金属内连线结构及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种金属内连线结构及其制造方法。两方法可达成其较佳的圆形化轮廓。对于两种方法，是形成一沟槽且导电材料是填入沟槽中。应用蚀刻阻挡层的方法包括形成一蚀刻阻挡层于一层间介电层下。在蚀刻层间介电层的一沟槽之后，是蚀刻阻挡层，以圆形化沟槽边角。化学方法包括在蚀刻沟槽时，改变蚀刻化学物。上述的两种方法可分别使用，或是合并使用。一贯孔结构包括两铜导线且是形成一内连线贯孔。通过使用蚀刻阻挡层方法或是改变蚀刻化学物的方法，可以形成大体上圆形化的边角。本发明专利技术是应用在相近足以导致介电膜时间相依介电崩溃的导电特征。本发明专利技术当具有较高曲率半径的边角，电场较不集中，且可减少其对于周围介电层的应力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种半导体元件和其制造方法，特别是有关半导体元件的铜镶嵌结构和其制造方法。
技术介绍
传统的集成电路是包括多个由金属线间隔所分隔的金属线图案，和多个内连线，例如总线线路(bus line)、位元线、字元线和逻辑内连接线。一般来说，垂直间隔的金属化层的金属图案是经由贯孔电性连接。金属线是形成在沟槽形状的开口中，其通常是在基底上以平行的方式排列。根据现行技术的此半导体元件可包括五层或是更多层的金属化层，以满足元件特性和微型化的需求。一种形成金属线或是贯孔的现有方法是为“镶嵌法”。通常，此制程包括在层间介电层中形成开口或是贯孔，而层间介电层是垂直分隔金属化层。贯孔通常是采用现有的微影和蚀刻技术所形成。在贯孔形成之后，其是填入铜或是铜合金。通常，层间介电层上剩余的金属材料是采用化学机械研磨法(chemicalmechanical pulish，CMP)移除。当两个金属线间存在势能差，两者间是存在电场。然而，高电场会导致电的迁移(electro migration)的现象。因此，在长时间运作后，可能在介电层所分隔的金属线上形成突出物，导致金属线间的短路，而形成介电膜时间相依介电崩溃(time dependentdielectric breakdown，TDDB)。金属线间的电场强度是为决定TDDB的因素之一，并且电场越高，TDDB越容易发生。贯孔和其周围的特征通常会影响TDDB。图1是揭示一范例。贯孔2是连接到金属线4，且两者是施加高电压。金属线6是接地，其电压是为0V。电场分布是以箭头7所标示。因为边角8通常具有尖锐的形状，其电场是为最强的。图2是揭示一突出物10是因为图1的高电场发生。一般来说，金属线在剖面方向上是为矩形的结构，其突出物10相对于水平的A-A’线是大约为45°。包括从金属线迁移出的金属材料的突出物10是从金属线6形成，且朝向最强的电场延伸。在长运作时间后，突出物10是延伸至贯孔2或是金属线4。当突出物接触到贯孔2或是金属线4，会导致金属线的短路和电路的失效。对于铜制程，TDDB的问题是更严重。铜是较现有使用的金属(例如钨)更容易迁移。铜制程通常是用在0.13μm或是线宽更小的制程，而铜特征间的电场是为更强。另外，铜一般搭配低介电材料作为金属间介电层，而低介电材料通常为低密度或孔洞结构，也因此更容易导致TDDB。此外，尖锐的边角亦会导致应力(stress)的问题。尖锐的边角8在围绕的介电层中会导致高应力，并且会导致保护层中的破裂。为使电场较不集中在边角及减少应力，边角需要圆形化。一般来说，当沟槽形成之后，其底部的角落总是具有特定的曲率角度。然而，自然形成的边角的曲率半径并不能满足减少电场和应力集中的需求。