专利名称：镶嵌式铜金属内联机的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种镶嵌式铜金属内联机的制作方法，特别是有关于一种适用于半导体基底的镶嵌式铜金属内联机的制作方法。
相对于铝及其合金，铜金属的高传导性，高延展性、低电阻常数、高电子迁移阻抗等特性使得铜金属内联机具有较快的传导速度，非常符合高性能集成电路的需求，遂成为制作高性能集成电路的内联机的新宠。不同于铝金属内联机，铜金属内联机是以镶嵌的形式制作，下文即配合
图1A至图1C的流程剖面图说明习知铜金属内联机的制作方法。
首先请参见图1A，一半导体基底100，如一硅基底，其上可形成任何所需的半导体组件，此处为了简化起见，仅以一平整的半导体基底100表示的。在此半导体基底100上依续形成一介电层112及一抗反射层116，其中介电层112可由如氧化硅、氮化硅、硼磷硅玻璃或四乙氧基硅酸盐等材质形成。接着以适当的蚀刻技术于介电层112及抗反射层116中形成具有内联机沟槽(trench)118a与接触孔118b的镶嵌式开口118。
请参见图1B，形成一铜金属层120以填入镶嵌式开口118内，并且延伸于该抗反射层表面。为加强铜金属层120与介电层112之间的附着力，可在填入铜金属前形成一覆盖镶嵌式开口的阻障层(未显示于图中)再进行铜金属层的形成。
最后请参见图1C，对铜金属层120进行化学机械研磨(CMP)，将镶嵌式开口118外的铜金属层移除，并继续研磨至抗反射层完主移除为止，即得一镶嵌式铜金属内联机120a。
上述传统制程中，由于抗反射层和介电层在CMP过程中的研除速度非常相近，极容易因局部过度研磨造成铜金属内联机及介电层厚度的不平均(如图1C所示)，而影响整个集成电路的品质。
本发明的目的是提供一种半导体制程技术，特别是一种镶嵌式铜金属内联机的制作方法，以有效解决传统制程中铜金属内联机厚度不平均的问题。本发明的方法亦适用于双镶嵌式(dualdamascene)铜金属内联机的制程。
本发明方法的特征在于在介电层与抗反射层之间增加一研磨控制层，是由三甲基硅甲烷(trimethyl silane，3MS)、四甲基硅甲烷、O3、及He以化学气相沉积法形成。由于上述研磨控制层的CMP研除速度较抗反射层缓慢许多，具有拉近各区域研除速度且进一步避免局部区域过度研磨的功能，所形成的铜金属内联机因而具有平均厚度。举例来说，以常作为抗反射层的氮氧化硅、常作为介电层的TEOS、及本发明的研磨控制层相比较，在以oxide slurry SS-12进行CMP时，其研除速度为氮氧化硅层为1126/min、TEOS层为846/min、本发明的研磨控制层为约30/min。
图号说明100、200-半导体基底；112、212-介电层；214、214a-研磨控制层；116、216-抗反射层；118、218-镶嵌式开口；118a、218a-内联机沟槽；118b、218b-接触孔；120、220-铜金属层；120a、220a-铜金属内联机。
图2A至图2C是依据本发明镶嵌式铜金属内联机制作方法的一首先请参见图2A，一半导体基底200，其上可形成任何所需的半导体组件，此处为了简化起见，仅以一平整的半导体基底200表示的。在此半导体基底200上依续形成一介电层212、一研磨控制层214、及一抗反射层216，并以适当的蚀刻技术于其中形成具有内联机沟槽(trench)218a与接触孔218b的镶嵌式开口218。其中，半导体基底200可为一硅基底；介电层212可由如氧化硅、氮化硅、硼磷硅玻璃或四乙氧基硅酸盐等材质形成；研磨控制层214的厚度为100至500，是利用三甲基硅甲烷、四甲基硅甲烷、O3、及He在20至500Torr、25至400℃的环境下反应而成，其中三甲基硅甲烷、四甲基硅甲烷的流速为100至10000sccm，O3流速为100至1000sccm，He流速为10至1000sccm；抗反射层216可为厚度300至1200的氮氧化硅层。
请参见图2B，形成一铜金属层220以填入镶嵌式开口218内，并且延伸于该抗反射层表面。为加强铜金属层220与介电层212之间的附着力，可在填入铜金属前形成一覆盖镶嵌式开口的阻障层(未显示于图中)再进行铜金属层的形成。
