專(zhuān)利名稱(chēng)：用于圖形化雙波紋互連的三層掩膜結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于集成電路中多層互連制作的方法和結(jié)構(gòu)，更確切地說(shuō)，涉及用于雙波紋集成的硬掩膜結(jié)構(gòu)和工藝。
背景技術(shù)：
集成電路器件包含了通過(guò)多層金屬互連連接的晶體管。這些金屬互連(線(xiàn)或插頭)被夾層電介質(zhì)(ILD)彼此分隔，也就是被金屬互連之間的電絕緣材料彼此分隔開(kāi)。金屬互連被形成在層內(nèi)被ILD彼此分開(kāi)的線(xiàn)或槽中。該層有時(shí)被作為槽層。另外，通過(guò)包含孔的通孔層或者通過(guò)在ILD材料中填充了導(dǎo)體金屬的通孔，在相鄰槽層中的金屬線(xiàn)被分開(kāi)。該層有時(shí)被作為通孔層。
一般而言，集成電路制品使用SiOx作為夾層電介質(zhì)(ILD)。然而，由于集成電路器件越來(lái)越小的特征，SiOx的絕緣性能被認(rèn)為不足以阻止降低電路性能的串?dāng)_(cross-talk)和其它的內(nèi)部干擾。由此，具有更低的介電常數(shù)(小于3.0)的替代材料“低K(low-k)”材料被發(fā)展出來(lái)。這些低介電常數(shù)材料具有兩種成分種類(lèi)含有大量硅來(lái)形成分子結(jié)構(gòu)主要成分的那些材料(這里指的是無(wú)機(jī)電介質(zhì))和主要包括碳來(lái)形成分子結(jié)構(gòu)主要成分的那些材料(這里指的是有機(jī)電介質(zhì))。無(wú)機(jī)電介質(zhì)主要由硅和任意氧形成，在主要成分中，這些無(wú)機(jī)電介質(zhì)可以包含有機(jī)部分。同樣地，有機(jī)電介質(zhì)主要包含碳和任意氧，在主要成分中，它們也可以具有少量硅或者組分中的其它類(lèi)似分子。根據(jù)上述定義，無(wú)機(jī)低介電常數(shù)材料的例子是倍半硅氧烷(silsesquioxanes)和類(lèi)似材料。根據(jù)上述定義，有機(jī)低介電常數(shù)材料的例子是聚芳撐(polyarylenes)，包括聚芳撐醚(例如，來(lái)自DOW化學(xué)公司的SILKTM絕緣樹(shù)脂，來(lái)自Honeywell的FlareTM樹(shù)脂)和苯并環(huán)丁烯基(benzocyclobutene based)樹(shù)脂(例如，來(lái)自DOW化學(xué)公司的CycloteneTM樹(shù)脂，在其結(jié)構(gòu)中含有硅原子)。而且，當(dāng)集成電路中的特征尺寸被設(shè)計(jì)得更小時(shí)，使用多孔電介質(zhì)層來(lái)進(jìn)一步減小介電常數(shù)和改善電絕緣性能。
除材料選擇之外，集成電路制品的制作方法(集成化)也是至關(guān)重要的。一種通常的制作方法叫做雙波紋法，通孔和槽層電介質(zhì)材料或者其它材料被施加上去，通過(guò)去除電介質(zhì)材料來(lái)在這些層中形成通孔和槽，以獲得需要的通孔和槽的圖形，通孔和槽填充有導(dǎo)體金屬。通孔和槽的形成是很復(fù)雜的，使用了種種光刻技術(shù)，包括光刻膠、掩膜層、種種蝕刻工藝等。
一種通常的雙波紋方法，在首先應(yīng)用到襯底的通孔層電介質(zhì)材料和槽層電介質(zhì)材料之間使用蝕刻阻擋層，以形成一個(gè)三層電介質(zhì)疊層。例如，美國(guó)專(zhuān)利6,071,809中，無(wú)機(jī)電介質(zhì)層被用于兩種低K有機(jī)電介質(zhì)層中。在WO 01/1 8861中，Chung等人認(rèn)識(shí)到通過(guò)從槽和通孔的水平電介質(zhì)材料選擇不同分類(lèi)的中間電介質(zhì)層(也就是無(wú)機(jī)和有機(jī)類(lèi))，疊層中的所有材料可以是低K電介質(zhì)，由此，降低三層疊層的綜合有效介電常數(shù)。Chung特別指出了具有被有機(jī)層分開(kāi)的兩個(gè)無(wú)機(jī)層的三層電介質(zhì)疊層，并且給出了在無(wú)機(jī)層上部的上面使用有機(jī)光刻膠來(lái)形成三層電介質(zhì)疊層中圖形的教導(dǎo)。
當(dāng)使用有機(jī)電介質(zhì)時(shí)，由于光刻膠和有機(jī)電介質(zhì)的蝕刻速率很相近，出現(xiàn)了復(fù)雜的問(wèn)題。這使得在那些有機(jī)電介質(zhì)中形成通孔和槽的做法變得更加復(fù)雜。另外，如果那部分是有機(jī)電介質(zhì)，電介質(zhì)疊層上部經(jīng)受化學(xué)機(jī)械拋光法(CMP)的能力會(huì)變困難。由此，在接觸和電介質(zhì)材料是有機(jī)時(shí)，兩個(gè)無(wú)機(jī)硬掩膜通常是通過(guò)化學(xué)氣相沉積法(CVD)沉積在三層電介質(zhì)上部來(lái)完成圖形化過(guò)程。例如，在6,071,809號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中，Zhao揭示了一種用于在三層電介質(zhì)中利用由CVD氧化硅和CVD氮化硅組成的雙硬掩膜來(lái)形成雙波紋結(jié)構(gòu)的方法。當(dāng)接觸和槽電介質(zhì)通過(guò)有機(jī)電介質(zhì)最普通的旋轉(zhuǎn)涂覆被應(yīng)用時(shí)，在掩膜結(jié)構(gòu)中的額外的CVD工藝復(fù)雜、昂貴和產(chǎn)量有限。
