專利名稱：多重內連線與低k值內金屬介電質的裝構鍵結的改良方法
技術領域：
本發明涉及一種多重內連線與低K值內金屬介電質的裝構鍵結的改良方法，特別是關于一種改善多重內連線與低K值內金屬介電質所構成的鍵結構造的方法，此鍵結構造尤其是以雙重鑲嵌制造過程所制造。
許多高積集度的積體電路系使用多重導線構造連接各裝置的內部區域以及連接積體電路上的各種裝置。傳統上在形成此多重導線構造時，系先形成一第一或一底部導線層或內連線構造，之后形成一第二導線層或內連線構造與此第一導線層相接觸。第一內連線層可與積體電路裝置的基底內的一摻雜區域相接觸。或者，第一內連線層可形成多晶矽或金屬導線，而與在基底上或其內的一或更多的裝置相接觸。典型上，一或更多的內連線層系形成于第一導線或內連線層與積體電路其它裝置之間，或與積體電路外部的其它構造之間。
雙重鑲嵌制造過程(dual damascene process)系一種在積體電路上制造內連線的先進方法。藉由在雙重鑲嵌制造過程期間，使用化學機械研磨方法，可選擇更多的金屬，如鋁、銅及鋁合金，而不受限于傳統的蝕刻制造過程。可以選擇更多的金屬對于低阻值內連線的要求系有利的，并且對于防止電遷移(electromigration)亦是有利的。
然而當晶片上的裝置尺寸愈來愈小時，內連線間距密度即愈來愈高。對于一般的介電質，例如一二氧化矽層，由于其具有高介電常數，容易造成較高的RC延遲。因此，此種介電質即不適于當做高密度積體電路的內金屬介電質(inter-metaldielectric)。使用低K值介電層具有降低內連線寄生電容、降低RC延遲或減少金屬內連線間串音(cross talk)現象的優點，因此可提高操作速度。
惟如第一圖所示，系為一種以雙重鑲嵌制造過程所制造的鍵結構造(bondstructure)，此鍵結構造系由復數層交替的銅內連線層及以銅填充的介層接觸窗層(via layer)所形成，一低K值介電質系填入此鍵結構造中，做為一內金屬介電質層。此一鍵結構造面臨銅內連線與低K值內金屬介電質之間鍵結(bondability)的問題。低K值介電質，如低K值旋涂式玻璃(low K spin-on glass)在本質上系太軟，而無法抵抗此鍵結構造的裝構鍵結(package bonding)下壓力量，并且銅與低K值旋涂玻璃之間不良的結合度(poor adhesion)實際上亦無法承受裝構鍵結期間來自裝構機臺的拉力。
據此，亟待發展一種多重內連線與低K值內金屬介電質之間的裝構鍵結的改良方法。
本發明的主要目的系提供一種多重內連線與低K值內金屬介電質之間的裝構鍵結的改良方法，其中在一內連線層的每一對內連線間形成一渠溝(trench)，然后以一氧化介電質填充此渠溝，而取代未形成渠溝前，填充于此區域的低K值內金屬介電質。此氧化介電質有足夠的硬度可以承受此裝構鍵結下壓的力量，因此可提高內連線與低K值內金屬介電質之間的結合可信度(reliability ofbondability)。
本發明的另一目的系提供一種多重內連線與低K值內金屬介電質之間的裝構鍵結的改良方法，其中一氧化介電質系用以取代多重內連線構造內部份的低K值內金屬介電質。藉此，此氧化介電質可提高多重內連線與低K值內金屬介電質之間的結合度，并可抵抗裝構鍵結期間來自裝構機臺的拉力。
本發明的又一目的系提供一種多重內連線與低K值內金屬介電質之間的裝構鍵結的改良方法。此方法簡單而易于達成，不會增加原來制造過程的復雜度。
根據以上所述的目的，本發明提供了一種多重內連線與低K值內金屬介電質之間的裝構鍵結的改良方法。首先，提供一具有一層狀構造(a layered structure)的半導體基底，此層狀構造具有一頂部內連線層、一底部內連線層及介于兩者之間的復數層相互交替的內連線層及介電層接觸窗層。每一介電層接觸窗層系與一相鄰的上端內連線層及一相鄰的下端內連線層對齊。一低K值介電質系填入此層狀構造中，做為內金屬介電質(inter-metal dielectric)。然后，圖案蝕刻此層狀構造，在一內連線層上的每一對內連線之間形成一渠溝(trench)。