TWI345811B - A method of fabricating a semiconductor device - Google Patents

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1345811 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之實施例提供一種半導體裝置的形成方法，特 別係〜種介質孔結構的形成方法。 【先前技術】 ， 隨著半導體製造程序的持續發展，使得半導體裝置具 有較細微的圖案及/或較高的積集度。傳統製程中，介電 鲁 質~T作為一種絕緣材料’使元件及/或金屬層間做電性隔 _ °常利用化學氣相沉積法（chemical vapor deposition, CVD)於具有導電層的基底上方形成介電層，且於介電層間 包含一層或多層旋轉塗佈玻璃層，利用旋轉塗佈玻璃層將 介電質填充於很小間隙中而沒有孔洞或其他缺陷以影響電 性’並形成具有多種組合方式的複合層。 通常，會將具有兩層之介電層，之間夾著旋轉塗佈玻 璃層所形成之三明治結構複合層進行圖案化及蝕刻製程以 φ 形成介質孔。然在蝕刻過程中，由於旋轉塗佈玻璃層的蝕 刻速率大於介電層的钱刻速率，使得旋轉塗佈玻璃形成一 凹陷於介質孔内的側壁上。當利用成本較低的物理氣相沉 積法於介質孔内形成阻障層時，由旋轉塗佈玻璃層所造成 之凹陷會成為沉積的死角，使得阻障層無法完全成長於介 質孔内的旋轉塗佈玻璃層上。當金屬層填充於介質孔内 時，形成金屬層的反應氣體與未被阻障層包覆的旋轉塗佈 玻璃層接觸，會產生大量的釋氣現象’造成金屬層無法完 全沉積於介質孔内，形成介質孔的毒化問題。

Clienfs Docket No.:96003 TT^ Docket No:0516-A41216-TW/final/hhchiang/20070817 1345811 綜上所述，需開發一種可完全消除介質孔的毒化問題 之製造方法。 【發明内容】 為達成上述目的，本發明提供一種半導體裝置的製造 方法，包括：提供一基底，其上具有一導電層；於該基底

I 及該導電層上形成一複合層，其中該複合層包含一介電層 及一旋轉塗佈玻璃層；穿過該複合層形成一介質孔，其中 該介質孔暴露出該導電層之表面；於該介質孔之側壁上形 成一保護層，以避免來自該旋轉塗佈玻璃層所造成之釋氣 現象；於該介質孔内之該保護層與該導電層上形成一阻障 層；以及於該介質孔内之該阻障層上沉積一金屬層以填充 該介質孔。 【實施方式】 本發明之實施例提供一種半導體結構的形成方法，特 別係一種介質孔結構的形成方法，以避免在介質孔内沉積 金屬鎢時所造成的介質孔毒化現象。有關各實施例之製造 方式和使用方式係如下所詳述，並伴隨圖示加以說明。其 中，圖式和說明書中使用之相同的元件編號係表示相同或 類似之元件。而在圖式中，為清楚和方便說明起見，有關 實施例之形狀和厚度或有不符實際之情形。而以下所描述 者係特別針對本發明之裝置的各項元件或其整合加以說 明，然而，值得注意的是，上述元件並不特別限定於所顯 示或描述者，而是可以熟習此技藝之人士所得之的各種形 式，此外，當一層材料層是位於另一材料層或基底之上時，

Client’s Docket No.:96003 TT5s Docket No:0516-A41216-TW/final/hhchiang/20070817 1345811 其可以是直接位於其表面上或另外插入有其他中介層。 第1圖至第5圖為本發明較佳實施例之半導體裝置的 製程剖面圖，其顯示一介質孔結構的形成方式。請參考第 1圖’首先，提供一基底200，其上具有導電層202。基底 2〇〇可為石夕基底。在其他實碑例中，可利用錯化石夕（SiGe)、 塊狀半導體（bulk semiconductor)、應變半導體（strained semiconductor)、化合物半導體（compound semiconductor)、 絶緣層上覆梦(silicon on insulator, SOI)，或其他常用之半 導體基底。基底200也可為包括具有電晶體(transistor)、二 極體（diode)、雙載子電晶體（bipolar junction transistor, BJT)、電阻(resistor)、電容(capacitor)、電感（inductor)等電 子元件的基底。導電層202可包括金屬、合金、金屬化合 物、半導體材料。導電層202可包括基礎金屬或其合金(例 如鋁或銅）、耐火金屬或其合金（例如鈷、鈕、鎳、鈦、鎢、 嫣化鈦）、過渡金屬氮化物、财火金屬氮化物（例如氮化钻、 氮化组、氮化鎳、氮化鈦、氮化鎮）、金屬氮石夕化物（例如 氮矽化鈷、氮矽化钽、氮矽化鎳、氮矽化鈦、氮矽化鎢）、 金屬矽化物（例如矽化鈷、矽化鈕、矽化鎳、矽化鈦、矽化 鎢）、多晶或非晶半導體材料、相變化材料（(例如銻化鎵 (GaSb)、碌化鍺(GeTe)、錯-録-蹄合金(Ge2Sb2Te5)、銀-銦-録-碌合金(Ag-In-Sb-Te))、導電氧化物材料（例如紀鎖銅氧 化物（YBCO)、氧化亞銅（Cu20)、铟錫氧化物（ITO))或其組 合。 如第1圖所示，接著，包含第一介電層204、第二介

