成的傷害。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供了一種修補(bǔ)半導(dǎo)體制造工藝中所造成的低介電常數(shù)介電質(zhì)的碳耗損傷害。此方法至少包括利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積反應(yīng)工藝來反應(yīng)前驅(qū)材料，以沉積碳?xì)浠衔飳佑诘徒殡姵?shù)介電層上。在較佳實(shí)施例中，碳?xì)浠衔飳又辽侔ń橛诩s20至約95原子百分比的碳；介于約5至約80原子百分比的氫；以及介于約0至約5原子百分比的氧。
還有一些實(shí)施例至少包括一種具有低介電常數(shù)介電層的半導(dǎo)體元件，其中此低介電常數(shù)介電層具有經(jīng)碳調(diào)節(jié)區(qū)鄰近于溝渠側(cè)壁。在較佳實(shí)施例中，經(jīng)碳調(diào)節(jié)區(qū)的碳濃度低于主介電區(qū)的碳濃度不超過約5％。
以下將描述本發(fā)明的實(shí)施例的附加特征與優(yōu)點(diǎn)，這些附加特征與優(yōu)點(diǎn)形成本發(fā)明的權(quán)利要求的課題。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)可了解到其可輕易地以所披露的特定實(shí)施例為基礎(chǔ)，來修正或設(shè)計(jì)其它結(jié)構(gòu)或工藝，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員亦應(yīng)可了解到，所描述的示范實(shí)施例上中這類的等效架構(gòu)與變化并不脫離權(quán)利要求中所提出的本發(fā)明的精神與范圍。


為了更完整了解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，請參照上述輔以所附附圖所作的說明。其中，所附的附圖包括圖1與圖2為在半導(dǎo)體元件在傳統(tǒng)鑲嵌工藝中的中間步驟的剖面圖，其中表示出低介電常數(shù)介電質(zhì)表面的粗化損傷。
圖3為依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種在半導(dǎo)體元件在示范鑲嵌工藝中的中間步驟的剖面圖，其中進(jìn)一步表示出CxHy層。
圖4為依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種在半導(dǎo)體元件在示范鑲嵌工藝中的中間步驟的剖面圖，其中進(jìn)一步表示出經(jīng)碳調(diào)節(jié)的區(qū)域鄰近于溝渠側(cè)壁。
圖5為依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種在半導(dǎo)體元件在示范鑲嵌工藝中的中間步驟的剖面圖，其中進(jìn)一步表示出化學(xué)機(jī)械研磨前的結(jié)構(gòu)。
圖6為依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種在半導(dǎo)體元件在示范鑲嵌工藝中的中間步驟的剖面圖，其中進(jìn)一步表示出化學(xué)機(jī)械研磨平坦化的結(jié)構(gòu)。
在不同附圖中的相對應(yīng)圖號與符號一般表示相對應(yīng)的部分，除非另有指定。附圖表示成可清楚顯示較佳實(shí)施例的相關(guān)方面，而無需依比例表示。主要元件標(biāo)記說明11導(dǎo)線層 12介電層14介層窗孔 15溝渠18阻擋層 21溝渠地面23溝渠側(cè)壁 85雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)86溝渠 104介層窗106溝渠 116阻擋層300鑲嵌結(jié)構(gòu) 301基材303第一蝕刻終止層305低介電常數(shù)介電層307碳?xì)浠衔飳? 308碳覆膜309經(jīng)碳調(diào)節(jié)的區(qū)域310導(dǎo)體層具體實(shí)施方式
以下將詳細(xì)討論本較佳實(shí)施例的操作與制造。然而，在此所述實(shí)施例與例子并非本發(fā)明僅有的應(yīng)用或運(yùn)用。在此所討論的特定實(shí)施例僅為制造或使用本發(fā)明的特定方式的舉例說明，并非用以限制本發(fā)明或權(quán)利要求的范圍。