接下來，形成一第一氧化物層在此層狀構造上，以填滿位于此層狀構造內的渠溝，然后將此第一氧化物層平坦化。之后，形成一第二氧化物層在此第一氧化物層上，并且圖案蝕刻此第二氧化物層，以形成復數個開口，每一開口系與每一頂部內連線相對齊。最后，形成一導電層在此第二氧化物層上，填充此些開口以形成復數個插塞(plug)在此第二氧化層內。接著圖案蝕刻此導電層以形成一導電墊層(conductivepad)橫跨每一對插塞。第一氧化物介電質系用以取代在此多重內連線構造中部份的低K值內金屬介電質。此第一氧化物介電質有足夠的硬度可承受多重內連線與低K值內金屬介電質的裝構鍵結下壓的力量，藉此提高多重內連線與低K值內金屬介電質之間的結合可靠度(reliability of bonding)。
本發明的目的及諸多優點藉由以下較佳具體實施例的詳細說明，并參照所附圖
式，將趨于明了。
本發明的較佳具體實施例將參照第一圖至第八圖，做一詳細說明。
此一較佳具體實施例提供一種多重內連線與低K值內金屬介電質之間的裝構鍵結的改良方法。此多重內連線與低K值內金屬介電質所形成的鍵結構造(bondstructure)系以一雙重鑲嵌制造過程(dual damascene process)制造出來。但本發明的方法并不受限于以雙重鑲嵌制造過程制造的鍵結構造。任何其它可提供多重內連線與低K值介電質所形成的鍵結構造的方法皆適于本發明。
參照第一圖，首先提供一半導體基底10，其上形成有一層狀構造。此層狀構造系由復數層相互交替的多重內連線層(multi-level interconnection lines)及介電層接觸窗層(via layers)所構成。此層狀構造具有一底部內連線層20、一頂部內連線層24及一中間內連線層22，以及介電層接觸窗層21、23分別形成于此些內連線層兩兩之間。每一內連線系可由銅、鋁/銅合金或其它低阻值導電性材質形成，而每一介電層接觸窗可以相同于此內連線材質的導電性材質填充。一K值小于3的低K值介電質，如旋涂式低K值有機高分子，例如，flare、silk及parylene、以及低K值旋涂式玻璃(spin-on glass)，系填入此層狀構造中，做為內金屬介電質30、32、34、36及38。之后，形成一介電層40于此頂部內連線層24上方。此介電層40可為氮化矽(Si3N4)，其可使用SiH2C12/NH3當做反應氣體，在操做壓力1-0.1托及溫度650-800℃下，以低壓化學氣相沈積法形成。介電層40亦可為SiNx(x＝0.8-1.2)，使用SiH4/NH3當做反應氣體，在操做壓力1-5托及溫度250-400℃下，以電漿化學氣相沈積法(PECVD)形成。此介電層40系用以保護頂部內連線層24在后續的制造過程步驟中不被氧化。另外，此介電層40亦可為氮氧化矽(SiON)層，系可使用SiH4、N2O及N2的混合氣體當做反應氣體，以電漿化學氣相沈積法形成。
參照第二圖，形成一光阻于此介電層40上，然后以微影及蝕刻技術圖案蝕刻介電層40，在半導體基底10上方每一對內連線之間形成一渠溝50。參照第三圖，在移除此光阻之后，形成一第一氧化物層52在此介電層40上，以填滿此渠溝50，并取代未形成渠溝之前填充在此區域的低K值內金屬介電質。第一氧化物層52可為一二氧化矽層，系可使用TEOS/03當做反應氣體，在溫度650-750℃下，以低壓化學氣相沈積法形成。第一氧化物層52亦可為一PSG層(其磷含量控制在6-8wt.％范圍內)，可使用SiH4、PH3及O2的混合氣體當做反應氣體，以常壓化學氣相沈積法(APCVD)形成。
此外，第一氧化物層52亦可為一BPSG層，其硼含量及磷含量分別控制在大約1-4wt.％及4-6wt.％的范圍內。
參照第四圖，利用化學機械研磨法將第一氧化物層52平坦化，直至介電層40的高度。接下來，參照第五圖，形成一厚度約1000埃的第二氧化物層54于此經平坦化的第一氧化物層52上。此第二氧化物層54可為與第一氧化物層52同材質的二氧化矽。以微影及蝕刻技術圖案蝕刻第二氧化物層54，在其內形成復數個開口56，每一個開口56系位于每一頂部內連線24上方，如第六圖所示。
