內連線結構的形成方法
【專利說明】
[00011 本申請是申請日為2011年02月10日，申請號為201110037587.X，優先權日為2010 年03月15日，發明名稱為"內連線結構的形成方法"的發明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002] 本發明涉及一種集成電路，尤其涉及一種集成電路的內連線結構以及其形成方 法，且還涉及一種在鑲嵌的內連線結構中，低介電常數銅阻擋層的形成。
【背景技術】
[0003] 集成電路通常含有多個圖案化的金屬線，其借由導線間的間隔分開。一般而言，垂 直間隔的金屬化層的金屬圖案是借由導孔互相電性連接，在溝槽狀開口內所形成的金屬線 通常平行于半導體基底而延伸。依據目前的技術，這種類型的半導體元件可包括八層或更 多層的金屬化層，以滿足元件的幾何與微小型化的需求。
[0004] 目前常用于形成金屬線或插塞的工藝為鑲嵌(damascene)工藝，一般而言，此工藝 包含在層間介電層內形成開口，層間介電層將垂直間隔的金屬化層分開。于開口形成之后， 在開口內填充銅或銅合金，以形成銅線，并且也可以形成導孔。接著，借由化學機械平坦化 技術將層間介電層表面上多余的金屬材料除去。
[0005] 為了準確地控制開口的形成，可使用蝕刻停止層。圖1是顯示形成傳統的內連線結 構的中間階段的剖面示意圖，介電層110具有銅線112埋入于其中，蝕刻停止層(etch stop layer ;ESL) 114形成于介電層110與銅線112之上，低介電常數介電層120在蝕刻停止層114 上形成，開口 122在低介電常數介電層120內形成。于開口 122形成期間，使用蝕刻停止層114 來停止低介電常數介電層120的蝕刻。
[0006] 為了降低內連線結構的寄生電容，蝕刻停止層114較佳為具有低介電常數值。然 而，在目前的工藝技術中，蝕刻停止層114的介電常數值只能夠降低至約4.0或更大，蝕刻停 止層114的介電常數值的降低會造成低介電常數介電層120與蝕刻停止層114的蝕刻選擇比 (etching selectivity)的犧牲。再者，蝕刻停止層114的介電常數值的降低也會造成其形 成的內連線結構的漏電流增加。

【發明內容】

[0007] 為了克服現有技術中存在的缺陷，本發明實施例提供了一種內連線結構的形成方 法，依據在此所公開的一概念，于內連線結構的形成中，在介電層內形成金屬圖形，使用前 驅物與包含碳的碳源氣體作為前驅物，在金屬圖形與介電層之上形成蝕刻停止層，在碳源 氣體中不含有二氧化碳，前驅物則是選自于大抵上由1-甲基硅烷、2-甲基硅烷、3-甲基硅 烷、4-甲基硅烷以及前述的組合所組成的群組。
[0008] 其他實施例亦包含如下。
[0009] 采用本發明提供的內連線結構的形成方法，實驗顯示蝕刻停止層具有非常低的介 電常數值，其可介于約3.0至約4.0之間。
[0010]為了讓本發明的上述目的、特征、及優點能更明顯易懂，以下配合附圖，作詳細說 明如下：
【附圖說明】
[0011]圖1是顯示包含蝕刻停止層的傳統的內連線結構的剖面示意圖；以及
[0012] 圖2至圖7是顯示依據一實施例，在內連線結構的制造過程中，各中間階段的剖面 示意圖，其中包含蝕刻停止層的形成。
[0013] 【主要附圖標記說明】
[0014] 2~晶片；10~半導體基底；20、110~介電層；24~金屬線；30、52~擴散阻擋層； 34、114~蝕刻停止層;36~四乙氧基硅烷氧化層;40~導孔金屬層間介電層;42~溝槽金屬 層間介電層;46~導孔開口； 48~溝槽開口； 50~光致抗蝕劑;54~導孔;56~導線；112~銅 線；120~低介電常數介電層；122~開口。
【具體實施方式】
[0015] 以下詳述各實施例的制造與使用，然而，可以理解的是，這些實施例提供許多可實 施的發明概念，其可以應用在各種不同的特定背景中，在此所討論的特定實施例僅用于說 明本發明，并非用以限定公開的范圍。
[0016] 在此提供集成電路的一種新的內連線結構以及其形成方法，并以【附圖說明】制造一 實施例的中間階段，以及討論實施例的各種變化。在此所公開的全部附圖以及實施例中，使 用相似的附圖標記來標示相似的元件。