“帶低K電介質(zhì)的高性能0.13mm銅BEOL技術(shù)”，R.G.Goldblatt等人，Proc.IITC，2000年六月，261-263頁(yè)，描述了在通孔和槽都形成在里面的單片電介質(zhì)材料中圖形化的雙波紋方法。該方法需要嚴(yán)格控制等離子蝕刻條件，使得層中朝向蝕刻部前面的平面部分能夠被蝕刻。假定具有保持蝕刻形態(tài)的能力，單片電介質(zhì)能夠在減少電介質(zhì)結(jié)構(gòu)總電容的同時(shí)，通過(guò)消除蝕刻阻擋層來(lái)減少工藝的復(fù)雜性。在蝕刻阻擋層和硬掩膜上旋轉(zhuǎn)已經(jīng)在簡(jiǎn)單的單層掩膜系統(tǒng)中被說(shuō)明(參見(jiàn)6,265,319號(hào)和6,218,078號(hào)美國(guó)專(zhuān)利的實(shí)施例)。

發(fā)明內(nèi)容
申請(qǐng)人發(fā)明了一種簡(jiǎn)單、便捷的掩膜系統(tǒng)和用于單片集成電路或三層電介質(zhì)疊層的雙波紋圖形化方法，其提供了必不可少的蝕刻選擇性，同時(shí)考慮到使用用于施加電介質(zhì)材料和掩膜材料的單獨(dú)沉積方法(例如，自旋涂覆)的需要，以及在CMP步驟中(比如，有機(jī)電介質(zhì)和多孔電介質(zhì))可能容易被破壞的電介質(zhì)材料的使用。該系統(tǒng)具有額外的優(yōu)勢(shì)，如果需要的話(huà)，可以被用來(lái)最小化被用來(lái)在微電器件中制作金屬互連結(jié)構(gòu)的不同原料的數(shù)目。
由此，根據(jù)第一實(shí)施例，該發(fā)明是包含下列部分的制品a)一襯底；b)在襯底上包括具有小于3.0的介電常數(shù)的上部的電介質(zhì)疊層；c)在電介質(zhì)疊層上的第一掩膜層，該第一掩膜層能夠抵抗用來(lái)去除銅的化學(xué)機(jī)械拋光方法的蝕刻，而且第一層具有相對(duì)于電介質(zhì)疊層上部的蝕刻選擇性；d)在第一掩膜層上的第二掩膜層，第二掩膜層具有相對(duì)于第一掩膜層的蝕刻選擇性，還具有與電介質(zhì)疊層上部相近似的蝕刻特性；以及e)在第二掩膜層上的第三掩膜層，第三掩膜層具有相對(duì)于第二掩膜層的蝕刻選擇性，還具有與第一掩膜層相近似的蝕刻特性。
根據(jù)第二實(shí)施例，本發(fā)明是一種包含下列步驟的在電介質(zhì)疊層中形成槽和通孔的方法(a)提供一襯底；(b)把電介質(zhì)疊層應(yīng)用到襯底上，其中襯底包括將要形成槽的上部和將要形成通孔的下部，以及位于上部和下部之間的一個(gè)蝕刻阻擋層，其中每一個(gè)上部和下部的介電常數(shù)值小于3.0，優(yōu)選是小于2.7；
(c)施加第一掩膜層，第一掩膜層在拋光步驟中作為阻擋層以及具有相對(duì)于電介質(zhì)疊層上部的蝕刻選擇性并且具有與蝕刻阻擋層相似的蝕刻特性；(d)施加第二掩膜層，第二掩膜層具有相對(duì)于第一掩膜層的蝕刻選擇性并且具有與電介質(zhì)疊層的上部相似的蝕刻特性；(e)施加第三掩膜層，第三掩膜層具有相對(duì)于第二掩膜層的蝕刻選擇性并且具有與第一掩膜層相似的蝕刻特性；(f)根據(jù)槽的圖形使第一、第二和第三掩膜層圖形化；(g)根據(jù)通孔圖形給蝕刻阻擋層布圖；(h)把槽圖形蝕刻進(jìn)電介質(zhì)疊層的上部，以形成至少一個(gè)槽，把通孔圖形蝕刻進(jìn)電介質(zhì)疊層的下部，形成至少一個(gè)通孔；(i)在通孔和槽中沉積金屬；(j)拋光多余的金屬，其中第一掩膜層作為拋光阻擋層，其中在第一掩膜層或蝕刻阻擋層的圖形化期間，第三掩膜層的至少一實(shí)質(zhì)部分被去除，在電介質(zhì)疊層的蝕刻中，第二掩膜層的至少一實(shí)質(zhì)部分被去除。
根據(jù)第三實(shí)施例的一種在電介質(zhì)中形成槽和通孔的方法，其包括下列步驟(a)提供一襯底；(b)把電介質(zhì)層施加到襯底上，其中電介質(zhì)層包括將要形成槽的上部和將要形成通孔的下部，其中層的介電常數(shù)小于3.0，優(yōu)選是小于2.7；(c)施加第一掩膜層，第一掩膜層在拋光步驟中作為阻擋層以及具有相對(duì)于電介質(zhì)層的蝕刻選擇性；(d)施加第二掩膜層，其具有相對(duì)于第一掩膜層的蝕刻選擇性；(e)施加第三掩膜層，第三掩膜層具有相對(duì)于第二掩膜層的蝕刻選擇性并且具有與第一掩膜層相似的蝕刻特性；(f)根據(jù)槽的圖形使第二和第三掩膜層圖形化；(g)根據(jù)通孔圖形使第一掩膜層圖形化；(h)把通孔圖形的部分蝕刻進(jìn)電介質(zhì)層；
(i)根據(jù)第二和第三掩膜層中的槽的圖形使第一掩膜層圖形化，同時(shí)去除第三掩膜層的實(shí)質(zhì)部分；(j)繼續(xù)電介質(zhì)層的蝕刻，從而在電介質(zhì)層下部形成至少一個(gè)通孔，在電介質(zhì)層上部形成至少一個(gè)槽；(k)其中在第一掩膜層或蝕刻阻擋層的圖形化期間，第三掩膜層被充分地去除，在電介質(zhì)疊層的蝕刻中，第二掩膜層被充分地去除。
(l)在通孔和槽中沉積金屬；(m)拋光多余的金屬，其中第一掩膜層作為拋光阻擋層。
