專利名稱：微結(jié)構(gòu)之制造方法及微結(jié)構(gòu)之排列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系一種微結(jié)構(gòu)的制造方法，此種制造方法系屬于半導(dǎo)體技術(shù)的范疇。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的體積愈來愈小，導(dǎo)致集成電路所含結(jié)構(gòu)愈趨微小化及復(fù)雜化，因而產(chǎn)生許多問題。
例如布線平面內(nèi)各條互聯(lián)機(jī)路的互聯(lián)機(jī)路電阻變大就是一個(gè)常見的問題。同時(shí)互聯(lián)機(jī)路之間的電容耦合也會(huì)跟著增大。結(jié)果是導(dǎo)致RC時(shí)間常數(shù)變大，而RC常數(shù)的變大將會(huì)造成信號(hào)傳輸時(shí)間變長、截止頻率降低、損耗功率密度變大、以及串音效應(yīng)的產(chǎn)生等不良后果。專業(yè)文獻(xiàn)將這些問題統(tǒng)稱為”布線危機(jī)”。關(guān)于此方面的問題可參考以下專業(yè)文章M.T.Bohr，“Interconnect Scaling-The Real Limiterto High Performance ULST”，IEDM 95，241-244；S.Oh & K.Chang，“2001 Needs for Multi-Level Interconnest Technology”，Circuits&Devices，1995，16-20；T.H.Ning，“0.1μm Technology and BEOL”，Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.427，1996，17-21；K.Yamashita&S.Odanaka，“Interconnect Scaling Scenario using a Chip LevelInterconnect Model”，ymp.On VLSI Technology Digest ofTechnical Papers，1997，53--54。
另外一個(gè)因微小化而產(chǎn)生的問題是發(fā)生在光蝕刻技術(shù)(例如US 5821 014)及蝕刻技術(shù)中的接近效應(yīng)。在制造集成電路時(shí)，此種接近效應(yīng)會(huì)使實(shí)際獲得的圖形不同于吾人所要的設(shè)定在光阻罩幕上的圖形。而為了縮小及/或排除接近效應(yīng)必須采取愈來愈復(fù)雜及費(fèi)事的修正措施(例如US 6 083 275)才能辦到。之所以會(huì)產(chǎn)生此種接近效應(yīng)是因?yàn)檎麄€(gè)圖案程序(曝光、顯影、等離子蝕刻、化學(xué)-機(jī)械研磨等)中的每一個(gè)程序都會(huì)受到局部結(jié)構(gòu)特性(例如封裝密度、與相鄰結(jié)構(gòu)的距離、中心位置及邊緣位置)的影響。因此每一種新的布局/設(shè)計(jì)都必須花費(fèi)極大的心力才能求得所需采取的布局/設(shè)計(jì)變更，然后再經(jīng)由適當(dāng)?shù)拇胧⑦@些布局/設(shè)計(jì)變更反映在相應(yīng)的罩幕上。
為了降低RC時(shí)間常數(shù)，通常是使用導(dǎo)電性很好的互聯(lián)機(jī)路(例如銅)和低介電常數(shù)εr(也可以用”k”代表介電常數(shù))的電介質(zhì)。目前有多種介電常數(shù)大約為2.5的不同的有機(jī)電介質(zhì)(例如所謂的Aerogele或Xerogele，US 6 277 728)被用條作為”低k電介質(zhì)”使用，但是這些有機(jī)電介質(zhì)大多有各式各樣的缺點(diǎn)，例如耐熱性及耐化學(xué)侵蝕性差、吸水性、對(duì)銅擴(kuò)散的阻擋作用太小、需要開發(fā)新的沉積及圖案程序、需要使用新的制程設(shè)備等。至于介電常數(shù)更低的多孔無機(jī)電介質(zhì)(例如多孔的氮氧化硅--SiON)的制造技術(shù)則目前尚未成熟。
最好的低介電常數(shù)εr材料是真空或空氣(εr＝1)。因此有許多探討如何在互聯(lián)機(jī)路之間形成空腔的技術(shù)文獻(xiàn)。
例如US 6 252 290 B1提出的方法是在完成互聯(lián)機(jī)路后去除絕緣材料，以便在互聯(lián)機(jī)路之間形成空腔。
US 5 936 295提出的方法則是充分利用電介質(zhì)層的多孔性。這個(gè)電介質(zhì)層是在互聯(lián)機(jī)路段完成之后被設(shè)置在互聯(lián)機(jī)路段及位于互聯(lián)機(jī)路段之間的輔助材料上。由于這個(gè)電介質(zhì)具有多孔性，因此蝕刻物質(zhì)可以入滲至輔助材料處，并將輔助材料去除。最后空腔就會(huì)留在互聯(lián)機(jī)路段之間。
US 6 297 125 B1提出一種類似的方法，這種方法是在電介質(zhì)的覆蓋層上劃出長條狀的細(xì)縫，并讓蝕刻物質(zhì)經(jīng)由這些細(xì)縫入滲至輔助材料處。
US 5 869 880則提出一種相反的方法，這種方法是在每一個(gè)圖案層(金屬化層及通路接觸孔層)都將位于金屬結(jié)構(gòu)之間原本密實(shí)無空隙的電介質(zhì)重新圖案，使電介質(zhì)相較于金屬結(jié)構(gòu)具的開口，這些開口有助于降低電介質(zhì)的有效介電常數(shù)。
