[发明专利]双重金属镶嵌结构的制造方法

说明书

本发明涉及一种多层金属内连线(Multi-Level Interconnects)的制造方法，且特别涉及一种双重金属镶嵌(Dual Damascene)结构的制造方法。

在现今的半导体中，由于铜金属本身具有低电阻率、电迁移(Electromigration)特性较好以及能够以电镀方式与化学气相沉积成长的优点，因此使用铜金属制作金属内连线确实是必然的趋势。且因为铜不易蚀刻，所以利用金属镶嵌工艺取代传统的导线工艺制作铜导线。

然而随着互补式金属氧化半导体(Complementary Metal-OxideSemiconductor，CMOS)组件持续的缩小至0.18微米以下时，由多层金属内连线间所导致的RC时间延迟(Resistance Capacitance Time Delay)变成十分重要的影响因素。在多层金属内连线的工艺中，我们经常将焦点集中在所使用低介电常数材料的电性质(Electrical Properties)以及化学性质(Chemical Properties)上。

例如在先进的内连线工艺中，对于由低介电常数材料(Low-KMaterial)所构成的内金属介电(Inter-Metal Dielectric，IMD)层而言，必须具备有低介电常数(Dielectric Constant，k)、低漏电电流(Leakage)、高抗击穿强度(Breakthrough Strength)以及在工艺温度中良好的热稳定性(Thermal Stability)。除了上述的性质之外，内金属介电层的机械性质(Mechanical Properties)以及生产上的可利用性(Manufacturability)也是选择时的重要因素。

公知的形成双重金属镶嵌结构的方法，是在已形成有导电区域的基底上形成帽盖层。接着，在帽盖层上形成第一介电层，再于第一介电层上形成蚀刻终止写入/抹除层。然后，在蚀刻终止写入/抹除层上形成第二介电层。其后，以双重金属镶嵌工艺在第一介电层中以及在第二介电层中形成双重金属镶嵌开口。最后，在双重金属镶嵌开口中填入铜金属以完成双重金属镶嵌结构的制作。

然而，以上述的工艺形成的双重金属镶嵌结构有下列的问题：

在形成双重金属镶嵌结构后，后续的工艺例如沉积工艺，往往需要加热至一个较高的温度以进行沉积，然后再降回室温，此温度变化的影响，极易因不同材料的热膨胀系数(Coefficient of ThermalExpansion)的差异(Mismatch)而导致热应力(Thermal Stress)的产生。而在上述的工艺中，第一介电层以及第二介电层所使用的低介电常数的材料，同样使用例如为芳香族碳氢化合物(Aromatic Hydrocarbon)，此高分子材料的热膨胀系数(CTE)与金属铜的热膨胀系数具有相当大的差值(Mismatch of CTE)，因此在温度变化极大的情形下，金属与第一、第二介电层间会产生伸展(Elongation)或是变形(Deformation)等的形变(Strain)，因而破坏金属内连线结构的完整性，并且导致金属内连线可靠性(Reliability)等特性的问题。

其次，上述第一介电层、第二介电层所使用的低介电常数材料具有的硬度(Hardness)较低，因此在进行化学机械研磨法(ChemicalMechanical Polishing，CMP)或是在进行封装(Packaging)时，双重金属镶嵌结构相当容易崩坏(Collapse)或是剥离(Peeling)、扭曲变形(Distortion)。

而且，上述的第一、第二介电层如同时采用硬度和杨氏系数较大，且热膨胀系数较小的材质时，由于其具有较高的介电常数，因此只会徒然增加多重金属内连线的RC时间延迟以及增大电容，亦非解决问题之道。

因此，本发明提出一种双重金属镶嵌结构的制造方法，能够有效降低金属与内金属介电层之间产生伸展或是变形等的形变，并降低金属与内金属介电层之间在温度升降温时产生的热应力。

本发明提出一种双重金属镶嵌结构的制造方法，能够有效增加内金属介电层的机械强度，防止双重金属镶嵌结构产生崩坏或是剥离或是扭曲变形。