TW413896B - Manufacturing method for dual damascene structure - Google Patents

Description

413896 4145twf.doc./008 A7 B7 五 又h 1ί .1 印 發明説明（I ) 本發明是有關於一種半導體元件之多重內連線 (Multilevel Interconnects)的製造方法，且特別是有關於 一種雙重金屬鑲嵌（Dual Damascene)結構的製造方法。 在半導體工業的發展中，元件運算速度的提昇一直是 各家必爭的要點，同時也是購買者選擇時的重要訴求。隨 著積體電路製程的快速發展，目前影響速度的因素中以導 線本身的阻値以及層間介電層的寄生電容大小最具決定性 的關鍵。其中，減少導線阻値之影響可以選用低阻値的金 屬材料，而改善層間介電層的寄生電容則可以採用低介電 常數的材料做爲多層金屬連線間的絕緣層。 典型的金屬內連線製程係在介電層中形成金屬插塞， 再於基底上形成於金屬插塞連接的鋁金屬導線。而雙重金 屬鑲嵌的技術係一種具有高可靠度及低成本的金屬線製造 技術，且其所使用之金屬內連線之材料並不受金屬蝕刻之 限制，因此此技術已廣泛應用於銅導線的製作1來降低導 線本身的阻値，進而提高積體電路元件的速度及品質。而 隨著元件高度積集化之後，以低介電常數之介電層製作雙 重金屬鑲嵌結構，已逐漸成爲半導體工業之金屬內連線製 程所採用的一種方式。 第1A圖至第1D圖爲習知一種雙重金屬鑲嵌結構之製 造流程的剖面示意圖。首先，請參照第1A圖，在已形成 有金屬層102的基底100上依序形成介電層104、蝕刻終 止層106與介電層108。接著，再於介電層108上形成一 層光阻層110，並以典型的微影成像技術將光阻層110圖 (t?l先閱讀背而之)i.意事項4填巧本5 )

*ST 本紙依尺度邊州屮阈网家棍彳（（'NS )以叱枋（21〇Χ297公梦―） 413896 A7 4145twf.doc./008 _______B?_____ 五、發明説明（>) 案化，以用以定義介層窗開口的位置。 然後，請參照第1B圖，以光阻層110爲蝕刻罩幕， 蝕刻介電層1 08、鈾刻終止層1 06與介電層1 04，以形成介 層窗開口 112,裸露出金屬層102。接著，去除光阻層110， 再於基底100上形成另一層光阻層H4，並以典型的微影 成像技術將光阻層Π4圖案化，以用以定義溝渠的位置。 之後，請參照第1C圖，以光阻層114爲蝕刻罩幕.， 蝕刻終止層108爲蝕刻終點，經由鈾刻程序在介電層108 中形成溝渠U6。其後，再去除光阻層114，並在溝渠II6 與介層窗開口 Π2中塡入金屬層118，以完成雙重金屬鑲 嵌結構之製作，如第1D圖所示。 隨著元件的高度積集化，位於兩金屬層之間的金屬層 間介電層（Inter-Meta丨Dielectric )所造成的寄生電容 (Parasitic Capacitance)問題愈形嚴重。因此，在深次微 米以下的製程中，多採用低介電常數的材料來做爲金屬層 間介電層，以減少寄生電容所衍生的電阻-電容時間的延遲 (Resistance-Capacitance Time Delay )效應。然而，一般 光阻所使用之材質屬於高分子材料，而常用之低介電常數 的介電材質亦多屬於有機高分子材料。