參照第七圖，形成一厚度約5000埃的導電層60于經圖案蝕刻的第二氧化物層54上，以填滿此些開口56，而形成復數個插塞(plug)。此導電層60的材質可為濺鍍或化學氣相沈積所形成的鋁、化學氣相沈積的銅及鋁/銅合金。最后，參照第八圖，以微影及蝕刻方法，圖案蝕刻此導電層60，形成一導電性墊層60橫跨每一對插塞上方。
綜上所述，由于本發明的多重內連線與介電層接觸窗層所構成的鍵結構造內的部分低K值內金屬介電層系被第一氧化物如二氧化矽所取代。此第一氧化物有足夠的硬度可承受此鍵結構造的裝構鍵結下壓的力量。而多重內連線與低K值內金屬介電質的結合度亦被提升。因此，此鍵結構造可抵抗裝構鍵結期間來自裝構機臺的向上拉力。
以上所述僅為本發明的較佳具體實施例而已，并非用以限定本發明的權利要求范圍；凡其它未脫離本發明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在下述的權利要求書范圍內。
第一圖至第八圖系為本發明較佳具體實施例的各種制造過程步驟的截面示意圖。
主要部分的代表符號10半導體基底20底部內連線層21介電層接觸窗層22中間內連線層23介電層接觸窗層24頂部內連線層30、32、34、36、38內金屬介電質40介電層50渠溝52第一氧化物層54第二氧化物層56開口60導電性墊層
權利要求
1.一種多重內連線與低K值內金屬介電質之間的構裝鍵結的改良方法，該方法至少包括提供一半導體基底，該基底具有一層狀構造，該層狀構造具有一頂部內連線層、一底部內連線層及介于該兩內連線層間的復數層相互交替的內連線層及介電層接觸窗層，每一該介電層接觸窗層系與一相鄰的上端該內連線層及一相鄰的下端該內連線層對齊，其中一低K值介電質系填充在該層狀構造中，做為內金屬介電質；圖案蝕刻該層狀構造，以形成一渠溝在一該內連線層上每一對相鄰的內連線之間；形成一第一氧化物層在該層狀構造上，以填滿在其內的該渠溝；平坦化該第一氧化物層；形成一第二氧化物層在該第一氧化物層上；圖案蝕刻該第二氧化物層，以形成復數個開口，每一該開口系與一該頂部內連線對齊；形成一導電性層于該第二氧化物層上，填滿該等開口，以形成復數個插塞；及圖案蝕刻該導電性層，形成一導電性墊層橫跨在每一對該等插塞上方。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述方法包括上述步驟外還包含形成一介電層在該頂部內連線層上。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于所述的介電層包含氮化矽(Si3N4)。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于所述的介電層包含氮氧化矽(SiON)。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述的內連線系由銅形成。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述的介電層接觸窗系以銅填充形成。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述的低K值介電質包含旋涂式低K值有機高分子。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于所述的旋涂式低K值有機高分子為flare。
9.如權利要求7所述的方法，其特征在于所述的旋涂式低K值有機高分子為silk。
10.如權利要求7所述的方法，其特征在于所述的旋涂式低K值有機高分子為parylene。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述的低K值介電質包含低K值旋涂式玻璃。
12.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述的第一氧化物層包含一二氧化矽層，系由化學氣相沉積法形成。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于所述的二氧化矽層系使用TEOS/03當做反應氣體，在溫度650-750℃下，以低壓化學氣相沉積法形成。
