專利名稱：在低介電常數(shù)材料層中形成開口的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種制作半導(dǎo)體元件的方法，且特別是有關(guān)于一種在低介電常數(shù)材料層中形成開口的方法。
低介電常數(shù)材料包括像是HSQ(氫化硅倍半氧化物)、FSG(摻氟的氧化硅)以及CORAL(摻碳的氧化硅)的無(wú)機(jī)材料，以及像是flare(聚芳香烯醚)、SILK(芳香族碳?xì)浠衔?以及二甲苯塑料等有機(jī)材料。
在一種傳統(tǒng)用來(lái)形成鑲嵌開口的工藝是先形成介層洞，如

圖1所示，此方法會(huì)在預(yù)先提供的基底100之間的內(nèi)連線(未顯示)上形成一層蓋氮化物層，之后依序在蓋氮化物層上形成第一低介電常數(shù)介電層104、阻擋層106、第二低介電常數(shù)介電層108、化學(xué)機(jī)械研磨阻擋層110、以及底部抗反射涂布(BARC)層(未顯示)，然后在底部抗反射涂布層上形成一層定義過(guò)的第一光阻層用來(lái)定義介層洞；用第一光阻層當(dāng)作罩幕，而蓋氮化物層作為一層蝕刻阻擋層，進(jìn)行第一道非等向性蝕刻工藝，穿過(guò)這些結(jié)構(gòu)層而形成介層洞開口。
在移除第一光阻層以后，進(jìn)行一道填滿間隙的步驟，用聚合物材料層填滿介層洞，借以保護(hù)蓋氮化物層；在聚合物材料層上形成一層定義過(guò)的第二光阻層以后，進(jìn)行第二到非等向性蝕刻工藝，以阻擋層作為蝕刻阻擋層，定義出一溝渠，圖1即為用上述工藝制作的一種公知鑲嵌開口結(jié)構(gòu)。
但是，如圖1所示，覆蓋在介層洞開口的聚合物材料層會(huì)在開口120上端周圍形成一個(gè)柵欄狀的外觀，這是因?yàn)榫酆衔锊牧蠈幼璧K了蝕刻，結(jié)果會(huì)造成第二低介電常數(shù)介電層108的不完全移除。
此外，當(dāng)?shù)诙庾鑼咏又幌袷堑?氧的等離子拋磨工藝或是氮/氫的等離子工藝之類的光阻移除工藝剝除時(shí)，使用的光阻移除工藝通常會(huì)損害到第二介電層108的側(cè)壁107，導(dǎo)致低介電常數(shù)材料層的介電常數(shù)有變動(dòng)。再者，受損側(cè)壁107的低介電常數(shù)介電材料會(huì)有吸收水氣的傾向，會(huì)造成后續(xù)金屬化工藝的品質(zhì)退化。
為達(dá)本發(fā)明的上述與其它目的，本發(fā)明提供一種在低介電常數(shù)材料層中形成開口的方法，依序在具有金屬線的基底上形成蓋層、第一介電層、蝕刻阻擋層、第二介電層、CMP阻擋層、金屬硬罩幕層、硬罩幕層、以及BARC層，其中第一與第二介電層是低介電常數(shù)的介電層。之后，在RARC層形成一層定義過(guò)的第一光阻層，用來(lái)定義RARC層、硬罩幕層以及金屬硬罩幕層，以形成一第一開口；接著將第一光阻層隨著RARC層移除，而后形成一層新的RARC層作為一層抗反射層并填滿第一開口，用形成在此RARC層上的一層定義過(guò)的第二光阻層作為罩幕，定義出一個(gè)第二開口，將第二光阻層隨著RARC層移除，利用金屬硬罩幕層以及硬罩幕層作為罩幕以形成一個(gè)鑲嵌開口，之后移除蓋層，便完成雙重鑲嵌的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)。
通過(guò)沿著填滿間隙的RARC材料層使用定義過(guò)的硬罩幕層以及定義過(guò)的金屬硬罩幕層作為罩幕，可以保護(hù)低介電常數(shù)介電材料層，使其不被剝除光阻時(shí)使用的等離子損傷，當(dāng)?shù)诙_口的側(cè)壁可能在光阻剝除的過(guò)程中受到損害，也可以在接下來(lái)的非等向性蝕刻工藝中加以移除，因此可以避免品質(zhì)退化。
另外，在制作介層洞開口期間不需要間隙填充過(guò)程，因此可以避免柵欄狀的外觀。
圖1為一種公知的鑲嵌開口結(jié)構(gòu)，是用公知一種先形成介層洞來(lái)制作鑲嵌開口的方法制作形成；圖2A-圖2I為依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種在低介電常數(shù)材料層中形成鑲嵌開口的方法的工藝剖面圖。