[0017] 圖2至圖7是顯示依據各種實施例，在內連線結構的制造過程中，各中間階段的剖 面示意圖。圖2顯示晶片2,其包含金屬線24在介電層20內，且更進一步形成于半導體基底10 之上。半導體基底10可以是未切割(un-diced)晶片的一部份，半導體基底10可以是硅基底， 或者可包括其他半導體材料，例如SiGe、GaAs或類似的材料。集成電路，例如為P型金屬氧化 物半導體(PMOS)與N型金屬氧化物半導體(匪OS)晶體管（未示出），可以在半導體基底10的 上表面上形成。在一實施例中，介電層20為低介電常數值(k值）的金屬層間介電層（intermetal dielectric; IMD )， 例如介電常數值低于約3.5, 或者甚至低于約2. 5。 低介電常數介 電層20可由常見的低介電常數介電材料形成，例如含碳的介電材料，且可進一步含有氮、 氫、氧以及前述的組合。
[0018] 擴散阻擋層30以及金屬線24在低介電常數介電層20內形成，擴散阻擋層30可包含 欽（titanium)、氮化欽（titanium nitride)、組（tantalum)、氮化組（tantalum nitride)以 和/或其他的選擇，金屬線24的材料可包含銅或銅合金。雖然金屬線24可以由其他導電材 料，例如銀、金、鎢、鋁以及類似的材料形成，但是在以下的描述中，金屬線24也被稱為銅線 24。形成銅線24的步驟可包含在低介電常數介電層20內形成鑲嵌式開口（damascene opening)，在鑲嵌式開口內形成擴散阻擋層30,沉積一層薄的銅或銅合金的籽晶層（seed layer)，以及例如借由電鍍法填充鑲嵌式開口。接著，進行化學機械平坦化（chemical mechanical planarization;CMP)工藝，除去低介電常數介電層20之上多余的材料，形成如 圖2所示的結構。為了簡化附圖，在后續的附圖中未示出基底10。
[0019] 圖3顯示蝕刻停止層(ESL)34的形成，蝕刻停止層也稱為銅阻擋層，雖然可使用不 同的厚度，蝕刻停止層34的厚度T通常介于約IOOA至約500人之間。蝕刻停止層34的介電 常數可低于約4.0，或者甚至低于約3.5，其材料可選自于氮摻雜碳化物(碳化娃）（nitrogen doped( si I icon)carbide; SiC: N ;NDC)、氧慘雜碳化物（碳化娃）（oxygen doped( silicon) carbide;SiC:0;0DC)，以及前述的組合。蝕刻停止層34的形成方法包含常用的化學氣相沉 積法(CVD)，例如等離子體增強型化學氣相沉積法(PECVD)，其反應氣體(前驅物)取決于所 希望的蝕刻停止層34的組成，且可包含硅(Si)、碳(C)、氫(H)、氮(N)、氧(0)、硼(B)，以和/或 類似的元素。在一實施例中，前驅物包含氣體，其是選自于1-甲基硅烷(1-methyl si lane; Si (CH)H3; IMS)、2-甲基硅烷（2-methy Isi lane ; Si(CH)2H2; 2MS)、3-甲基硅烷（3_ methylsilane; Si(CH)3H;3MS)、4_甲基硅烷（4-methylsilane; Si(CH)4;4MS)以及前述的組 合。另外，也可以使用惰性氣體，例如He、N2、Ar、Xe以及類似的氣體作為周圍氣體(ambient gas)。如果要形成氧摻雜碳化物(碳化硅）（0DC)，可加入二氧化碳(CO 2)提供氧;如果要形成 氮摻雜碳化物(碳化硅）（NDC)，可加入氨氣(NH3)提供氮。再者，前驅物可包含含硼的氣體， 例如B 2H6、BH3或前述的組合，以提供硼至所形成的蝕刻停止層34中。
[0020] 除了上述所討論的前驅物之外，還可以加入一個或多個碳源氣體(carbon-source gas)，以增加所形成的蝕刻停止層34中的碳含量。碳源氣體可以是富含碳的來源(carbon-rich source) ， 其表示在碳源氣體中 ，碳的原子百分比較高 ，例如大于約 10 百分比 ，或甚至 大于約20或30百分比。在示范性的實施例中，碳源氣體是含有碳氫的氣體，其是選自于C2H4、 C2H6以及前述的組合。借由碳源氣體所提供的額外的碳，可增加所形成的蝕刻停止層34中的 碳百分比，并且改善蝕刻停止層34的性質。在一實施例中，碳源氣體的流率與全部的