作为化学-机械抛光停止层的介电保护层制造技术

本公开提供实施金属化学-机械抛光(CMP)而不会带来镶嵌结构的铜和介电薄层的显著损失的机理。机理使用由带有致孔剂的低-k介电薄层制成的金属CMP停止层，其显著降低了金属CMP对金属CMP停止层的移除速率。固化(或固化)后金属CMP停止层转化成多孔低-k介电薄层从而移除或转化致孔剂。金属CMP停止层的低-k值(例如等于或小于约2.6)使得使用金属CMP停止层对RC延迟的影响从最小到无。另外，CMP停止层防止下面的多孔低-k介电薄层暴露在CMP研磨液中的水，有机化合物，和流动离子中。

【技术实现步骤摘要】

本公开关于制造半导体器件的多层金属互连的方法。具体地说，本公开关于制造镶嵌金属互连的方法。
技术介绍
当集成电路(IC)逐渐地增加其内部集成的部件的数量时，随着金属线的宽度的相应减少，结果导致传统的铝互连增加其电阻。同吋，电流的更稠密分布通常导致更严重的电迁移。随着金属互连的电阻的増加，器件遭受到RC时间延迟的增加和金属互连之间的电容的增加。因此，降低了器件的运行速度。电迁移在铝互连中导致短路。因此，具有较低电阻和表现出较低电迁移的铜成为所有半导体生产商的合适选择。另外，与铝互连相比，铜互连可以使器件的运行速度几乎加倍。由于通过传统的蚀刻气体不容易蚀刻铜，因此使用传统的蚀刻方法不能完成铜互连的制造，但是可以使用镶嵌技术实现。镶嵌技术包括为金属互连形成开ロ，例如形成在介电层中的镶嵌开ロ，随后用金属层填充镶嵌开ロ。通过化学-机械抛光(CMP)移除镶嵌开口外部的金属层。然而，铜镶嵌的传统制造方法还有需要克服的技术挑战。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了ー种具有由低介电常数(低_k)材料制成的金属化学-机械抛光(CMP)停止层的镶嵌结构，包括用于互连的镶嵌结构，其中所述镶嵌结构衬有阻挡层并且填充有铜；围绕所述镶嵌结构的介电层，其中所述介电层是低_k介电材料；以及位于所述介电层上方的金属CMP停止层，其中所述金属CMP停止层也围绕所述镶嵌结构，而且其中所述金属CMP停止层由稠密的低-k介电材料制成。根据本专利技术所述的镶嵌结构，其中用于所述金属CMP停止层的所述稠密的低_k介电材料由k值等于或小于约3. 0的极低-k电介质(ELK)或超低_k电介质(XLK)制成。根据本专利技术所述的镶嵌结构，其中所述稠密的低_k电介质材料包括致孔剂。根据本专利技术所述的镶嵌结构，其中所述致孔剂是a -萜品烯或2，5-降冰片ニ烯。根据本专利技术所述的镶嵌结构，其中围绕所述镶嵌结构的所述介电层由k值等于或小于约2. 6的多孔低_k电介质制成。根据本专利技术所述的镶嵌结构，其中所述金属CMP停止层的顶表面的一部分和所述镶嵌结构中的铜的顶表面被介电保护层覆盖，其中所述介电保护层防止所述金属CMP停止层和所述镶嵌结构暴露在空气，湿气，和/或其他杂质之中。根据本专利技术所述的镶嵌结构，其中所述金属CMP停止层的厚度在约100人到约600A的范围内。根据本专利技术所述的ー种在衬底上形成镶嵌结构的方法，包括在表面具有介电层的衬底上沉积金属化学-机械抛光(CMP)停止层，其中所述金属CMP停止层是带有致孔剂的低_k电介质；通过蚀刻所述介电层将所述衬底图案化从而形成镶嵌开ロ ；用铜阻挡层给所述镶嵌开ロ加村里；用铜层填充所述镶嵌结构，其中沉积所述铜层覆盖所述铜阻挡层；实施金属CMP以移除所述镶嵌开口外部的所述铜层和所述铜阻挡层，其中所述金属CMP停止层防止金属CMP移除所述介电层；以及对所述金属CMP停止层实施固化；其中实施所述固化以去除或转化所述金属CMP停止层中的所述致孔剂。根据本专利技术所述的方法，还包括在所述金属CMP停止层的一部分顶表面和所述镶嵌结构中的铜的顶表面上方沉积介电保护层，其中所述介电保护层防止所述金属CMP停止层和所述镶嵌结构暴露于空气，湿气，和/或其他杂质。根据本专利技术所述的方法，其中所述金属CMP停止层是固化后的k值等于或小于约2.6的极低-k电介质(ELK)和超低-k电介质(XLK)。根据本专利技术所述的方法，其中由固化实施后的k值等于或低于2. 6的稠密低_k薄层制成的所述金属CMP停止层的使用对通过所述方法形成的所述镶嵌结构的电阻系数和电阻-电容(RC)延迟的影响最小。根据本专利技术所述的方法，其中所述致孔剂是a-萜品烯或2，5-降冰片ニ烯，其促进金属CMP停止层中的孔的产生。根据本专利技术所述的方法，其中所述介电层由k值等于或小于约2. 6的稠密极低_k电介质(ELK)制成。根据本专利技术所述的方法，其中所述介电层由k值等于或小于约2. 36的多孔超低-k电介质(XLK)制成。根据本专利技术所述的方法，其中所述金属CMP停止层的厚度在约IOOA到约600人的范围内。根据本专利技术所述的方法，其中实施的固化是UV固化，温度在约300°C到约400°C的范围内，而且持续时间是在约I秒到约20分钟的范围内。