金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，當(dāng)集成電路的集成度增加，晶片的表面無法提供足夠的面積來制作所需的金屬內(nèi)連線時，為了配合金氧半(MOS)電晶體縮小后所增加的內(nèi)連線需求，兩層以上的金屬層設(shè)計，便逐漸的成為許多集成電路所必須采用的方式。特別是一些功能較復(fù)雜的產(chǎn)品，如微處理器，甚至需要四層或五層的金屬層，才得以完成微處理器內(nèi)各個元件間的連接。而對于不同金屬層之間的連接，“插塞”扮演了重要的角色。
[0003]在金屬內(nèi)連線的工藝中，以鑲嵌的方式形成金屬線之后，在后續(xù)形成介層窗的工藝中，金屬線會暴露于空氣中而發(fā)生氧化或造成腐蝕，抑或是在后續(xù)的高溫工藝中發(fā)生形變或流失。
[0004]由此可見，上述現(xiàn)有的集成電路金屬層在結(jié)構(gòu)與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決上述存在的問題，相關(guān)廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設(shè)計被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品又沒有適切結(jié)構(gòu)能夠解決上述問題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其具有更佳可靠度與穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，此制造方法可與現(xiàn)有工藝整合，所制造的金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)具有更佳可靠度與穩(wěn)定性。
[0007]本發(fā)明的目的是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。一種金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，包括:介電層，位于襯底上，該介電層具有開口，裸露出該襯底；導(dǎo)體鑲嵌結(jié)構(gòu)，位于該開口中，該導(dǎo)體鑲嵌結(jié)構(gòu)的頂面低于該介電層的頂面；第一阻障層，位于該介電層與該導(dǎo)體鑲嵌結(jié)構(gòu)之間以及該襯底與該導(dǎo)體鑲嵌結(jié)構(gòu)之間；以及第二阻障層，位于該開口中，覆蓋該導(dǎo)體鑲嵌結(jié)構(gòu)的頂面。
[0008]本發(fā)明的目的還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)。
[0009]較佳的，前述的金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其中該第一阻障層與該第二阻障層的材料包括鉬、銥、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、氮化鎢或其組合。
[0010]較佳的，前述的金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，更包括導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該導(dǎo)體結(jié)構(gòu)覆蓋該第二阻障層，電性連接該導(dǎo)體鑲嵌結(jié)構(gòu)。
[0011]較佳的，前述的金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其中該導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)體插塞。
[0012]較佳的，前述的金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其中該導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)線。
[0013]本發(fā)明的目的還采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。一種金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，包括:在介電層中形成開口 ；在該開口中形成第一阻障層；在該開口中的該第一阻障層上形成導(dǎo)體鑲嵌結(jié)構(gòu)；以及在該開口中形成第二阻障層，該第二阻障層覆蓋該導(dǎo)體鑲嵌結(jié)構(gòu)的頂面。
[0014]本發(fā)明的目的還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)。
[0015]較佳的，前述的金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該第一阻障層與該第二阻障層包括鉬、銥、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、氮化鎢或其組合。
[0016]較佳的，前述的金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，其中形成該導(dǎo)體鑲嵌結(jié)構(gòu)的方法包括:形成導(dǎo)體層，以覆蓋該介電層并填入于該開口中；以及移除部分的該導(dǎo)體層，使所形成的該導(dǎo)體鑲嵌結(jié)構(gòu)的頂面低于該介電層的頂面。
[0017]較佳的，前述的金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，更包括形成導(dǎo)線，覆蓋該介電層與該第二阻障層，以電性連接該導(dǎo)體鑲嵌結(jié)構(gòu)。
[0018]較佳的，前述的金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法，更包括在該第二阻障層上形成導(dǎo)體插塞，以電性連接該導(dǎo)體鑲嵌結(jié)構(gòu)。