100，200基底 201金屬導(dǎo)線104，108，204，208低介電常數(shù)介電層202蓋層 106，206阻擋層107開口側(cè)壁 110，210CMP阻擋層120，222開口212，212a金屬硬罩幕層 214，214a硬罩幕層216，216aRARC層 220，230光阻層224RARC材料層 234鑲嵌開口232，234b介層洞開口 234a溝渠開口請(qǐng)參照?qǐng)D2A，提供一個(gè)有金屬導(dǎo)線201形成于其中的半導(dǎo)體基底200，在基底200與金屬導(dǎo)線201上形成一層蓋層202，蓋層比如為氮化物層，其厚度約為400-700埃，較適當(dāng)?shù)暮穸葹?00埃。接著，依序在蓋氮化層202上形成一層第一介電層204、一層蝕刻阻擋層206與一層第二介電層208，第一與第二介電層204，208為低介電常數(shù)介電層，比如是用含有硅的無(wú)機(jī)聚合物，像是CORALTM或是BlackDiamondTM等，第一與第二介電層204，208比如用CVD形成，其厚度約為2000-3000埃，介電層的厚度可以隨著在基底200上形成的結(jié)構(gòu)做調(diào)整；而蝕刻阻擋層206比如為氮化硅層或是碳化硅層，其厚度約為400-700埃，較適當(dāng)?shù)暮穸葹?00埃。
接著，依序在第二介電層208上形成一層化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)阻擋層210、一層金屬硬罩幕層212、一層硬罩幕層214以及一層底部抗反射涂布(RARC)層216，其中化學(xué)機(jī)械研磨阻擋層210比如為氮化硅層或是碳化硅層，其厚度約為400-700埃，較佳為500埃；金屬硬罩幕層212的材料包括鉭、氮化坦、鎢、氮化鎢、氮化鈦以及鈦，比如用CVD或是濺鍍法形成，金屬硬罩幕層212的厚度約為100-300埃，較佳為200埃；硬罩幕層214比如為氮化硅層或是碳化硅層，其厚度約為1000-2000埃，較佳為1500埃；金屬硬罩幕212與硬罩幕214的形成是本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一。
之后，在RARC層216上形成一層定義過(guò)的第一光阻層220。
請(qǐng)參照?qǐng)D2B，把定義過(guò)的光阻層220作為罩幕，移除部份的RARC層216、硬罩幕層214以及金屬硬罩幕層212，直到暴露出CMP阻擋層210為止，所以會(huì)在RARC層216a、硬罩幕層214a以及金屬硬罩幕層212a之中形成開口222。
請(qǐng)參照?qǐng)D2C，用等離子作為清除劑，移除第一光阻層220，因?yàn)镽ARC層216的材質(zhì)與光阻層220的材質(zhì)相似，所以RARC層216a會(huì)隨著第一光阻層220一并被除去，而因?yàn)榻殡妼?02，208會(huì)被CMP阻擋層保護(hù)住而不會(huì)暴露在等離子下，因此可以避免受到等離子的損害。
請(qǐng)參照?qǐng)D2D，比如利用旋涂法在定義過(guò)的硬罩幕層214a上形成一層RARC材料層224，并填滿開口222，RARC材料層224的材料比如為液態(tài)的有機(jī)聚合物，與光阻材料相似但不具有感旋光性；此RARC材料層224可以作為抗反射層并填滿開口，之后再于此RARC材料層224上形成一層第二光阻層230。
請(qǐng)參照?qǐng)D2E，用第二光阻層230作為罩幕，進(jìn)行第一道非等向性蝕刻工藝，以移除RARC層224、CMP阻擋層210、第二介電層208以及蝕刻阻擋層206，以形成一個(gè)介層洞開口232，此介層洞開口232的深度可以隨著工藝的需要做調(diào)整；也就是說(shuō)非等向性蝕刻在碰到蝕刻阻擋層206之前、當(dāng)時(shí)或之后停止均可，并不會(huì)暴露出蓋層202與金屬導(dǎo)線。
請(qǐng)參照?qǐng)D2F，進(jìn)行等離子工藝以移除第二光阻層230，因?yàn)镽ARC材料層224的材質(zhì)與光阻材料230的材質(zhì)相近，所以RARC材料層224會(huì)隨著第二光阻層230一并被移除。
請(qǐng)參照?qǐng)D2G，以硬罩幕層214a與金屬硬罩幕層212a作為罩幕，進(jìn)行第二道非等向性蝕刻工藝，以形成一個(gè)鑲嵌開口234，此鑲嵌開口234包括一個(gè)溝渠開口234a與一個(gè)介層洞開口234b，通過(guò)控制介層洞開口232的深度與蝕刻條件，溝渠開口234a會(huì)被蝕刻直到暴露出蝕刻阻擋層206為止，此時(shí)介層洞開口234b的形成則是用蓋層202作為蝕刻阻擋層。
雖然在剝除光阻時(shí)，介層洞開口232的側(cè)壁會(huì)暴露在等離子中而受到破壞，但是受到破壞的介層洞開口232側(cè)壁會(huì)在第二道非等向性蝕刻步驟中被移除。
