半导体元件制造技术

本实用新型专利技术涉及一种半导体元件。所述半导体元件，包括工作元件、位于工作元件上的绝缘层、位于绝缘层中至少一导线及位于绝缘层和导线上的覆盖层。覆盖层为非导电性，且包括至少一第一金属元素。此非导电的覆盖层包括位于导线和导线间的绝缘层上的第一金属氮化物、第一金属氧化物或第一金属氮氧化物。一界面区可形成在导线的表面上，且此界面区可包括覆盖层的金属元素。覆盖层可用以防止金属导线材料扩散至邻近绝缘层，此外其亦可以用作蚀刻阻挡层。本实用新型专利技术可以容易地结合一般的半导体制程，提供较佳的良率，且可改善可靠度。其亦可改进电致迁移的阻抗性。覆盖层中的界面区可使结构更为坚固，且和其下的导线可有更佳的黏着性。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是有关于一种半导体元件，特别是有关半导体元件导电在线的覆盖层的结构。
技术介绍
半导体元件是使用在许多的电子应用上，其制造方法是包括将工作对象或晶圆上的导电层、绝缘层或半导体层进行沉积、图形化和蚀刻以制造之。半导体元件可包括模拟或数字电路、存储器元件、逻辑电路、周边元件或上述的组合，且其是形成在晶片(die)上。半导体技术是朝向微型化及尺寸缩小，以提供较小的IC及提升效能，例如增加速度和减少耗能。铝或铝合金是以往最常用的集成电路导线的材料，现在因为铜具有较低的电阻、较高的导电性及较高的熔点，则朝向使用铜作为导线。另外一变更为，以往在金属线间是使用氧化硅作为绝缘层，现则使用介电常数低于氧化硅(约4.0～4.5)的低介电材料。导线和绝缘层的材料已经成为半导体制程的新挑战。举例来说，铜很容易氧化且容易扩散至相邻的绝缘材料(特别是当层间介电层采用低介电常数材料或是其它多孔材料时)。为防止铜或其它金属扩散所导致邻近绝缘层的迁移或污染，通常采用阻障层或是覆盖层以防止上述的扩散现象。举例来说，具有和其下导线相同图案的SiNx、SiCxNyHz和Ta/TaN堆叠层是作为蚀刻阻挡层和扩散阻挡层，请参照Hu在2003年8月4日，于Applied Physics Letter所发表的“Comparison of CuElectromigration Lifetime In Cu Interconnects Coated WithVarous Cap”。另一所提议的解决方法为LoW在2004年1月20日领证的美国专利第6,709,874号，其揭示提供一和其下金属导线具有相同图案的金属覆盖层，其中此金属覆盖层包括W、Ti、Ta、TaN、TiW、Al CoWP或CoP，另外，金属覆盖层亦可以为氧化硅或是氮化硅。Ko在2003Symposium on VLSI TechnologyDigest of Technical Papers 的论文“HighPerformance/reliability CuInterconnect with Selective CoWPCap”中揭示在导线上选择性的形成CoWP。已知技术所需解决的问题为避免表面迁移，和金属导线材料扩散至邻近绝缘层。
技术实现思路
因此，根据上述的问题，本技术提供一覆盖层用以解决表面迁移，和金属导线材料扩散至邻近绝缘层的问题。为达成上述目的，本技术的提供一半导体元件，其包括工作元件、位于工作元件上的第一绝缘层、位于第一绝缘层中至少一导线及位于第一绝缘层和第一导线上的第一覆盖层。第一覆盖层为非导电性，且包括至少一第一金属元素。本技术所述的半导体元件，该第一覆盖层包括第一金属氮化物MNy，其中M是一金属元素，N是氮，且y大于1。本技术所述的半导体元件，该第一覆盖层包括第一金属氧化物、第一金属氮氧化物或介电常数低于氧化硅的材料。本技术所述的半导体元件，该第一覆盖层的第一金属元素包括Ta或Ru。本技术所述的半导体元件，该第一覆盖层的第一金属元素是选自下列族群Sc、Ti、V、Cr、Ce、Y、Mo、W、In、Al和Ga。本技术所述的半导体元件，该第一覆盖层包括一第一界面区位于该第一导线上，该第一界面区包括该第一覆盖层导电相的第一金属元素，或该第一界面区包括该第一覆盖层非导电相的第一金属元素，该第一界面区的阻值大体上大于5×104μohm-cm。本技术所述的半导体元件，该第一覆盖层包括一第一厚度，该第一界面区包括一第二厚度，且该第二厚度为该第一厚度的1/3或更小。本技术所述的半导体元件，更包括至少一第二绝缘层，位于该第一覆盖层上；至少一第二导线，位于该第二绝缘层中；及至少一第二覆盖层，位于该第二绝缘层和该第二导线上，其中该至少一第二覆盖层为非导电，且包括至少一第二金属元素。本技术所述的半导体元件，该第二覆盖层包括第二金属氮化物MNy，其中M是该第二金属元素，N是氮，且y大于1。本技术所述的半导体元件，该第二覆盖层包括一第二金属氧化物或一第二金属氮氧化物，该第二覆盖层的阻值大体上大于5×104μohm-cm，该至少一第二金属元素包括Ta或Ru。本技术所述的半导体元件，该第二覆盖层的第二金属元素包括该第一覆盖层的第一金属元素，该第二覆盖层包括一第二界面区，位于该第二导线上，其中该第二界面区包括该第二覆盖层在导电相的第二金属元素，其中该第二覆盖层的阻值大体上大于5×104μohm-cm。