專利名稱：于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種形成半導(dǎo)體器件的方法，且特別是有關(guān)于一種于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體的制造過程中，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)之間通常是以介電材料作為隔離導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的絕緣體。其中，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)例如是內(nèi)聯(lián)機(jī)(Interconnect)、柵極或是介層插塞(Plug)。隨著半導(dǎo)體器件線寬不斷的縮小，相鄰的結(jié)構(gòu)之間的間距也隨之縮小。因此利用具有低介電常數(shù)的介電材料以作為介電層的材料，可以通過減少寄生電容以及降低RC延遲。而一般常用的低介電材料層例如有含氫的硅酸鹽(HydrogenSilsesquioxane，HSQ)、含甲基的硅酸鹽(Methyl Silsequioxane，MSQ)以及有機(jī)介電材料例如對二甲苯聚合物(Parylene)等等。
而公知于介電層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，先在硅基底上沉積一層介電層之后，再利用一微影蝕刻制作工藝，以在介電層中形成一開口，之后再于開口中填入一導(dǎo)電材料即完成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的制作。特別是，目前低介電常數(shù)的有機(jī)介電材料，例如是對二甲苯聚合物(Parylene)，經(jīng)常被用來作為介電層的材料。然而，將低介電常數(shù)的有機(jī)介電材料沉積在硅基底上以作為一介電層時卻存在有一問題，就是低介電常數(shù)的有機(jī)介電材料與硅基底之間的黏著力(Adhesion)不夠好。在公知方法中，已有研究是利用于硅基底與有機(jī)介電材料之間形成一黏著層以改善兩者的黏著力。
然而，由于公知沉積低介電常數(shù)的有機(jī)介電材料的方法大都是利用一低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)或是一常壓化學(xué)氣相沉積法(APCVD)。而在LPCVD機(jī)臺或APCVD機(jī)臺中并無法進(jìn)行有機(jī)介電層與無機(jī)介電層的原位(In-Situ)沉積制作工藝。因此，在公知方法中為了形成此黏著層將會使得制作工藝復(fù)雜化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是在提供一種于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，以改善公知方法中會有低介電常數(shù)的有機(jī)介電材料與硅基底之間的黏著力較差的問題。
本發(fā)明的另一目的是提供一種于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，以改善公知方法會有制作工藝較為復(fù)雜的缺點(diǎn)。
本發(fā)明提出一種于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，此方法首先在一基底上形成一第一介電層。接著，在第一介電層上形成一低介電材料層，并且在低介電材料層上形成一第二介電層，其中第一介電層、低介電材料層以及第二介電層以一原位(In-Situ)沉積的方式所形成。在本發(fā)明中，第一介電層與第二介電層的材質(zhì)分別為一無機(jī)材質(zhì)，且第二介電層的厚度大于第一介電層的厚度。其中，第一介電層用來作為一黏著層之用，而第二介電層用來作為一罩幕層之用，而低介電材料層的材質(zhì)為一有機(jī)材質(zhì)。此外，本發(fā)明更包括在有機(jī)材質(zhì)的低介電材料層中摻雜一無機(jī)材料，通過以增進(jìn)有機(jī)材質(zhì)的低介電材料層與無機(jī)材質(zhì)的第一介電層/第二介電層之間的黏著力。在本發(fā)明中，形成第一介電層、低介電材料層以及第二介電層的方法利用一等離子體增益型化學(xué)氣相沉積法，而此等離子體增益型化學(xué)氣相沉積設(shè)備具有一輸入管件以通入無機(jī)反應(yīng)氣體，以及另一輸入管件以通入有機(jī)反應(yīng)氣體，以使無機(jī)材質(zhì)層與有機(jī)材質(zhì)層可以以原位沉積的方式形成，甚至可以在沉積有機(jī)材質(zhì)層時摻雜無機(jī)材料。