請(qǐng)參照?qǐng)D2H，移除蓋層202以暴露出下層在基底200中的金屬導(dǎo)線201，蓋層202被移除的方法可以是干蝕刻或是濕蝕刻，假如硬罩幕214a層用的材質(zhì)與蓋層202相同，比如都是用氮化硅，那么硬罩幕層214a就會(huì)隨著蓋層202一并被移除。
之后，形成一層導(dǎo)電層(未顯示)以填滿鑲嵌開口234，導(dǎo)電層的材料包括用濺鍍或是CVD法形成的鋁、銅或其它的金屬。接著用CMP對(duì)導(dǎo)電層進(jìn)行平坦化的步驟，以CMP阻擋層210作為研磨阻擋層，借以在開口234內(nèi)形成內(nèi)連線236，如圖2I所示，其中金屬硬罩幕層212a與CMP阻擋層210會(huì)在CMP過(guò)程中一并被移除。
接下來(lái)的工藝步驟為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知，所以將不在此贅述。
通過(guò)使用定義過(guò)的硬罩幕層以及定義過(guò)的金屬硬罩幕層沿著填充間隙的RARC材料層用來(lái)作為罩幕，可以保護(hù)低介電常數(shù)介電層不會(huì)受到剝除光阻時(shí)使用等離子造成的破壞，此外在介層洞的開口形成中不需要有填充間隙的步驟，因此可以避免有柵欄狀的外觀出現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種在低介電常數(shù)材料層中形成開口的方法，其特征是，該方法包括下列步驟提供一基底，含有一金屬導(dǎo)線；依序在具有該基底上形成一蓋層、一第一介電層、一第一阻擋層、一第二介電層、一第二阻擋層、一金屬硬罩幕層、一硬罩幕層、以及一抗反射層，其中該第一與該第二介電層為低介電常數(shù)的介電層；形成一定義過(guò)的第一光阻層于該抗反射層上，以定義該RARC層、該硬罩幕層以及該金屬硬罩幕層，因而形成一第一開口以暴露出該第一阻擋層；移除該第一光阻層與該抗反射層；形成一充填材料層于該硬罩幕層上并填滿該第一開口；形成一定義過(guò)的第二光阻層于該充填材料層上，用以定義該充填材料層、該第二阻擋層、該第二介電層以及該第一阻擋層，因而形成一第二開口而暴露出該第一介電層；移除該第二光阻層與該充填材料層；以該金屬硬罩幕層以及該硬罩幕層作為一罩幕，進(jìn)行一非等向性蝕刻步驟，以形成一個(gè)鑲嵌開口，其中該鑲嵌開口會(huì)暴露出該蓋層；以及移除暴露的該蓋層，以暴露出下層的該金屬導(dǎo)線。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，該鑲嵌開口包括一溝渠開口以及一介層洞開口，而該第一阻擋層與該蓋層分別用來(lái)作為形成該溝渠開口與該介層洞開口的蝕刻阻擋層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，形成該第一與該第二介電層的材料包括含有硅的無(wú)機(jī)聚合物。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，該抗反射層為一底部抗反射涂布層。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，該充填材料層為用液態(tài)的有機(jī)聚合物組成的一底部抗反射涂布層。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，該金屬硬罩幕層所用的材料選自鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、鎢以及氮化鎢其中之一。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，該第一阻擋層可以是一氮化硅層或是一碳化硅層。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，該第二阻擋層可以是一氮化硅層或是一碳化硅層。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，該硬罩幕層可以是一氮化硅層或是一碳化硅層。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，進(jìn)一步包括在移除暴露的該蓋層以后，于該鑲嵌開口中形成一雙重鑲嵌內(nèi)連線結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征是，于該鑲嵌開口中形成該雙重鑲嵌內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的步驟包括形成一導(dǎo)電層填入該鑲嵌開口；以及以該第二阻擋層作為一研磨阻擋層，利用化學(xué)機(jī)械研磨平坦化該導(dǎo)電層以在該鑲嵌開口中形成該雙重鑲嵌內(nèi)連線結(jié)構(gòu)。
