利用电介质阻挡层实施金属镶嵌的方法技术

本发明专利技术通过电介质阻挡层（５０，９０，９１）完成金属镶嵌过程以改善台阶覆盖并降低接触电阻。实施例包括利用两种不同的电介质层（５０，３１）避免定位不准的问题。实施例更进一步包括利用铜类金属物质（１００）来完成双层金属镶嵌（１００Ａ，１００Ｂ）的过程。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及以阻挡层构成内部连接(interconnection)结构的半导体装置。本专利技术特别适用于具有深亚微米领域(deep sub-micron regime)特征的超大规模集成电路(ULSI)装置。
技术介绍
当集成电路的几何结构不断向深亚微米领域发展时，集成技术在数量及严格性上所面临的问题也随之增加。由于狭细导线间距离的最小化，使得超大规模集成电路半导体的布线需要越来越密集的配置。当采用约在0.13微米及以下的设计标准时，制造半导体装置的方法即成为问题了。通常的半导体装置包括一个半导体基板，典型为掺杂单晶硅，以及多个连续形成的电介质间层及导电结构。集成电路包含有许多导电结构，该导电结构包括有由内部布线间距分隔的导电线路和许多内部连接的线路，例如，总线线、位线、字符线及逻辑互连线。典型地，位于不同层中的导电结构，如上层和下层，由导电栓填充导孔以形成电连接，此时导电栓销填充在导孔与半导体基板上的作用区建立电连接，例如源/漏极区域。典型地，导电线路是形成于相对于半导体基板实质上水平延伸的沟槽内。当特征尺寸(feature sizes)缩小至深亚微米领域，包含5层或更多层金属敷层的半导体″芯片″变得更流行起来。典型地，填充导孔的导电栓是由电介质间层(interlayerdielectric，ILD)在包含至少一个导电特征的图案化的传导层上沉积形成的，利用传统的照像光刻技术通过该ILD形成开孔，并以导电材料填充该开孔。典型地，利用化学机械抛光(chemical-mechanicalpolishing，CMP)除去ILD表面积留的过多的导电材料。一种已知的镶嵌方法基本包含在ILD上形成开孔并以金属填充该开孔。双层金属镶嵌(Dual damascene)技术包含形成具有低接触或导孔部份的开孔以连通上方沟槽部份，该开孔以导电材料填充，典型为金属，同时形成导电栓以沟通传导线路的电连接。在用于内部连接的金属敷层方面，铜及铜合金已经比铝(Al)获得更大的关注。铜相对而言便宜，易于加工，以及比铝的电阻要低。此外，铜通过钨(W)改良了其电特性，使得铜成为用作导电栓及导电线路的令人满意的金属。然而，由于铜会在电介质材料(如二氧化硅)上扩散，必须借助扩散阻挡层(barrier layer)将铜内部连接机结构封于内部。典型的扩散阻挡材料包括钽(Ta)、氮化钽(TaN)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钨化钛(TiW)、钨(W)、氮化钨(WN)、钛-氮化钛(Ti-TiN)、氮硅化钛(TiSiN)、氮硅化钨(WSiN)、氮硅化钽(TaSiN)、以及氮化硅(silicon nitrid)用以将铜封包其中。这类用来封包铜的阻挡材料的用途并不局限于铜与ILD的界面，同样地包括与其它金属的界面。基本上，铜内部连接技术使用了镶嵌技术来实现，其中第一电介质层(如氧化硅层等)来自于四乙基原硅酸盐(TEOS)或硅烷化物或低电介质常数材料，亦即电介质常数不大于4(以真空表示电介质常数为1)的材料，形成在下层线路结构之上的盖层，例如带有氮化硅覆盖层的铜或铜合金线路结构。然后通过电沉积或非电沉积的方式进行铜沉积，以沉积出阻挡层和可选择的种晶层(seedlayer)。常规的内部连接技术，例如金属镶嵌技术，尤其使用敷铜法时，当特征尺寸越来越进入深亚微米领域时，多方面的问题变得特别严重。例如，使用常规金属阻挡层，如钽、氮化钽、氮化钛、氮化钨、及钨，会因各种原因产生成问题。这些金属阻挡层的电阻都大于铜、铝或银。