DE 199 57 302 A1提出另外一種在金屬結(jié)構(gòu)之間形成空腔的方法。這種方法可以自動(dòng)調(diào)整形成于金屬結(jié)構(gòu)之間的空腔。
以上提及的所有方法都具有的一個(gè)共同缺點(diǎn)是操作過程太過復(fù)雜。盡管有空腔存在，在不同金屬化層的互聯(lián)機(jī)路之間仍會(huì)出現(xiàn)電容耦合，這是因?yàn)樵谠撎幵O(shè)有電介質(zhì)層(例如氧化硅層或氮化硅層)的關(guān)系。一種可以使電容耦合變小的方法是在這些電介質(zhì)層內(nèi)(也就是在通路接觸孔層內(nèi))形成適當(dāng)?shù)目涨慌帕?，例如在本專利登記人尚未公開的德國專利登記DE 101 09 778.6(登記日期2001年3月1日)及前面提及的US 6 869 880中均有提出這種方法。
前面提及的任何一種方法基本上都無法避免/解決因光蝕刻技術(shù)及蝕刻技術(shù)的接近效應(yīng)而產(chǎn)生的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)是提出一種能夠大幅降低接近效應(yīng)造成的不利影響的方法。
本專利申請(qǐng)之申請(qǐng)專利范圍第1項(xiàng)的方法即可達(dá)成本發(fā)明的任務(wù)。
本發(fā)明之微結(jié)構(gòu)的制造方法包括以下的步驟a)使設(shè)置于基材上的一個(gè)圖案層內(nèi)的封閉空腔形成一有規(guī)則的排列，其中空腔與空腔之間彼此被分隔墻隔開；b)將要在其內(nèi)形成微結(jié)構(gòu)的空腔打開；c)至少去除掉一部分相鄰之開放空腔之間的分隔墻，以形成延伸范圍至少達(dá)兩個(gè)空腔的溝槽；d)將材料填入溝槽內(nèi)以形成微結(jié)構(gòu)。
按照本發(fā)明的方法，首先是在一個(gè)圖案層內(nèi)使封閉的空腔形成一規(guī)則性的排列。在相對(duì)而言極小的范圍內(nèi)可以極精確的方式形成規(guī)則的結(jié)構(gòu)。由于具有規(guī)則性，因此不論是曝光或是蝕刻都不會(huì)出現(xiàn)局部性的差異。圖案層的全面規(guī)則性特別有助于避免局部接近效應(yīng)的出現(xiàn)。另外一方面，空腔的規(guī)則性也使在各別成像時(shí)無法獲得滿意的成像品質(zhì)的小空腔能夠獲得較好的成像品質(zhì)。將各個(gè)空腔彼此隔開的分隔墻系由與圖案層的構(gòu)成材料相同的材料所構(gòu)成。
為了獲得并確?？涨坏囊?guī)則性，封閉的空腔都是經(jīng)由現(xiàn)有的微電子處理技術(shù)(例如CVD、光蝕刻、蝕刻、CMP等)所形成。因此要形成空腔最好是在圖案層內(nèi)形成有覆蓋層層蓋住的凹槽，這樣就形成了空腔。凹槽及/或空腔的尺寸與待形成的微結(jié)構(gòu)尺寸屬于同一個(gè)數(shù)量級(jí)。特別是待形成之微結(jié)構(gòu)的最小橫向尺寸是由空腔的尺寸決定。
最好先以光蝕刻方式定義空腔及/或?yàn)樾纬煽涨恍柙趫D案層內(nèi)蝕刻出的凹槽，然后再對(duì)圖案層進(jìn)行蝕刻。為了以光蝕刻定義空腔及/或凹槽，最好配合使用一種光阻罩幕使至少兩個(gè)相互轉(zhuǎn)動(dòng)一事先給定之角度的規(guī)則條狀圖案先后成像于此光阻罩幕。在相同的分辨率下，條狀圖案的成像精確性優(yōu)于格柵狀圖案，而且條狀圖案能夠達(dá)到的線路成像密度亦大于格柵狀圖案。經(jīng)由條狀圖案的成條可以使光蝕刻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和可能性獲得充分的利用。
使規(guī)則的條狀圖案成像至少需經(jīng)過兩次曝光，各條狀圖案是在各次曝光之間的時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)事先給定的角度，例如90度。原則上也可以使相互轉(zhuǎn)動(dòng)的不同條狀圖案(例如線距不同的圖案)成像，以形成具有矩形斷面的空腔。
有利的情況為--至少將第一層及第二層依序設(shè)置在基材上，以形成圖案層，構(gòu)成第一層及第二層的材料需經(jīng)過適當(dāng)?shù)倪x擇，以便使覆蓋層材料會(huì)選擇在第二層上沉積出來，而不會(huì)選擇在第一層上沉積出來，且--為了形成空腔，應(yīng)在第一層及第二層上形成凹槽，這些凹槽貫穿整個(gè)第二層，且至少進(jìn)入第一層的一部分，然后沉積出構(gòu)成覆蓋層的材料，為了使形成覆蓋層的過程更為簡單且目標(biāo)明確，應(yīng)將所有的覆蓋層材料全部沉積在第二層上。此外，在進(jìn)行上述作業(yè)時(shí)應(yīng)避免因?yàn)椴簧鞫共牧咸钊氚疾蹆?nèi)。因此被選來構(gòu)成構(gòu)成第一層及第二層的材料需能夠確保覆蓋層材料會(huì)選擇在第二層上被沉積出來。凹槽貫穿整個(gè)第二層，且至少進(jìn)入第一層的一部分。第一層最好也是整個(gè)被凹槽貫穿。留在凹槽之間的材料即構(gòu)成分隔墻。