此外，以现有制程形成圆形化的边角会导致其它问题。举例来说，在相同的制程条件下，窄宽度的金属线一般较宽宽度的金属线有较大的曲率半径。因此，在宽宽度的金属线较容易发生TDDB。然而，因为微负载效应(micro-loading effect)，窄宽度金属线是较宽宽度的金属线为薄，也因此其具有较高片电阻。因此，减少金属线的宽度以形成圆形化的边角是不可行的。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种金属内连线结构，包括一第一导电特征和一第二导电特征于一基底上方，其中第二导电特征具有至少一底部圆形化边角，底部圆形化边角具有大体上圆形化部分，部分的水平宽度大体上大于第二导电特征总宽度的1/5，且部分的垂直高度大体上大于第二导电特征总高度的1/4。本专利技术所述的金属内连线结构，该圆形化边角的该圆形部分的水平宽度大体上大于第二导电特征总宽度的1/4。本专利技术所述的金属内连线结构，该第一导电特征和该第二导电特征是位于同一导电层，且该第一导电特征和该第二导电特征的间距大体上小于0.15μm。本专利技术所述的金属内连线结构，该第一导电特征更包括一第三导电特征位于该第一导电特征下，且连接该第一导电特征。本专利技术所述的金属内连线结构，该第一导电特征是在该第二导电特征之下的层，其中该第一导电特征和该第二导电特征之间距大体上小于0.3μm。本专利技术所述的金属内连线结构，该第一导电特征和该第二导电特征是为铜组成。本专利技术所述的金属内连线结构，更包括一低介电层位于该第一导电特征和该第二导电特征之间。本专利技术所述的金属内连线结构，该低介电层是选自下列族群氮、碳、氢、氧、氟、上述的结合、多孔材料和掺杂硅的材料。本专利技术所述的金属内连线结构，更包括一蚀刻阻挡层位于该第一导电特征或该第二导电特征的一部分之下。本专利技术提供一种金属内连线结构的制造方法。首先，形成第一层间介电层于基底上。形成第一沟槽，于第一层间介电层中。其后，在第一沟槽中填入导电材料，以形成第一导线。形成第一贯孔蚀刻阻挡层于第一层间介电层和第一导线上方。接下来，形成贯孔层间介电层于贯孔蚀刻阻挡层上。形成沟槽蚀刻阻挡层于贯孔层间介电层上。后续，蚀刻贯孔开口，穿过沟槽层间介电层、沟槽蚀刻阻挡层、贯孔层间介电层，且停止在贯孔蚀刻阻挡层上。接着，蚀刻第二沟槽，穿过沟槽层间介电层，且停止在沟槽蚀刻阻挡层上。蚀刻沟槽蚀刻阻挡层，以在第二沟槽形成大体上圆形的底部边角。其后，蚀刻暴露的贯孔蚀刻阻挡层，其中第二沟槽具有至少一底部圆形化边角，底部圆形化边角具有大体上圆形化部分，部分的水平宽度大体上大于第二导电特征总宽度的1/5，且部分的垂直高度大体上大于第二导电特征总高度的1/4。最后，在贯孔和第二沟槽中填入导电材料。本专利技术所述的金属内连线结构的制造方法，更包括下列步骤形成一第一蚀刻阻挡层，于该基底和该第一层间介电层间；及蚀刻该第一蚀刻阻挡层，以将该第一沟槽形成圆形化底部边角。本专利技术所述的金属内连线结构的制造方法，该第一沟槽是经由包括下列的蚀刻化学物蚀刻CF4、CHF3、Ar和O2，且其中该蚀刻化学物包括氧含量大体上介于1％～10％、碳含量大体上介于1％～10％、氢含量大体上介于1％～10％，该第二沟槽是经由包括下列的蚀刻化学物蚀刻CF4、CHF3、Ar和O2，且其中该蚀刻化学物包括氧含量大体上介于1％～10％、碳含量大体上介于1％～10％、氢含量大体上介于1％～10％。本专利技术所述的金属内连线结构的制造方法，该第一沟槽的蚀刻化学物包括氧含量大体上介于5％、碳含量大体上介于5％、氢含量大体上介于5％，该第二沟槽的蚀刻化学物的包括氧含量大体上介于5％、碳含量大体上介于5％、氢含量大体上介于5％。