這里使用的“相似的蝕刻特性”指的是兩種材料在同樣的化學(xué)條件下蝕刻，具有的蝕刻選擇性相對(duì)于疊層中的其它材料在相同范圍內(nèi)。優(yōu)選地，這些材料相對(duì)于其它材料具有的蝕刻選擇性比率是小于5∶1，優(yōu)選是小于3∶1，更好地是小于2∶1。
這里使用的“蝕刻選擇性”指的是第一種和第二種材料當(dāng)暴露在化學(xué)蝕刻環(huán)境時(shí)在完全不同的比率下蝕刻，使得它們分別被圖形化。優(yōu)選地，當(dāng)這里提到的層的蝕刻選擇性相對(duì)于其它材料而言，該層具有的蝕刻選擇性比率大于5∶1，優(yōu)選是大于7∶1，更好的是大于10∶1。
這里使用的“蝕刻選擇性比率”指的是對(duì)某種蝕刻化學(xué)劑來(lái)說(shuō)，一種材料被蝕刻的比率被第二種材料被蝕刻的比率分開(kāi)。


附圖1是具有一個(gè)掩埋的蝕刻阻擋層的本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖(未按比例)；附圖2是具有一個(gè)單片電介質(zhì)層的本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖(未按比例)；附圖3是使用附圖1中制品的一個(gè)優(yōu)選集成電路的示意圖(未按比例)；附圖4是使用附圖1中制品的一個(gè)優(yōu)選集成電路的示意圖(未按比例)；附圖5是使用可光定義的拋光阻擋層和掩埋的蝕刻阻擋層的優(yōu)選集成電路的示意圖(未按比例)；附圖6是使用可光定義的拋光阻擋層和單片電介質(zhì)層的優(yōu)選集成電路的示意圖(未按比例)；附圖7是本發(fā)明具有多孔通孔和槽的水平電介質(zhì)的優(yōu)選多層結(jié)構(gòu)的顯微照片。
具體實(shí)施例方式
這里使用的通孔指的是一個(gè)孔，在其中形成金屬的互連插頭。通孔的深度受到形成通孔的電介質(zhì)層厚度的限制。通孔的長(zhǎng)度和寬度是同一量級(jí)的。
這里使用的槽指的是一個(gè)溝，在其中形成金屬的互連線(xiàn)。槽的深度受到形成槽的電介質(zhì)層厚度的限制。槽的長(zhǎng)度和與寬度相差很大。
本發(fā)明中使用的襯底105包括任何已知的襯底，在它上面形成需要的金屬互連結(jié)構(gòu)。特別優(yōu)選的襯底是包括可根據(jù)需要連接到金屬互連結(jié)構(gòu)的晶體管的襯底。
本發(fā)明的制品和方法可以用來(lái)構(gòu)造任何水平的金屬互連結(jié)構(gòu)。這樣，由于常常需要幾個(gè)互連層，襯底一般包含現(xiàn)存的金屬導(dǎo)線(xiàn)106和連接部107，根據(jù)本發(fā)明的方法形成的相應(yīng)的槽和通孔將被連接到連接部。這個(gè)例子中，襯底在其表面上可以包含可選罩或銅擴(kuò)散屏障110，通常是氮化硅或碳化硅，特別地金屬線(xiàn)106存在于襯底中。假如使用這樣一個(gè)罩或者擴(kuò)散層110，本發(fā)明的方法還將包括在連接槽和通孔的下一層中沉積金屬之前的刻通該層。
參見(jiàn)附圖1，根據(jù)一實(shí)施例，本發(fā)明是具有襯底105的制品100。該實(shí)施例中，電介質(zhì)疊層115包含三部分下部120作為接觸電介質(zhì)或通孔電介質(zhì)，中部130作為蝕刻阻擋層或掩埋硬掩膜，上部140作為槽電介質(zhì)。
用于接觸電介質(zhì)層120和槽電介質(zhì)層140的材料是介電常數(shù)小于3.0的低介電常數(shù)材料，優(yōu)選的是小于2.7，更好的是大概小于2.3。這些電介質(zhì)層可以是多孔的。接觸電介質(zhì)層120和槽電介質(zhì)層140可以相同或者不同，但是必須是同一種類(lèi)，也就是，要么是有機(jī)電介質(zhì)材料，要么是無(wú)機(jī)電介質(zhì)材料。優(yōu)選地，兩層都是有機(jī)電介質(zhì)材料。更優(yōu)選地，兩層都是多孔有機(jī)電介質(zhì)材料。選擇蝕刻阻擋層130的種類(lèi)使其與電介質(zhì)層120和140的種類(lèi)不同。從而，電介質(zhì)層優(yōu)選有機(jī)材料，蝕刻阻擋層優(yōu)選無(wú)機(jī)材料。優(yōu)選地，蝕刻阻擋層也具有大約小于3.7的相對(duì)小的低介電常數(shù)，更優(yōu)選的是小于3.0。
本發(fā)明的掩膜系統(tǒng)145包含三層第一掩膜層或者拋光阻擋層150，第二掩膜層或者蝕刻緩沖層160，第三掩膜層或者上部掩膜層170。選擇拋光阻擋層150使其能夠抵御或者至少能夠保護(hù)電介質(zhì)疊層不受沉積金屬后通常進(jìn)行的化學(xué)機(jī)械拋光處理工藝的影響。盡管一些無(wú)機(jī)電介質(zhì)層自身能夠抵御化學(xué)機(jī)械拋光處理工藝，其它的，比如多孔無(wú)機(jī)電介質(zhì)可能會(huì)受到這些處理過(guò)程的損害。選擇拋光阻擋層150使其與槽電介質(zhì)140的種類(lèi)不同而與蝕刻阻擋層130的種類(lèi)相同。從而，槽電介質(zhì)優(yōu)選是有機(jī)的，拋光阻擋層優(yōu)選是無(wú)機(jī)的。最后，既然那是可能，不是要求，拋光阻擋層作為制品的部分保留，在施加下一互連層前沒(méi)有從制品中去除，拋光阻擋層比如蝕刻阻擋層130具有相對(duì)低的介電常數(shù)是希望得到的。拋光阻擋層可以與蝕刻阻擋層的材料相同或者不同。