本發(fā)明有關(guān)于半導(dǎo)體元件的制造，且特別是有關(guān)于多孔洞的低介電常數(shù)介電層的制造與處理。此低介電常數(shù)介電層可包括許多薄膜或許多層，但實(shí)施例并不限于這些型態(tài)。以下將以特定內(nèi)容，即在鑲嵌工藝中銅導(dǎo)線與介層窗的制造，來描述本發(fā)明的較佳實(shí)施例?？上嘈诺囊稽c(diǎn)是，當(dāng)本發(fā)明的實(shí)施例應(yīng)用在此工藝中時，將具有明顯優(yōu)勢。更可相信的一點(diǎn)是，當(dāng)本發(fā)明的實(shí)施例運(yùn)用在其它關(guān)注低介電常數(shù)介電層的性能的半導(dǎo)體制造應(yīng)用上，亦具有其優(yōu)勢。更可相信的一點(diǎn)是，在此所描述的實(shí)施例將有利于其它未特別提及的集成電路內(nèi)連線的應(yīng)用。因此，在此所討論的特定實(shí)施例僅用以說明制造與應(yīng)用本發(fā)明的特定方法，并非用以限制本發(fā)明的范圍。
現(xiàn)請參照圖3，其為欲依照本發(fā)明的較佳實(shí)施例與示范鑲嵌工藝來進(jìn)行處理的一種中間代表性的鑲嵌結(jié)構(gòu)300的剖面圖。圖3所示為半導(dǎo)體的基材301，此基材301可例如至少包括硅、絕緣層上有硅(SOI)、功能性與邏輯元件、其它內(nèi)連線層或其組合。以下為描述本發(fā)明的實(shí)施例的目的，基材301至少包括內(nèi)層介電層(ILD)以及導(dǎo)電內(nèi)連線。鑲嵌工藝的詳細(xì)說明，Bao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2004/0121583號中加以描述，在此一并列入?yún)⒖肌?br> 請?jiān)俅螀⒄請D3，第一蝕刻終止層303位于基材301上。低介電常數(shù)介電層305位于第一蝕刻終止層303上，其中此低介電常數(shù)介電層305亦稱為內(nèi)金屬介電層(IMD)、內(nèi)層介電層(ILD)或介電層。
根據(jù)較佳實(shí)施例，雖然其它的等離子體工藝或薄膜沉積方法也適用，但較佳為利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方式沉積碳?xì)浠衔飳?07，其中此碳?xì)浠衔飳?07至少包括CxHy。碳?xì)浠衔飳?07由有機(jī)分子前驅(qū)物所構(gòu)成，且形成于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器中。合適的前驅(qū)物包括具有充分的揮發(fā)性的碳?xì)浠衔?，如此一來，這些碳?xì)浠衔锟稍诜磻?yīng)容器中形成蒸氣。較佳的前驅(qū)物為經(jīng)取代的己烷衍生物α-松油烯(Substituted Hexane Derivativeα-terpinene；ATRP)[(CH3)2CHC6H6CH3]或乙烯(C2H4)。替代的前驅(qū)物包括任何其它碳?xì)浠衔?，較佳是具有碳-碳雙鍵的碳?xì)浠衔?。通過控制等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝的參數(shù)，例如溫度、壓力、射頻電力、以及氣體流率，可適當(dāng)?shù)爻练e碳?xì)浠衔锏那膀?qū)物。在溝渠深度約2000時，碳?xì)浠衔飳?07的厚度通常約介于40至50之間。
等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝較佳包括惰性載氣，例如氦氣。氦氣的流量可介于約25sccm至約10000sccm之間，較佳介于約50sccm至約5000sccm之間?；牡臏囟冉橛诩s25℃至約400℃，且較佳介于約125℃至約350℃之間。射頻功率密度介于約50W至約2500W，且較佳介于約50W至約1500W。在沉積工藝中，反應(yīng)器溫度介于約100mTorr至約10000mTorr之間，較佳介于約500mTorr至約8000mTorr之間。較合適的碳?xì)浠衔飳?07的沉積時間約在10秒內(nèi)。