在第一層及第二層之上還可以另外再設(shè)置第三層，第二層及第三層應(yīng)分別由不同的材料構(gòu)成，這樣所有的覆蓋層材料就仍舊只會(huì)全部在第二層上沉積出來。即使第三層被在第二層上大量沉積出來的覆蓋層材料覆蓋住，也不會(huì)有任何覆蓋層材料會(huì)在第一層或第三層上沉積出來。在三層構(gòu)造的圖案層中，第三層的作用是在后面將突出的覆蓋層材料向下研磨掉的步驟中作為研磨終止層。而在兩層構(gòu)造的圖案層中，則由第二層作為研磨終止層。
由于目前已經(jīng)有許多適當(dāng)且通過考驗(yàn)的結(jié)構(gòu)性方法可以用來形成電介質(zhì)層(特別是以各向異性電漿加強(qiáng)蝕刻法為基礎(chǔ)的方法)，因此第一層、第二層、以及第三層最好都是電介質(zhì)層。
最好是以氮化硅作為構(gòu)成第一層及第三層的材料，而構(gòu)成第二層的材料則最好是一種以硅烷為基礎(chǔ)并經(jīng)電漿加強(qiáng)作用沉積出的氧化硅。在第一層及第三層由氮化硅構(gòu)成、第二層由氧化硅構(gòu)成的圖案層中，最好是以一種可經(jīng)由臭氧/TEOS沉積并選擇在第二層上被沉積出來的氧化物作為構(gòu)成覆蓋層的材料。
為了確?？涨荒軌蝽樌男纬桑谝粚拥暮穸茸詈檬堑诙拥?--5倍。
接下來的步驟是以光蝕刻技術(shù)及蝕刻技術(shù)將要在其內(nèi)形成微結(jié)構(gòu)的空腔打開。為此需將一個(gè)罩幕(光罩幕/光阻罩幕)置于覆蓋層上，此罩幕使要被打開的空腔未被覆蓋住。對(duì)覆蓋層進(jìn)行的蝕刻最好不會(huì)對(duì)構(gòu)成第一層、第二層、第三層、以及罩幕的材料造成蝕刻，這樣即使是罩幕與空腔之間的位置沒有完全調(diào)整正確，空腔的側(cè)壁也不會(huì)受到蝕刻，因此空腔的位置及尺寸都不會(huì)被改變。形成空腔(及/或凹槽)所使用的罩幕(例如長條狀罩幕)是一種用來產(chǎn)生吾人所需要之圖案的罩幕，而打開空腔所使用的罩幕則是一種用來選擇要打開之空腔的罩幕(選擇罩幕)。因此對(duì)于打開空腔所使用的罩幕(選擇罩幕)的要求就可以不必像對(duì)形成空腔所使用的罩幕那么嚴(yán)格。
至少有一部分微結(jié)構(gòu)的范圍應(yīng)延伸至多個(gè)空腔。因此需要將位于這些空腔之間的圖案層的橋形接片及/或分隔墻去除掉。這個(gè)步驟最好是重復(fù)使用已經(jīng)在打開封閉的空腔時(shí)用過的罩幕(選擇罩幕)。在將橋形接片及/或分隔墻去除掉之后，原本被隔開的相鄰空腔就會(huì)連接在一起形成在圖案層內(nèi)的溝槽。接下來的步驟是以形成微結(jié)構(gòu)用的材料將這些打開的空腔及/或溝槽填滿，必要的話還要以適當(dāng)?shù)姆椒?例如CMP)將突出于空腔及/或溝槽之外的材料向下研磨掉，至此形成微結(jié)構(gòu)的工作即告完成。
利用本發(fā)明的方法除了可以形成范圍至少延伸至兩個(gè)空腔的微結(jié)構(gòu)外，也可以形成范圍僅及于一個(gè)打開空腔的微結(jié)構(gòu)。如果是形成范圍僅及于一個(gè)打開空腔的微結(jié)構(gòu)，則除了以形成微結(jié)構(gòu)用的材料將溝槽填滿外，亦以同樣的材料將個(gè)別的打開的空腔填滿，以形成微結(jié)構(gòu)。
空腔的橫向尺寸主要是由所使用的光蝕刻技術(shù)(罩幕)決定。在本發(fā)明中，所謂的橫向尺寸是指延伸至圖案層內(nèi)的尺寸。在最簡單的情況下，在平面圖中空腔在圖案層上具有一個(gè)正方形或類近正方形的斷面，實(shí)際斷面形狀與正方形斷面的差異主要是因?yàn)楣馕g刻成像不完全所造成。在包括兩個(gè)相鄰空腔的溝槽內(nèi)形成之微結(jié)構(gòu)的橫向尺寸至少在一個(gè)方向上會(huì)是空腔之橫向尺寸在這個(gè)方向上的兩倍。
本發(fā)明的方法亦可稱為”蜂巢式波紋法”(zellulare Damascene-Methode)。這種方本的基本構(gòu)相是經(jīng)由選擇各別或數(shù)個(gè)連在一起的空腔來制造微結(jié)構(gòu)。每一個(gè)空腔均相當(dāng)于一個(gè)晶胞。待形成的微結(jié)構(gòu)會(huì)排列象路線是以晶胞的格柵狀排列為準(zhǔn)則。例如形成由行及列排列而成的正方形。除了正方形外，也可以有其它的排列方式。
待形成的微結(jié)構(gòu)可以是任意種類的微結(jié)構(gòu)，例如微電子結(jié)構(gòu)或是微機(jī)械結(jié)構(gòu)。待形成的微結(jié)構(gòu)的種類同時(shí)也決定了要以何種材料將露空的空空腔及/或溝槽滿?？赡艿牟牧习ń饘?、絕緣體、半導(dǎo)體、鐵電材料、以及其它的材料。本發(fā)明的方法特別適于用來制造互聯(lián)機(jī)路，適用于此種情況的充填材料為金屬及/或金屬合金，尤其是銅最為適合。
因?yàn)榻?jīng)由適當(dāng)選擇要打開的空腔可以保留相鄰線路之間的封閉空腔，因此本發(fā)明的方法也可以減少電容耦合的問題。由于其介電常數(shù)εr＝1，因此相鄰互聯(lián)機(jī)路之間的有效介電常數(shù)也會(huì)相應(yīng)的降低。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括--經(jīng)由空腔的規(guī)則排列形成不會(huì)受到接近效應(yīng)影響的微結(jié)構(gòu)。線路寬度及線路長度等于晶胞寬度或是晶胞寬度的若干倍(某些情況下還會(huì)加上橋形接片的寬度)。