在形成第一介電層、低介電材料層以及第二介電層之后，在第二介電層上形成一光阻層，并且以此光阻層為一罩幕進(jìn)行一第一蝕刻制作工藝，以圖案化第二介電層，而形成一第一開口。接著，以光阻層與第二介電層為一罩幕進(jìn)行一第二蝕刻制作工藝，以圖案化低介電材料層，而形成一第二開口。續(xù)之，以第二介電層為一罩幕進(jìn)行一第三蝕刻制作工藝，以圖案化第一介電層，而形成一第三開口，并暴露出基底。之后，再于在第三開口填入一導(dǎo)電層，以形成一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
由于本發(fā)明在低介電材料層(有機(jī)材質(zhì))與基底之間形成有一介電層(無機(jī)材質(zhì))，因此可以改善兩者之間的黏著力。
由于本發(fā)明的有機(jī)材質(zhì)的低介電材料層以及無機(jī)材質(zhì)的第一介電層/第二介電層可以以原位沉積的方式形成，因此較公知的方法較為簡化。


圖1是依照本發(fā)明一較佳實施例的形成低介電材料層的設(shè)備示意圖；
圖2A至圖2E是依照本發(fā)明一較佳實施例的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的流程剖面示意圖。
標(biāo)示說明102、104反應(yīng)室106載氣108原料 110無機(jī)反應(yīng)氣體112冷卻井 114、120泵116線圈 118電極126晶圓 128磁場供應(yīng)器130冷卻器 132、134射頻電源供應(yīng)器142、144網(wǎng)絡(luò)匹配器136加熱器200基底 202第一介電層204低介電材料層 206第二介電層208光阻層 210、212、214開口216導(dǎo)電層具體實施方式
圖1所示，其繪示為依照本發(fā)明一較佳實施例的形成低介電材料層的設(shè)備示意圖；圖2A至圖2E所示，其繪示為依照本發(fā)明一較佳實施例的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的流程剖面示意圖。
請先參照圖2A，首先在一基底200上形成一第一介電層202，其中第一介電層202為一無機(jī)材質(zhì)層，其用來改善基底200與后續(xù)所形成的有機(jī)材質(zhì)層之間的黏著力。在本實施例中，第一介電層202的材質(zhì)例如是氧化硅或氮化硅，且其厚度例如是500埃至1500埃。
接著，在第一介電層202上形成一低介電材料層204，其中低介電材料層204為一有機(jī)材質(zhì)層，且有機(jī)材質(zhì)的低介電材料層204中更包括摻雜有一無機(jī)材料，通過以提高有機(jī)材質(zhì)的低介電材料層204與第一介電層202之間的黏著力，并提高有機(jī)材質(zhì)的低介電材料層204與后續(xù)形成在低介電材料層204上的一無機(jī)材質(zhì)層之間的黏著力。在本實施例中，低介電材料層204的材質(zhì)例如是低介電常數(shù)的高分子聚合物，且其厚度例如是6000埃至40000埃。
之后，在低介電材料層204上形成一第二介電層206，其中第二介電層206為一無機(jī)材質(zhì)層，且第二介電層206的厚度較第一介電層202的厚度厚，其后續(xù)用來作為一罩幕層之用。在本實施例中，第二介電層206的材質(zhì)例如是氧化硅或氮化硅，且其厚度例如是2500埃至3500埃。
在本發(fā)明中，第一介電層202、低介電材料層204以及第二介電層206以一原位沉積的方式所形成，且其形成的方法例如是一等離子體增益型化學(xué)氣相沉積法(PECVD)，而此等離子體增益型化學(xué)氣相沉積的設(shè)備如圖1所示。
請參照圖1，形成低介電材料層204的原料108放置在反應(yīng)室102中。在本實施例中原料108例如是雙-對二甲苯(di-para-xylylene)或是雙-苯環(huán)丁烷(bis-benzoeyclobuten，BCB)等其它低介電常數(shù)的有機(jī)原料。在本實施例中將以雙-對二甲苯所形成的低介電材料層204為例以詳細(xì)說明之，但并非用以限定本發(fā)明。
接著，待雙-對二甲苯108被加熱(約攝氏150度)而揮發(fā)成氣態(tài)之后，透過載氣106的帶動便可以將雙-對二甲苯的氣體傳送至反應(yīng)室104中。反應(yīng)室104的溫度為攝氏650度左右，當(dāng)雙-對二甲苯的氣體在攝氏650度的溫度下，便會由雙體形式分解成單體(Monomer)形式，而形成對二甲苯(para-xylylene)。之后，對二甲苯單體便可以通過一輸入管件而通入等離子體反應(yīng)室100中，以進(jìn)行沉積反應(yīng)。