碳?xì)浠衔飳?07較佳至少包括介于約20至約95原子百分比的碳；介于約0至約5原子百分比的氧；以及介于約5至約80原子百分比的氫。在薄膜的沉積工藝期間，受控制的主要工藝變量為射頻功率、前驅(qū)物流率、反應(yīng)器壓力以及基材溫度。
請參照圖4，其為圖3的中間半導(dǎo)體元件經(jīng)進(jìn)一步形成各向異性蝕刻的中間雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)85后的側(cè)視剖面圖。在此中間的雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)85中，由介層窗104與上方的溝渠106所構(gòu)成的凹陷特征。
制造第一雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)85時，先利用光刻圖案化以及各向異性蝕刻，來形成介層窗104穿過低介電常數(shù)介電層305、以及至少一部分第一蝕刻終止層303。接下來，利用相似的工藝來光刻圖案化與各向異性蝕刻，以形成溝渠106穿過第一蝕刻終止層303、以及部分低介電常數(shù)介電層305。這些步驟形成溝渠106位于且圍繞在介層窗104的上方?？闪私獾囊稽c(diǎn)是，溝渠106可包圍一或多個介層窗104，溝渠106與介層窗104可形成于不同的堆棧內(nèi)金屬介電層中，其中這些不同的堆棧內(nèi)金屬介電層之間形成有另一個蝕刻終止層。還可了解到低介電常數(shù)介電層305的表面可包括其它凹陷的特征，例如溝渠86，以容納更多內(nèi)層導(dǎo)電層。
如同先前所提及的傳統(tǒng)低介電常數(shù)介電層工藝，溝渠蝕刻工藝會傷及溝渠側(cè)壁。然而，本發(fā)明的實(shí)施例可避免此問題。此乃由于在溝渠蝕刻期間，碳從碳?xì)浠衔飳?07移轉(zhuǎn)至溝渠86、溝渠106以及介層窗104的側(cè)壁，而形成碳覆膜308。如同在本發(fā)明中所采用的碳?xì)浠衔飳?07的材料一樣，碳覆膜308包括多種材料，不僅僅是純碳而已。
碳覆膜308可至少包括碳?xì)浠衔铩⒑加袡C(jī)材料、至少包括碳、氫與氧的材料或多種碳材料的混合。申請人假設(shè)碳轉(zhuǎn)移的工藝通過聚合反應(yīng)工藝而發(fā)生。因此，申請人建議碳覆膜308在某種程度上可至少包括高分子聚合物層。在本發(fā)明的實(shí)施例中，碳覆膜308通常至少包括碳源，而從碳源處，碳可擴(kuò)散至鄰近的介電區(qū)。
在碳覆膜308沉積于溝渠側(cè)壁上之后，碳自碳覆膜308擴(kuò)散至低介電常數(shù)介電層305中。此擴(kuò)散過程形成經(jīng)碳調(diào)節(jié)的區(qū)域309鄰近于低介電常數(shù)介電層305的溝渠側(cè)壁，其中經(jīng)碳調(diào)節(jié)的區(qū)域309的厚度為x。x較佳介于約300至500之間。根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，經(jīng)碳調(diào)節(jié)的區(qū)域309可部分修補(bǔ)由傳統(tǒng)溝渠蝕刻或等離子體處理所造成的碳消耗的損傷。
傳統(tǒng)上，在含碳的低介電常數(shù)介電質(zhì)中形成溝渠時，鄰近于溝渠側(cè)壁的區(qū)域通常會產(chǎn)生碳的消耗。這樣的消耗通常相當(dāng)嚴(yán)重。一般而言，鄰近于溝渠側(cè)壁的碳濃度相對于主介電區(qū)的碳的濃度下降至少5％至10％。
用以修補(bǔ)碳消耗的實(shí)施例并不限于上述至少包括溝渠側(cè)壁的實(shí)施例。一般而言，等離子體處理會消耗介電質(zhì)表面區(qū)的碳。較佳實(shí)施例將表面碳的濃度復(fù)原至原來濃度的至少95％。
在另一些實(shí)施例中，經(jīng)碳調(diào)節(jié)的區(qū)域309亦可稱為富含碳的區(qū)域，其中鄰近于溝渠側(cè)壁的碳濃度可提高至高于主介電質(zhì)的碳濃度。然而，申請人發(fā)現(xiàn)較佳實(shí)施例并未要求將介電質(zhì)的碳的增加量作為碳的消耗量不超過5％的限制，其中碳的消耗在不超過5％的情況下，相信即可獲得適當(dāng)?shù)慕殡娰|(zhì)性能。