--微結(jié)構(gòu)的斜度及精確度均不受充填材料的影響，而是完全由空腔側(cè)壁決定，也就是完全由用來形成凹槽及/或空腔的圖案方法決定，特別是由對(duì)電介質(zhì)(氧化硅、氮化硅)進(jìn)行各向異性電漿加強(qiáng)蝕刻法決定?？涨粋?cè)壁的斜度及光滑度均可以配合待形成的微結(jié)構(gòu)而改變。
--微結(jié)構(gòu)之間的距離可以由晶胞橋形接片的寬度單獨(dú)決定，也可以由晶胞橋形接片的寬度及空腔的高度共同決定。
--由于晶胞的規(guī)則化排列，因此不需采取復(fù)雜費(fèi)事的接近效應(yīng)修正措施。所形成之微結(jié)構(gòu)的長度及寬度是晶胞尺寸的整數(shù)倍再加上原本介于晶胞之間的分隔墻寬度。只要晶胞是正方形，微結(jié)構(gòu)的長度及寬度就會(huì)相當(dāng)于晶胞在相應(yīng)方向上的橫向尺寸的整數(shù)倍。
--互聯(lián)機(jī)路之間的電容耦合、整體的電容耦合、以及信號(hào)傳輸時(shí)間變長等問題都可經(jīng)由互聯(lián)機(jī)路之間的空腔獲得改善。
--具有波紋法(Damascene-Method)的所有優(yōu)點(diǎn)，例如使無法被蝕刻或很難被蝕刻的材料圖案。
微結(jié)構(gòu)的尺寸最好是在微米的范圍，也就是說在1--1000μm之間，以及1μm以下。本發(fā)明的方法特別適用于集成電路的制造。
本發(fā)明的內(nèi)容還包括一種具有一圖案層之微結(jié)構(gòu)排列方式，在此圖案層內(nèi)有許多封閉的空腔及許多微結(jié)構(gòu)，其中封閉的空腔系坐落于一事先給定之光域的格柵點(diǎn)上，微結(jié)構(gòu)是沿著連接格柵點(diǎn)的連接線排列，封閉的空腔至少在一個(gè)方向上具有一定的橫向尺寸，而微結(jié)構(gòu)在這個(gè)方向上的橫向尺寸至少相當(dāng)于空腔的橫向尺寸的兩倍。
在本發(fā)明的排列方式中，各個(gè)微結(jié)構(gòu)的方向及位置均經(jīng)由空腔的格柵決定。凡是微結(jié)構(gòu)所在的位置原本都有空腔存在。經(jīng)由將至少兩個(gè)相鄰空腔連接起來，也就是說經(jīng)由去除位于這些空腔之間的分隔墻及/或橋形接片，即可形成一連貫的、被構(gòu)成微結(jié)構(gòu)之材料填滿的溝槽。位于相鄰空腔之間的分隔墻及位于空腔與其相鄰微結(jié)構(gòu)之間的分隔墻最好具有相同的厚度，且分隔墻的延伸方向與連接線平行。
封閉的空腔最好具有一定的橫向尺寸，這樣微結(jié)構(gòu)的長度至少是空腔之棋向尺寸的兩倍(視情況有時(shí)還要加上原本存在之相鄰空腔之間的分隔墻的寬度)。微結(jié)構(gòu)的最小尺寸相當(dāng)于空腔寸。
另外一種有利的方式是，當(dāng)格柵點(diǎn)在沿著第一個(gè)方向的間距為D，封閉的空腔在沿著這個(gè)方向上的橫向?qū)挾葹锽，則微結(jié)構(gòu)的長度等于n*D+B，其中n為一個(gè)自然數(shù)(n＞0)。如果n＝1，則微結(jié)構(gòu)的范圍包括兩個(gè)相鄰的空腔。在本發(fā)明的范圍中，格柵點(diǎn)在不同方向上可以有不同的間距(例如在兩個(gè)相互重直的方向上的間距分別為D1及D2)，以及同的橫向?qū)挾?例如B1及B2)。例如，當(dāng)平面圖中空腔在圖案層上具有一矩形斷面時(shí)就可能出現(xiàn)此種情況。在此情況下，微結(jié)構(gòu)在這兩個(gè)方向上的尺寸分別為n*D1+B1及m*D2+B2，其中m及n均為自然數(shù)，且m及n中至少有一個(gè)是大于0的自然數(shù)。例如一種可能的情況是m＝0，n＞0。在此情況下，微結(jié)構(gòu)的寬度等于橫向尺寸B2，長度則等于D1的若干倍再加上B1。實(shí)際上只要是在空腔決定的格柵范圍內(nèi)，微結(jié)構(gòu)可以具有任意的形狀。例如長條形、扁平形、或是角形。在平面圖中空腔在圖案層上最好具有一正方形斷面，也就是說D1＝D2＝D，B1＝B2＝B。
圖案層最好至少是由第一層及位于第一層之上、且是由不同于第一層之材料制成的第二層所構(gòu)成，其中空腔的范圍至少延伸至第一層，微結(jié)構(gòu)的范圍則至少延伸至第一層及第二層。在第二層所在的平面內(nèi)最好有設(shè)置一個(gè)將空腔封閉住的覆蓋層，這樣就可以確?？涨坏难由旆较蚴浅虻诙拥南路窖由欤簿褪钦f是延伸至第一層內(nèi)。微結(jié)構(gòu)則最好是同時(shí)貫穿第一層及第二層，且其范圍最好是止于第二層的上緣。如果圖案層是由至少三個(gè)層所構(gòu)成，則微結(jié)構(gòu)的范圍應(yīng)貫穿這三個(gè)層。空腔可以是整個(gè)或是只有一部分形成于第一層內(nèi)，也就是說空腔并未完全貫穿第一層背對(duì)第二層的邊。
構(gòu)成第一層(S1)的材料最好是氮化硅，構(gòu)成第二層(S2)的材料最好是氧化硅。本發(fā)明之制造微結(jié)構(gòu)的方法特別適于用來制造互聯(lián)機(jī)路，特別是由金屬或金屬合金制成的互聯(lián)機(jī)路，其中又以銅最為適合。
將空腔封閉住的覆蓋層最好是會(huì)選擇形成于第二層的材料上。
本發(fā)明的排列方式最好是用于微結(jié)構(gòu)的排列，特別是集成電路之互聯(lián)機(jī)路的排列。


