[發明專利]雙重金屬鑲嵌結構的制造方法

有效

• 申請號: 01129593.7
• 申請日: 2001-06-28
• 公開（公告）號: CN1393923A
• 公開（公告）日: 2003-01-29
• 發明（設計）人: 陳中泰
• 申請（專利權）人: 旺宏電子股份有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/28
• 代理公司: 北京集佳專利商標事務所
• 代理人: 王學強

本發明是有關于一種制造金屬內連線(Interconnects)的方法，且特別是有關于一種雙重金屬鑲嵌(Dual?Damascene)結構的制造方法。

在半導體工業的發展中，元件運算速度的提高一直是發展的要點，同時也是消費者選擇時的重要指標。隨著集成電路工藝的快速發展，目前影響速度的因素中以導線本身的電阻值及層間介電層的寄生電容大小為決定性的關鍵。其中，減少導線阻值的影響，可以選用低阻值的金屬材料；而改善層間介電層的寄生電容，則可以采用低介電常數的材料，作為多層金屬連線間的絕緣層。

典型的金屬內連線工藝，是在介電層中形成金屬插塞，再在基底上形成與金屬插塞連接的鋁金屬導線。而雙重金屬鑲嵌的技術，是一種具有高可靠度及低成本的金屬線制造技術，其所使用的金屬內連線的材料，并不受金屬蝕刻的限制。因此該技術已廣泛應用于銅導線的制作，以此來降低導線本身的電阻值，進而提高集成電路元件的速度及品質。而隨著元件高度集成化之后，以低介電常數的介電層制作雙重金屬鑲嵌結構，已逐漸成為半導體工業的金屬內連線工藝所采用的一種方式。

公知的雙重金屬鑲嵌工藝，大多是在基底上形成介電層，然后在介電層內形成一雙重金屬鑲嵌開口，再將金屬銅填入此雙重金屬鑲嵌開口，最后以化學機械研磨進行平坦化處理。上述方法在后段步驟中，會利用到化學機械研磨工藝，但是眾所周知化學機械研磨工藝會產生包括表面刻痕(scratch)、剝落(rip?off)、殘留顆粒(particleresidue)、銅區凹陷(dishing)、侵蝕(erosion)的去除、防止銅表面的氧化層和對化學機械研磨后的清洗過程中銅擴散的控制等問題，而且化學機械研磨工藝所造成的缺陷，也會導致合格率損失及可靠性的問題。

因此，本發明提供一種雙重金屬鑲嵌結構的制造方法，可以避免半導體化學機械研磨的使用。

本發明提出一種雙重金屬鑲嵌結構的制造方法。此方法是在一具有一雙重金屬鑲嵌開口的半導體結構上形成一層阻障層(BarrierLayer)，且覆蓋此雙重金屬鑲嵌開口；再在阻障層上形成一層晶種層(Seed-layer)，且覆蓋此阻障層表面；再在該晶種層上形成一層保護層(Sacrificial?Layer)，且填滿此雙重金屬鑲嵌開口；并以晶種層為蝕刻終止層對保護層進行回蝕(etch-back)；接著去除暴露出的晶種層，再完全去除保護層，最后在雙重金屬鑲嵌開口中形成一金屬層并填滿此雙重金屬鑲嵌開口，以形成雙重金屬鑲嵌結構。由于使用蝕刻及填充的方式制得雙重金屬鑲嵌結構，所以不需使用化學機械研磨法，而避免其所引發的缺陷。

本發明是利用保護層以制造半導體后段步驟的雙重金屬鑲嵌以避免半導體化學機械研磨的使用，此方法也可用于后段步驟(BackEnd?of?Line，BEOL)內連線的制作。由于一般以銅作為內連線材料的方法，都需要利用化學機械研磨工藝做平坦化的處理，因此無法避免地會遇到化學機械研磨所產生的問題，例如表面刻痕、剝落、殘留顆粒、銅區凹陷、侵蝕、銅表面產生氧化層和對化學機械研磨后的清洗過程中銅離子的擴散等問題。所以本發明避免化學機械研磨的使用，可以防止上述各種問題的產生，因此可確保雙重金屬鑲嵌不會因為使用化學機械研磨工藝而遇到各項從化學機械研磨而來的問題，進而增加合格率、達到所要求的可靠度。

為使本發明的上述和其它目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明：

圖面說明：

圖1A至圖1G是本發明較佳實施例的一種制造雙重金屬鑲嵌結構的制造流程剖面示意圖。附圖標記說明：

100：基底

102a、102b：低介電常數介電層

104：蝕刻終止層

106：罩幕層

108：雙重金屬鑲嵌開口

110：阻障層

112：晶種層

114、114a：保護層

116：金屬層

實施例：

圖1A至圖1G是本發明較佳實施例的一種雙重金屬鑲嵌(DualDamascene)結構的制造流程剖面示意圖，此方法可以用于后段步驟(Back?End?of?Line，BEOL)內連線的制作。