因此’以上述之方 法，在光阻層Π0與光阻層114的顯影k程中’其所使用 之顯影液亦可能蝕刻介層窗開口 Π2所裸露的介電層 與介電層104,而破壞所形成之雙重金屬鑲嵌結構的的輪 廓，如第1B圖虛線120所示。 因此，本發明的目的就是在提供一種可以以低介電常 4 度璉州中掠嗖（) Μ规柏（2ίΟΧ 297公犮） ("先聞讀背而之注意事項再4β本Κ ) 、-° 413896 4145twf.doc./008 五、發明説明（3 ) 數的介電材料製作雙重金屬鑲嵌結構的方法，可用以降低 電容效應，使製程適用於高度積集化的元件中，並可以避 免在光阻層的顯影過程中，介層窗開口其側壁之介電材料 遭受侵蝕，而使雙重金屬鑲嵌結構之輪廓遭受破壞的現 象° 根據本發明的目的，提出一種雙重金屬鑲嵌結構的製 造方法，此方法之簡述如下：在基底上形成第一層介電層、 蝕刻終止層、第二層介電層與硬罩幕層，接著，以微影成 像與蝕刻程序，去除部份硬罩幕層、第二層介電層、蝕刻 終止層與第一層介電層，以在其中形成介層窗開口。其後 在硬罩幕層上形成一層非共形之帽蓋層，以覆蓋介層窗開 口之頂部。之後，於非共形帽蓋層上形成一層圖案化的光 阻層，再以圖案化的光阻層爲罩幕，去除部份非共形的帽 蓋層、硬罩幕層與第二層介電層，以形成一溝渠。然後， 去除圖案化的光阻層與非共彤帽蓋層，再於基底上形成一 層導體層以塡滿介層窗開口與溝渠。最後，以化學機械硏 磨製程進行平坦化，以去除多餘的導體層。 依照本發明實施例所述，上述之帽蓋層的材質係可以 在光阻層的顯影步驟中避免遭受破壞者，由於此帽蓋層係 覆蓋介層窗開口的頂部，因此，在光阻層的顯影步驟中可 •以保護低介電常數之第一層介電層與第二層介電層，避免 其遭受顯影液之破壞，使介層窗開口可以保有原有的輪 廓。此帽蓋層可以以電漿增益型化學氣相沈積法形成，其 材質爲氧化矽、氮化矽與氮氧化矽其中之一。由於以電漿 5 氺紙认尺廋讳川+ KK1象―禮彳（（’NS ) 規枯（210X297公犛） 对先間讀背而之注意事項"續寫本Η ) 訂 線 413896 4145twf.doc./008 五、發明説明（u) 增益型化學氣相沈積法所形成之沈積膜，其階梯覆蓋之因 素可以使其具有非共形的特性，使所形成之帽蓋層只覆蓋 介層窗開口的頂部，而不會覆蓋介層窗開口之內部與側 壁。因此，定義溝渠圖案後，位於介層窗開口頂部的帽蓋 層可以以乾式鈾刻輕易地將其去除。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 圖式之簡單說明： 第1A圖至第1D圖爲習知一種雙重金屬鑲嵌結構之製 造流程的剖面示意圖；以及 第2A圖至第2F圖爲依照本發明實施例一種雙重金屬 鑲嵌結構之製造流程的剖面示意圖。 圖式標記說明： 100、200 :基底 102、118 :金屬層 104、108、204、208 :介電層 106、206 :蝕刻終止層 1 10、1 14 ' 212、224 :光阻層 112、214 :介層窗開口 ' 116、226 :溝渠 202、230 :導體層 210 :硬罩幂層 216 :帽蓋層 6 ---------Ψ-------ir------^ ("先閱讀背而之注意事項再"ίζ?本頁)