本技术所述的半导体元件，该第二覆盖层包括一第一厚度，该第二界面区包括一第二厚度，且该第二厚度为该第一厚度的1/3或更小。本技术所述的半导体元件，该第一金属元素包括一耐火金属，该第一覆盖层包括TaOxNy或RuOxNy，且该第一覆盖层的阻值大体上大于5×104μohm-cm。为达成上述目的，本技术的另提供一半导体元件，其包括工作元件、位于工作元件上的第一绝缘层、位于第一绝缘层中至少一导线及位于第一绝缘层和第一导线上的第一覆盖层。第一覆盖层为非导电性，且包括至少一第一金属元素。第一覆盖层包括MOxNy，其中M包括至少一第一金属元素。本技术的覆盖层可抑制半导体元件的铜或其它金属导线的扩散。其可以容易的结合一般的半导体制程，可提供较佳的良率，且可改善可靠度。此外，其亦可改进电致迁移的阻抗性。另外，覆盖层中的界面区可使结构更为坚固，且和其下的导线可有更佳的黏着性。附图说明图1至图3、图4a至图4c揭示本技术较佳实施例单镶嵌制程剖面示意图；图5至图7是显示本技术另一实施例导线是经由蚀刻形成的剖面图；图8至图9揭示本技术一实施例双镶嵌制程剖面示意图；图10是显示本技术的一实施例的金属内连线剖面图；图11显示累积失效，相对应失效时间的关系图；图12显示比较已知技术SiCxNyHz覆盖层和ALD TaNxOy覆盖层的关系图。具体实施方式以下是详细揭示较佳实施例的应用。然而本技术是提供许多应用的技术构思，其可用广泛的文字具体化。以下讨论的特殊的实施例仅为应用本技术，其并不用以限制本技术。已知技术在导线和覆盖层的接面具有弱点(weak point)，也因此产生可靠度的问题。根据故障分析，已知技术的覆盖层(例如SiCxHyNz)提供薄弱的表面扩散路径，且其的活化能较晶格和晶界扩散路径为低。现已发现铜金属内连线电致迁移的活化能和铜的表面扩散能量相当接近。并且，因为镶嵌制程的特性，在高温加速测试下(例如250～350℃)，铜的表面扩散路径相较于晶格或是晶界扩散路径，更为关键且对于可靠度具有更大的影响，而其在一般半导体元件操作温度(约100℃)更为常见。当半导体元件越缩越小，铜镶嵌的金属内连线会持续的增加。举例来说，半导体元件的设计上可以用到10层的铜镶嵌金属内连线。已知技术的具有弱表面扩散路径的覆盖层在施加应力下，会在覆盖层的界面产生孔洞，进而产生半导体元件的可靠度的问题。本技术的实施例可借由抑制表面扩散路径，提供较佳的铜可靠度和晶片制程，并且可提供较高的良率和特性。本技术的较佳实施例是揭示如下，其包括单镶嵌制程、蚀刻消去制程、双镶嵌制程及实验结果。图1至图3和图4a至图4c揭示本技术较佳实施例的剖面图，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体元件，其特征在于所述半导体元件包括：　　　　一工作元件；　　　　一第一绝缘层，位于该工作元件上；　　　　至少一第一导线，位于该第一绝缘层中；及　　　　一第一覆盖层，位于该第一绝缘层和该第一导线上，其中该第一覆盖层为非导电性，且包括至少一第一金属元素。

【技术特征摘要】
US 2004-8-3 10/909,9801.一种半导体元件，其特征在于所述半导体元件包括一工作元件；一第一绝缘层，位于该工作元件上；至少一第一导线，位于该第一绝缘层中；及一第一覆盖层，位于该第一绝缘层和该第一导线上，其中该第一覆盖层为非导电性，且包括至少一第一金属元素。2.根据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于该第一覆盖层包括第一金属氮化物MNy，其中M是一金属元素，N是氮，且y大于1。3.根据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于该第一覆盖层包括第一金属氧化物、第一金属氮氧化物或介电常数低于氧化硅的材料。4.根据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于该第一覆盖层的第一金属元素包括Ta或Ru。5.根据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于该第一覆盖层的第一金属元素是选自下列族群Sc、Ti、V、Cr、Ce、Y、Mo、W、In、Al和Ga。6.根据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于该第一覆盖层包括一第一界面区位于该第一导线上，该第一界面区包括该第一覆盖层导电相的第一金属元素，或该第一界面区包括该第一覆盖层非导电相的第一金属元素，该第一界面区的阻值大于5×104μohm-cm。7.根据权利要求6所述的半导体元件，其特征在于该第一覆盖层包括一第一厚度，该第一界面区包括一第二厚度，且该第二厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：李显铭，林俊成，潘兴强，谢静华，彭兆贤，黄震麟，苏莉玲，眭晓林，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：71[中国|台湾]