如同以上所述，在傳統(tǒng)工藝中，一種低介電常數(shù)介電質(zhì)的損害使低介電常數(shù)介電層表面粗化。申請人發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)上經(jīng)處理過的介電質(zhì)層具有平均表面粗化值34.7，表面粗化值的均方根為44.16，且最大表面粗化值為447.88。然而，根據(jù)較佳實(shí)施例，申請人發(fā)現(xiàn)介電層具有平均表面粗化值11.1，表面粗化值的均方根為14.2，且最大表面粗化值為314.8。經(jīng)降低表面損傷的結(jié)果，申請人發(fā)現(xiàn)測試元件的電阻電容(RC)值降低10％。
在修補(bǔ)形成溝渠時所造成的碳消耗后，利用溫度介于約300℃至約400℃的熱處理，來移除殘余的碳?xì)浠衔飳?07、碳覆膜308或任何碳的殘余。一般而言，這樣的熱處理可輕易地整合至另一工藝中。
接下來請參照圖4，低介電常數(shù)介電層305包括介電常數(shù)小于約4的介電質(zhì)。這樣的介電質(zhì)包括例如摻雜碳的二氧化硅，亦稱為有機(jī)硅玻璃(Organo-silicate Glass；OSG)以及碳氧化物。在替代實(shí)施例中，低介電常數(shù)材料可包括沉積于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面上的硼磷硅玻璃(BorophosphosilicateGlass；BPSG)、硼硅玻璃(Borosilicate Glass；BSG)、以及磷硅玻璃(Phosphosilicate；PSG)，這些材料層的厚度介于約5000至約9000之間，且較佳經(jīng)平坦化。示范的有機(jī)低介電常數(shù)材料包括聚芳基酯(polyaryleneether)、氫硅酸鹽(hydrogen silsesquioxane；HSQ)、含甲基的硅酸鹽(methylsilsesquioxane；MSQ)、聚硅酸鹽(polysilsesquioxane)、聚亞胺(polyimide)、苯環(huán)丁烯(benzocyclobutene；BCB)、以及非晶系聚四氟乙烯(amorphouspolytetrafluoroethylene；PTFE)(通常又稱特氟龍，Teflon)。適合本發(fā)明的方法的其它類型的低介電常數(shù)材料包括氟硅玻璃(Fluorinated SilicateGlass；FSG)，例如摻雜氟的二甲基硅酸鹽[fluorine-doped-(O-Si(CH3)2-O)-]。
低介電常數(shù)介電層305亦可包括一種低介電常數(shù)介電質(zhì)，此種低介電常數(shù)介電質(zhì)通常稱為超低介電常數(shù)(Extreme Low-k；ELK)介電質(zhì)。超低介電常數(shù)介電質(zhì)一般具有低于約2的介電常數(shù)，且這些超低介電常數(shù)介電質(zhì)包括多孔洞的介電質(zhì)。合適的超低介電常數(shù)介電材料可包括氮化硅、氧化硅、旋涂玻璃(SOG)、等離子體增強(qiáng)(PE)的四乙氧基硅甲烷(Tetraethoxysilane；TEOS)、鹵化的氧化硅以及氟硅玻璃。
其它較佳的超低介電常數(shù)介電質(zhì)包括含有未反應(yīng)且孔洞生成的材料或致孔劑(porogen)。將致孔劑加熱至高于其分解溫度，而在介電質(zhì)中形成孔洞。舉例而言，陶氏化學(xué)(Dow Chemical)的多孔性SILK產(chǎn)品與日本合成橡膠股份有限公司(JSR Corporation)的商品JSR 5109為合適的商用低介電常數(shù)前驅(qū)物，其中這些低介電常數(shù)前驅(qū)物利用有機(jī)母體材料(OrganicHost Material)。在較佳實(shí)施例中，低介電常數(shù)介電質(zhì)至少包括希普勵(Shipley)公司所提供的商用ZIRKONTM低介電常數(shù)內(nèi)層介電質(zhì)。ZIRKONTM低介電常數(shù)內(nèi)層介電質(zhì)是一種以含甲基的硅酸鹽(MSQ)為基礎(chǔ)材料與散布在溶劑丙二醇單甲基醚酯(PGMEA)中的丙烯酸(acrylic)、高分子聚合物系統(tǒng)的納米微粒致孔劑的混合。另一種替代的較佳超低介電常數(shù)包括等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積的SiwOxCyHz，因?yàn)椴徽撈溆谢驔]有致孔劑，均具有達(dá)成k＜2的可能性。