在此設(shè)備中，連接各反應(yīng)室的管件上安裝有許多閥門，以控制氣體的通入與否。另外，在反應(yīng)室104與等離子體反應(yīng)室100之間的管件上還連接有另一管路，此管路用來將無用的廢氣導(dǎo)至冷卻井112中，其中冷卻井112連接有一泵114，用以將廢氣抽至冷卻井112中。由于對二甲苯氣體一旦降至室溫溫度以下時，便會轉(zhuǎn)變成高分子(Polymer)固態(tài)形式，因此在各反應(yīng)室與管路上皆須通過加熱器136以將溫度保持在一定的溫度，以避免對二甲苯聚合物(parylene)附著在管壁上。同時，當(dāng)欲將對二甲苯廢氣排出時，便可以利用泵114將其抽至冷卻井112，并將的廢棄的固態(tài)對二甲苯聚合物(parylene)收集起來。
在此設(shè)備中，更包括配置有一無機(jī)反應(yīng)氣體反應(yīng)室110，而反應(yīng)室110中的無機(jī)反應(yīng)氣體可通過另一輸入管件而通入至等離子體反應(yīng)室100中。在本實施例中，無機(jī)反應(yīng)氣體包括SiH4、N2、O2、NH3以及Ar。
本此設(shè)備中，還包括一線圈116、與線圈116連接的一射頻電源供應(yīng)器132以及與配置在線圈116與射頻電源供應(yīng)器132之間的一網(wǎng)絡(luò)匹配器142。除此之外，還包括一電極118、與電極118連接的一射頻電源供應(yīng)器134以及配置在電極118與射頻電源供應(yīng)器134之間的一網(wǎng)絡(luò)匹配器144。通過上述的裝置，便可以在等離子體反應(yīng)室100中產(chǎn)生等離子體，使得所通入的反應(yīng)氣體進(jìn)行等離子體增益型化學(xué)氣相沉積反應(yīng)，而于晶圓126上沈積成薄膜。
另外，在等離子體反應(yīng)室100的兩側(cè)更配置有一磁場供應(yīng)器128，以提供一磁場于等離子體反應(yīng)室中100，通過以提高帶電粒子的碰撞頻率。而在晶圓100的底下還包括配置有一冷卻器130，用以控制晶圓126的溫度，進(jìn)而控制晶圓126上的沉積反應(yīng)的速度。而在整個等離子體反應(yīng)器100的底下配置有一泵120，以使等離子體反應(yīng)室100中的壓力保持在一低壓環(huán)境。
因此，利用本發(fā)明的沉積設(shè)備以形成第一介電層202、低介電材料層204以及第二介電層206(如圖2A所示)時，是先由一輸入管件將反應(yīng)室110中的無機(jī)反應(yīng)氣體通入至等離子體反應(yīng)室100中，以于晶圓126上形成第一介電層202。之后，再由另一輸入管件將反應(yīng)室104中的低介電常數(shù)的有機(jī)原料氣體通入至等離子體反應(yīng)室100中，以于第一介電層202上形成低介電材料層204。在形成低介電材料層204的同時，更可以由反應(yīng)室110中通入無機(jī)材料，以使低介電材料層204摻雜有無機(jī)材料。續(xù)之，再將反應(yīng)室110中的無機(jī)反應(yīng)氣體通入至等離子體反應(yīng)室100中，以于低介電材料層204上形成第二介電層206。
因此，利用本發(fā)明的設(shè)備以形成第一介電層202、低介電材料層204以及第二介電層206時以原位沉積的方式而形成的，而且在有機(jī)材質(zhì)的低介電材料層204中更可以摻雜入無機(jī)材料。
繼之，請繼續(xù)參照圖2A，在形成第一介電層202、低介電材料層204以及第二介電層206之后，在第二介電層206上形成圖案化的一光阻層208，暴露出預(yù)定形成開口之處。
然后，請參照圖2B，以光阻層208為一罩幕進(jìn)行一第一蝕刻制作工藝，以圖案化第二介電層206，而形成一第一開口210。
之后，請參照圖2C，繼續(xù)以光阻層208與第二介電層206為一罩幕進(jìn)行一第二蝕刻制作工藝，以圖案化低介電材料層204，而形成一第二開口212。在本發(fā)明中，由于低介電材料層204與光阻層208同樣為有機(jī)材質(zhì)，因此于圖案化低介電材料層204時，光阻層208無法完全抵抗第二蝕刻制作工藝的侵蝕。然而，由于形成在低介電材料層204上的第二介電層206為一無機(jī)材質(zhì)層，因此當(dāng)光阻層208在第二蝕刻制作工藝過程中被移除掉之后，便可以繼續(xù)將第二介電層206作為一罩幕層，而使第二開口212可以順利形成。