最后请参见图2C，对铜金属层220进行化学机械研磨，将镶嵌式开口218外的铜金属层移除，并继续研磨至抗反射层完主移除为止，即得一具有平均厚度的镶嵌式铜金属内联机220a。值得一提的是，此时可能有部份研磨控制层214a残留在介电层212之上，但是由于研磨控制层的介电常数小于3，并不会影响介电层的介电功能，因此不需被完全移除。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求范围所界定的为准。
权利要求
1.一种镶嵌式铜金属内联机的制作方法，适用于半导体基底，其特征在于包括下列步骤在上述半导体基底上依续形成一介电层、一研磨控制层、及一抗反射层，其中该研磨控制层具有较该抗反射层低的化学机械研磨研除速度；于该介电层、该研磨控制层、及该抗反射层中形成具有内联机沟槽与接触孔的开口，其中该介电层中的开口是镶嵌式开口；形成一铜金属层以填入该镶嵌式开口内，并且延伸于该抗反射层表面；及进行化学机械研磨，直至该镶嵌式开口外的铜金属层与该抗反射层完全移除为止，得一镶嵌式铜金属内联机。
2.根据权利要求1所述一种镶嵌式铜金属内联机的制作方法，其特征在于该研磨控制层是利用三甲基硅甲烷、四甲基硅甲烷、O3、及He在20至500Torr、25至400℃的环境下反应而成，其中三甲基硅甲烷、四甲基硅甲烷的流速为100至10000sccm，O3流速为100至1000sccm，He流速为10至1000sccm。
3.根据权利要求1所述一种镶嵌式铜金属内联机的制作方法，其特征在于该研磨控制层的厚度为100至500。
4.根据权利要求1所述一种镶嵌式铜金属内联机的制作方法，其特征在于该介电层的材质为氧化硅、氮化硅、硼磷硅玻璃或四乙氧基硅酸盐。
5.根据权利要求1所述一种镶嵌式铜金属内联机的制作方法，其特征在于该抗反射层的材质为氮氧化硅。
6.根据权利要求1所述一种镶嵌式铜金属内联机的制作方法，其特征在于该抗氧化层的厚度为300至1200。
7.根据权利要求1所述一种镶嵌式铜金属内联机的制作方法，其特征在于该镶嵌式铜金属内联机包括双镶嵌式铜金属内联机。
8.根据权利要求1所述一种镶嵌式铜金属内联机的制作方法，其特征在于该半导体基底为硅基底。
9.一种镶嵌式铜金属内联机的制作方法，适用于半导体基底，其特征在于包括下列步骤于上述半导体基底上形成一介电层；于该介电层上形成一研磨控制层，是将三甲基硅甲烷、四甲基硅甲烷、O3、及He以化学气相沉积法，其反应压力为20至500Torr、反应温度为25至400℃的环境下反应而成，三甲基硅甲烷、四甲基硅甲烷的流速为100至10000sccm，O3流速为100至1000sccm，He流速为10至1000sccm；于该研磨控制层上形成一抗反射层；于该介电层、该研磨控制层、及该抗反射层中形成具有内联机沟槽与接触孔的镶嵌式开口；形成一铜金属层以填入该镶嵌式开口内，并且延伸于该抗反射层表面；及进行化学机械研磨，直至该镶嵌式开口外的铜金属层与该抗反射层完全移除为止，得一镶嵌式铜金属内联机。
10.根据权利要求9所述一种镶嵌式铜金属内联机的制作方法，其特征在于该研磨控制层的厚度为100至500。
11.根据权利要求9所述一种镶嵌式铜金属内联机的制作方法，其特征在于该介电层的材质为氧化硅、氮化硅、硼磷硅玻璃或四乙氧基硅酸盐。
12.根据权利要求9所述一种镶嵌式铜金属内联机的制作方法，其特征在于该抗反射层的材质为氮氧化硅。
13.根据权利要求9所述一种镶嵌式铜金属内联机的制作方法，其特征在于该抗氧化层的厚度为300至1200。
14.根据权利要求9所述一种镶嵌式铜金属内联机的制作方法，其特征在于该镶嵌式铜金属内联机包括双镶嵌式铜金属内联机。
15.根据权利要求9所述一种镶嵌式铜金属内联机的制作方法，其特征在于该半导体基底为硅基底。
全文摘要
本发明提供一种适用于半导体基底的镶嵌式铜金属内联机的制作方法，包括下列步骤首先上述半导体基底上形成一介电层；于此介电层上，以三甲基硅甲烷、四甲基硅甲烷、O
文档编号H01L21/768GK1437243SQ0210350
公开日2003年8月20日 申请日期2002年2月5日 优先权日2002年2月5日
发明者施足, 章勋明 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司