蝕刻緩沖層160與槽電介質(zhì)140的種類(lèi)相同，與拋光阻擋層150的種類(lèi)相反。從而槽電介質(zhì)優(yōu)選有機(jī)材料，那么蝕刻緩沖層也優(yōu)選有機(jī)材料。由于蝕刻緩沖層在處理過(guò)程中被去除，所以該層不是最終制品的一部分，那么該層的介電常數(shù)是不重要的。然而，假如用于制作過(guò)程的材料的數(shù)量減少對(duì)使用者來(lái)說(shuō)是重要的，則用作電介質(zhì)的同樣的材料也被用作蝕刻緩沖層。最后，上部掩膜170的材料種類(lèi)和拋光阻擋層150以及蝕刻阻擋層130的相同。像蝕刻緩沖層一樣，在處理過(guò)程中上部掩膜被去除，從而該層的介電常數(shù)是不重要的。然而，假如用于制作過(guò)程的材料的數(shù)量減少對(duì)使用者來(lái)說(shuō)是重要的，則用作拋光阻擋層或蝕刻阻擋層的同樣的材料也被用作上部掩膜。
根據(jù)可替換的實(shí)施例，本發(fā)明的制品如附圖2所示。在這個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)是一個(gè)單片層125，而不是具有被蝕刻阻擋層分開(kāi)的兩個(gè)電介質(zhì)層的電介質(zhì)疊層。該絕電介質(zhì)材料具有小于3.0的介電常數(shù)，優(yōu)選是小于2.7，更好的是小于2.3。該層可以是有機(jī)的或者無(wú)機(jī)的，多孔的或者不是多孔的。然而，優(yōu)選地，該層是有機(jī)的。更優(yōu)選地，該層是多孔的。制品的其它組分仍然與上述附圖1中所述的一樣。注意，在這個(gè)實(shí)施例中，拋光阻擋層150和上部掩膜170應(yīng)該是與電介質(zhì)125和蝕刻緩沖層160不同的種類(lèi)。
本發(fā)明的一個(gè)關(guān)鍵益處是可以使用同樣的方法施加所有的電介質(zhì)和掩膜層。優(yōu)選地，通過(guò)可溶性覆蓋物施加所有的層，跟著進(jìn)行烘干，優(yōu)選是通過(guò)凝膠點(diǎn)固化，通過(guò)使用相應(yīng)的可溶性覆蓋層使得這些層不會(huì)受到損害。最好是，根據(jù)已知方法通過(guò)旋轉(zhuǎn)覆蓋來(lái)制成可溶性覆蓋層。
通過(guò)從兩種不同種類(lèi)的材料中使用可替換層，這里使用的無(wú)機(jī)材料包含了大量的形成分子結(jié)構(gòu)主要成分的硅，有機(jī)材料包括分子結(jié)構(gòu)中形成主要部分的重要的碳—能夠通過(guò)在蝕刻有機(jī)材料化學(xué)和蝕刻無(wú)機(jī)材料化學(xué)兩者之間替換而容易使電介質(zhì)疊層圖形化。這個(gè)布圖方法不受限的例子如下現(xiàn)在參照附圖3，顯示了使三層掩膜和下面的三層電介質(zhì)圖形化的優(yōu)選方法。該例子的目的是，三層電介質(zhì)包括有機(jī)槽和通孔的水平電介質(zhì)材料以及無(wú)機(jī)蝕刻阻擋層。當(dāng)蝕刻緩沖材料是有機(jī)時(shí)，拋光阻擋層材料和上部掩膜材料是無(wú)機(jī)的。該有機(jī)材料可以相同也可以不同。無(wú)機(jī)材料可以相同或不同。在附圖3a中，光刻膠180，被施加到三層硬掩膜上，并且使用槽圖形210圖形化，使用標(biāo)準(zhǔn)的光刻曝光。在附圖3b中，槽圖形通過(guò)使用含有等離子體的氟被轉(zhuǎn)換到上部掩膜170中。在附圖3c中，槽圖形通過(guò)使用還原或者氧化等離子體被轉(zhuǎn)換到蝕刻緩沖層160中。同樣的蝕刻化學(xué)方法也會(huì)去除光刻膠。隨著槽定義在三層硬掩膜的最上面兩層中，光刻膠380的第二次應(yīng)用，被圖形化為214，其帶著使用標(biāo)準(zhǔn)光刻實(shí)踐的通孔設(shè)計(jì)，如附圖3d中所示。通孔圖形被轉(zhuǎn)換到三層硬掩膜的拋光阻擋層150中，使用了包含等離子體的氟，如附圖3e所示。對(duì)槽和通孔的圖形來(lái)說(shuō)，這個(gè)步驟完成了三層硬掩膜中圖形的限定。通孔圖形被轉(zhuǎn)換到上部電介質(zhì)140中，使用了氧化或者還原等離子體，如附圖3f中所示。蝕刻也去除了通孔光刻膠層380。在這點(diǎn)上將系統(tǒng)暴露到氟等離子體下，把通孔圖形轉(zhuǎn)換到蝕刻阻擋層130中，去除上部掩膜170，并且把槽圖形轉(zhuǎn)換到拋光阻擋層150中，如附圖3g所示。最后把系統(tǒng)暴露到氧化或者還原等離子體中，把槽圖形轉(zhuǎn)移到上部電介質(zhì)140中，以及把通孔圖形轉(zhuǎn)移到通孔120中，去除蝕刻緩沖層160，如附圖3h所示。最后的步驟是使用調(diào)整后的氟等離子體去除薄的屏障層110，暴露出下部電路元件或者互連結(jié)構(gòu)。這種方法使用標(biāo)準(zhǔn)的金屬沉積和拋光技術(shù)，準(zhǔn)備出用于金屬布線(xiàn)限定的系統(tǒng)。在金屬圖形鑲嵌上后，半導(dǎo)體通過(guò)使用上述步驟準(zhǔn)備用于與附加層的進(jìn)一步互連。
假如系統(tǒng)是帶有有機(jī)蝕刻阻擋層的無(wú)機(jī)電介質(zhì)，拋光阻擋層、蝕刻緩沖層和上部掩膜層將會(huì)分別是有機(jī)的、無(wú)機(jī)的和有機(jī)的，在每一個(gè)步驟的蝕刻化學(xué)將會(huì)與上面對(duì)應(yīng)的內(nèi)容相反。