[0019]借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)及其制造方法至少具有下列優(yōu)點及有益效果:本發(fā)明的金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)體鑲嵌結(jié)構(gòu)被阻障層完全覆蓋，不僅可以避免金屬原子的擴散與遷移，還可防止氧化、腐蝕、形變或流失，因此，可以增加金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠度。此外，本發(fā)明實施例的金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的工藝可以與現(xiàn)有的工藝整合，且可以不需要增加太多工藝步驟，即可增加金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠度。
[0020]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0021]圖1A至圖1G是依據(jù)本發(fā)明實施例的一種金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法的流程剖面圖。
[0022]圖2是依據(jù)本發(fā)明另一實施例的一種金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0023]【主要元件符號說明】
[0024]10:襯底12、36、136:介電層
[0025]13、13a:硬掩膜層14:開口
[0026]15:圖案化的光阻層16、28、16a、28a、140:阻障層
[0027]18:導(dǎo)體層18a:導(dǎo)體鑲嵌結(jié)構(gòu)
[0028]22:凹口24、26:頂面
[0029]34、134:導(dǎo)體結(jié)構(gòu)138:導(dǎo)體插塞
[0030]142:介層孔T:厚度
【具體實施方式】
[0031]為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的一種金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)及其制造方法的【具體實施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
[0032]圖1A至圖1G是依據(jù)本發(fā)明實施例的一種金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的制造方法的流程剖面圖。圖2是依據(jù)本發(fā)明另一實施例的一種金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0033]請參閱圖1A，提供襯底10。襯底10可由選自于S1、Ge、SiGe、GaP、GaAs、SiC、SiGeC, InAs與InP所組成的群組中的至少一種半導(dǎo)體或半導(dǎo)體化合物材料形成。襯底10的材料也可以是絕緣層上有硅(SOI)。襯底10可以是在其上已形成各種構(gòu)件的半導(dǎo)體、半導(dǎo)體化合物或絕緣層上有硅(SOI)。所述各種構(gòu)件例如是金氧半電晶體、金屬內(nèi)連線的接觸窗、導(dǎo)線或介層窗、硅晶基材、介電層或其組合，在圖式中并未繪示出來。
[0034]接著，在襯底10上形成介電層12。介電層12的材料例如是氧化硅、旋涂式玻璃(S0G)、磷硅玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)或是介電常數(shù)小于4的低介電常數(shù)材料。介電層12的形成方法例如是旋涂法或化學(xué)氣相沉積法。介電層12的厚度例如是1000埃至6000埃。
[0035]然后，在介電層12上形成硬掩膜層13。硬掩膜層13可以是單層材料或是多層材料，例如是氮化硅或磷硅玻璃。之后，在硬掩膜層13上形成圖案化的光阻層15。在另一個實施例中，也可以不形成硬掩膜層13，而直接形成圖案化的光阻層15。
[0036]之后，請參閱圖1B，以圖案化的光阻層15為掩膜，進(jìn)行刻蝕工藝，以刻蝕硬掩膜層13，形成硬掩膜層13a。之后，繼續(xù)進(jìn)行刻蝕工藝，以在介電層12中形成開口 14。開口 14裸露出襯底10。之后，將圖案化的光阻層15移除。
[0037]其后，請參閱圖1C，在襯底10上形成阻障層16，以覆蓋開口 14的側(cè)壁與底部以及硬掩膜層13a。阻障層16的材料例如是鉬(Pt)、銥(Ir)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鎢(W)、氮化鎢(WN)或其組合。形成阻障層16的方法例如是化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法，厚度例如是10埃至500埃。
[0038]之后，在襯底10上形成導(dǎo)體層18，以覆蓋阻障層16并填入于開口 14之中。導(dǎo)體層18的材料可以是金屬或是合金，例如是鎢、鋁、銅或其合金，形成的方法例如是電鍍法或物理氣相沉積法，厚度例如是100埃至5000埃。
[0039]之后，請參閱圖1D，移除介電層12上方的導(dǎo)體層18，裸露出阻障層16，并在開口14之中形成導(dǎo)體鑲嵌結(jié)構(gòu)18a。導(dǎo)體鑲嵌結(jié)構(gòu)18a具有凹口 22。更具體地說，導(dǎo)體鑲嵌結(jié)構(gòu)18a的頂面26的高度低于介電層12的頂面24的高度。移除導(dǎo)體層18的方法包括例如是化學(xué)機械研磨法或回蝕法。特別注意的是，當(dāng)將部分導(dǎo)體層18移除而暴露出部分的阻障層16后，更過度研磨或過度刻蝕，以繼續(xù)移除部分的導(dǎo)體層18，直到形成具有凹口 22的導(dǎo)體鑲嵌結(jié)構(gòu)18a。凹口 22的形狀可以不限于圖中所示的碟狀，亦可以是具有平坦頂面的形狀(未繪示)，只要凹口 22的頂面26的高度低于介電層12的頂面24的高度即可。在一個實施例中，凹口 22的深度例如是50埃至1000埃。
[0040]然后，請參閱圖1E，在襯底10上形成阻障層28。阻障層28覆蓋阻障層16，且覆蓋導(dǎo)體鑲嵌結(jié)構(gòu)18a的頂面26。阻障層28的材料可與阻障層16的材料相同或相異。阻障層28的材料例如是鉬、銥、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、氮化鎢或其組合。形成阻障層28的方法例如是化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法，厚度例如是200埃至2000埃。
[0041]之后，請參閱圖1F，移除介電層12上的阻障層28、阻障層16以及硬掩膜層13a，留下開口 14之中的阻障層28a