此外，各种不同的阻挡金属层，尤指选择的钽及氮化钽阻挡金属层，只能利用物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)技术，例如溅镀(sputter)来沉积。此种常规的溅镀层呈现出不良的共形台阶覆盖(conformal step coverage)。此外，随着特征尺寸的降低，则电子迁移及电容与台阶覆盖及电阻率问题将一起变得严重。使得于多层内部连接技术中调节定位误差也变得很困难。因此，因为特征尺寸的减少而产生的问题，如不良的台阶覆盖、接触电阻率、电子迁移、电容及对位误差，导致改善内部连接技术的需求，特别是铜镶嵌技术。存在着特殊需求以改善对于铜镶嵌工艺中包含具有小于约0.13微米特征尺寸的超微型电路的内部连接技术。
技术实现思路
本专利技术的优点是提供一种深亚微米领域中具有高可靠性内部连接电路结构的半导体装置。本专利技术的另一个优点是提供一种深亚微米领域中具有高可靠性内部连接电路结构的半导体装置制造方法。本专利技术的其它优点及特征将在接下来的部分描述中提出，本专利技术及其实施例对于本领域的普通技术人员来讲，是明显易懂的。本专利技术的优点由权利要求的要点所特别指出加以了解或获得。依据本专利技术，前述的及其它的优点通过一种半导体装置的制造方法部分地得以体现，该方法包含在基板上形成第一电介质层；在该第一电介质层上，形成包含第一电介质阻挡材料的第一阻挡层；利用蚀刻技术生成由第一电介质层侧表面及底部所界定的第一开孔；在第一电介质层上的第一阻挡层的上表面，在界定第一开孔的第一电介质层侧表面及第一开孔底部，形成包含第二电介质阻挡层材料的第二阻挡层，其与第一电介质阻挡材料是不同的；对第一阻挡层进行选择性蚀刻以移除第二阻挡层，并停止于第一阻挡层上表面，并自第一开孔底部移除第二阻挡层，该第一开孔留下第二阻挡层的一部份以作为在限定第一开孔的第一电介质层侧表面的衬里；以及用金属填充该开孔形成下部金属特征。本专利技术的另一个方面是一个包含有铜或铜合金金属特征的半导体装置，形成具有第一阻挡层的第一电介质层侧表面所界定的开孔，该第一阻挡层包含其上的第一电介质阻挡材料；第一阻挡衬里包含不同于第一电介质阻挡材料的第二电介质阻挡材料，位于下部金属特征与第一电介质层之间，第一电介质层侧表面上，其中第一阻挡衬里有一上部表面延伸至第一电介质层上表面下方的一段距离。本专利技术实施例包含双层金属镶嵌技术以执行形成具有传导线及导孔以电性连接至下部金属特征的双层金属镶嵌结构。该双层金属镶嵌结构是通过形成双层金属镶嵌开孔，然后在形成该双层金属镶嵌开孔的电介质层侧表面形成电介质衬里来完成的。所述阻挡层的使用，可在不同的电介质材料中选择，如氮化硅、氮氧化硅、及碳化硅，以及可以沉积至一适当厚度，如大约50至500埃。本专利技术实施例进一步包含铜金属的双层金属镶嵌结构。对于本领域的普通技术人员，以下详细说明将使本专利技术的其它优点变得容易明白，其中以通过图示介绍实施本专利技术的最佳模式的方法对本专利技术的实施例做简单陈述。必须认识到，本专利技术适用于其它及不同的实施例，并且其多个细节能适用于不同的显而易见的修正，均不违反本专利技术。因此，附图及描述只是用于说明性本质而非用于限制。附图说明图1至图10概要性的说明了本专利技术的实施例所包含方法的连续阶段。在图1至图10中，相同的特征或单元以相同的参考数字表示。具体实施例方式本专利技术提供一种构成具有内部连接线路结构的半导体装置的方法，以改进台阶覆盖、降低接触电阻、加强电子迁移阻抗、减小电容及定位误差。这些目标的达成关键在于使用电介质阻挡层代替含金属的或金属的阻挡层。