专利名称：防止镶嵌式铜金属受损的结构及其方法
技术领域：
本发明涉及一种防止镶嵌式铜金属受损的结构及其方法，特别是一种利用阻障层密封来防止镶嵌式铜金属受损的结构及其方法。
背景技术：
近年来，为配合元件尺寸缩小化的发展以及提高元件操作速度的需求，具有低电阻常数和高电子迁移阻抗的铜金属，已逐渐被应用来作为金属内连线的材质，取代以往的铝金属制程技术。特别是铜金属的镶嵌式内连线技术，不仅可达到内连线的缩小化并且可减少RC时间延迟，同时也解决了金属铜蚀刻不易的问题，已成为现今多重内连线主要的发展趋势。
铜本身具有许多先天上的优势，例如(1)低电阻特性，其阻值为1.7μΩ-cm，而铝则为2.7μΩ-cm；(2)良好的抗电子迁移性，比铝高了四个数量级(order)；(3)良好的抗应力导致的空洞形成性质(stress-induced voidformation)等等。上述优点对于元件的特性有很大的帮助，例如较怏的速度；可降低串音(Cross Talk)；以及具有较小的RC时间延迟。
虽然铜的某些物理性质对于应用在元件上具有很大的优势，但是它在一些化学反应的特性上却阻碍了铜在元件上的应用，因为铜在低温时便极易与许多元素反应，另外，由于铜金属容易受到腐蚀且极易氧化，而且铜无法像铝会形成自我保护氧化层，只要在含水气的环境下，铜膜就会持续不断的进行氧化作用，不仅会在铜线表面形成氧化物，也会出现在铜导线的内部，更严重影响到内连线金属的品质。另一方面，位于最上层的铜金属由于直接曝露在空气中，极易遭到氧化，氧化铜的形成使得晶圆接受度测试(WAT；Wafer AcceptanceTest)的量测困难，而且在封装后也会影响到元件的可靠度。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种防止镶嵌式铜金属受损的方法，特别是有关于一种利用阻障层密封来防止镶嵌式铜金属受损的方法。
本发明的另一目的在于提供一种防止镶嵌式铜金属受损的结构。
本发明的主要目的可通过如下措施来实现一种防止镶嵌式铜金属受损的方法，包括下列步骤提供一基底，该基底顶层为一绝缘层，在该绝缘层上具有至少一开口，在该绝缘层上顺应性形成一第一阻障层，在该第一阻障层上全面性形成一铜金属层，以该第一阻障层表面为终点，进行一化学机械研磨制程，以平坦化该铜金属层，实施一选择性蚀刻制程在该平坦化的铜金属层，使该铜金属层表面相对低于该绝缘层表面，在该开口内形成一第二阻障层，使该铜金属层完全密封于该第一阻障层和该第二阻障层之内。
所述的开口为单镶嵌沟渠或双镶嵌沟渠其中之一。
所述的第一阻障层为氮化钛、钛钨合金、钽、氮化钨和氮化钽其中之一或其组合物层。
所述的第二阻障层为氮化钛、钛钨合金、钽、氮化钨和氮化钽其中之一或其组合物层。
一种防止镶嵌式铜金属受损的方法包括下列步骤提供一基底，该基底顶层为一绝缘层，在该绝缘层上具有一双镶嵌沟渠；在该绝缘层上顺应性形成一第一阻障层；在该第一阻障层上全面性形成一铜金属层；以该第一阻障层表面为终点，进行第一阶段化学机械研磨制程，以平坦化该铜金属层；实施一选择性蚀刻制程于该平坦化的铜金属层，使该铜金属层表面相对低于该绝缘层表面；实施一表面清洁步骤；全面性形成一第二阻障层；以该绝缘层表面为终点，进行第二阶段化学机械研磨制程，使该铜金属层完全密封于该第一阻障层和该第二阻障层之内。
所述的第一阻障层为氮化钛、钛钨合金、钽、氮化钨和氮化钽其中之一或其组合物层。
所述的第二阻障层为氮化钛、钛钨合金、钽、氮化钨和氮化钽其中之一或其组合物层。
所述的表面清洁步骤主要为去除该铜金属层表面的氧化铜。
本发明的另一目的可通过如下措施来实现一种防止镶嵌式铜金属受损的结构，包括一基底，该基底顶层为一绝缘层，在该绝缘层上具有一镶嵌沟渠；一第一阻障层，顺应性形成在该镶嵌沟渠的内壁及底部；一铜金属层，形成在该第一阻障层上，且使该铜金属层表面相对低于该绝缘层表面，而形成一凹处；一第二阻障层，形成在该凹处，使该铜金属层完全密封于该第一阻障层和该第二阻障层之内。
所述的镶嵌沟渠为单镶嵌沟渠或双镶嵌沟渠其中之一。
所述的第一阻障层为氮化钛、钛钨合金、钽、氮化钨和氮化钽其中之一或其组合物层。
所述的第二阻障层为氮化钛、钛钨合金、钽、氮化钨和氮化钽其中之一或其组合物层。
