改善蚀刻中止层与金属层间的粘着性的结构制造技术

本实用新型专利技术提供了一种改善蚀刻中止层与金属层间的粘着性的结构，该结构包括在金属层与蚀刻中止层间增加了一层原子层级金属氮化物作为覆盖层，藉以增加蚀刻中止层与金属层的粘着性，以提升可靠度。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术提供了一种用以改善蚀刻中止层与金属层间的粘着性的结构，特别是提供了一种金属镶嵌结构，且适用于单金属镶嵌或双重金属镶嵌的结构。
技术介绍
面对市场对轻薄短小的电子组件的需求趋势，集成电路组件的线宽尺寸也不断地缩小，而随着集成电路组件的线宽尺寸的微缩化，致使组件的运算速度受到电阻电容延迟(Resistance Capacitance Delay；RC Delay)以及日趋严重的电迁移(Electromigration)的影响而明显减慢。因此，面对目前高密集度的电路设计，必须舍弃传统电阻较高的金属铝(Al)，而改用具有更低电阻且抗电迁移能力较佳的金属材料，例如铜(Cu)金属，来作为组件的内连线。除此之外，由于铜的低电阻特性，于是以铜为导线材料的集成电路组件可承受更密集的电路排列，因此可大幅缩减金属层数量。如此一来，不仅可降低生产成本，还可提升组件的运算速度。而铜的较佳的抗电迁移能力，还可使得以铜为导线的组件具有更长的寿命及较佳的稳定性。另一方面，由于工艺上及导线材料的限制，而难以藉由改变导线面积等几何上的改变来降低寄生的电容值。因此，目前除了采用金属铜来作为组件的内连线材料外，还利用低介电常数材料来作为金属导线间的绝缘材料，以进一步降低导线间的寄生电容值。寄生电容值的下降，不仅可使得组件的速度性能大幅提高，还可减少功率的消耗(Power Dissipation)及噪声干扰(Cross-talk Noise)，有效提升组件的操作性能。然而，以铜作为组件的导线时，却面临铜无法利用传统的干式蚀刻(DryEtching)技术予以图案化的问题。为了解决铜导线的图案化问题，目前已发展出利用镶嵌的方式来进行铜导线的制作。铜导线的镶嵌技术，首先是将铜金属充填到已形成有金属导线图案的介电层开口中，再利用研磨技术去除介电层开口外的多余铜金属，而完成铜金属的镶嵌。上述金属铜的研磨技术，目前一般采用化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing；CMP)技术。请参照图1至图4，是绘示传统金属镶嵌工艺的工艺剖面示意图。首先，提供半导体的基材100，再沉积介电层102覆盖在基材100上。其中，介电层102的材质为低介电常数材料。介电层102形成后，利用微影与蚀刻技术去除部分的介电层102，而在介电层102中形成开口104并暴露出部分的基材100，如图1所示。接着，共形(Conformal)沉积扩散阻障层106覆盖在介电层102以及暴露出的基材100上。接着，形成晶种层107覆盖并共形于扩散阻障层106的表面。再利用电镀方式形成金属层108覆盖在晶种层107上，并填满开口104，而形成如图2所示的结构。其中，扩散阻障层106是用以防止后续形成的金属层108扩散至介电层102与基材100中。此外，为确保金属层108能填满开口104，需形成较厚的金属层108。目前，金属层108的材质一般为铜金属。然后，利用化学机械研磨的方式去除部分的金属层108，同时去除位于开口104外的扩散阻障层106，直至暴露出介电层102，藉以平坦化金属层108，如图3所示。接着，如同图4所示形成蚀刻中止层110覆盖金属层108、介电层102与阻障层106。随后，进行后续内连线工艺。然而，由于传统的蚀刻中止层110与金属层108间的粘着性不佳，因此容易产生剥离现象且有可能产生遗漏(Leakage)电流现象，因而造成可靠度(Reliabilliy)不佳的问题。Fukada等人在美国专利第6,107,687号中揭露了一种提高铜导线的可靠度的铜工艺，其是在铜导线层上形成一层粘着层(adhesion layer)，并在粘着层上形成覆盖层(cap layer)，藉以避免覆盖层剥落。其中还一并揭露了可用的粘着层为Ti、TiN、Cr、Al、AlCu、AlSiCu等，这些粘着层的材质为具有导电性质的金属材质，必须填在铜线沟槽内，因此必须增加一道化学机械研磨工艺；而且，其覆盖层也位于铜导线沟槽内，因此，在铜导线沟槽的顶角还必须圆角化，以避免覆盖层剥落，制成相当繁琐复杂。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种能够提高铜导线可靠度，以防止遗漏电流的产生，且制造工艺简单的改善蚀刻中止层与金属层间的粘着性的结构。根据上述目的，本技术提供了一种改善蚀刻中止层与金属层间的粘着性的结构，其在金属层与蚀刻中止层间增加了一层覆盖层(Cap Layer)或粘着层(Adhesion Layer)，藉以增加蚀刻中止层与下方的金属层的粘着性，以提升可靠度。另一方面，本技术还提供了一种改善蚀刻中止层与金属层间的粘着性的结构，其设置一具有较佳粘着特性及绝缘特性的原子层级金属氮化物层以增加蚀刻中止层与下方的金属层的粘着性，可用以防止遗漏电流的产生。具体地说，本技术所提供的一种改善蚀刻中止层与金属层间的粘着性的结构，至少包括一基材，该基材上至少已具有第一介电层，且该第一介电层中至少包括一开口暴露出部分的所述基材；一金属层，位于所述开口中且填满该开口；一覆盖层，覆盖于金属层与第一介电层；以及一第二介电层位于覆盖层上，其中该第二介电层为蚀刻中止层。根据本技术一优选实施例，上述金属层为平坦化的金属层，该金属层的材质可为铜或其它金属；而所述覆盖层的材质为具有绝缘特性的金属氮化物，即所述覆盖层为原子层级的金属氮化物层，该金属氮化物层的材质为高阻值的氮化钽或氮化钨或其它具有类似性质的金属氮化物。或者，所述覆盖层为原子层级的膜层，厚度为5埃至100埃。另一方面，本专利技术还提供了一种改善蚀刻中止层与金属层间的粘着性的结构，其特征在于，至少包括一基材，其中该基材上至少已具有一介电层，且该介电层中至少包括一开口暴露出部分的所述基材；一金属导线，位于所述开口中；一原子层级的粘着层，位于金属导线和介电层上；以及一蚀刻中止层，位于介电层上。其中，所述粘着层优选为具有绝缘特性的金属氮化物层，其材质可为高阻值的氮化钽或氮化钨，选用氮化钽时，优选氮与钽的比值为1.0-1.5。该粘着层的厚度优选为5埃至100埃。根据本技术的具体实施方案，所述金属导线的结构包括一金属层，位于开口中，且粘着层位于金属层和蚀刻中止层之间；一阻障层，位于开口和金属层之间；以及一晶种层，位于阻障层和金属层之间。其中所述阻障层为低阻值的氮化钽。而所述蚀刻中止层的材质选自于由氮化硅、氧化硅、碳化硅与碳氧化硅所组成的族群。本技术的一优点就是利用原子层级的金属氮化物层作为覆盖层或粘着层，并形成于导线和蚀刻停止层之间，以及蚀刻停止层和镶嵌导线的第一介电层之间，因此可增加金属镶嵌结构中的填充金属与蚀刻中止层的粘着性。且本技术藉由在原子层沉积法中调整氮与钽的比例以及调整金属氮化物层的厚度即可达到增加金属氮化物层的电阻值的目的。此外，本技术的原子层级的金属氮化物层以及蚀刻中止层，除了形成于导线上方外，还形成于镶嵌导线的介电层上方，而且，原子层级的金属氮化物层具有绝缘特性。因此，沉积完原子层级的金属氮化物层以及蚀刻中止层后，并不需要任何化学机械研磨的步骤，制作工艺简单。附图说明图1至图4为绘示传统金属镶嵌工艺的工艺剖面示意图。图5至图8为绘示根据本技术的一优选实施例的一种改善蚀刻中止层与金属层间的粘着性的工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善蚀刻中止层与金属层间的粘着性的结构，其特征在于，至少包括：　　　　一基材，其中该基材上至少已具有一第一介电层，且该第一介电层中至少包括一开口暴露出部分的所述基材；　　　　一金属层，位于所述开口中且填满该开口；　　　　一覆盖层，覆盖于金属层与第一介电层；以及　　　　一第二介电层，位于覆盖层上，其中该第二介电层为蚀刻中止层。