任意地，上部掩膜層170可以是可光圖形化的，特別是正特性(positive tone)，此時(shí)將不需要最初的光刻膠層180。相似地，拋光阻擋層150可以是光圖形化的，特別是負(fù)特性(negative tone)，此時(shí)將不需要第二光刻膠380。
現(xiàn)在參見(jiàn)附圖4，顯示了一種使三層掩膜以及附圖2中所示的下面的單片電介質(zhì)疊層圖形化的優(yōu)選方法。該例子的目的是，電介質(zhì)疊層和蝕刻緩沖層是有機(jī)的，拋光阻擋層和上部掩膜層是無(wú)機(jī)的。相反的結(jié)構(gòu)(也就是無(wú)機(jī)電介質(zhì)和蝕刻緩沖層，具有有機(jī)拋光阻擋層和上部掩膜層)也能被使用，在每一步驟中使用相反的化學(xué)特性，如下面所述。該有機(jī)材料可以相同也可以不同。無(wú)機(jī)材料可以相同或不同。在附圖4a中，光刻膠180，被施加到三層硬掩膜上，并且使用槽圖形210圖形化，使用標(biāo)準(zhǔn)的光刻曝光。在附圖4b中，槽圖形通過(guò)使用含有等離子體的氟被轉(zhuǎn)換到上部掩膜170中。在附圖4c中，槽圖形通過(guò)使用還原或者氧化等離子體被轉(zhuǎn)換到蝕刻緩沖層160中。同樣的蝕刻化學(xué)方法也會(huì)去除光刻膠。隨著槽定義在三層硬掩膜的最上面兩層中，光刻膠380的第二次應(yīng)用，被圖形化為214，其具有使用標(biāo)準(zhǔn)光刻實(shí)踐的通孔設(shè)計(jì)，如附圖4d中所示。光刻膠中定義了接觸部圖形，通孔圖形被轉(zhuǎn)換到三層硬掩膜的拋光阻擋層150中，使用了包含等離子體的氟，如附圖4e所示。對(duì)槽和通孔的圖形來(lái)說(shuō)，這個(gè)步驟完成了三層硬掩膜中圖形的限定。接觸部圖形至少部分地轉(zhuǎn)換到單片電介質(zhì)125中，使用了氧化或者還原等離子體，如附圖4f所示。蝕刻也去除了接觸部光刻膠層380。在這點(diǎn)上把系統(tǒng)暴露到氟等離子體下，去除上部掩膜170，并且把槽圖形轉(zhuǎn)換到拋光阻擋層150中，如附圖4g所示。最后把系統(tǒng)暴露到氧化或者還原等離子體中，把槽圖形和通孔圖形轉(zhuǎn)移到單片集成塊中，去除蝕刻緩沖層160，如附圖4h所示。最后的步驟是使用調(diào)整后的氟等離子體去除薄的屏蔽層110，暴露出下部電路元件或者互連結(jié)構(gòu)。這種方法使用標(biāo)準(zhǔn)金屬沉積和拋光技術(shù)，準(zhǔn)備出用于金屬布線(xiàn)限定的系統(tǒng)。在金屬圖形鑲嵌上后，半導(dǎo)體通過(guò)使用上述步驟準(zhǔn)備用于與附加層的進(jìn)一步互連。
任意地，上部掩膜層170可以是可光圖形化的，特別是正特性，此時(shí)將不需要最初的光刻膠層180。相似地，拋光阻擋層150可以是光圖形化的，特別是負(fù)特性，此時(shí)將不需要第二光刻膠380。
現(xiàn)在參見(jiàn)附圖5，顯示了描述使用三層電介質(zhì)和三層硬掩膜的本發(fā)明實(shí)施例的截面圖，其中在構(gòu)造三層硬掩膜期間，拋光阻擋層和上部掩膜層在每一次沉積過(guò)后立即被圖形化。假如使用光定義的拋光阻擋層和上部掩膜層時(shí)，該方法可能是方便的。這個(gè)例子的目的是，三層電介質(zhì)包括有機(jī)槽和通孔的水平電介質(zhì)材料以及無(wú)機(jī)蝕刻阻擋層，以及當(dāng)蝕刻緩沖材料是有機(jī)時(shí)拋光阻擋層和上部掩膜材料是無(wú)機(jī)的。參見(jiàn)附圖5，該系統(tǒng)的截面示意圖顯示了構(gòu)造和圖形化三層掩膜和下面的三層電介質(zhì)的方法。在包含有第一級(jí)器件備接觸或者互連圖形的襯底上，形成銅擴(kuò)散屏蔽110。該銅擴(kuò)散屏蔽優(yōu)選是CVD氮化硅，更優(yōu)選的是自旋聚合體。通過(guò)應(yīng)用相應(yīng)的沉積方法以及固化由通孔電介質(zhì)120、蝕刻阻擋層130和上部電介質(zhì)層140構(gòu)成三層電介質(zhì)，優(yōu)選通孔旋轉(zhuǎn)涂覆。圖形化的拋光阻擋層750被沉積并且使用槽圖形808來(lái)圖形化。優(yōu)選地，該層使用標(biāo)準(zhǔn)光刻和干法蝕刻技術(shù)來(lái)溶劑涂覆和圖形化，更優(yōu)選地，通過(guò)對(duì)光敏性的圖形化拋光阻擋層750材料進(jìn)行直接照射來(lái)進(jìn)行，如附圖5a所示。蝕刻緩沖層160被沉積，優(yōu)選地在圖形化拋光阻擋層750上通過(guò)溶劑涂覆，如附圖5b所示。圖形化的上部掩膜770相應(yīng)地被應(yīng)用和使用通孔圖形812圖形化。優(yōu)選地，該層使用標(biāo)準(zhǔn)光刻和干法蝕刻工藝來(lái)溶劑涂覆和圖形化，更優(yōu)選地，通過(guò)對(duì)光敏性的上部掩膜770材料進(jìn)行直接照射來(lái)進(jìn)行，如附圖5c所示。晶片被放置在活性離子腐蝕工具中，通過(guò)使用氧化或者還原的等離子體蝕刻，通孔圖形被首先轉(zhuǎn)移到蝕刻緩沖層160和上部電介質(zhì)140層中，如附圖5d中所示。在附圖5e中，通孔圖形通過(guò)含有等離子的氟的蝕刻被轉(zhuǎn)移到蝕刻阻擋層130中。該蝕刻步驟也去除了圖形化的上部掩膜770。系統(tǒng)被最后的暴露到氧化或者還原的等離子體中，把槽圖形轉(zhuǎn)移到上部電介質(zhì)140中，把通孔圖形轉(zhuǎn)移到通孔電介質(zhì)120中，并且去除蝕刻緩沖層160，如附圖5f所示。最后的步驟是使用調(diào)整后的氟等離子體去除薄的屏蔽層110，暴露出下部電路元件或者互連結(jié)構(gòu)。這種方法使用標(biāo)準(zhǔn)的金屬沉積和拋光技術(shù)，準(zhǔn)備出用于金屬布線(xiàn)限定的系統(tǒng)。在金屬圖形鑲嵌上后，半導(dǎo)體通過(guò)使用上述步驟準(zhǔn)備用于與附加層的進(jìn)一步互連。