本发明相比现有技术具有如下优点由于铜金属容易受到腐蚀且极易氧化，利用本发明的方法及结构将铜金属完全密封于阻障层之内，可避免铜金属直接曝露在潮湿空气中或是因接触酸性气体而产生的氧化现象，且亦可用于防制因退火制程后，铜金属在引洞(via)中的凸起现象。
图1为本发明实施例一中的绝缘层的侧视图。
图2为本发明实施例一中的顺应性形成一第一阻障层在该绝缘层的侧视图。
图3为本发明实施例一中在该第一阻障层上全面性形成一铜金属层的侧视图。
图4为本发明实施例一中进行第一阶段化学机械研磨制程的侧视图。
图5为本发明实施例一中实施一选择性蚀刻制程的侧视图。
图6为本发明实施例一中全面性形成一第二阻障层的侧视图。
图7为本发明实施例一中进行第二阶段化学机械研磨制程的侧视图。
图8为本发明实施例二中的绝缘层的侧视图。
图9为本发明实施例二中的顺应性形成一第一阻障层在该绝缘层的侧视图。
图10为本发明实施例二中于该第一阻障层上全面性形成一铜金属层的侧视图。
图11为本发明实施例二中进行第一阶段化学机械研磨制程的侧视图。
图12为本发明实施例二中实施一选择性蚀刻制程的侧视图。
图13为本发明实施例二中全面性形成一第二阻障层的侧视图。
图14为本发明实施例二中进行第二阶段化学机械研磨制程的侧视图。
具体的实施方式实施例一本发明的实施例一为一种防止单镶嵌式铜金属受损的方法，包括下列步骤如图1所示，首先提供一基底(未示于图中)，该基底(未示于图中)顶层为一绝缘层10，该绝缘层10具有一开口11如图2所示，在该绝缘层10上，顺应性形成一第一阻障层12在该绝缘层10表面和该开口11的侧壁及底部，其中该第一阻障层12的材质可为氮化钛、钛钨合金、钽、氮化钨和氮化钽其中之一或其组合物层。
如图3所示，接着在该第一阻障层12上全面性形成一铜金属层14。
如图4所示，以该第一阻障层12表面为终点，进行第一阶段化学机械研磨制程或是回蚀刻步骤，以平坦化该铜金属层如图5所示，实施一选择性蚀刻制程于该平坦化的铜金属层，使该铜金属层14表面相对低于该绝缘层10表面，而形成一凹处13。虽然在本发明实验中所使用的蚀刻液是，但是其它对铜金属层14和第一阻障层12有优良蚀刻选择比的蚀封液，都可以被使用于本发明中。
如图6所示，实施一表面清洁步骤，以去除表面杂质和铜氧化物，接着全面性形成一第二阻障层16，并将该凹处13填满，其中该第二阻障层16的材质可为氮化钛、钛钨合金、钽、氮化钨和氮化钽其中之一或其组合物层。
如图7所示，以该绝缘层10表面为终点，进行第二阶段化学机械研磨制程或回蚀刻步骤，使该铜金属层14完全密封于该第一阻障层12和该第二阻障层16之内。
实施例二本发明的实施例二为一种防止双镶嵌式铜金属受损的方法，包括下列步骤如图8所示，首先提供一基底(未示于图中)，该基底(未示于图中)顶层为一绝缘层20，该绝缘层20具有一双镶嵌沟渠21。
如图9所示，在该绝缘层20上，顺应性形成一第一阻障层22在该绝缘层20表面和该双镶嵌沟渠21的侧壁及底部，其中该第一阻障层22的材质可为氮化钛、钛钨合金、钽、氮化钨和氮化钽其中之一或其组合物层。
如图10所示，接着在该第一阻障层22上全面性形成一铜金属层24。
如图11所示，以该第一阻障层22表面为终点，进行第一阶段化学机械研磨制程或回蚀刻步骤，以平坦化该铜金属层24。
如图12所示，实施一选择性蚀刻制程在该平坦化的铜金属层，使该铜金属层24表面相对低于该绝缘层20表面，而形成一凹处23。虽然在本发明实验中所使用蚀刻液是，但是其它对铜金属层24和第一阻障层22有优良蚀刻选择比的蚀刻液，都可以被使用于本发明中如图13所示，实施一表面清洁步骤(未示于图中)，以去除表面杂质和铜氧化物，接著全面性形成一第二阻障层26，并将该凹处23填满，其中该第二阻障层26的材质可为氮化钛、钛钨合金、钽、氮化钨和氮化钽其中之一或其组合物层。
如图14所示，以该绝缘层20表面为终点，进行第二阶段化学机械研磨制程或是回蚀刻步骤，使该铜金属层24完全密封于该第一阻障层22和该第二阻障层26之内。
上述的实施例一和实施例二都是一种防止镶嵌式铜金属受损的结构，包括一基底，该基底顶层为一绝缘层，在该绝缘层上具有一镶嵌沟渠；一第一阻障层，顺应性形成在该镶嵌沟渠的内壁及底部，其中该第一阻障层的材质可为氮化钛、钛钨合金、钽、氮化钨和氮化钽其中之一或其组合物层；一铜金属层，形成在该第一阻障层上，且使该铜金属层表面相对低于该绝缘层表面，而形成一凹处。