較佳是利用傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)來沉積ZIRKONTM低介電常數(shù)內(nèi)層介電質(zhì)。待沉積后，較佳在垂直爐管中進(jìn)行部分修復(fù)以交互連結(jié)母體，其中溫度介于約250℃至300℃之間。ZIRKONTM低介電常數(shù)內(nèi)層介電質(zhì)的致孔劑的衰減開始于約275℃，且完全衰減發(fā)生在約450℃。
已知多孔性低介電常數(shù)材料的開放性孔洞會使性能下降。因此，實(shí)施例可選擇性地包括孔洞密封方法，例如利用氬與氨的等離子體孔洞密封法、有機(jī)金屬孔洞密封法、氣相孔洞密封法或者較佳的電子束孔洞密封法。電子束孔洞密封法運(yùn)用典型狀況下的電子束，此典型狀況為2000～5000keV、1～6mA以及75～100μC/cm2。
根據(jù)傳統(tǒng)處理且請參照圖5，全面性沉積阻擋層116，以至少襯在雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)85上。阻擋層116的厚度較佳約為10至100之間，且此阻擋層116可阻擋銅的擴(kuò)散。阻擋層116可包括金屬氮化物，例如氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)、氮化鎢(WN)、氮化鋱(TbN)、氮化釩(VN)、氮化鋯(ZrN)、氮化鉻(CrN)、碳化鎢(WC)、碳氮化鎢(WCN)、氮化鈮(NbN)、氮化鋁(AlN)及上述材料的組合。在其它實(shí)施例中，阻擋層116包括鉭/氮化鉭雙層結(jié)構(gòu)。
可利用物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)或等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PEALD)等技術(shù)來形成阻擋層116。在較佳實(shí)施例中，阻擋層116包括氮化鉭，且利用原子層沉積(ALD)方式來沉積阻擋層116。
替代的實(shí)施例可進(jìn)一步包括粘著層(未表示)介于阻擋層116與其上方的導(dǎo)體層310之間。粘著層有助于相鄰各層之間的附著。此粘著層較佳包含可與銅及/或下方的阻擋層結(jié)合的材料。且粘著層的厚度約為10至500之間，較佳少于約150。粘著層可包括至少一層材料層，此層材料包含由釕(Ru)、鉭、鈦、鎢、鈷(Co)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鈮、鋁銅合金、上述材料的氮化物及上述材料的組合。
沉積導(dǎo)體層之前，先利用例如物理氣相沉積及/或化學(xué)氣相沉積方式選擇性地沉積晶種層(Seed Layer)(未表示)于粘著層上。物理氣相沉積晶種層，其材質(zhì)較佳為銅，以形成厚度約為400至700的連續(xù)層于晶片的處理表面上，以提供連續(xù)的導(dǎo)電表面，以利在電化學(xué)沉積工藝中沉積銅主體。
請?jiān)俅螀⒄請D5，待阻擋層116沉積后，利用傳統(tǒng)電化學(xué)沉積工藝電鍍導(dǎo)體層310，以填滿溝渠86、溝渠106、與介層窗104，并形成位于溝渠平面上的上方部分(亦即過度填充)，其中導(dǎo)體層310的材質(zhì)較佳為銅。雖然可使用其它的銅填充方法，例如物理氣相沉積法與化學(xué)氣相沉積法，但由于電鍍(電沉積)具有優(yōu)異的填隙與階梯覆蓋能力，因此較佳利用電鍍來沉積銅。在替代實(shí)施例中，導(dǎo)體層310實(shí)質(zhì)上可由銅、鋁、金、銀、上述材料的混合物及上述材料的合金化合物。
化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)平坦化導(dǎo)體層310至圖6所示的程度。在另一替代實(shí)施例中，電研磨可用來取代化學(xué)機(jī)械研磨或與化學(xué)機(jī)械研磨接續(xù)使用。在此替代實(shí)施例中，可同時進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨與電鍍工藝。