假如系統(tǒng)是帶有有機(jī)蝕刻阻擋層的無(wú)機(jī)電介質(zhì)，拋光阻擋層、蝕刻緩沖層和上部掩膜層將會(huì)分別是有機(jī)的、無(wú)機(jī)的和有機(jī)的，在每一個(gè)步驟的蝕刻化學(xué)將會(huì)與上面對(duì)應(yīng)的內(nèi)容相反。
現(xiàn)在參見(jiàn)附圖6，顯示了描述使用單片電介質(zhì)和三層硬掩膜的本發(fā)明實(shí)施例的截面圖，其中在構(gòu)造三層硬掩膜期間，拋光阻擋層和上部掩膜層在每一次沉積過(guò)后立即被圖形化。假如使用光定義的拋光阻擋層和上部掩膜層，該方法可能是方便的。這個(gè)例子的目的是，單片電介質(zhì)由有機(jī)電介質(zhì)材料組成，以及當(dāng)蝕刻緩沖材料是有機(jī)時(shí)拋光阻擋層和上部掩膜材料是無(wú)機(jī)的。在包含有第一級(jí)器件接觸部或者互連圖形的襯底上，形成銅擴(kuò)散屏蔽層110。該銅擴(kuò)散屏蔽層優(yōu)選是CVD氮化硅，更優(yōu)選的是自旋聚合體。單片電介質(zhì)(MD)125，優(yōu)選地通過(guò)隨后固化的溶劑涂覆來(lái)施加。如附圖6a所示，圖形化的拋光阻擋層750被沉積并且使用槽圖形808來(lái)圖形化。優(yōu)選地，該層使用標(biāo)準(zhǔn)光刻和干法蝕刻技術(shù)來(lái)溶劑涂覆和圖形化，更優(yōu)選地，通過(guò)對(duì)光敏性的圖形化拋光阻擋層750的材料進(jìn)行直接照射來(lái)進(jìn)行。蝕刻緩沖層160被沉積，優(yōu)選地在圖形化的拋光阻擋層750上通過(guò)溶劑涂覆，如附圖6b所示。圖形化的上部掩膜770相應(yīng)地被應(yīng)用和使用通孔圖形812圖形化。優(yōu)選地，該層使用標(biāo)準(zhǔn)光刻和干法蝕刻工藝來(lái)溶劑涂覆和圖形化，更優(yōu)選地，通過(guò)對(duì)光敏性的上部掩膜770材料進(jìn)行直接照射來(lái)進(jìn)行，如附圖6c所示。晶片被放置在RIE工具中，通過(guò)使用氧化或者還原的等離子體蝕刻，通孔圖形被首先轉(zhuǎn)移到蝕刻緩沖層160中，接著部分轉(zhuǎn)移到單片電介質(zhì)125中，如附圖6d中所示。在附圖6e中，圖形化的上部掩膜770被含有等離子體的氟去除。系統(tǒng)被最后的暴露到氧化或者還原的等離子體中，把槽圖形和接觸部圖形轉(zhuǎn)移到單片電介質(zhì)125中，并且去除蝕刻緩沖層125，如附圖6f所示。最后的步驟是使用調(diào)整后的氟等離子體去除薄的屏蔽層110，暴露出下部電路元件或者互連結(jié)構(gòu)。這種方法使用標(biāo)準(zhǔn)的金屬沉積和拋光技術(shù)，準(zhǔn)備出用于金屬布線(xiàn)限定的系統(tǒng)。在金屬圖形鑲嵌上后，半導(dǎo)體通過(guò)使用上述步驟準(zhǔn)備用于與附加層的進(jìn)一步互連。
當(dāng)使用多孔電介質(zhì)層時(shí)，小孔將會(huì)在蝕刻之前或者之后形成，假如在蝕刻之后時(shí)，則可能在金屬化之前或者之后。然而，為確保用于掩膜系統(tǒng)的水平面，在至少一個(gè)上部硬掩膜材料被施加后形成小孔會(huì)更好。因此，對(duì)通過(guò)從基質(zhì)電介質(zhì)材料中去除熱不穩(wěn)定性孔隙原材料形成的多孔電介質(zhì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，選擇孔隙原和掩膜層使得孔隙原或者孔隙原的熱不穩(wěn)定性分解物能夠通過(guò)硬掩膜擴(kuò)散會(huì)更好。優(yōu)選地，那時(shí)硬掩膜層具有小于1.5g/cm2的密度。
假如系統(tǒng)是帶有有機(jī)蝕刻阻擋層的無(wú)機(jī)電介質(zhì)，拋光阻擋層、蝕刻緩沖層和上部掩膜層將會(huì)分別是有機(jī)的、無(wú)機(jī)的和有機(jī)的，在每一個(gè)步驟的蝕刻化學(xué)將會(huì)與上面對(duì)應(yīng)的內(nèi)容相反。
當(dāng)具有需要的介電常數(shù)的任何已知電介質(zhì)材料被用于本發(fā)明時(shí)，優(yōu)選有機(jī)電介質(zhì)，特別是聚合體。更優(yōu)選的電介質(zhì)材料包括有機(jī)聚合體，其是具有二烯親和物和二烯烴的單體通過(guò)狄爾斯阿爾德(DielsAlder)反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物。特別地，優(yōu)選的有機(jī)聚合體是那些包括茂基和乙烯功能基(特別是苯基乙酸)的單體的反應(yīng)產(chǎn)品。為了在最后的層中獲得需要的交叉連接性能，至少某些單體必不可少地具有至少三個(gè)功能基。
