专利名称：侧壁具有缓冲层的铜双镶嵌结构的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种双镶嵌工艺，特别涉及一种侧壁具有缓冲层的铜双镶嵌结构的制造方法，它利用在沟槽与中介窗两侧壁形成一缓冲层，来降低铜导线产生的张力效应所可能引起的形态缺陷。
背景技术：
随着IC设计线路越来越密集，单位面积导线承受的电流越来越大，由于铜具有较低的电阻值及较高的抗电子迁移能力，因此在半导体工艺中传统的铝导线工艺逐渐被铜导线工艺取代。
但以铜作为导线材料时，却因为铜的卤化物蒸气压不够高，造成不容易以现有刻蚀技术来进行铜导线图刻的缺点，所以一般都使用双镶嵌工艺来同时完成铜的导线与插塞的工艺。
双镶嵌工艺的主要技术重点是用于刻蚀填充导体金属用的沟渠的刻蚀技术，但是双镶嵌工艺在铜导线沉积后必需进行一化学机械抛光，以去除多余的铜导线层，但此时往往因为铜因自身所具有张力，使得所述平整化工艺时，容易在铜导线外观形态上产生缺陷。
因此，本发明提出一种侧壁具有缓冲层的铜双镶嵌结构的制造方法，来解决上述的问题。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种侧壁具有缓冲层的铜双镶嵌结构的制造方法，它是通过在沟槽与中介窗两侧壁形成一缓冲层，以有效地缓冲铜导线自身的张力，以避免铜导线在化学机械抛光工艺时，产生形态上的缺陷。
为达上述目的本发明在一具有MOS组件的半导体基底上依序形成一第一金属层、一第一刻蚀终止层、一第一介电层、一第二刻蚀终止层及一第二介电层；对半导体基底进行刻蚀以形成一贯穿第一介电层与第二刻蚀终止层的中介窗，以及一贯穿第二介电层且底部与中介窗相连接的沟槽；在半导体基底上形成一完全覆盖沟槽与中介窗表面的缓冲层；然后去除位于沟槽与中介窗底部的缓冲层、第二刻蚀终止层以及第一刻蚀终止层，最后即得到一侧壁具有缓冲层的双镶嵌构造轮廓。
本发明的有益效果本发明通过利用在沟槽与中介窗两侧壁形成一缓冲层，来降低由于铜导线产生的张力效应所可能引起的形态缺陷。使得器件在以铜导线代替铝导线后满足较低的电阻值及较高的抗电致迁移能力的同时又避免了使用针对铜导线的处理工艺后带来的形态缺陷。
图1至图9是本发明的各步骤构造剖视图。
标号说明10半导体基底12第一铜导体层14第一刻蚀终止层16第一介电层18第二刻蚀终止层20第二介电层22第一图案化光刻胶层24刻蚀窗26中介窗28刻蚀窗30第二图案化光刻胶层32沟槽34沟槽36缓冲层38第二铜金属层40铜导线双镶嵌结构具体实施方式
以下结合附图及实施例进一步说明本发明的结构特征及所达成的有益效果。
本发明涉及一种侧壁具有缓冲层的铜双镶嵌结构的制造方法，它利用在沟槽与中介窗两侧壁形成一与铜金属具有相同应力倾向的缓冲层，来避免铜导线因应力所产生的缺陷，其详细的工艺请参阅图1至图9，它们是本发明的一较佳实施例的各步骤构造剖视图。
如图1所示，在一已形成有MOS等基础组件(图中未示)的半导体基底10上依序沉积一第一铜金属层12、一材质为氮化硅的第一刻蚀终止层14、一材质为氟硅玻璃(FSG)的第一介电层16、一材质为氮化硅的第二刻蚀终止层18及一材质为氟硅玻璃的第二介电层20。
请参阅图2，在第二介电层20上形成一第一图案化光刻胶层22，第一图案化光刻胶层22的刻蚀窗24用来定义出中介窗的尺寸与大小。以第一图案化光刻胶层22为掩膜，对半导体基底10进行刻蚀，以形成一贯穿第二介电层20、第二刻蚀终止层18及第一介电层16的中介窗26，如图3所示。
请参阅图4，去除第一图案化光刻胶层22，然后在半导体基底上形成一具有较刻蚀窗24尺寸大的刻蚀窗28的第二图案化光刻胶层30，以第二图案化光刻胶层30为掩膜，对这个所述第二介电层20进行刻蚀，以形成一沟槽32与一贯穿第二介电层20且与中介窗26相连接的沟槽34，然后去除第二图案化光刻胶层30，形成如图5所示的结构。
请参阅图6，在半导体基底10上沉积一材质为氮氧化硅的缓冲层36，其中缓冲层36须完全覆盖沟槽32、34与中介窗26的表面，然后，如图7所示，利用非等向性刻蚀来去除位于沟槽32、34与中介窗26底部的缓冲层36、第二刻蚀终止层18与第一刻蚀终止层14，以得到一侧壁具有缓冲层的双镶嵌构造轮廓。
