[发明专利]作为化学-机械抛光停止层的介电保护层

说明书

技术领域

本公开关于制造半导体器件的多层金属互连的方法。具体地说，本公开关于制造镶嵌金属互连的方法。

背景技术

当集成电路(IC)逐渐地增加其内部集成的部件的数量时，随着金属线的宽度的相应减少，结果导致传统的铝互连增加其电阻。同时，电流的更稠密分布通常导致更严重的电迁移。随着金属互连的电阻的增加，器件遭受到RC时间延迟的增加和金属互连之间的电容的增加。因此，降低了器件的运行速度。电迁移在铝互连中导致短路。因此，具有较低电阻和表现出较低电迁移的铜成为所有半导体生产商的合适选择。另外，与铝互连相比，铜互连可以使器件的运行速度几乎加倍。

由于通过传统的蚀刻气体不容易蚀刻铜，因此使用传统的蚀刻方法不能完成铜互连的制造，但是可以使用镶嵌技术实现。镶嵌技术包括为金属互连形成开口，例如形成在介电层中的镶嵌开口，随后用金属层填充镶嵌开口。通过化学-机械抛光(CMP)移除镶嵌开口外部的金属层。然而，铜镶嵌的传统制造方法还有需要克服的技术挑战。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种具有由低介电常数(低-k)材料制成的金属化学-机械抛光(CMP)停止层的镶嵌结构，包括：用于互连的镶嵌结构，其中所述镶嵌结构衬有阻挡层并且填充有铜；围绕所述镶嵌结构的介电层，其中所述介电层是低-k介电材料；以及位于所述介电层上方的金属CMP停止层，其中所述金属CMP停止层也围绕所述镶嵌结构，而且其中所述金属CMP停止层由稠密的低-k介电材料制成。

根据本发明所述的镶嵌结构，其中用于所述金属CMP停止层的所述稠密的低-k介电材料由k值等于或小于约3.0的极低-k电介质(ELK)或超低-k电介质(XLK)制成。

根据本发明所述的镶嵌结构，其中所述稠密的低-k电介质材料包括致孔剂。

根据本发明所述的镶嵌结构，其中所述致孔剂是α-萜品烯或2，5-降冰片二烯。

根据本发明所述的镶嵌结构，其中围绕所述镶嵌结构的所述介电层由k值等于或小于约2.6的多孔低-k电介质制成。

根据本发明所述的镶嵌结构，其中所述金属CMP停止层的顶表面的一部分和所述镶嵌结构中的铜的顶表面被介电保护层覆盖，其中所述介电保护层防止所述金属CMP停止层和所述镶嵌结构暴露在空气，湿气，和/或其他杂质之中。

根据本发明所述的镶嵌结构，其中所述金属CMP停止层的厚度在约到约的范围内。

根据本发明所述的一种在衬底上形成镶嵌结构的方法，包括：在表面具有介电层的衬底上沉积金属化学-机械抛光(CMP)停止层，其中所述金属CMP停止层是带有致孔剂的低-k电介质；通过蚀刻所述介电层将所述衬底图案化从而形成镶嵌开口；用铜阻挡层给所述镶嵌开口加衬里；用铜层填充所述镶嵌结构，其中沉积所述铜层覆盖所述铜阻挡层；实施金属CMP以移除所述镶嵌开口外部的所述铜层和所述铜阻挡层，其中所述金属CMP停止层防止金属CMP移除所述介电层；以及对所述金属CMP停止层实施固化；其中实施所述固化以去除或转化所述金属CMP停止层中的所述致孔剂。

根据本发明所述的方法，还包括在所述金属CMP停止层的一部分顶表面和所述镶嵌结构中的铜的顶表面上方沉积介电保护层，其中所述介电保护层防止所述金属CMP停止层和所述镶嵌结构暴露于空气，湿气，和/或其他杂质。

根据本发明所述的方法，其中所述金属CMP停止层是固化后的k值等于或小于约2.6的极低-k电介质(ELK)和超低-k电介质(XLK)。

根据本发明所述的方法，其中由固化实施后的k值等于或低于2.6的稠密低-k薄层制成的所述金属CMP停止层的使用对通过所述方法形成的所述镶嵌结构的电阻系数和电阻-电容(RC)延迟的影响最小。

根据本发明所述的方法，其中所述致孔剂是α-萜品烯或2，5-降冰片二烯，其促进金属CMP停止层中的孔的产生。

根据本发明所述的方法，其中所述介电层由k值等于或小于约2.6的稠密极低-k电介质(ELK)制成。

根据本发明所述的方法，其中所述介电层由k值等于或小于约2.36的多孔超低-k电介质(XLK)制成。

根据本发明所述的方法，其中所述金属CMP停止层的厚度在约到约的范围内。

根据本发明所述的方法，其中实施的固化是UV固化，温度在约300℃到约400℃的范围内，而且持续时间是在约1秒到约20分钟的范围内。