假如需要多孔電介質(zhì)材料，基質(zhì)材料或基本電介質(zhì)材料可以包含孔隙原，優(yōu)選的是熱不穩(wěn)定性的孔隙原。這些孔隙原材料的實(shí)例有線(xiàn)性的、分杈的、星形的、圓頭的、樹(shù)狀的、以及交叉連接的低聚體和聚合體。一個(gè)優(yōu)選的孔隙原形態(tài)是交叉連接的毫微組分(nanoparticles)的聚合體?？紫对我獾嘏c基質(zhì)化學(xué)結(jié)合，例如，通過(guò)反應(yīng)基的內(nèi)含物被結(jié)合到基質(zhì)。用于孔隙原的合適的化學(xué)物質(zhì)部分依賴(lài)于基質(zhì)材料的選擇。優(yōu)選地，孔隙原的分解溫度大約是250攝氏度到400攝氏度之間。適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)物質(zhì)包括聚苯乙烯類(lèi)比如聚苯乙烯和聚α甲基苯乙烯，聚丙烯腈類(lèi)，聚氧化乙烯類(lèi)，聚氧化丙烯類(lèi)，聚乙烯類(lèi)，聚乳酸類(lèi)，聚硅氧烷類(lèi)，聚己酸內(nèi)酯類(lèi)，聚氨酯類(lèi)，聚異丁烯酸鹽類(lèi)，聚甲基丙烯酸酯類(lèi)，聚丙烯酸酯類(lèi)，聚丁二烯類(lèi)，聚異戊二烯，聚酰胺類(lèi)，聚四氫呋喃類(lèi)，聚氯丙烯類(lèi)，聚縮醛類(lèi)，帶末端胺基的環(huán)氧烷烴類(lèi)(amine-capped alkylene oxides)，聚交酯類(lèi)，聚氧化丙烯類(lèi)，以及乙二醇/聚己酸內(nèi)酯類(lèi)。
由于蝕刻阻擋層和任意地拋光阻擋層與器件一起保留，對(duì)這些材料來(lái)說(shuō)一樣需要低介電常數(shù)。由于優(yōu)選的電介質(zhì)材料是有機(jī)的，所以?xún)?yōu)選的蝕刻阻擋層和拋光阻擋層材料是無(wú)機(jī)的。優(yōu)選的無(wú)機(jī)材料是交叉結(jié)合的有機(jī)硅氧烷。該有機(jī)硅氧烷優(yōu)選的是從水解或者部分水解反應(yīng)的替代的烷氧基硅烷或者替代酸基硅烷的產(chǎn)物中形成。
烷氧基或者酸基的水解產(chǎn)生混合的未水解、部分水解、全部水解的和低聚的烷氧基硅烷或酸基硅烷的混合物。當(dāng)水解的或者部分水解的烷氧基硅烷或酸基硅烷與其它烷氧基硅烷或者酸基硅烷反應(yīng)產(chǎn)生水、醇或酸和一個(gè)Si-O-Si鍵的時(shí)候發(fā)生低聚合。這里使用的術(shù)語(yǔ)“水解的烷氧基硅烷”或者“水解的酸基硅烷”包括任何程度的水解，部分的或者完全的，以及低聚的。水解前，替代烷氧基或者酸基硅烷優(yōu)選為以下分子式 其中，R為C1-C6亞烷基、C1-C6亞烴基、亞芳基或一個(gè)直接鍵(directbond)；Y為C1-C6烷基、C2-C6鏈烯基、C2-6炔基、C6-20芳基、3-甲基丙烯酚氧基、3-丙烯酰氧基、3-氨基乙基-氨基、3-氨基、-SiZ2OR’或-OR’；R’在每次出現(xiàn)時(shí)為一個(gè)獨(dú)立的C1-C6烷基或C2-C6?；籞為C1-C6烷基、C2-C6鏈烯基、C2-6炔基，C6-20芳基或-OR’。術(shù)語(yǔ)“亞烷基”指的是一種附屬在相同碳原子上的脂肪族烴基。術(shù)語(yǔ)“亞烴基”指的是一種符合分子式-(CnH2n)-的基。術(shù)語(yǔ)“芳基”指的是一種芳族基，“芳族”是如莫里森(Morrison)和博伊德(Boyd)在《有機(jī)化學(xué)》(Organic Chemistry)1973年第三版中描述的，定義為含有(4n+2)個(gè)電子。術(shù)語(yǔ)“亞芳基”指的是一種具有兩個(gè)附屬點(diǎn)的芳基。術(shù)語(yǔ)“烷基”涉及飽和脂肪族基團(tuán)，如甲基、乙基等。“鏈烯基”涉及含有至少一個(gè)雙鍵的烷基，如乙烯、丁烯等?！叭不鄙婕昂兄辽僖粋€(gè)碳—碳三鍵的烷基?！胺踊鄙婕耙环N具有-C(O)R結(jié)構(gòu)的基團(tuán)(例如，一個(gè)C2?；礊?C(O)CH3)?！八峄鄙婕耙环N具有-OC(O)R結(jié)構(gòu)的基團(tuán)。在前描述的基團(tuán)也可以含有其它的取代基，如鹵素、烷基、芳基和雜基，如醚、肟(基)酮、酯、酰胺，或酸或堿部分，例如，梭基的、環(huán)氧的、氨基的、磺酸基的或疏基的，只要烷氧基硅烷同涂層組合物的其它組分相容。優(yōu)選地，所用的硅烷為硅烷的混合物。硅烷可以為烷氧基硅烷、酸基硅烷、三烷氧基硅烷、三乙酸基硅烷、二烷氧基硅烷、二乙酸基硅烷、四烷氧基硅烷或四乙酸基硅烷。一些直接附著到硅原子上的有機(jī)基團(tuán)的實(shí)例可以為苯基、甲基、乙基、乙丙烯酰氧丙基(ethacryloxyprl)、氨丙基、3-氨基乙基氨丙基、乙烯基、芐基、雙環(huán)庚烯基、環(huán)己烯基乙基、環(huán)己基、環(huán)戊二烯基丙基、7-辛-1-烯基、苯乙基、烯丙基或乙酸基。硅烷優(yōu)選通過(guò)無(wú)溶劑工藝水解或部分水解。硅烷保持有機(jī)部分甚至在固化之后一些有機(jī)基仍然直接鍵連到硅原子上。為了在硬掩膜層或蝕刻阻擋層中平衡所需特性，可以使用硅烷的混合物。