接着进行铜导线工艺，而在进行铜导线工艺前，还可先对半导体基底进行一预烤(pre-bake)的工艺，然后参阅图8所示，在半导体基底10上依序沉积一材质为钽或氮化钽的金属阻挡层(图中未示)，一铜种晶层(图中未示)与一第二铜金属层38，然后对半导体基底10进行一化学机械抛光工艺，以去除位于第二介电层20上多余的第二铜金属层38、铜种晶层、金属阻挡层(barrier layer)、缓冲层36与部分的第二介电层20，以求全面的平整化，形成如图9所示的填满沟槽32、34与中介窗26的铜导线双镶嵌结构40。
综上所述，本发明是一种侧壁具有缓冲层的铜双镶嵌结构工艺，它是利用在沟槽与中介窗的两侧壁形成一缓冲层，来改善铜导线本身因应力而具有一向外的作用力(pull outforce)，而导致在进行化学机械抛光工艺时，会产生缺陷形态的缺点。
以上所述的实施例仅为了说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本专利的范围并不仅局限于上述具体实施例，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍涵盖在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种侧壁具有缓冲层的铜双镶嵌结构的制造方法，包括下列步骤提供一具有MOS组件的半导体基底，在所述基底上依序形成一第一铜金属层、一第一刻蚀终止层、一第一介电层、一第二刻蚀终止层及一第二介电层；对所述半导体基底进行刻蚀工艺，以形成一沟槽与一中介窗，其中，所述中介窗贯穿所述第一介电层与所述第二刻蚀终止层，所述沟槽贯穿所述第二介电层且底部与所述中介窗相连接；在所述半导体基底上形成一缓冲层，而所述缓冲层覆盖所述沟槽与所述中介窗表面；以及去除位于所述沟槽与所述中介窗底部的所述缓冲层、所述第二刻蚀终止层及所述第一刻蚀终止层，以得到一侧壁具有缓冲层的双镶嵌构造轮廓。
2.根据权利要求1所述的侧壁具有缓冲层的铜双镶嵌结构的制造方法，其特征在于所述第一介电层的材质为氟硅玻璃。
3.根据权利要求1所述的侧壁具有缓冲层的铜双镶嵌结构的制造方法，其特征在于所述第二介电层的材质为氟硅玻璃。
4.根据权利要求1所述的侧壁具有缓冲层的铜双镶嵌结构的制造方法，其特征在于所述第一刻蚀终止层的材质为氮化硅。
5.根据权利要求1所述的侧壁具有缓冲层的铜双镶嵌结构的制造方法，其特征在于所述第二刻蚀终止层的材质为氮化硅。
6.根据权利要求1所述的侧壁具有缓冲层的铜双镶嵌结构的制造方法，其特征在于所述刻蚀工艺，包括下列步骤在所述第二介电层上形成一第一图案化光刻胶层；以所述第一图案化光刻胶层为掩膜对所述第二介电层、所述第二刻蚀终止层及所述第一介电层进行刻蚀，以形成一中介窗；去除所述图案化第一光刻胶层，在所述半导体基底上形成一第二图案化光刻胶层；以及以所述第二图案化光刻胶层为掩膜，对所述第二介电层进行刻蚀，以形成一沟槽。
7.根据权利要求1所述的侧壁具有缓冲层的铜双镶嵌结构的制造方法，其特征在于完成双镶嵌构造轮廓后，还可进行铜导线工艺，它包括下列步骤在所述半导体基底上依序沉积一阻挡层、一铜种晶层及一第二铜金属层；以及利用化学机械抛光法对所述半导体基底进行平整化工艺，以去除所述沟槽外多余的所述阻挡层、所述铜种晶层、所述第二铜金属层、所述缓冲层以及部分所述第二介电层，以获得一填满所述沟槽与所述中介窗的铜导线。
8.根据权利要求7所述的侧壁具有缓冲层的铜双镶嵌结构的制造方法，其特征在于所述阻挡层的材质为钽或氮化钽。
9.根据权利要求7所述的侧壁具有缓冲层的铜双镶嵌结构的制造方法，其特征在于在进行铜导线工艺之前，还可先对所述半导体基底进行一预烤的工艺。
全文摘要
本发明提供一种侧壁具有缓冲层的铜双镶嵌结构的制造方法，它是在完成沟槽与中介窗的刻蚀工艺后，在半导体基底上沉积一缓冲层，然后去除位于沟槽与中介窗底部的缓冲层，只保留位于沟槽与中介窗两侧壁的缓冲层，通过位于两侧壁的缓冲层来克服铜金属导线具有的张应力可能产生的形态缺陷。
文档编号H01L21/768GK1700441SQ20041001845
公开日2005年11月23日 申请日期2004年5月19日 优先权日2004年5月19日
发明者杨织森, 谭志祥 申请人:上海宏力半导体制造有限公司