續(xù)之，請參照圖2D，以第二介電層206為一罩幕進(jìn)行一第三蝕刻制作工藝，以圖案化第一介電層202，而形成第三開口214，并暴露出基底200。其中，由于第二介電層206的厚度較第一介電層202的厚度厚，雖第一介電層206與第二介電層202同樣都是無機(jī)材質(zhì)層，但由于第二介電層206的厚度較厚之故，因此第二介電層206仍具有足夠的抗蝕刻能力以使第三開口214可以順利形成。
接著，請參照圖2E，在第三開口214中填入一導(dǎo)電層216，以形成一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。其中于第三開口214中填入導(dǎo)電層216的方法首先在基底200上方沉積一層導(dǎo)電材質(zhì)層(未繪示)并填滿第三開口214，之后再利用一回蝕刻制作工藝或一化學(xué)機(jī)械研磨制作工藝以去除多余導(dǎo)電材質(zhì)層，直到第二介電層206暴露出來。
在本發(fā)明中，第一介電層202、低介電材料層204以及第二介電層206都是作為絕緣用的介電層，因此用來作為黏著層的第一介電層202與用來作為罩幕層206的第二介電層206都是介電材質(zhì)，才不會影響介電層的絕緣功效。另外，由于本發(fā)明的低介電材料層204與基底200之間形成無機(jī)材質(zhì)的第一介電層202，因此可改善基底200與低介電材料層204之間的黏著力。而且，本發(fā)明在低介電材料層204中摻雜無機(jī)材料，可使低介電材料層204與第一介電層202/第二介電層206之間的黏著力更佳。此外，利用本發(fā)明的沉積設(shè)備以形成第一介電層202、低介電材料層204以及第二介電層206可以以原位沉積的方式形成，因此可改善公知方法中制作工藝較為繁瑣的缺點(diǎn)。
綜合以上所述，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)1.由于本發(fā)明在低介電材料層(有機(jī)材質(zhì))與基底之間形成有一介電層(無機(jī)材質(zhì))，因此可以改善兩者之間的黏著力。
2.由于本發(fā)明的有機(jī)材質(zhì)層以及無機(jī)材質(zhì)層可以以原位沉積的方式形成，因此較公知的方法較為簡化。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許之更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于包括在一基底上形成一第一介電層；在該第一介電層上形成一低介電材料層；在該低介電材料層上形成一第二介電層，其中該第一介電層、該低介電材料層以及該第二介電層以一原位(In-Situ)沉積制作工藝所形成；進(jìn)行一微影蝕刻制作工藝，以在該第二介電層、該低介電材料層以及該第一介電層中形成一開口，暴露出該基底；在該開口中填入一導(dǎo)電層，以形成一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于形成該第一介電層、該低介電材料層以及該第二介電層的設(shè)備利用一等離子體增益型化學(xué)氣相沉積機(jī)臺所形成，該機(jī)臺運(yùn)作的步驟包括將一第一無機(jī)反應(yīng)氣體通入一等離子體反應(yīng)室中，以形成該第一介電層；將一有機(jī)反應(yīng)氣體通入該等離子體反應(yīng)室中，以形成該低介電材料層；將一第二無機(jī)反應(yīng)氣體通入該等離子體反應(yīng)室中，以形成該第二介電層。
3.如權(quán)利要求1所述的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該第一介電層的材質(zhì)包括氮化硅或氧化硅。
4.如權(quán)利要求1所述的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該第二介電層的材質(zhì)包括氮化層或氧化硅。
5.如權(quán)利要求1所述的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該低介電材料層的材質(zhì)為一有機(jī)材質(zhì)。
6.如權(quán)利要求1所述的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于在形成該低介電材料層時，還包括摻雜一無機(jī)材料于該低介電材料層中。
7.如權(quán)利要求1所述的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該第二介電層的厚度大于該第一介電層的厚度。
8.如權(quán)利要求1所述的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該第一介電層的厚度為500埃至1500埃。