本专利技术提供一种金属内连线结构的制造方法。首先，形成第一导电特征和第二导电特征于基底上方，其中第二导电特征具有至少底部圆形化边角。底部圆形化边角具有大体上圆形化部分，部分的水平宽度大体上大于第二导电特征总宽度的1/5，且部分的垂直高度大体上大于第二导电特征总高度的1/4。第二导电特征是通过形成一沟槽和在沟槽中填入导电材料形成，其中沟槽是经由包括下列的蚀刻化学物蚀刻CF4、CHF3、Ar和O2。蚀刻化学物的包括氧含量大体上介于1％～10％、碳含量大体上介于1％～10％、氢含量大体上介于1％～10％。本专利技术所述，可通过蚀刻阻挡层或是改变蚀刻化学的方法，以形成大约圆形化的边角。当具有较高曲率半径的边角，电场较不集中，且可减少其对于周围介电层的应力。附图说明图1是揭示一现有技术金属内连线的范例；图2是揭示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属内连线结构，其特征在于，包括一第一导电特征和一第二导电特征于一基底上方，其中该第二导电特征具有至少一底部圆形化边角，该底部圆形化边角具有圆形化部分，该部分的水平宽度大于第二导电特征总宽度的１／５，且该部分的垂直高度大于第二导电特征总高度的１／４。

【技术特征摘要】
US 2004-10-12 10/963,2681.一种金属内连线结构，其特征在于，包括一第一导电特征和一第二导电特征于一基底上方，其中该第二导电特征具有至少一底部圆形化边角，该底部圆形化边角具有圆形化部分，该部分的水平宽度大于第二导电特征总宽度的1/5，且该部分的垂直高度大于第二导电特征总高度的1/4。2.根据权利要求1所述的金属内连线结构，其特征在于，该圆形化边角的该圆形部分的水平宽度大于第二导电特征总宽度的1/4。3.根据权利要求1所述的金属内连线结构，其特征在于，该第一导电特征和该第二导电特征是位于同一导电层，且该第一导电特征和该第二导电特征的间距小于0.15μm。4.根据权利要求3所述的金属内连线结构，其特征在于，该第一导电特征更包括一第三导电特征位于该第一导电特征下，且连接该第一导电特征。5.根据权利要求1所述的金属内连线结构，其特征在于，该第一导电特征是在该第二导电特征之下的层，其中该第一导电特征和该第二导电特征之间距小于0.3μm。6.根据权利要求1所述的金属内连线结构，其特征在于，该第一导电特征和该第二导电特征是为铜组成。7.根据权利要求1所述的金属内连线结构，其特征在于，更包括一低介电层位于该第一导电特征和该第二导电特征之间。8.根据权利要求7所述的金属内连线结构，其特征在于，该低介电层是选自下列族群氮、碳、氢、氧、氟、上述的结合、多孔材料和掺杂硅的材料。9.根据权利要求1所述的金属内连线结构，其特征在于，更包括一蚀刻阻挡层位于该第一导电特征或该第二导电特征的一部分之下。10.一种金属内连线结构的制造方法，其特征在于，所述金属内连线结构的制造方法包括形成一第一层间介电层，于一基底上；形成一第一沟槽，于该第一层间介电层中；在该第一沟槽中填入导电材料，以形成一第一导线；形成一贯孔蚀刻阻挡层于该第一层间介电层和该第一导线上方；形成一贯孔层间介电层于该贯孔蚀刻阻挡层上；形成一沟槽蚀刻阻挡层于该贯孔层间介电层上；形成一沟槽层间介电层于该沟槽蚀刻阻挡层上；蚀刻一贯孔开口，穿过该沟...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘重希，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]