专利名称：半导体金属内连线的制造方法
技术领域：
本发明是有关于一种半导体金属内连线的制造方法，特别是有关于一种在以化学气相沉积法(CVD)形成第一氮化钛层后，再以物理气相沉积法(PVD)另外形成第二氮化钛层，以确保先前所形成的第一氮化钛层不会因为其化学性质不稳定而发生氧化作用。
参阅
图1-图5为传统技术的形成内连线结构的方法。
如图1所示为在半导体基底100掺入N/P型离子的源极/汲极(source/drain)，或是用来当作内连线(interconnects)的金属图案，形成了导电区域120；接下来，全面性沉积一绝缘层140，此绝缘层140不限于二氧化硅材料，亦可利用其他低介电常数的有机或无机介电材料构成；然后，以传统的微影制程与蚀刻步骤选择性蚀刻上述绝缘层140，以形成露出上述导电区域120的接触孔150；然后，利用物理气象沉积法(PVD)形成钛金属层160。
参阅图2，接下来，在钛金属层160形成之后，以CVD于上钛钛金属层160上形成氮化钛层180。
参阅图3，接著，于氮化钛180层表面全面性形成钨层200，并填满接触孔。
最后，参阅图4，执行化学机械研磨制程(CMP)，并且在适当的操作条件下进行研磨步骤，以去除绝缘层140上方的钨金属层200，而留下接触孔150内的钨结构200a，其与氮化钛层180a、钛金属层160a共同构成钨插塞(PG)。
参阅图5所示，其为传统技术的形成内连线结构的操作流程剖面示意图，在半导体基底300掺入N/P型离子的源极/汲极，或是用来当作内连线的金属图案，以形成导电区域320；接下来，全面性沉积一绝缘层340，此绝缘层340不限于二氧化硅材料，亦可利用其他低介电常数的有机或无机介电材料构成；接着，以传统的微影制程与蚀刻步骤选择性蚀刻上述绝缘层340，以形成露出上述导电区域320的接触孔350；然后，利用物理气象沉积法形成一钛金属层360。
在上述传统制程中，以CVD形成氮化钛层180的原因如下在形成钨层200之时，通常会导入氟化钨(WF6)气体，若此时氮化钛层180未完全覆盖钛金属层160，通常会因为导入氟化钨(WF6)气体而与钛金属层160发生化学反应，进而产生氟化物。氟化物的产生将导致钛金属层160的体积膨胀，且阻值提高。而以CVD所形成的氮化钛层的阶梯覆盖能力较差，在0.18μm以下的制程中，通常在接触孔150底部及侧壁无法具有足够的厚度，故无法对钛金属层提供有效的保护。而以CVD所形成的氮化钛层具有较佳的阶梯覆盖能力，因此，在0.18μm以下的制程，通常是以CVD制程形成氮化钛层。以对钛金属层提供较好的保护效果。
然而，上述以CVD制程所形成的氮化钛层虽然具有较佳的阶梯覆盖能力，但是其化学性质较以PVD制程所形成的氮化钛层而言，较为不稳定。因此以CVD制程所形成的氮化钛层暴露于大气中时，将很容易与大气中的水气反应而氧化，并产生TiNO，且此情况将随着暴露的时间增加而更加严重，且氮化钛层的阻抗将随之增加，直到达到一饱和值。
上述的情况将会在半导体元件操作时更容易显现出来，即元件在操作时，因为电流通过上述氮化钛层，将会因为其高阻抗而产生大量的热，而造成半导体元件的损坏，降低产品的可靠度。
本发明的主要目的在于提供一种半导体金属内连线的制造方法，通过在钛金属层上以CVD制程形成氮化钛层之后，另外以PVD制程，于先前的CVD制程所形成的氮化钛层上再覆盖一氮化钛层。由于以PVD制程所形成的第二氮化钛层具有较稳定的化学性质，相对于以CVD制程所形成的氮化钛层来说，较不易发生氧化作用，并且能够避免先前以CVD制程所形成的氮化钛层受到氧化，达到提高元件的可靠度的目的。
本发明的目的是这样实现的一种半导体金属内连线的制造方法，其特征在于它包括下列步骤(1)提供一包含导电区域的半导体基底，该导电区域具有金属线及孔洞；(2)于该半导体基底的表面上顺应性地形成一钛金属层；(3)以化学气相沉积法于该钛金属层表面上顺应性地形成第一氮化钛层；(4)以物理气相沉积法于该第一氮化钛层表面上顺应性地形成第二氮化钛层。
包含全面地于该半导体基底表面形成一二氧化硅层。该导电区域包含源极/汲极。
一种半导体金属内连线的制造方法，其特征在于它包括下列步骤(1)提供一包含导电区域的半导体基底，该导电区域具有金属线及孔洞；(2)于该导体基底的表面顺应性地形成一钛金属层；(3)以化学气相沉积法于上述钛金属层表面顺应性地形成第一氮化钛层；(4)以物理气相沉积法于上述第一氮化钛层表面顺应性地形成第二氮化钛层；(5)于该第二氮化钛层表面全面性形成一钨层，并填满所述孔洞。
更包含全面地于该半导体基底表面形成二氧化硅层。该导电区域包含源极/汲极。该钨层是使用六氟化钨与硅甲烷做为反应气体。该钨层是使用六氟化钨与氯硅甲烷为反应气体。该钨层是使用六氟化钨与氢气为反应气体。