以下配合圖式及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明圖式1本發(fā)明之制造方法的一個(gè)實(shí)施例的各個(gè)制造步驟；圖式2本發(fā)明之制造方法的另外一個(gè)實(shí)施例的各個(gè)制造步驟；圖式3以掃描電子顯微鏡(REM)對(duì)在硅烷PE-CVD氧化物上沉積氧化物攝影所得的照片；圖式4將兩個(gè)相互轉(zhuǎn)動(dòng)90度之條狀圖案曝光成像于光阻罩幕。
具體實(shí)施例方式
圖式1顯示”蜂巢式波紋法”(zellulare Damascene-Methode)的一種實(shí)施方式，在這種方式中，待制造的微結(jié)構(gòu)經(jīng)由空腔將彼此隔開。因此而形成之空腔光域的范圍延伸至待制造之芯片的整個(gè)表面或至少大部分的表面。
圖式1a顯示一基材(S)，在基材(S)之上依序沉積出三個(gè)電介質(zhì)層(S1，S2，S3)。第二層(S2)的材料與第一層(S1)及第三層(S3)的材料均不同。例如可以用氮化硅作為構(gòu)成第一層(S1)及第三層(S3)的材料，以氧化硅作為構(gòu)成第二層(S2)的材料，此種氧化硅系經(jīng)電漿加強(qiáng)對(duì)硅烷蒸汽作用而沉積出來。第一層(S1)的作用是作為承載層及決定待形成之空腔的高度，因此第一層(S1)的厚度大約比第二層(S2)高出4--5倍。第二層(S2)的作用是作為載體材料，供封閉空腔用的覆蓋層材料選擇沉積于其上。為了確保覆蓋層材料只會(huì)選擇沉積在第二層(S2)上，而不會(huì)沉積在第一層(S1)及第三層(S3)上，因此必須正確選擇構(gòu)成這三個(gè)電介質(zhì)層(S1，S2，S3)的材料。第三層(S3)的作用是作為在后面的研磨步驟中的研磨終止層。以上說明之多層結(jié)構(gòu)的總厚度大約相當(dāng)于待制造之微結(jié)構(gòu)的計(jì)畫高度。這三個(gè)電介質(zhì)層(S1，S2，S3)不同構(gòu)成圖案層(2)。
經(jīng)由光蝕刻及蝕刻在圖案層(2)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)用來形成凹槽(6)的格柵圖案，此步驟會(huì)用到一個(gè)在圖式中繪出的光阻罩幕。格柵橋形接片及/或分隔墻(4)的寬度應(yīng)盡可能的小，仨是其縮小的程度應(yīng)受到后續(xù)制造步驟所需的力學(xué)穩(wěn)定性的限制。受到限制的還包括打開空腔及去除分隔墻用的罩幕對(duì)空腔格柵校正所能夠達(dá)到的精確度。例如以目前的技術(shù)而言，在量產(chǎn)中能夠達(dá)到的覆蓋精確度大約為15nm。不過我們可以預(yù)料這個(gè)精確度未來將會(huì)獲得進(jìn)一步的改善。因此分隔墻的寬度應(yīng)大于能夠達(dá)到的覆蓋精確度。
所有的光蝕刻方法(例如光學(xué)光蝕刻、電子光蝕刻、離子射束投影光蝕刻、或是EUV光蝕刻)均可用來形成凹槽(6)。如果某一種光蝕刻方法因?yàn)榉直媛什粔虻年P(guān)系而無法形成具有銳角的凹槽，則可以使兩個(gè)相互轉(zhuǎn)動(dòng)90度的規(guī)則條狀圖案被先后成像于光阻罩幕。關(guān)于對(duì)兩個(gè)相互轉(zhuǎn)動(dòng)90度的規(guī)則條狀圖案的曝光方式將在底下配合圖式加以說明。
圖式1b’顯示經(jīng)以上步驟獲得的結(jié)構(gòu)平面圖。圖式1b則顯示沿圖式1b’中箭頭標(biāo)示之直線切割出的斷面圖。圖式1中所有帶有省略符號(hào)(‘)的子圖式均為平面圖，而未帶有省略符號(hào)(‘)的子圖式則都是沿著其所屬平面圖中箭頭標(biāo)示之直線切割出的斷面圖。
接下來的步驟是使構(gòu)成覆蓋層(S4)的材料選擇在第二層(S2)上沉積出來。由于這種選擇性的關(guān)系，構(gòu)成覆蓋層(S4)的材料既不會(huì)沉積在第一層(S1)上，也不會(huì)沉積在第二層(S2)上。所選定的沉積時(shí)間必須使橫向增長的覆蓋層(S4)材料可以達(dá)到足以確實(shí)將凹槽(6)封閉住的程度，以形成被封閉住的空腔(H)，并使沉積出的覆蓋層(S4)上緣至少達(dá)到與第三層(S3)上緣的高度。圖式1c1及圖式1c1’顯示沉積出覆蓋層(S4)步驟的中間階段，也就是凹槽已被部分封閉的階段，圖式1c2及圖式1c2’顯示的則是凹槽已被完全封閉住的最終階段。經(jīng)上述步驟產(chǎn)生的空腔(H)就是決定待形成之微結(jié)構(gòu)的尺寸及分布的各個(gè)晶胞。經(jīng)由空腔的規(guī)則排列可以定義出一個(gè)格柵，空腔即坐落在此光域的格柵點(diǎn)上。因此經(jīng)后面步驟在空腔內(nèi)形成的微結(jié)構(gòu)也是以這個(gè)格柵為準(zhǔn)，并沿著連接格柵點(diǎn)的連接線分布。
如果以前面說明過的材料作為構(gòu)成三個(gè)電介質(zhì)層(S1，S2，S3)的材料，則應(yīng)選擇經(jīng)由臭氧/TEOS(Tetra-Ethyl-Ortho-Silacate)沉積產(chǎn)生的氧化硅作為構(gòu)成覆蓋層(S4)的材料，這種氧化硅只會(huì)選擇在第二層(S2)上被沉積出來。
經(jīng)由化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)可以將突出于第三層(S3)的覆蓋層(S4)材料去除，這個(gè)CMP步驟可以設(shè)定的非常精確，使其剛好在到達(dá)第三層(S3)時(shí)終止研磨(圖式1d)。