Client's Docket No.:96003 TT^ Docket No:0516-A41216-TW/fmal/hhchiang/20070817 1345811 電層208及旋轉塗佈玻璃層206的複合層203形成於含有 導電層202之基底200上。複合層203可包含一層或多層 介電層，以及一層或多層旋轉塗佈玻璃層所形成之組合 層。在本實施例中’複合層203係利用於基底200及導電 層2〇2上方形成第一介電層2〇4 ;再於第一介電層204 i 形成旋轉塗佈玻璃層206 ;接著，於旋轉塗佈層206上形 成苐一介電層208 ’並進行回姓刻製程以得到一平坦化之 表面所形成。第一介電層204及第二介電層208可利用化 學氣相沉積法(chemical vapor deposition, CVD)、物理氣相 沉積法（physical vapor deposition，PVD)、原子層沉積法 (atomic layer deposition，ALD)、遥式電漿化學氣相沉積法 (remote plasma enhanced chemical vapor deposition RPECVD)，或液態源霧化化學沉積法(nqUid S()ulXe misted chemical deposition，LSMCD)形成。在本發明之實施例中， 第一介電層204及第二介電層208係利用電漿輔助化學氣 相沉積法（plasma enhanced chemical vapor deposit'on PECVD)形成。第一介電層204及第二介電層208可以氧 化石夕、氮化石夕、氮氧化石夕、多晶敗化碳、或其組合所組^。 旋轉塗佈玻璃層206可包含有機或無機兩種形式，有彳幾形 式主要含矽氧烷，而無機形式主要含矽酸鹽。 請參考第2圖’可藉由習知微影及蝕刻技術餘刻穿過 複合層203以形成介質孔210，並暴露出導電層2犯之= 面。一般而言，微影技術包括塗佈一光阻材料，其經由光 罩曝光步驟及顯影步驟之後形成圖案化光阻展 2 '' 70 |且層，並露出部

Clients Docket N〇.:96003 TT*s Docket No:0516-A41216-TW/fmal/hhchiang/20070817 8 1345811 刀待去除之複合層203。圖案化光阻層係用以在後續製程 步驟，例如以蝕刻步驟定義介質孔21〇時，保護其下方的 複合層203。上述蝕刻製程可為非等向性或等向性蝕刻製 程。在本發明實施例中，於利用蝕刻製裎形成介質孔21〇 的過程中，由於旋轉塗佈玻璃層206的蝕刻速率大碎第一 龟層204及第二介電層208的钱刻速率，最後在介質孔 内210，旋轉塗佈玻璃層206於第一介電層2〇4及第二介 電層208之間形成凹陷。在餘刻製程之後，可去除圖案化 光阻層。 如第3 .圖所示，接著利用化學氣相沉積法於介質孔21〇 之側壁及底部上形成概底氧化層212’並延伸至複合層203 之上表面的位置。襯底氧化層212包含氮氧石夕化合物 (Si〇xNy)。 請參考第4圖’對介質孔210内及複合層203上表面 之襯底氧化層212實施一触刻製程以移除部份的襯底氧化 層212’留下介質孔210之側壁上的部份襯底氧化層212a， 以作為保護層並暴露出導電層202表面。於介質孔21〇内， 由於複合層203上之概底氧化層212的钮刻速率小於導電 層202上之襯底氧化層212的蝕刻速率，利用蝕刻製程能 夠完全移除導電層202上之襯底氧化層212以暴露出導電 層202表面，並保留部分複合層203上之襯底氧化層212a， 以完全覆蓋住凹陷狀之旋轉塗佈玻璃層206,並避免來自 旋轉塗佈玻璃層206所造成之釋氣現象。於本發明實施例 中，在介質孔210内，複合層203上之襯底氧化層212的