14.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述的第一氧化物層系以化學機械研磨法平坦化。
15.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述的第二氧化物層為一厚度約1000埃的二氧化矽，系以化學氣相沉積法形成。
16.如權利要求15所述的方法，其特征在于所述的二氧化矽系使用TEOS/03當做反應氣體，在溫度650-750℃下，以低壓化學氣相沉積法形成。
17.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述的導電性層包含鋁。
18.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述的導電性層包含鋁/銅合金。
19.一種銅/低K值介電質雙重鑲嵌制造過程的構裝鍵結的改良方法，該方法至少包括提供一半導體基底，該基底具有一層狀構造，該層狀構造具有一頂部銅內連線層、一底部銅內連線層及介于該兩內連線層間的復數層相互交替的銅內連線層及介電層接觸窗層，每一該介電層接觸窗層以銅填充其中的復數個接觸窗并與一相鄰的上端該內連線層及一相鄰的下端該內連線層對齊，其中該層狀構造系以一雙重鑲嵌制造過程形成，并且一低K值介電質系填充在該層狀構造中，做為內金屬介電質；圖案蝕刻該層狀構造，以形成一渠溝在一該內連線層上每一對相鄰的內連線之間；形成一第一氧化物層在該層狀構造上，以填滿在其內的該渠溝，然后將該第一氧化物層平坦化；形成一第二氧化物層在該第一氧化物層上；圖案蝕刻該第二氧化物層，以形成復數個開口，每一該開口系與一該頂部內連線對齊；形成一導電性層于該第二氧化物層上，填滿該等開口，以形成復數個插塞；及圖案蝕刻該導電性層，形成一導電性墊層橫跨在每一對該等插塞上方。
20.如權利要求19所述的方法，其特征在于所述的步驟更包含形成一介電層在該頂部內連線層上。
21.如權利要求20所述的方法，其特征在于所述的介電層包含氮化矽(Si3N4)。
22.如權利要求20所述的方法，其特征在于所述的介電層包含氮氧化矽(SiON)。
23.如權利要求19所述的方法，其特征在于所述的第一氧化物層包含一二氧化矽層，系由化學氣相沉積法形成。
24.如權利要求23所述的方法，其特征在于所述的二氧化矽層系使用TEOS/03當做反應氣體，在溫度650-750℃下，以低壓化學氣相沉積法形成。
25.如權利要求19所述的方法，其特征在于所述的第一氧化物層系以化學機械研磨法平坦化。
26.如權利要求19所述的方法，其特征在于所述的第二氧化物層為一厚度約1000埃的二氧化矽，系以化學氣相沉積法形成。
27.如權利要求26所述的方法，其特征在于所述的二氧化矽系使用TEOS/03當做反應氣體，在溫度650-750℃下，以低壓化學氣相沉積法形成。
28.如權利要求19所述的方法，其特征在于所述的導電性層包含鋁。
29.如權利要求19所述的方法，其特征在于所述的導電性層包含鋁/銅合金。
30.如權利要求19所述的方法，其特征在于所述的低K值介電質包含低K值旋涂式玻璃。
全文摘要
一種多重內連線與低K值內金屬介電質的裝構鍵結的改良方法。此方法的特征系于一內連線層上的每一對內連線間形成一渠溝,然后以一氧化介電質填充此一渠溝,以取代未形成渠溝之前,填充于此區域的K值小于3的低K值內金屬介電質。此氧化介電質的K值大于此低K值內金屬介電質的K值,此氧化介電質有足夠的硬度可以承受裝構鍵結下壓的力量。因此,可提高多重內連線與低K值內金屬介電質之間的結合強度。
文檔編號H01L21/70GK1351373SQ0013188
公開日2002年5月29日 申請日期2000年10月30日 優先權日2000年10月30日
發明者林建興 申請人:聯華電子股份有限公司