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Claims (1)

1. 經满部中央標率局貝工消費合作社印装 AS413896 S D8 4145twt',doc./008 _ 六、申請專利範圍 1. 一種雙重金屬鑲嵌結構的製造方法，包括下列步 驟： 在一基底上形成具有一介層窗開口的一介電層； 於該介電層上形成一非共形之帽蓋層，以覆蓋該介層 窗開口之頂部： 於該非共形帽蓋層上形成一圖案化的光阻層； 以該圖案化的光阻層爲罩幕，去除部份該非共形帽蓋 層與部份該介電層，於該介電層中形成一溝渠； 去除該圖案化的光阻層； 去除該非共形帽蓋層；以及 於該介層窗開口與該溝渠中塡入一導體材料。 2. 如申請專利範圍第1項所述之雙重金屬鑲嵌結構的 製造方法，其中該介電層之材質包括係具有低介電常數 者。 3. 如申請專利範圍第1項所述之雙重金屬鑲嵌結構的 製造方法，其中該介電層包括旋塗式高分子。 4. 如申請專利範圍第3項所述之雙重金屬鑲嵌結構的 製造方法，其中該旋塗式高分子係選自於Flare、SILK、 Parylene與PAE-II所組成之有機材料其中之一。 5. 如申請專利範圍第1項所述之雙重金屬鑲嵌結構的 製造方法，其中該非共形之帽蓋層的形成方法包括電漿增 益型化學氣相沈積法。 6. 如申請專利範圍第1項所述之雙重金屬鑲嵌結構的 製造方法，其中該非共形帽蓋層之材質係可以在該圖案化 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 線 本紙張尺度逍用中國國家梂準（CNS) A4規格（210X297公嫠） 經濟部中央揉率局貝工消费合作社印*. 413896 ll --------------------- DS _’ I _ ------- - 六、申請專利範圍 之光阻層的顯影步驟中避免遭受破壞者。 7. 如申請專利範圍第6項所述之雙重金屬鑲嵌結構的 製造方法，其中該非共形帽蓋層之材質包括電漿增益型化 學氣相沈積法沈積之氧化砂 8. 如申請專利範圍第6項所述之雙重金屬鑲嵌結構的 製造方法，其中該非共形帽蓋層之材質包括電漿增益型化 學氣相沈積法沈積之氮化石夕。 9·如申請專利範圍第6項所述之雙重金屬鑲嵌結構的 製造方法，其中該非共形帽蓋層之材質包括電漿增益型化 學氣相沈積法沈積之氮氧化矽。 10·如申請專利範圍第1項所述之雙重金屬鑲嵌結構的 製造方法，其中去除該非共形帽蓋層的方法包括乾式蝕刻 法。 Π.—種在低介電常數之介電層中形成雙重金屬鑲嵌 結構的方法，包括下列步驟： 在一基底上形成一第一低介電常數介電層： 於該第一低介電常數介電層上形成一蝕刻終止層； 於該蝕刻終止層上形成一第二低介電常數介電層； 於該第二低介電常數介電層上形成一硬罩幕層； 於該基底上形成一第一圖案化光阻ji ; 以該第一圖案化光阻層爲罩幕，去除部份該硬罩幕 層、該第二低介電常數介電層、該蝕刻終止層與該第一低 介電常數介電層，以形成一介層窗開口； 去除該第一圖案化光阻層； 13 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 玉紙张尺度逋用中困國^搞率（CNS ) A4規格（210X297公釐__) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印裝 13896 C8 D8 4 l4Stwf Hnr /HOS --- _, , - .. 六、申請專利範圍 於該硬罩幕層上形成一非共形之帽蓋層，以覆蓋該介 層窗開口之頂部； 於該非共形帽蓋層上形成一第二圖案化的光阻層； 以該第二圖案化的光阻層爲罩幕，去除部份該非共形 帽蓋層、部份該硬罩幕層與部份該第二低介電常數之介電 層，以形成一溝渠； 去除該第二圖案化的光阻層； 去除該非共形帽蓋層；以及 於該介層窗開口與該溝渠中塡入一導體材料。 12.如申請專利範圍第U項所述之在低介電常數之介 電層中形成雙重金屬鑲嵌結構的方法，其中該第一低介電 常數之介電層與該第二低介電常數之介電層包括旋塗式高 分子。 Π.如申請專利範圍第12項所述之在低介電常數之介 電層中形成雙重金屬鑲嵌結構的方法，其中該旋塗式高分 子係選自於Flare、SILK、Parylene與PAE-II所組成之有 機材料其中之一。 H.如申請專利範圍第11項所述之在低介電常數之介 電層中形成雙重金屬鑲嵌結構的方法，其中該非共形之帽 蓋層的形成方法包括電漿增益型化學氣彳目沈積法。 15.如申請專利範圍第11項所述之在低介電常數之介 電層中形成雙重金屬鑲嵌結構的方法，其中該非共形帽蓋 層與該硬罩幕層之材質係可以在該第一與該第二圖案化之 光阻層的顯影步驟中避免遭受破壞者。 ί請先閏讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4現格（210Χ297公釐） 經濟部中央棣率局員工消費合作社印策 413896 I 4i4Stwfdnr /nns_^ 六、申請專利範圍 16. 如申請專利範圍第15項所述之在低介電常數之介 電層中形成雙重金屬鑲嵌結構的方法，其中該非共形帽蓋 層之材質包括電漿增益型化學氣相沈積法沈積之氧化矽、 氮化矽與氮氧化矽其中之一。 17. 如申請專利範圍第11項所述之在低介電常數之介 電層中形成雙重金屬鑲嵌結構的方法，其中去除該非共形 帽蓋層的方法包括乾式蝕刻法。 18. —種開口的形成方法，適用於一基底，該基底上已 形成一低介電常數之介電層，該介電層中已形成一第一開 口，該方法包括： 於該介電層上形成一非共形之帽蓋層，以覆蓋該第一 開口之頂部； 於該非共形帽蓋層上形成一圖案化的光阻層； 以該圖案化的光阻層爲罩幕，去除部份該非共形帽蓋 層與部份該介電層，以於該介電層中形成一第二開口；以 及 去除該圖案化的光阻層。 19. 如申請專利範圍第18項所述之開口的形成方法， 其中該非共形之帽蓋層的形成方法包括電漿增益型化學氣 相沈積法。 20. 如申請專利範圍第18項所述之開口的形成方法， 其中該非共形帽蓋層之材質係可以在該圖案化之光阻層的 顯影步驟中避免遭受破壞者。 f n I n 装 n 訂 . 線 》 /1. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸浪尺度適用_國困家梯準（〇阳）八4规格（210\297公釐）