[發(fā)明專(zhuān)利]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710103965.3
• 申請(qǐng)日: 2007-05-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101188210A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余振華;陳海清;包天一
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/768
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/768
• 代理公司: 隆天國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 陳晨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路，特別涉及集成電路中的互連結(jié)構(gòu)及其形成方法，并且還涉及在銅導(dǎo)線(xiàn)上形成阻擋層。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的集成電路包含多條相隔的圖案化金屬線(xiàn)及多個(gè)互連，例如，流排線(xiàn)、位線(xiàn)、字線(xiàn)及邏輯互連。一般來(lái)說(shuō)，垂直方向區(qū)隔金屬層的圖案化金屬可以以插塞互相電性連接，且形成于溝槽狀開(kāi)口的金屬線(xiàn)實(shí)質(zhì)上與半導(dǎo)體基板平行。根據(jù)目前業(yè)界的技術(shù)，半導(dǎo)體基板可包括8個(gè)以上的金屬層以符合元件幾何及微小化的要求。

“雙鑲嵌”為目前金屬線(xiàn)及插塞主要的形成方法，一般來(lái)說(shuō)，雙鑲嵌程序包括形成一開(kāi)口于層間介電層中，層間介電層分離垂直方向區(qū)隔的金屬層。此開(kāi)口可以傳統(tǒng)的光刻及蝕刻技術(shù)完成。在形成開(kāi)口后，于開(kāi)口中填滿(mǎn)銅或銅合金以形成插塞或溝槽。并以一化學(xué)機(jī)械研磨程序移除層間介電層表面多余的金屬。

此外，可以電阻較低的銅取代鋁以形成金屬線(xiàn)，然而，在使用銅時(shí)，尺寸縮小及電流密度增加會(huì)對(duì)電子遷移(electro-migration，EM)及應(yīng)力遷移(stress?migration，SM)的穩(wěn)定度產(chǎn)生影響。

圖1顯示以雙鑲嵌程序形成傳統(tǒng)互連結(jié)構(gòu)1的制造工藝剖面圖。金屬線(xiàn)2、4為銅或銅合金，其以插塞10相互電性連接。層間介電層(IMD)8分隔含有金屬線(xiàn)2、4的兩層。蝕刻停止層(ESL)5形成于銅導(dǎo)線(xiàn)2上。擴(kuò)散阻擋層12、14包括Ta或TaN，其可防止銅擴(kuò)散至周?chē)牟牧现小Ｒ话銇?lái)說(shuō)，ESL5有較高的介電常數(shù)，且其介電常數(shù)大于低介電常數(shù)介電層6及IMD8，以抑制金屬線(xiàn)間寄生電容的增加。

圖2顯示另一互連結(jié)構(gòu)3。金屬蓋層16形成于銅導(dǎo)線(xiàn)2上。金屬蓋層16的材質(zhì)對(duì)于電子移動(dòng)及應(yīng)力移動(dòng)的穩(wěn)定較高。此金屬蓋層可通過(guò)減少銅表面位移來(lái)增加互連結(jié)構(gòu)的可靠度。此外，在含有應(yīng)力的情況下，互連結(jié)構(gòu)3的平均失效時(shí)間(Mean?Time?to?Failure，MTTF)明顯大于互連結(jié)構(gòu)1，且金屬蓋層16可明顯減少應(yīng)力導(dǎo)致的空洞(stress-induced?void?formation)，并減少寄生電容。

因金屬蓋層16只形成于銅導(dǎo)線(xiàn)2上，所以銅仍可通過(guò)金屬蓋層16與擴(kuò)散阻擋層14之間的交界處擴(kuò)散出去。

此外，也可在熱及非等離子體的環(huán)境下將銅置于硅烷(SiH₄)下來(lái)形成金屬蓋層16，以形成銅硅化物于銅導(dǎo)線(xiàn)2的表面。然而，在以硅烷處理時(shí)，硅烷中的硅會(huì)擴(kuò)散至銅導(dǎo)線(xiàn)2中，而在銅導(dǎo)線(xiàn)2中形成銅硅化物，使銅導(dǎo)線(xiàn)2的電阻增加。且在以更先進(jìn)的工藝形成集成電路時(shí)，此問(wèn)題更加嚴(yán)重。因此必須降低銅導(dǎo)線(xiàn)2的厚度。

因傳統(tǒng)形成蓋層的方法有其優(yōu)缺點(diǎn)，因此需要不同的設(shè)計(jì)，為滿(mǎn)足不同的設(shè)計(jì)及所需的可靠度，業(yè)界急需一種在銅導(dǎo)線(xiàn)上形成蓋層的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題而作出的。本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供一基板；形成一低介電常數(shù)介電層于基板上；形成一導(dǎo)線(xiàn)于低介電常數(shù)介電層中；以及在一含碳硅烷化學(xué)品中熱處理該導(dǎo)線(xiàn)以形成一阻擋層于該導(dǎo)線(xiàn)上。

根據(jù)所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該導(dǎo)線(xiàn)包括銅。

根據(jù)所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，在該熱處理時(shí)關(guān)閉等離子體。

根據(jù)所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該熱處理的溫度介于約150℃至約450℃。

根據(jù)所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該含碳硅烷化學(xué)品選自下列所組成的族群：SiH₃(CH₃)₁、SiH₂(CH₃)₂、SiH(CH₃)₃及上述的組合。

根據(jù)所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該含碳硅烷化學(xué)品不含有Si(CH₃)₄。

根據(jù)所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該形成導(dǎo)線(xiàn)的步驟包括：形成一開(kāi)口，該開(kāi)口從該低介電常數(shù)介電層的上表面延伸至該低介電常數(shù)介電層中；在該開(kāi)口形成一阻擋層，其中該阻擋層包括一金屬，其選自下列所組成的族群：鈷、鎳及上述的組合，且在該熱處理后，該金屬與該含碳硅烷化學(xué)品反應(yīng)以形成一硅化物于該阻擋層的頂部邊緣。