一第二阻障层，形成在该凹处，使该铜金属层完全密封于该第一阻障层和该第二阻障层之内，其中该第二阻障层的材质可为氮化钛、钛钨合金、钽、氮化钨和氮化钽其中之一或其组合物层。
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以权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种防止镶嵌式铜金属受损的方法，包括下列步骤提供一基底，该基底顶层为一绝缘层，在该绝缘层上具有至少一开口；在该绝缘层上顺应性形成一第一阻障层；在该第一阻障层上全面性形成一铜金属层；以该第一阻障层表面为终点，进行一化学机械研磨制程，以平坦化该铜金属层；实施一选择性蚀刻制程于该平坦化的铜金属层，使该铜金属层表面相对低于该绝缘层表面，而形成一凹处；在该凹处内形成一第二阻障层，使该铜金属层完全密封于该第一阻障层和该第二阻障层之内。
2.如权利要求1所述的防止镶嵌式铜金属受损的方法，其特征在于所述的开口为单镶嵌沟渠或双镶嵌沟渠其中之一。
3.如权利要求1所述的防止镶嵌式铜金属受损的方法，其特征在于所述的第一阻障层为氮化钛、钛钨合金、钽、氮化钨和氮化钽其中之一或其组合物层。
4.如权利要求1所述的防止镶嵌式铜金属受损的方法，其特征在于所述的第二阻障层为氮化钛、钛钨合金、钽、氮化钨和氮化钽其中之一或其组合物层。
5.一种防止镶嵌式铜金属受损的方法，包括下列步骤提供一基底，该基底顶层为一绝缘层，在该绝缘层上具有一双镶嵌沟渠；在该绝缘层上顺应性形成一第一阻障层；在该第一阻障层上全面性形成一铜金属层；以该第一阻障层表面为终点，进行第一阶段化学机械研磨制程，以平坦化该铜金属层；实施一选择性蚀刻制程于该平坦化的铜金属层，使该铜金属层表面相对低于该绝缘层表面；实施一表面清洁步骤；全面性形成一第二阻障层；以该绝缘层表面为终点，进行第二阶段化学机械研磨制程，使该铜金属层完全密封于该第一阻障层和该第二阻障层之内。
6.如权利要求5所述的防止镶嵌式铜金属受损的方法，其特征在于所述的第一阻障层为氮化钛、钛钨合金、钽、氮化钨和氮化钽其中之一或其组合物层。
7.如权利要求5所述的防止镶嵌式铜金属受损的方法，其特征在于所述的第二阻障层为氮化钛、钛钨合金、钽、氮化钨和氮化钽其中之一或其组合物层。
8.如权利要求5所述的防止镶嵌式铜金属受损的方法，其特征在于所述的表面清洁步骤主要为去除该铜金属层表面的氧化铜。
9.一种防止镶嵌式铜金属受损的结构，其特征在于，它包括一基底，该基底顶层为一绝缘层，在该绝缘层上具有一镶嵌沟渠；一第一阻障层，顺应性形成于该镶嵌沟渠的内壁及底部；一铜金属层，形成于该第一阻障层上，且使该铜金属层表面相对低于该绝缘层表面，而形成一凹处；一第二阻障层，形成于该凹处，使该铜金属层完全密封于该第一阻障层和该第二阻障层之内。
10.如权利要求9所述的防止镶嵌式铜金属受损的结构，其特征在于所述的镶嵌沟渠为单镶嵌沟渠或双镶嵌沟渠其中之一。
11.如权利要求9所述的防止镶嵌式铜金属受损的结构，其特征在于所述的第一阻障层为氮化钛、钛钨合金、钽、氮化钨和氮化钽其中之一或其组合物层。
12.如权利要求9所述的防止镶嵌式铜金属受损的结构，其特征在于所述的第二阻障层为氮化钛、钛钨合金、钽、氮化钨和氮化钽其中之一或其组合物层。
全文摘要
本发明涉及一种防止镶嵌式铜金属受损的方法，包括下列步骤提供一基底，该基底顶层为一绝缘层，在该绝缘层上具有至少一开口，在该绝缘层上顺应性形成一第一阻障层，在该第一阻障层上全面性形成一铜金属层，以该第一阻障层表面为终点，进行一化学机械研磨制程，以平坦化该铜金属层，实施一选择性蚀刻制程在该平坦化的铜金属层，使该铜金属层表面相对低于该绝缘层表面，在该开口内形成一第二阻障层，使该铜金属层完全密封在该第一阻障层和该第二阻障层之内；本发明将铜金属完全密封于阻障层之内，可避免铜金属直接暴露在潮湿空气中或是因接触酸性气体而产生的氧化现象，且亦可用于防制因退火制程后，铜金属在引洞中的凸起现象。
文档编号H05K3/00GK1482847SQ0213161
公开日2004年3月17日 申请日期2002年9月11日 优先权日2002年9月11日
发明者刘继文, 王英郎 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司