接著再進(jìn)行一次光蝕刻步驟，以定義出在接下來的蝕刻步驟中應(yīng)被打開的空腔(H’)。如圖式1e及圖式1e’所示，進(jìn)行這個(gè)光蝕刻步驟需將一個(gè)光阻罩幕(PR)置于經(jīng)研磨過的覆蓋層(S4)及第三層(S3)的表面，接著再進(jìn)行曝光及顯影。光阻罩幕(PR)曝光時(shí)應(yīng)注意的是，在將覆蓋校正精確度計(jì)算在內(nèi)后，為在光阻罩幕(PR)內(nèi)形成的開口選擇的寬度及長度需適當(dāng)，以免這些開口超出將各個(gè)空腔(H，H’)隔開的分隔墻(4)。也可以為這些開口選擇較小的寬度及長度，只要能夠確保接下來為填滿打開的空腔(H’)所進(jìn)行的沉積步驟的一致性不會(huì)受到破壞即可。
經(jīng)由接下來的蝕刻步驟將覆蓋在所選出的空腔(H’)上的覆蓋層(S4)打開，同時(shí)先使第三層(S3)的表面露空，最后再使位于打開的空腔(H’)之間的分隔墻(4)的第一層(S1)的表面露空。也可以用另外一種方式來進(jìn)行蝕刻步驟，那就是先不要去除分隔墻(4)上的第二層(S2)及第三層(3)，這樣即使是光阻罩幕(PR)與空腔(H，H’)側(cè)壁之間出現(xiàn)常調(diào)/未校正的情況，也可以在沒有損耗到分隔墻的情況下達(dá)到打開空腔(H’)的目的。經(jīng)此步驟得到的結(jié)構(gòu)如圖式1f及圖式1f’所示，其中在圖式1f’中位于露空的空腔(H’)之間的分隔墻(4)已經(jīng)被損耗至第一層(S1)。
如圖式1g及圖式1g’所示，接下來的步驟是經(jīng)由各向異性等離子蝕刻并配合光阻罩幕(PR)將殘留在露空的空腔(H’)之間完全由第一層(S1)的材料構(gòu)成的分隔墻去除。將數(shù)個(gè)打開的空腔(H’)連接在一起即形成圖案層(2)內(nèi)的溝槽(8)。
接下來的步驟是以構(gòu)成微結(jié)構(gòu)的材料(M)將經(jīng)由光阻罩幕(PR)定義的溝槽(6)及/或通孔填滿，并利用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)步驟將突出于溝槽(6)及/或通孔外的多余材料(M)去除。這個(gè)步驟應(yīng)視材料(M)的種類決定采用濺鍍沉積法(Sputter)、蒸鍍沉積法、CVD沉積法、或是電子化學(xué)沉積法中的一種或數(shù)種方法的組合。例如材料(M)可以是用來形成互聯(lián)機(jī)路的銅。DE 199 57 302 A的公告內(nèi)容有關(guān)于銅的沉積及平坦化處理(磨平)的詳細(xì)步驟的說明。圖式1h及圖式1h’顯示化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)步驟結(jié)束后，制造完成的微結(jié)構(gòu)(M)(此處之微結(jié)構(gòu)為互聯(lián)機(jī)路)的狀態(tài)。
如果以兩層式結(jié)構(gòu)(S1，S2)取代三層式結(jié)構(gòu)(S1，S2，S3)，或是在化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)步驟結(jié)束后立刻將第三層(S3)去除，即可獲得如圖式1i及圖式1i’顯示之制造完成后的最終狀態(tài)。
在以上說明的實(shí)施例中制造的微結(jié)構(gòu)(此處為互聯(lián)機(jī)路)彼此補(bǔ)空腔隔開。由于空氣及/或真空的介電常數(shù)很小(εr＝1)，因此有效介電常數(shù)也會(huì)相應(yīng)的降低，而使RC時(shí)間常數(shù)變小。
如果將空腔(晶胞)的幾何中心視為格柵點(diǎn)，且相鄰晶胞的間距為D，斷面為正方形之空腔的尺寸為B，則微結(jié)構(gòu)(M)的長度等于n*D+B，其中n為一個(gè)自然數(shù)(n＞0)，麗就是說，微結(jié)構(gòu)的范圍至少會(huì)延伸至兩個(gè)空腔。在最簡單的情況下，微結(jié)構(gòu)的寬度就等于一個(gè)空腔的橫向尺寸。當(dāng)然微結(jié)構(gòu)的寬度也可以延伸至多個(gè)空腔，在此情況下微結(jié)構(gòu)的寬度等于m*D+B，其中m為一個(gè)自然數(shù)。
圖式2顯示在以”蜂巢式波紋法”(zellulare Damascene-Methode)制造的微結(jié)構(gòu)彼此并未被空腔隔開時(shí)的制造流程。
圖式2之實(shí)施例是從圖式1a及圖式1a’顯示的層狀結(jié)構(gòu)出發(fā)，經(jīng)過類似圖式1b及圖式1b’顯示之光蝕刻及蝕刻步驟后形成一個(gè)如圖式2a及圖式2a’所示之格柵圖案。在圖式2之實(shí)施例中，分隔墻的寬度等于蝕刻凹槽(6)的寬度。
圖式2和圖式1一樣，也是以平面圖及斷面圖并陳的方式繪出，其中每一個(gè)斷面圖都是沿著其所屬之平面圖中箭頭標(biāo)示之直線切割出的斷面圖。
圖式2的實(shí)施例也是利用和圖式1的實(shí)施例相同的方法形成被覆蓋層(S4)封閉住凹槽(6)，并以化學(xué)機(jī)械研(CMP)去除多余的材料，但是在圖式2的實(shí)施例中，化學(xué)機(jī)械研(CMP)系終止于第二層(S2)。圖式2b及圖式2b’顯示完成此步驟后的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。
