專(zhuān)利名稱(chēng)：一種氧摻雜硅碳化合物蝕刻停止層的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明提供一種集成電路結(jié)構(gòu)(integrated circuit)，尤指一種氧摻雜(oxygen-doped)硅碳化合物蝕刻停止層，特別應(yīng)用于雙鑲嵌金屬內(nèi)連線制程(dual-damascene interconnect applications)。
背景說(shuō)明近年來(lái)，隨著對(duì)高速元件(high speed)的需求增加，低介電常數(shù)材料與低導(dǎo)電性物質(zhì)的發(fā)展也持續(xù)進(jìn)行?；旧?，內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的效能與速度可以RC延遲(RC delay)來(lái)表示，其中R代表導(dǎo)線的電阻值(resistance)，C代表介電材料在兩導(dǎo)線之間的電容值(capacitance)。因此，使用具有較低介電常數(shù)的介電材料即可降低金屬間(inter-metal)電容，從而產(chǎn)生較低的RC延遲以及較高的操作效能。
雙鑲嵌(dual damascene)制程是目前0.25微米以下高速邏輯元件制作所廣泛使用的金屬內(nèi)連線技術(shù)。在雙鑲嵌制程中，金屬內(nèi)連線系被定義于一預(yù)先蝕刻于一介電層中的溝渠中。目前最常使用于雙鑲嵌制程的金屬導(dǎo)線材料為銅，而扮演連接不同層導(dǎo)線角色的接觸窗插塞也同時(shí)與銅導(dǎo)線一同形成于一介層洞(via hole)中。如同習(xí)知該項(xiàng)技藝者所知，典型的雙鑲嵌技術(shù)包括有(1)介層洞優(yōu)先(via-first)制程；(2)自行對(duì)準(zhǔn)(self-aligned)制程；以及(3)溝渠優(yōu)先(trench-first)制程。
請(qǐng)參閱

圖1，圖1為習(xí)知方法在形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)之前的介電層結(jié)構(gòu)。如圖1所示，不論采用上述何種制程，通常都會(huì)在上下兩層介電層22以及24中間沉積一蝕刻停止層23。介電層22、24以及蝕刻停止層23構(gòu)成一傳統(tǒng)的雙鑲嵌堆疊介電層結(jié)構(gòu)30。在此堆疊介電層結(jié)構(gòu)30的下方通常為一底層介電層10，其包含有一以一阻障導(dǎo)21所覆蓋的金屬導(dǎo)線層12。
請(qǐng)參閱圖2，圖2為習(xí)知方法在形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)之后的介電層結(jié)構(gòu)。如圖2所示，藉由蝕刻停止層23，可以分別于介電層22中形成一介層洞結(jié)構(gòu)41以及于介電層24中形成一溝渠結(jié)構(gòu)42。介層洞結(jié)構(gòu)41穿過(guò)蝕刻停止層23、介電層22及阻障層21，通達(dá)位于底層介電層10中的金屬導(dǎo)線層12。
習(xí)知方法一般采用氮化硅作為蝕刻停止層23的材料。然而，由于氮化硅的介電常數(shù)過(guò)高(＞6.5)將會(huì)導(dǎo)致金屬內(nèi)連線操作速度下降。Furumura等人，在美國(guó)專(zhuān)利第5,103,285號(hào)中，提出利用硅碳化合物(silicon carbide，SiC)(其介電常數(shù)約為4-5之間)作為一硅基材與一金屬導(dǎo)線層的阻障材料。在美國(guó)專(zhuān)利第5,818,071號(hào)中，Mark等人則進(jìn)一步將非晶硅(amorphous)硅碳化合物阻障材料應(yīng)用在金屬導(dǎo)線與介電層之間，以防止金屬的擴(kuò)散。
雖然硅碳化合物具有低介電常數(shù)，然而，它在應(yīng)用上仍具有一些缺點(diǎn)，包括(1)低擊穿電壓(breakdown voltage)；(2)高的漏電流；以及(3)不穩(wěn)定的薄膜特性。為此，近年來(lái)某些研究發(fā)現(xiàn)在硅碳化合物中摻雜氮元素，可以改善這些特性。然而，在硅碳化合物中摻雜氮元素卻可能產(chǎn)生胺類(lèi)(amine)化合物，導(dǎo)致深紫外線(deep UV)光阻的足部效應(yīng)(footing effect)以及接觸窗障蔽(via blinding)。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有高效能(high performance)的金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種氧摻雜硅碳化合物層的應(yīng)用，以提高金屬內(nèi)連線的可靠度(high reliability)。
依據(jù)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的較佳實(shí)施例系揭露一種集成電路結(jié)構(gòu)，其包含有一底層；一第一介電層，形成于該底層上；一蝕刻停止層(etch stoplayer)，形成于該第一介電層上；以及一第二介電層，形成于該蝕刻停止層上；其中該蝕刻停止層系由氧摻雜硅碳化合物(oxygen-doped SiC)所構(gòu)成，且該第二介電層系利用化學(xué)氣相沉積(CVD)制程形成。
依據(jù)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例系揭露一種雙鑲嵌內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其包含有一底層，其上形成有一導(dǎo)電層；一第一介電層，形成于該底層上；一停止層(stop layer)，形成于該第一介電層上；一介層洞(via hole)，形成于該第一介電層以及該停止層中，并暴露出部分該導(dǎo)電層；一第二介電層，形成于該停止層上；以及一溝渠線，形成于該介層洞上方的該第二介電層中，用來(lái)容納一金屬導(dǎo)線；其中該停止層系由氧摻雜硅碳化合物(oxygen-doped SiC)所構(gòu)成，且該第二介電層系利用化學(xué)氣相沉積(CVD)制程形成。