根据本专利技术所述的方法，其中所述金属CMP停止层中的所述致孔剂使所述金属CMP停止层上的金属CMP的第一移除速率降低到比所述介电层上的金属CMP的第二移除速率低。根据本专利技术所述的方法，其中可以通过熔炉固化，UV固化，快速热固化，闪光固化，或激光固化实施所述固化。根据本专利技术所述的ー种在衬底上形成镶嵌结构的方法，包括在表面上具有介电层的衬底上沉积金属化学-机械抛光(CMP)停止层，其中所述金属CMP停止层是带有致孔剂的低_k电介质；通过蚀刻所述介电层将所述衬底图案化从而形成镶嵌开ロ ；用铜阻挡层给所述镶嵌开ロ加村里；用铜层填充所述镶嵌结构，其中所述铜层覆盖着所述铜阻挡层沉积；实施金属CMP以移除所述镶嵌开口外部的所述铜层和所述铜阻挡层，其中所述金属CMP停止层防止金属CMP移除所述介电层；以及对所述金属CMP停止层实施固化；其中实施所述固化是为了去除或转化所述金属CMP停止层中的所述致孔剂，其中所述金属CMP停止层是固化后k值等于或小于约2. 6的极低-k电介质(ELK)或超低-k电介质(XLK)。根据本专利技术所述的方法，其中所述介电层由k值等于或小于约2.6的稠密的极低_k电介质(ELK)制成。附图说明当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本专利技术。应该强调的是，根据エ业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制并且仅仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意増加或減少。图IA根据ー些实施例示出铜镶嵌结构的横截面视图。图IB根据ー些实施例示出铜CMPエ艺之后的铜镶嵌结构的横截面视图。图IC根据ー些实施例示出金属CMP之后的低_k薄层中的铜离子扩散的比较。图ID根据ー些实施例，示出带有介电保护层的图IB的镶嵌开ロ，介电保护层沉积在介电层的上方并且覆盖暴露的铜。图2A根据ー些实施例，示出带有CMP停止层的与图IA相似的镶嵌结构。 图2B根据ー些实施例，示出金属CMP之后的图2A的镶嵌结构的横截面视图。 图2C根据ー些实施例，示出带有介电保护层的图2B的镶嵌开ロ，介电保护层沉积在介电层上并且覆盖暴露的铜。图3A根据ー些实施例，示出与图2A中的镶嵌结构相似的镶嵌结构。图3B根据ー些实施例，示出金属CMP之后的图3A的镶嵌结构的横截面视图。图3C根据ー些实施例，示出将CMP停止层固化以去除或转化致孔剂。图3D根据ー些实施例，示出介电保护层沉积在图3C的结构上方。图4A根据ー些实施例，示出比较金属CMP对不同低_k材料的移除速率(RR)的图。图4B根据ー些实施例，示出比较在CMP之前和CMP之后的k值的图。图4C根据ー些实施例，示出作为抛光时间的函数的Rs (电阻系数)比的数据。图4D根据ー些实施例，示出线对线电容(Ce)数据对Rs。图5根据ー些实施例，示出形成镶嵌结构的エ艺流程。具体实施例方式为了实施本公开的不同部件，以下公开提供了许多不同的实施例或实例。以下描述元件和布置的特定实例以简化本公开。当然这些仅仅是实例并不打算限定。例如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.02.16 US 13/028,8891.ー种具有由低介电常数(低-k)材料制成的金属化学-机械抛光(CMP)停止层的镶嵌结构，包括 用于互连的镶嵌结构，其中所述镶嵌结构衬有阻挡层并且填充有铜； 围绕所述镶嵌结构的介电层，其中所述介电层是低_k介电材料；以及位于所述介电层上方的金属CMP停止层，其中所述金属CMP停止层也围绕所述镶嵌结构，而且其中所述金属CMP停止层由稠密的低_k介电材料制成。2.根据权利要求I所述的镶嵌结构，其中用于所述金属CMP停止层的所述稠密的低-k介电材料由k值等于或小于约3. O的极低-k电介质(ELK)或超低_k电介质(XLK)制成。3.根据权利要求I所述的镶嵌结构，其中所述稠密的低_k电介质材料包括致孔剂。4.根据权利要求I所述的镶嵌结构，其中所述致孔剂是a-萜品烯或2，5_降冰片ニ 烯。5.根据权利要求I所述的镶嵌结构，其中围绕所述镶嵌结构的所述介电层由k值等于或小于约2. 6的多孔低-k电介质制成。6.根据权利要求I所述的镶嵌结构，其中所述金属CMP停止层的顶表面的一部分和所述镶嵌结构中的铜的顶表面被介电保护层覆盖，其中所述介电保护层防止所述金属CMP停止层和所述镶嵌结构暴露在空气，湿气，和/或其他杂质之中。7.根据权利要求I所述的镶嵌结构，其中所述金属CMP停止层的厚度在约IOOA到约600人的范围内。8.一种在衬底上形成镶嵌结构的方法，包括 在表面具有介电层的衬底上沉积金属化学-机械抛光(C...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴永旭，吕新贤，包天一，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：发明
国别省市：