接著經(jīng)由已在圖式1中說明過的光蝕刻步驟定義出在接下來的蝕刻步驟中應(yīng)被打開的空腔(H’)，然后以蝕刻方式將這些空腔(H’)打開，待形成的微結(jié)構(gòu)(在本實(shí)施例中為互聯(lián)機(jī)路及/或通路接觸孔)就是要在這些空腔(H’)內(nèi)形成。接下來的步驟是去除位于打開的空腔(晶胞)(H’)之間的露空分隔墻及/或橋形接片(4)，并以制造微結(jié)構(gòu)用的材料(M)將因此而形成的溝槽填滿，突出于溝槽之外的材料(M)則以化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)步驟去除。在以光蝕刻法選擇/定義要打開的空腔(H’)時(shí)要注意的是相鄰的微結(jié)構(gòu)通?？康暮芙?，且彼此之間不需要有空腔存在，只是被分隔墻隔開。特別是在構(gòu)成第一層(S1)的材料是一種”低k材料”的情況下，相鄰的互聯(lián)機(jī)路之間是不需要有空腔存在的。圖式2之實(shí)施例的光蝕刻步驟的要求事項(xiàng)與圖式1e及圖式1e’的說明相類似，不過由于圖式2之實(shí)施例的橋形接片及/或分隔墻比較寬，因此其光蝕刻步驟的要求事項(xiàng)比圖式1之實(shí)施例寬松。圖式2c及圖式2c’顯示經(jīng)過化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)步驟去除突出的多余材料(M)之后具有露空的微結(jié)構(gòu)(M，在此處為互聯(lián)機(jī)路)的狀態(tài)。
以上兩種實(shí)施例不需經(jīng)過任何特別的措施即可彼此組合成新的圖式3顯示以掃描電子顯微鏡(REM)攝影穿過一個(gè)空腔所得到的斷面照片，這個(gè)空腔是以臭氧/TEOS沉積選擇在第二層(S2)的PE-CVD(電漿加強(qiáng)強(qiáng)化CVD)硅烷氧化物材料上沉積出第四層/覆蓋層(S4)的臭氧-TEOS-氧化物材料時(shí)形成的空腔。由于這是一種具有選擇性的沉積，因此第四層/覆蓋層(S4)的材料不會(huì)沉積在由氮化硅(Si3N4)構(gòu)成的第一層(S1)上。
圖式4顯示相個(gè)完全相同但彼此相互轉(zhuǎn)動(dòng)90度的條狀圖案(10，12)，這兩個(gè)條狀圖案(10，12)先后被成像于用來定義凹槽及/或空腔的光阻罩幕(14)。
標(biāo)號(hào)說明S 基材S1第一層S2第二層S3第三層S4覆蓋層H，H’ 空腔PR光阻罩幕M 微結(jié)構(gòu)/構(gòu)成微結(jié)構(gòu)的材料2 圖案層4 分隔墻/橋形接片6 凹槽8 溝槽10，12 條狀圖案14光阻罩幕
權(quán)利要求
1.一種制造微結(jié)構(gòu)的方法，這種方法包括以下的步驟a)使設(shè)置于基材(S)上的一個(gè)圖案層(2，S1，S2，S3)內(nèi)的封閉空腔(H)形成一有規(guī)則的排列，其中空腔(H)與空腔(H)之間彼此被分隔墻(4)隔開；b)將要在其內(nèi)形成微結(jié)構(gòu)(M)的空腔(H’)打開；c)至少去除掉一部分相鄰之開放空腔(H’)之間的分隔墻(4)，以形成延伸范圍至少達(dá)兩個(gè)空腔(H’)的溝槽(8)；d)將材料(M)填入溝槽(8)內(nèi)以形成微結(jié)構(gòu)(M)。
2.如申請(qǐng)專利范圍第1項(xiàng)的制造方法，其特征為由于要形成空腔(H)，故在圖案層(2，S1，S2，S3)內(nèi)形成被覆蓋層(S4)蓋住的凹槽(6)，這樣就可以形成空腔(H)。
3.如申請(qǐng)專利范圍第2項(xiàng)的制造方法，其特征為--至少將第一層(S1)及第二層(S2)依序設(shè)置在基材(S)上，以形成圖案層(2，S1，S2，S3)，構(gòu)成第一層(S1)及第二層(S2)的材料(M)需經(jīng)過適當(dāng)?shù)倪x擇，以便使覆蓋層(S4)材料會(huì)選擇在第二層(S2)上沉積出來，而不會(huì)選擇在第一層(S1)上沉積出來，且--為了形成空腔(H，H’)，應(yīng)在第一層(S1)及第二層(S2)上形成凹槽(6)，這些凹槽(6)貫穿整個(gè)第二層(S2)，且至少進(jìn)入第一層(S1)的一部分，--接著將所有的覆蓋層(S4)材料全部沉積在第二層(S4)上。
4.如申請(qǐng)專利范圍第1--3項(xiàng)中任一項(xiàng)的制造方法，其特征為先以光蝕刻方式定義空腔(H，H’)及/或凹槽(6)，然后再對(duì)圖案層(2，S1，S2，S3)進(jìn)行蝕刻。
5.如申請(qǐng)專利范圍第4項(xiàng)的制造方法，其特征為為了以光蝕刻定義空腔(H，H’)及/或凹槽(6)，故配合使用一光阻罩幕(14)使至少兩個(gè)相互轉(zhuǎn)動(dòng)一事先給定之角度的規(guī)則條狀圖案(10，12)先后成像于此光阻罩幕(14)。
6.如申請(qǐng)專利范圍第5項(xiàng)的制造方法，其特征為此事先給定之角度為90度。
7.如申請(qǐng)專利范圍第3-6項(xiàng)中任一項(xiàng)的制造方法，其特征為在第一層(S1)及第二層(S2)之上，另外再設(shè)置第三層(S3)，第二層(S2)及第三層(S3)分別由不同的材料構(gòu)成，因此覆蓋層(S4)材料仍舊是全部沉積在第二層(S2)上。
8.如申請(qǐng)專利范圍第3--7項(xiàng)中任一項(xiàng)的制造方法，其特征為將突出的覆蓋層(S4)材料向下研磨至第三層(S3)或第二層(S2)，其中第三層(S3)或第二層(S2)系作為研磨終止層。