發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)特征在于采用一氧摻雜硅碳化合物層(oxygen-doped SiClayer)作為蝕刻停止層，特別應(yīng)用于雙鑲嵌金屬內(nèi)連線制程。氧摻雜硅碳化合物層具有低介電常數(shù)(k＜4.2)、高擊穿電壓以及極佳的薄膜穩(wěn)定性，因此可以提升元件可靠度以及操作效能。
請(qǐng)參閱圖3，圖3為本發(fā)明堆疊介電層300在完成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)140之后的剖面示意圖。如圖3所示，堆疊介電層300包含有一第一介電層220形成于一阻障層210上、一厚度約為500埃(A)的蝕刻停止層230形成于第一介電層220上以及一第二介電層240形成于蝕刻停止層230上。阻障層210系形成于一底層100上。底層100中包含有一導(dǎo)電層120。雙鑲嵌結(jié)構(gòu)140包含有一溝渠線構(gòu)造142形成于第二介電層240中，以及一介層洞141形成于蝕刻停止層230、第一介電層220以及阻障層210中。介層洞141暴露出一部分導(dǎo)電層120。
雙鑲嵌結(jié)構(gòu)140的作法可采用接觸窗優(yōu)先(via-first)制程、部分接觸窗(partial-via)制程、自行對(duì)準(zhǔn)(self-aligned)制程、溝渠優(yōu)先(trench-first)制程或者其它鑲嵌金屬內(nèi)連線制程。形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)140的技術(shù)為習(xí)知該項(xiàng)技藝者所熟知，且并非本發(fā)明所要揭露的重點(diǎn)，因此不再詳加贅述。相關(guān)的雙鑲嵌制程可參考美國(guó)專(zhuān)利第6,197,681號(hào)以及美國(guó)專(zhuān)利第6,004,188號(hào)。
第一介電層220以及第二介電層240的材料可以選自下列組合之一氟硅玻璃(fluorinated silicon glass，F(xiàn)SG)、HSQ、MSQ(methyl silsesquioxane)、黑鉆石(black diamond)材料、珊瑚(Coral)、多孔硅玻璃(porous silica)、不定形氟碳高分子(amorphous fluoroearbon polymers)、聚酰亞胺系高分子(fluorinated polyimide)、鐵氟龍(PTFE)、聚亞芳基醚(poly(arylene ether))、苯并環(huán)丁烯(benzocyclobutene)、SiLKTM以及FLARETM等等。一般建議第一介電層220以及第二介電層240的介電常數(shù)在3.2以下較佳。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，第二介電層240系利用化學(xué)氣相沉積(CVD)制程沉積形成，采用的前體(precursor)氣體包括甲基硅烷類(lèi)，例如甲基硅烷(methylsilane，Si(CH3)H3)、二甲基硅烷(2-methylsilane，Si(CH3)2H2)、三甲基硅烷(3-methylsilane，Si(CH3)3H)以及四甲基硅烷(4-methylsilane，Si(CH3)4)。
金屬導(dǎo)線層120系以銅所構(gòu)成。形成銅金屬導(dǎo)線層的作法系利用習(xí)知技術(shù)，例如物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)、電鍍(electroplating)、濺鍍(sputtering)、或電子束蒸鍍(electron beam evaporation)等等。
形成蝕刻停止層230的方法系利用一電漿加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(plasma-enhanced chemical vapor deposition，PECVD)制程形成。PECVD的制程參數(shù)，包括氣體、操作壓力、溫度、以及反應(yīng)時(shí)間，可視不同機(jī)臺(tái)類(lèi)型或制程需要作調(diào)整。舉例來(lái)說(shuō)，沉積蝕刻停止層230的制程參數(shù)包括三甲基硅烷流量約為600sccm；氧氣流量約為30sccm；高頻無(wú)線電波頻率(HFRF)約為150瓦特(Watts)左右；操作壓力約為0.5至5托耳，較佳為2托耳(Torr)；以及溫度約為350至450℃，較佳為400℃。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，制程前體氣體可以采用甲基硅烷、二甲基硅烷、或三甲基硅烷等等。
請(qǐng)參閱表一，表一為本發(fā)明蝕刻停止層(500A SiOxCy)的電性測(cè)試表。在表1中同時(shí)與相同厚度的未摻雜(undoped)硅碳化合物蝕刻停止層的電性作比較。如表1所示，本發(fā)明蝕刻停止層可達(dá)到介電常數(shù)約為4.1，擊穿電壓約為5.0MV/cm，漏電流約為1.01E-9安培每平方公分(A/cm2)。相較于未摻雜硅碳化合物層的電性，包括介電常數(shù)約為4.5，擊穿電壓約為3.5MV/cm，漏電流約為1.3E-8安培每平方公分(A/em2)，本發(fā)明蝕刻停止層顯然具有較佳的電性。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專(zhuān)利的涵蓋范圍。
表1為本發(fā)明蝕刻停止層(500A SiOxCy)的電性量測(cè)值。