9.如權(quán)利要求1所述的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該低介電材料層的厚度為6000埃至40000埃。
10.如權(quán)利要求1所述的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該第二介電層的厚度為2500埃至3500埃。
11.一種于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于包括在一基底上形成一第一介電層；在該第一介電層上形成一低介電材料層；在該低介電材料層上形成一第二介電層，其中該第一介電層、該低介電材料層以及該第二介電層以一原位(In-Situ)沉積制作工藝所形成；在該第二介電層上形成一光阻層；以該光阻層為一罩幕進(jìn)行一第一蝕刻制作工藝，以圖案化該第二介電層，而形成一第一開口；以該光阻層與該第二介電層為一罩幕進(jìn)行一第二蝕刻制作工藝，以圖案化該低介電材料層，而形成一第二開口；以該第二介電層為一罩幕進(jìn)行一第三蝕刻制作工藝，以圖案化該第一介電層，而形成一第三開口，并暴露出該基底；在該第三開口填入一導(dǎo)電層，以形成一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求11所述的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于形成該第一介電層、該低介電材料層以及該第二介電層的設(shè)備利用一等離子體增益型化學(xué)氣相沉積機(jī)臺所形成，該機(jī)臺運(yùn)作的步驟包括將一第一無機(jī)反應(yīng)氣體通入一等離子體反應(yīng)室中，以形成該第一介電層；將一有機(jī)反應(yīng)氣體通入該等離子體反應(yīng)室中，以形成該低介電材料層；將一第二無機(jī)反應(yīng)氣體通入該等離子體反應(yīng)室中，以形成該第二介電層。
13.如權(quán)利要求11所述的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該第一介電層的材質(zhì)包括氮化硅或氧化硅。
14.如權(quán)利要求11所述的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該第二介電層的材質(zhì)包括氮化硅或氧化硅。
15.如權(quán)利要求11所述的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該低介電材料層的材質(zhì)為一有機(jī)材質(zhì)。
16.如權(quán)利要求11所述的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于在形成該低介電材料層時，還包括摻雜一無機(jī)材料于該低介電材料層中。
17.如權(quán)利要求11所述的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該第二介電層的厚度大于該第一介電層的厚度。
18.如權(quán)利要求11所述的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該第一介電層的厚度為500埃至1500埃。
19.如權(quán)利要求11所述的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該低介電材料層的厚度為6000埃至40000埃。
20.如權(quán)利要求11所述的于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該第二介電層的厚度為2500埃至3500埃。
全文摘要
一種于低介電材料層中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的方法，此方法首先在一基底上形成一第一介電層。接著，在第一介電層上形成一低介電材料層，并且在低介電材料層上形成一第二介電層，其中第一介電層、低介電材料層以及第二介電層以一原位(In－Situ)沉積的方式所形成。之后，進(jìn)行一微影蝕刻制作工藝，以在第二介電層、低介電材料層以及第一介電層中形成一開口，暴露出基底。繼之，在開口中填入一導(dǎo)電層，以形成一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L21/31GK1489196SQ0213111
公開日2004年4月14日 申請日期2002年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月9日
發(fā)明者吳文正 申請人:旺宏電子股份有限公司