Client’s Docket N〇.:96003 TT's Docket No:0516-A41216-TW/finai/hhchiang/20070817 蝕刻速率對於導電層 率，其 tl·*.估»

202上之襯底氧化層212的触刻速 也！衣程較佳為乾#刻製程，且為在同-機台之不同腔室 内進行/儿積ρ早障層前的預姓刻製程。

内之襯底氧化層212a與導電層2〇2上。在本發明實施例 中阻障層214係於襯底氧化層212a所進行之蝕刻製程中 約20。所保留在複合層203上之襯底 I為50埃至350埃。於本發明實施例中， 的同機台，但不同之腔室内，而利用成本較低之物理氣 相沉積法形成。在一實施例中’阻障層214包含氮化鈦 (TiN)。 凊參考第6圖，金屬層216係藉由習知之化學氣相沉 積法幵y成並填充於介質孔2 1 〇内。此外，亦可利用研磨製 私，如CMP製程，將複合層203表面上的金屬層研磨掉。 金屬層可包含鋁、銅、鈕、鈦、鉬、鎢、鉑、铪、釕或其 組合。在本發明實施例中，金屬層係由鎢所構成。 本發明之實施例係於介質孔内側壁上形成保護層，例 如疋襯底氧化層’因此能夠避免當利用成本較低的物理氣 相沉積法於介質孔内形成阻障層時，因阻障層無法完全成 長於介質孔内p陷狀的旋轉塗佈玻璃層上，而使形成金屬 層的反應氣體與未被阻障層包覆的旋轉塗佈玻璃層接觸時 發生介質孔毒化問題。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精

Client’s Docket Ν〇·:96003 TT’s Docket Νο:〇516-Α41216-TW/final/hhchiang/20070817 10 •1345811 神和範圍内，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖至第5圖為本發明之實施例中所形成介質孔結 構的製程剖面圖。

1 I 第6圖為為本發明之實施例中金屬層形成於介質孔結 構内的製程剖面圖。 【主要元件符號說明】

202導電層； 204第一介電層； 208第二介電層； 212襯底氧化層； 214阻障層； 200基底， 203複合層； 206旋轉塗佈玻璃層； 210介質孔； 212a襯底氧化層； 216金屬層。

Client’s Docket No.:96003 TT’s Docket No:0516-A41216-TW/fmal/hhchiang/20070817

Claims (1)

1345811 J 修正本 案號 096131040 loo 年 4 月18 十、申請專利範圍： 〔 種ΐΓί置的製造方法，…包括;二 促供一基底，其上具有一導電層； 於該基底及該導電層上形成一痛八 介電層及—位於該介電層下的旋轉塗^_該複合層包含一 穿過該複合層形成-介質孔，射該介^孔異 =面，該介質孔的麵具有—位於該旋魅佈=層 於該介質孔之側壁上形成—保護層， 而避免來自該旋轉塗佈玻璃層所造成之釋氣現象；Λ &刀凹陷，從 於該介質孔内之該保護層與該導電層上 Γ以障層上沉積-金屬層以填充以及 中該複合層包含複數個介電層，及在該些介電法，其 旋轉塗佈玻璃層。 電β之間至少含有一 ^如申請專利範圍第】項所述之半導體 2介電層包含氧化梦、氮_、氮氧化石= 組合所組成。 ，日日齓化衩、或其 t如申請專利範圍第】項所述之半導體裳置㈣ 中該"電層係由電衆辅助化學氣相沉積法形成。、去，/、 5.如申請專利範圍第】項所述之半導體裝 中該旋轉塗佈玻璃層包含有機材料。 π 法，其 中有第5項所述之半導體裝置的製造方法，其 中該旋轉塗佈玻璃之+導體裝置的製造方法，其 96003/0516-Α412 ] 6-TW/fmal I

之該=:=移除-部軸保護層’直碰質孔内 一7程所述之丰導體裝置的製造方法’其 中該㈣繼哺造方法，其 其中襯底氧化之半導體裝置的製造方法， 其中襯底 瓣轉造方法， 觉士 如申請專利範圍第11項所述之半導體裝置的製造方法， 二3介質孔内’於該複合層上之襯底氧化層的_速率對於 該導電層上之襯親化層_料，其比值躺5涵2丰0。子於 96003/0516-A41216-TW/fmal 1