有益的是，依照本专利技术的实施例，电介质阻挡层由化学气相沉积法(CVD)沉积而成，因此，特别是对于常规溅镀方法沉积金属阻挡层，表现出较好的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体装置的方法，该方法包括：于基板（１０）上形成第一电介质层（３０）；于该第一电介质层（３０）上形成包括第一电介质阻挡材料的第一阻挡层（３１）；蚀刻形成由该第一电介质层（３０）之侧表面（３０Ａ）与底部所界定 的第一开孔（３２）；在该第一电介质层（３０）之上的该第一阻挡层上表面及界定该第一开孔的第一电介质层的侧表面以及该开孔底部，形成包括不同于该第一电介质阻挡材料（３１）的第二电介质阻挡材料的第二阻挡层（４０）；对该第一阻挡层进行 选择性蚀刻以从该第一阻挡层的上表面移除该第二阻挡层，并停止于该第一阻挡层上表面，并自该第一开孔的底部移除该第二阻挡层，剩下位于界定该第一开孔（３２）的该第一电介质层（３０）的该侧表面（３０Ａ）上衬里（５０）的该第二阻挡层部分；以及以 金属填充该开孔以形成下部金属特征（６０）。

【技术特征摘要】
US 2001-3-27 09/817,0561.一种制造半导体装置的方法，该方法包括于基板(10)上形成第一电介质层(30)；于该第一电介质层(30)上形成包括第一电介质阻挡材料的第一阻挡层(31)；蚀刻形成由该第一电介质层(30)之侧表面(30A)与底部所界定的第一开孔(32)；在该第一电介质层(30)之上的该第一阻挡层上表面及界定该第一开孔的第一电介质层的侧表面以及该开孔底部，形成包括不同于该第一电介质阻挡材料(31)的第二电介质阻挡材料的第二阻挡层(40)；对该第一阻挡层进行选择性蚀刻以从该第一阻挡层的上表面移除该第二阻挡层，并停止于该第一阻挡层上表面，并自该第一开孔的底部移除该第二阻挡层，剩下位于界定该第一开孔(32)的该第一电介质层(30)的该侧表面(30A)上衬里(50)的该第二阻挡层部分；以及以金属填充该开孔以形成下部金属特征(60)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该第一(31)和第二电介质阻挡层(40)选自一组包括氮化硅、氮氧化硅和碳化硅的化合物，该方法包含由化学气相沉积法分别沉积该第一及第二阻挡层。3.根据权利要求1所述的方法，包含用铜或铜合金(60)填充该开孔(32)。4.根据权利要求1所述的方法，进一步包含在该第一阻挡层(31)及该下部金属特征(60)的上表面之上形成包含不同于该第一电介质阻挡材料的第三介电质阻挡材料的第三阻挡层(70)；在该第三阻挡层(70)上形成第二电介质层(71)；在该第二电介质层(71)上形成包含有第四电介质阻挡材料之第四阻挡层(72)；在该第四阻挡层(72)上形成第三电介质层(73)；在该第三电介质层(73)上形成包含有第五电介质阻挡材料的第五阻挡层(74)；蚀刻形成包含由该第三电介质层(73)的侧表面(73A)所界定的上沟槽部份(76)的双层金属镶嵌开孔，该双层金属镶嵌开孔与由该第二电介质层(71)的侧表面(71A)所界定的较低导孔(75)，以及位于该下部金属特征(60)的至少部分上表面的底部相连通；形成包含不同于该第一(31)、第四(72)及第五(74)电介质材料的第六电介质阻挡材料的第六阻挡层(80)，其位于该第三电介质层(73)上的第五阻挡层(74)上，位于界定该沟槽(76)的该第三电介质层侧表面(73A)上，位于界定该导孔(75)的该第二电介质层(71)的侧表面(71A)上，位于介于该沟槽(76)与导孔(75)之间的该第四阻挡层(72)的一部分上，以及位于该导孔的底部；对该第五及第四阻挡层进行蚀刻以移除该第六阻挡层，并停止于该第五及第四阻挡层上，对导孔底部进行蚀刻以移除该第六阻挡层，剩下位于界定该沟槽的该第三电介质层(73)的侧表面(73A)及界定导孔(75)的该第二电介质层(71)的侧表面(71A)，如衬里(91，90)的一部分第六阻挡层；以及以金属填充该双层金属镶嵌开孔以形成金属传导线(100B)连接下面的金属导孔(100A)。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，DM赫伯，王斐，
申请(专利权)人：先进微装置公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]