9.如申請(qǐng)專利范圍第3--8項(xiàng)中任一項(xiàng)的制造方法，其特征為第一層(S1)、第二層(S2)、以及第三層(S3)均為電介質(zhì)層。
10.如申請(qǐng)專利范圍第3--9項(xiàng)中任一項(xiàng)的制造方法，其特征為以氮化硅作為構(gòu)成第一層(S1)及第三層(S3)的材料，構(gòu)成第二層(S2)的材料是一種以硅烷為基礎(chǔ)并經(jīng)電漿加強(qiáng)作用沉積出的氧化硅，構(gòu)成覆蓋層(S4)的材料是一種臭氧/TEOS沉積所產(chǎn)生的氧化物。
11.如申請(qǐng)專利范圍第3-10項(xiàng)中任一項(xiàng)的制造方法，其特征為第一層(S1)的厚度是第二層(S4)的4--5倍。
12.如前述申請(qǐng)專利范圍中任一項(xiàng)的制造方法，其特征為除了以材料將溝槽(8)填滿外，亦以同樣的材料將個(gè)別的打開的空腔(H’)填滿，以形成微結(jié)構(gòu)。
13.如前述申請(qǐng)專利范圍中任一項(xiàng)的制造方法，其特征為將一個(gè)罩幕(PR)設(shè)置在覆蓋層(S4)上，以便進(jìn)行打開空腔(H’)及去除分隔墻(4)的作業(yè)。
14.如前述申請(qǐng)專利范圍中任一項(xiàng)的制造方法，其特征為將用來形成微結(jié)構(gòu)(M)的材料填入打開的空腔(H’)內(nèi)，并將突出的材料回蝕掉。
15.如前述申請(qǐng)專利范圍中任一項(xiàng)的制造方法，其特征為以金屬及/或金屬合金，尤其是銅，作為形成微結(jié)構(gòu)(M)的材料。
16.如前述申請(qǐng)專利范圍中任一項(xiàng)的制造方法，其特征為待形成的微結(jié)構(gòu)(M)是互聯(lián)機(jī)路。
17.一種具有一圖案層(2，S1，S2，S3)之微結(jié)構(gòu)排列方式，在此圖案層內(nèi)有許多封閉的空腔(H)及許多微結(jié)構(gòu)(M)，其中封閉的空腔(H)系坐落于一事先給定之光域的格柵點(diǎn)上，微結(jié)構(gòu)(M)是沿著連接格柵點(diǎn)的連接線排列，封閉的空腔(H)至少在一個(gè)方向上具有一定的橫向尺寸，而微結(jié)構(gòu)(M)在這個(gè)方向上的橫向尺寸至少相當(dāng)于空腔(H)的橫向尺寸的兩倍。
18.如申請(qǐng)專利范圍第17項(xiàng)的排列方式，其特征為位于相鄰空腔之間的分隔墻及位于空腔與其相鄰微結(jié)構(gòu)之間的分隔墻具有相同的厚度。
19.如申請(qǐng)專利范圍第17項(xiàng)或第18項(xiàng)的排列方式，其特征為格柵點(diǎn)間距為D，封閉的空腔(H)橫向尺寸為B，微結(jié)構(gòu)的橫向尺寸(長度)等于n*D+B，其中n為一個(gè)自然數(shù)。
20.如申請(qǐng)專利范圍第17-19項(xiàng)中任一項(xiàng)的制造方法，其特征為圖案層(2，S1，S2，S3)至少是由第一層(S1)及位于第一層之(S1)上、且是由不同于第一層(S1)之材料制成的第二層(S2)所構(gòu)成，其中空腔(H)的范圍至少延伸至第一層(S1)，微結(jié)構(gòu)(M)的范圍至少延伸至第一層(S1)及第二層(S2)。
21.如申請(qǐng)專利范圍第10項(xiàng)的制造方法，其特征為構(gòu)成第一層(S1)的材料是氮化硅，構(gòu)成第二層(S2)的材料是氧化硅。
22.如申請(qǐng)專利范圍第17-21項(xiàng)中任一項(xiàng)的制造方法，其特征為微結(jié)構(gòu)(M)系一種互聯(lián)機(jī)路。
23.如申請(qǐng)專利范圍第17-22項(xiàng)中任一項(xiàng)的制造方法，其特征為微結(jié)構(gòu)(M)系以金屬或金屬合金制成，其中又以銅最為適合。
24.如申請(qǐng)專利范圍第17-23項(xiàng)中任一項(xiàng)的制造方法，其特征為空腔(H)被會(huì)選擇形成于第二層的材料上的覆蓋層封閉住。
全文摘要
本發(fā)明提出一種稱為“蜂巢式波紋法”(zellulareDamascene－Methode)的方法，這種方法是在一個(gè)圖案層內(nèi)形成許多規(guī)則排列的封閉空腔(H)。這些空腔的尺寸與待形成的微結(jié)構(gòu)尺寸屬于同一個(gè)數(shù)量級(jí)。透過一個(gè)罩幕可將被選出的空腔(H’)打開，然后將位于這些空腔(H’)之間的分隔墻(4)去除，這樣就可以形成溝槽(8)及通孔，然后以構(gòu)成待形成之微結(jié)構(gòu)(M)的材料(M)將這些溝槽(8)及通孔填滿。接著再經(jīng)由化學(xué)機(jī)械(CMP)步驟將多余的材料(M)去除。微結(jié)構(gòu)特別為集成電路之互聯(lián)機(jī)路及接觸孔。
文檔編號(hào)H01L23/522GK1495880SQ0314876
公開日2004年5月12日 申請(qǐng)日期2003年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月25日
發(fā)明者Z·加布里, W·帕姆勒, S·施瓦爾滋, Z 加布里, 叨, 防 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)股份公司