【技术特征摘要】
US 2003-4-22 10/420,3111.一种改善蚀刻中止层与金属层间的粘着性的结构，其特征在于，至少包括一基材，其中该基材上至少已具有一第一介电层，且该第一介电层中至少包括一开口暴露出部分的所述基材；一金属层，位于所述开口中且填满该开口；一覆盖层，覆盖于金属层与第一介电层；以及一第二介电层，位于覆盖层上，其中该第二介电层为蚀刻中止层。2.如权利要求1所述的改善蚀刻中止层与金属层间的粘着性的结构，其特征在于，所述覆盖层的材质为具有绝缘特性的金属氮化物。3.如权利要求2所述的改善蚀刻中止层与金属层间的粘着性的结构，其特征在于，所述金属氮化物层的材质为高阻值的氮化钽。4.如权利要求2所述的改善蚀刻中止层与金属层间的粘着性的结构，其特征在于，所述金属氮化物层的材质为高阻值的氮化钨。5.如权利要求1所述的改善蚀刻中止层与金属层间的粘着性的结构，其特征在于，所述覆盖层为原子层级的膜层，厚度为5埃至100埃。6.一种改善蚀刻中止层与金属层间的粘着性的结构，其特征在于，至少包括一基材，其中该基材上至少已具有一介电层，且该介电层中至少包括一开口暴露出部分的所述基材；一金属导线，位于所述开口中；一原子层级的粘着层，位于金属导线和介电层...

【专利技术属性】
技术研发人员：林俊成，彭兆贤，眭晓林，梁孟松，
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]