低介電常數(shù)介電層305包括經(jīng)碳調(diào)節(jié)的區(qū)域309鄰近于溝渠106，如圖6所示。依照本發(fā)明的實(shí)施例，經(jīng)碳調(diào)節(jié)的區(qū)域309部分地修補(bǔ)了傳統(tǒng)溝渠蝕刻所造成的碳耗損傷害。經(jīng)碳調(diào)節(jié)的區(qū)域309的厚度約為300至500之間。經(jīng)碳調(diào)節(jié)的區(qū)域309的碳濃度低于低介電常數(shù)介電層305的主體區(qū)的碳濃度不超過約5％。
上述本發(fā)明的實(shí)施例僅為示范例并非用以限制本發(fā)明的范圍，且對于所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，各種變型為顯而易見，而包括本發(fā)明的特征的這些變型落在本發(fā)明的范圍與權(quán)利要求中。雖然本發(fā)明的實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)已詳細(xì)描述如上，然應(yīng)該了解到的一點(diǎn)是，在不偏離權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神與范圍下，當(dāng)可在此進(jìn)行各種改變、取代以及修正。
舉例而言，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將可輕易地了解到在此所描述的許多特征、功能、工藝及材料可在本發(fā)明的范圍內(nèi)變化。此外，本申請案的范圍并非用以將本發(fā)明的范圍限制在說明書所描述的工藝、機(jī)械、制造、物質(zhì)成分、手段、方法以及步驟的特定實(shí)施例中。任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，將可輕易從本發(fā)明的披露中了解到，現(xiàn)存或日后所發(fā)展出的可與上述對應(yīng)實(shí)施例執(zhí)行實(shí)質(zhì)相同的功能或達(dá)到實(shí)質(zhì)相同的結(jié)果的工藝、機(jī)械、制造、物質(zhì)成分、手段、方法或步驟，可依據(jù)本發(fā)明來加以應(yīng)用。因此，權(quán)利要求用以將這類工藝、機(jī)械、制造、物質(zhì)成分、手段、方法或步驟涵括在其范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征是至少包括形成碳?xì)浠衔飳佑诘徒殡姵?shù)介電層上；形成開口于該碳?xì)浠衔飳右约霸摰徒殡姵?shù)介電層中；以及形成導(dǎo)電層位于該開口中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征是還至少包括形成碳層位于該開口中；將碳從該碳層擴(kuò)散至鄰近于該開口的低介電常數(shù)介電區(qū)中；以及利用加熱該半導(dǎo)體元件，來移除碳?xì)堄唷?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征是形成該碳?xì)浠衔飳佑谠摰徒殡姵?shù)介電層上的步驟包括等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征是該等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝包括將基材溫度設(shè)定在介于實(shí)質(zhì)125℃至實(shí)質(zhì)350℃之間；將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的壓力設(shè)定在介于實(shí)質(zhì)500mTorr至實(shí)質(zhì)8000mTorr之間；以及將等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的功率水準(zhǔn)設(shè)定在介于實(shí)質(zhì)50W至實(shí)質(zhì)1500W之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征是該低介電常數(shù)介電層至少包括一種材料，且該材料選自于實(shí)質(zhì)上由有機(jī)硅玻璃、硼磷硅玻璃、硼硅玻璃、磷硅玻璃、聚芳基酯(polyarylene ether)、氫硅酸鹽(hydrogen silsesquioxane；HSQ)、含甲基的硅酸鹽(methyl silsesquioxane；MSQ)、聚硅酸鹽(polysilsesquioxane)、聚亞胺(polyimide)、苯環(huán)丁烯(benzocyclobutene；BCB)、非晶系聚四氟乙烯(amorphouspolytetrafluoroethylene；PTFE)、氟硅玻璃(Fluorinated Silicate Glass；FSG)、多孔性氧化物、多孔性氮化物、致孔劑(porogen)及其組合所組成的族群。