圖示的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖1為習(xí)知方法在形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)之前的堆疊介電層結(jié)構(gòu)；圖2為習(xí)知方法在形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)之后的堆疊介電層結(jié)構(gòu)；圖3為本發(fā)明堆疊介電層在完成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)之后的剖面示意圖；圖示的符號(hào)說(shuō)明10 底層 12 導(dǎo)電層21 阻障層 22 第一介電層23 蝕刻停止層 24 第二介電層30 堆疊介電層結(jié)構(gòu) 41 介層洞42 溝渠線 100 底層120 導(dǎo)電層 140 雙鑲嵌結(jié)構(gòu)141 介層洞 142 溝渠線210 阻障層 220 第一介電層230 蝕刻停止層 240 第二介電層300 堆疊介電層結(jié)構(gòu)
權(quán)利要求
1.一種集成電路，其包含有一底層一第一介電層，形成于該底層上；一蝕刻停止層，形成于該第一介電層上；以及一第二介電層，形成于該蝕刻停止層上；其中該蝕刻停止層系由氧摻雜硅碳化合物所構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的集成電路，其中該蝕刻停止層的厚度約為500埃。
3.如權(quán)利要求1所述的集成電路，其中該蝕刻停止層系利用一電漿加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制程形成。
4.如權(quán)利要求1所述的集成電路，其中該第一介電層以及該第二介電層的介電常數(shù)皆小于3.2。
5.如權(quán)利要求1所述的集成電路，其中該第二介電層系為一化學(xué)氣相沉積薄膜。
6.如權(quán)利要求5所述的集成電路，其中該第二介電層系利用甲基硅烷類(lèi)氣體作為前體所沉積而成。
7.如權(quán)利要求6所述的集成電路，其中該甲基硅烷類(lèi)氣體包含有甲基硅烷Si(CH3)H3)、二甲基硅烷Si(CH3)2H2)、三甲基硅烷(Si(CH3)3H)以及四甲基硅烷Si(CH3)4。
8.如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其中該蝕刻停止層的介電常數(shù)約為4.1。
9.如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其中在停止層厚度為500埃的條件下，該蝕刻停止層的擊穿電壓約為5.0MV/cm。
10.一種雙鑲嵌內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其包含有一底層，其上形成有一導(dǎo)電層；一第一介電層，形成于該底層上；一停止層，形成于該第一介電層上；一介層洞，形成于該第一介電層以及該停止層中，并暴露出部分該導(dǎo)電層；一第二介電層，形成于該停止層上；以及一溝渠線，形成于該介層洞上方的該第二介電層中，用來(lái)容納一金屬導(dǎo)線；其中該停止層系由氧摻雜硅碳化合物SiC所構(gòu)成，且該第二介電層系利用化學(xué)氣相沉積制程形成。
11.如權(quán)利要求10所述的雙鑲嵌內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其中該停止層系利用一電漿加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制程形成。
12.如權(quán)利要求10所述的雙鑲嵌內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其中該第二介電層系利用甲基硅烷類(lèi)氣體作為前體所沉積而成。
13.如權(quán)利要求12所述的雙鑲嵌內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其中該甲基硅烷類(lèi)氣體包含有甲基硅烷Si(CH3)H3、二甲基硅烷Si(CH3)2H2、三甲基硅烷Si(CH3)3H以及四甲基硅烷Si(CH3)4。
14.如權(quán)利要求10所述的雙鑲嵌內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其中該停止層的介電常數(shù)約為4.1。
15.如權(quán)利要求10所述的雙鑲嵌內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其中在停止層厚度為500埃的條件下，該停止層的擊穿電壓約為5.0MV/cm。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種應(yīng)用于雙鑲嵌內(nèi)連線的氧摻雜硅碳化合物蝕刻停止層。本發(fā)明一種集成電路結(jié)構(gòu)包含有一底層；一第一介電層，形成于該底層上；一蝕刻停止層(etch stop layer)，形成于該第一介電層上；以及一第二介電層，形成于該蝕刻停止層上。其中該蝕刻停止層系由氧摻雜硅碳化合物(oxygen－doped SiC)所構(gòu)成，且該第二介電層系利用化學(xué)氣相沉積(CVD)制程形成。氧摻雜硅碳化合物具有低介電常數(shù)(k＜4.2)、高擊穿電壓以及極佳的薄膜穩(wěn)定性，因此可以提升元件可靠度以及操作效能。
文檔編號(hào)H01L21/31GK1420530SQ0113038
公開(kāi)日2003年5月28日 申請(qǐng)日期2001年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月21日
發(fā)明者楊能輝, 蔡正原, 吳欣昌 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司