本发明的主要优点是具有提高元件的可靠度的功效。
下面结合较佳实施例并配合附图详细说明。
图1是传统技术的操作流程剖面示意图。
图2是图的后续步骤剖面示意图。
图3是图2的后续步骤剖面示意图。
图4是图3的后续步骤剖面示意图。
图5是传统形成内连线结构的操作流程剖面示意图。
图6是本发明的后续步骤剖面示意图。
图7是图6的后续步骤剖面示意图。
图8是图7的后续步骤剖面示意图。
参阅图6，在钛金属层300形成之后，以CVD于上述钛金属层360上形成氮化钛层380；接着，以PVD于上述氮化钛层380上另外形成第二氮化钛层400。此时以PVD所形成的第二氮化钛层400将氮化钛层380完全覆盖，由于其化学性质较氮化钛层380稳定，因此不容易与外界产生氧化反应，同时可避免氮化钛层380发生氧化作用。
参阅图7，接着，于第二氮化钛层400表面全面性形成钨层420，并填满接触孔350。在形成钨层420的过程中，以六氟化钨(WF6)与硅甲烷(SiH4)，或以六氟化钨(WF6)与氯硅甲烷(SiH2Cl2)，或以六氟化钨(WF6)与氢气(H2)做为反应气体。
参阅图8，最后，执行化学机械研磨制程(CMP)，并且在适当的操作条件下进行研磨步骤，以去除绝缘层340上方的钨金属层420，而留下接触孔350内的钨结构420a，其与氮化钛层380a(由氮化钛层380及第二氮化钛层400所构成)及钛金属层360u共同构成钨插塞(PG)。
综上所述，通过本发明实施例所述的方法，首先以CVD制程形成具有良好阶梯覆盖特性的氮化钛层，来保护钛金属层，接着，再以化学性质较为稳定的以PVD制程所形成的第二氮化钛层来防止先前所形成的氮化钛层的氧化。因此，能够在形成阻障层及内连线的制程中，避免以CVD制程所形成的氮化钛层在短时间内受到氧化，以克服传统技术中CVD-TiN的陈化效应。
另外，在制程的调度上，亦可增加半导体元件在以CVD制程形成氮化钛层后的容许的闲置时间，进而增进制程在调整运作上的弹性。
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，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，所做的更动与润饰，都属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种半导体金属内连线的制造方法，其特征在于它包括下列步骤(1)提供一包含导电区域的半导体基底，该导电区域具有金属线及孔洞；(2)于该半导体基底的表面上顺应性地形成一钛金属层；(3)以化学气相沉积法于该钛金属层表面上顺应性地形成第一氮化钛层；(4)以物理气相沉积法于该第一氮化钛层表面上顺应性地形成第二氮化钛层。
2.如权利要求1所述的半导体金属内连线的制造方法，其特征在于包含全面地于该半导体基底表面形成一二氧化硅层。
3.如权利要求2所述的半导体金属内连线的制造方法，其特征在于该导电区域包含源极/汲极。
4.一种半导体金属内连线的制造方法，其特征在于它包括下列步骤(1)提供一包含导电区域的半导体基底，该导电区域具有金属线及孔洞；(2)于该导体基底的表面顺应性地形成一钛金属层；(3)以化学气相沉积法于上述钛金属层表面顺应性地形成第一氮化钛层；(4)以物理气相沉积法于上述第一氮化钛层表面顺应性地形成第二氮化钛层；(5)于该第二氮化钛层表面全面性形成一钨层，并填满所述孔洞。
5.如权利要求4所述的半导体金属内连线的制造方法，其特征在于更包含全面地于该半导体基底表面形成二氧化硅层。
6.如权利要求4所述的半导体金属内连线的制造方法，其特征在于该导电区域包含源极/汲极。
7.如权利要求4所述的半导体金属内连线的制造方法，其特征在于该钨层是使用六氟化钨与硅甲烷做为反应气体。
8.如权利要求4所述的半导体金属内连线的制造方法，其特征在于该钨层是使用六氟化钨与氯硅甲烷为反应气体。
9.如权利要求4所述的半导体金属内连线的制造方法，其特征在于该钨层是使用六氟化钨与氢气为反应气体。
全文摘要
一种半导体金属内连线的制造方法,它包括下列步骤:提供一包含导电区域的半导体基底,该导电区域具有金属线及孔洞;于该半导体基底的表面上顺应性地形成一钛金属层;以化学气相沉积法于该钛金属层表面上顺应性地形成第一氮化钛层;以物理气相沉积法于该第一氮化钛层表面上顺应性地形成第二氮化钛层。具有确保先前所形成的第一氮化钛层不会因为其化学性质不稳定而发生氧化作用。提高元件的可靠度的功效。
文档编号H01L21/70GK1388573SQ01116180
公开日2003年1月1日 申请日期2001年5月25日 优先权日2001年5月25日
发明者欧阳允亮, 黄昭元 申请人:矽统科技股份有限公司