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征是該碳?xì)浠衔飳又辽侔ń橛趯?shí)質(zhì)20至實(shí)質(zhì)95原子百分比的碳；介于實(shí)質(zhì)5至實(shí)質(zhì)80原子百分比的氫；以及介于實(shí)質(zhì)0至實(shí)質(zhì)5原子百分比的氧。
7.一種利用權(quán)利要求1所述方法制造的半導(dǎo)體元件，其特征是該低介電常數(shù)介電層至少包括主介電區(qū)，具有主碳濃度；以及表面介電區(qū)鄰近于該開口，其中該表面介電區(qū)的碳濃度為該主碳濃度的至少95％。
8.一種修補(bǔ)半導(dǎo)體元件工藝中所造成的低介電常數(shù)介電層的損傷的方法，其特征是至少包括形成碳?xì)浠衔飳游挥谠摰徒殡姵?shù)介電層上；利用等離子體工藝蝕刻該低介電常數(shù)介電層；以及利用加熱該低介電常數(shù)介電層達(dá)實(shí)質(zhì)上至少300℃，來移除碳?xì)堄唷?br> 9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的修補(bǔ)半導(dǎo)體元件工藝中所造成的低介電常數(shù)介電層的損傷的方法，其特征是該碳?xì)浠衔飳又辽侔ń橛趯?shí)質(zhì)20至實(shí)質(zhì)95原子百分比的碳；介于實(shí)質(zhì)5至實(shí)質(zhì)80原子百分比的氫；以及介于實(shí)質(zhì)0至實(shí)質(zhì)5原子百分比的氧。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的修補(bǔ)半導(dǎo)體元件工藝中所造成的低介電常數(shù)介電層的損傷的方法，其特征是形成該碳?xì)浠衔飳拥牟襟E還至少包括反應(yīng)一種材料，且該材料選自于主要由C2H4、(CH3)2CHC6H6CH3、具有碳-碳雙鍵的碳?xì)浠衔锛捌浣M合所組成的族群。
11.一種半導(dǎo)體元件，其特征是至少包括基材；以及低介電常數(shù)介電層位于該基材上，其中該低介電常數(shù)介電層具有開口，且該低介電常數(shù)介電層至少包括主介電區(qū)，具有主碳濃度；以及表面介電區(qū)鄰近于該開口，其中該表面介電區(qū)的碳濃度為該主碳濃度的至少95％。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體元件，其特征是該低介電常數(shù)介電層至少包括一種材料，且該材料選自于實(shí)質(zhì)上由有機(jī)硅玻璃、硼磷硅玻璃、硼硅玻璃、磷硅玻璃、聚芳基酯(polyarylene ether)、氫硅酸鹽(hydrogensilsesquioxane；HSQ)、含甲基的硅酸鹽(methyl silsesquioxane；MSQ)、聚硅酸鹽(polysilsesquioxane)、聚亞胺(polyimide)、苯環(huán)丁烯(benzocyclobutene；BCB)、非晶系聚四氟乙烯(amorphouspolytetrafluoroethylene；PTFE)、氟硅玻璃(Fluorinated Silicate Glass；FSG)、多孔性氧化物、多孔性氮化物、致孔劑(porogen)及其組合所組成的族群。
全文摘要
一種具有低介電常數(shù)介電層的半導(dǎo)體元件的制造方法。此方法包括沉積通式為C
文檔編號H01L23/52GK1815710SQ20051008898
公開日2006年8月9日 申請日期2005年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月1日
發(fā)明者鄭雙銘, 葉明靈, 包天一, 林耕竹 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司