12.一種在低介電常數(shù)材料層中形成開口的方法，其特征是，該方法包括下列步驟提供一基底，至少包括一金屬導(dǎo)線，其中有一蓋層與一低介電常數(shù)介電層依序形成于該基底上；形成一金屬硬罩幕層與一硬罩幕層于該低介電常數(shù)介電層上；定義該硬罩幕層以及該金屬硬罩幕層，以形成一第一開口；形成一充填材料層于該定義過(guò)的硬罩幕層上并填滿該第一開口；形成一定義過(guò)的光阻層于該充填材料層上；用該定義過(guò)的光阻層作為一罩幕，以蝕刻該充填材料層與該低介電常數(shù)介電層，其中該低介電常數(shù)介電層會(huì)被蝕刻到不會(huì)暴露出該蓋層的一預(yù)定深度；移除該光阻層與該充填材料層；以定義過(guò)的該金屬硬罩幕層以及該硬罩幕層作為一罩幕，而該蓋層用以作為一蝕刻阻擋層，來(lái)蝕刻該低介電常數(shù)介電層以形成一個(gè)鑲嵌開口；移除暴露于該鑲嵌開口中的該蓋層；形成一導(dǎo)電層填滿該鑲嵌開口；以及利用化學(xué)機(jī)械研磨平坦化該導(dǎo)電層以在該鑲嵌開口中形成該雙重鑲嵌內(nèi)連線結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征是，在該低介電常數(shù)介電層中進(jìn)一步包括一阻擋層，且其中該阻擋層可以在該低介電常數(shù)介電層被蝕刻到不會(huì)暴露出該蓋層的一預(yù)定深度時(shí)用來(lái)作為一蝕刻阻擋層。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征是，在該低介電常數(shù)介電層與該金屬硬罩幕層之間進(jìn)一步包括一硬層，此硬層可以在該金屬硬罩幕層以及該硬罩幕層被定義的時(shí)候用來(lái)作為一蝕刻阻擋層。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征是，該鑲嵌開口包括一溝渠開口以及一介層洞開口，而該第一阻擋層與該蓋層分別用來(lái)作為形成該溝渠開口與該介層洞開口的蝕刻阻擋層。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征是，該充填材料層為用液態(tài)的有機(jī)聚合物組成的一底部抗反射涂布層。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征是，該金屬硬罩幕層所用的材料選自鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、鎢以及氮化鎢其中之一。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征是，該硬罩幕層可以是一氮化硅層或是一碳化硅層。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征是，該阻擋層可以是一氮化硅層或是一碳化硅層。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征是，該硬罩幕層可以是一氮化硅層或是一碳化硅層。
全文摘要
一種在低介電常數(shù)材料層中形成開口的方法。依序在具有金屬線的基底上形成蓋層、第一介電層、蝕刻阻擋層、第二介電層、CMP阻擋層、金屬硬罩幕層、硬罩幕層、以及BARC層，在定義硬罩幕層以及金屬硬罩幕層以形成一第一開口以后，在硬罩幕層上形成一種液態(tài)充填材料層并填滿第一開口，用一層定義過(guò)的光阻層作為罩幕定義充填材料層以及低介電常數(shù)介電層，以得到一個(gè)第二開口，將光阻層隨著充填材料一并移除以后，利用金屬硬罩幕層以及硬罩幕層作為罩幕，蓋層為蝕刻阻擋層，以形成一個(gè)鑲嵌開口。
文檔編號(hào)H01L29/40GK1433062SQ0214102
公開日2003年7月30日 申請(qǐng)日期2002年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月10日
發(fā)明者王志榮, 陳東郁 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司