例如，申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將芳基烷氧基或芳基酸基硅烷(例如，苯基三甲氧基硅烷)與具有不飽和碳—碳鍵基團(tuán)(例如，鏈烯基或烯炔酸烷基(alkyidenyl)部分如乙烯基或苯基乙炔基)的烷氧基硅烷或酸基硅烷結(jié)合使用，將會(huì)為優(yōu)選的有機(jī)聚合物電介質(zhì)材料提供優(yōu)良的潤(rùn)濕、涂覆和粘合性能，特別是那些具有附加碳—碳不飽和鍵的芳族聚合物。芳族取代硅烷的存在同樣提高了單個(gè)硅烷體系中的濕度靈敏性和介電常數(shù)。而且，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將烷基烷氧基硅烷或烷基酸基硅烷(例如，甲基三甲氧基硅烷或乙基三甲氧基硅烷)與芳基和不飽和取代的硅烷結(jié)合使用，能夠進(jìn)一步提高所得的薄膜的濕度保持力/排除力和降低介電常數(shù)。而且，一烷氧基，一酸基、二烷氧基、二酸基、三烷氧基、三酸基、四烷氧基硅烷或四酸基硅烷的混合物可以以混合物的狀態(tài)使用并能夠增強(qiáng)蝕刻選擇性，分支調(diào)節(jié)性等等。
特別地，優(yōu)選下列組合物，該組合物是混合物的水解或部分水解的產(chǎn)物，該混合物包括(a)50-95摩爾％的硅烷，具有分子式 其中Ra為C1-C6亞烷基、C1-C6亞烴基、亞芳基或一個(gè)直接鍵；Ya為C1-C6烷基、C2-C6鏈烯基、C2-6炔基、C6-20芳基、3-甲基丙烯酚氧基、3-丙烯酰氧基、3-氨基乙基—氨基、3-氨基、-SiZa2ORa’或-OR’；Ra’在每次出現(xiàn)時(shí)為一個(gè)獨(dú)立的C1-C6烷基或C2-C6?；?；Za為C1-C6烷基、C2-C6鏈烯基、C2-6炔基、C6-20芳基或-ORa’，只要至少一個(gè)Za或Ra-Ya結(jié)合起來(lái)含有一個(gè)非芳族碳碳不飽和鍵。
(b)5-40摩爾％ 其中Rb為C1-C6亞烷基、C1-C6亞烴基、亞芳基或一個(gè)直接鍵；Yb為C1-C6烷基、C2-C6鏈烯基、C2-6炔基、C6-20芳基、3-甲基丙烯酚氧基、3-丙烯酰氧基、3-氨基乙基-氨基、3-氨基、-SiZb2ORb’或-OR’；Rb’在每次出現(xiàn)時(shí)為一個(gè)獨(dú)立的C1-C6烷基或C2-C6酰基；Zb為C1-C6烷基、C2-C6鏈烯基、C2-6炔基、C6-20芳基或-ORb’，只要至少一個(gè)Zb或Rb-Yb結(jié)合起來(lái)含有一個(gè)芳族環(huán)。
(c)0-45摩爾％ 其中Rc為C1-C6亞烷基、C1-C6亞烴基、亞芳基或一個(gè)直接鍵；Yc為C1-C6烷基、C2-C6鏈烯基、C2-6炔基、C6-20芳基、3-甲基丙烯酚氧基、3-丙烯酰氧基、3-氨基乙基—氨基、3-氨基、-SiZc2ORc’或-OR’；Rc’在每次出現(xiàn)時(shí)為一個(gè)獨(dú)立的C1-C6烷基或C2-C6?；籞c為C1-C6烷基、C2-C6鏈烯基、C2-6炔基、C6-20芳基或-ORc’，只要至少一個(gè)Zc或Rc-Yc結(jié)合起來(lái)含有一個(gè)鏈烯基。摩爾百分比基于存在的硅烷(a)、(b)和(c)的總摩爾數(shù)。
雖然本發(fā)明是根據(jù)附圖進(jìn)行具體描述，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易認(rèn)識(shí)到對(duì)具體例子的一些變化，而那些變化將會(huì)落入本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍之內(nèi)。相應(yīng)地，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以進(jìn)行很多調(diào)整，它們都不會(huì)脫離權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
實(shí)施例多層疊層按照下列步驟準(zhǔn)備1)粘合促進(jìn)劑，Dow AP5000，在600rpm時(shí)被施加在裸硅晶片上，以3000rpm旋轉(zhuǎn)30秒，在185攝氏度下烘烤90秒。
2)孔電介質(zhì)的原溶液通過(guò)部分地聚合雙環(huán)戊二烯酮功能化單體和三苯乙炔功能化單體的混合物被制備，以及以交叉連接的微粒為基礎(chǔ)的聚苯乙烯如美國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮?0/077646(律師登記號(hào)是61568)中的例子所述通過(guò)微乳劑聚合來(lái)制備。微粒量占總量的20％。在600rpm時(shí)原溶液被施加到粘合促進(jìn)劑層之上，在3000rpm時(shí)旋轉(zhuǎn)30秒，150攝氏度時(shí)在氮?dú)庵泻婵?分鐘，最后在400攝氏度時(shí)在氮?dú)庵泻婵?分鐘。烘烤使樹(shù)脂基質(zhì)交叉連接，但是沒(méi)有去除交叉連接的微粒，由此生成全密度的接觸電介質(zhì)層。
3)如WO 02/16477中所述，可交叉連接的有機(jī)硅氧烷低聚組合原物通過(guò)水解和后續(xù)的乙烯基三乙酰氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷的共聚來(lái)制備?？山徊孢B接的有機(jī)硅氧烷溶液被稀釋到在Dowanol PMA中是8％固體。該溶液在60rpm時(shí)被施加到接觸電介質(zhì)層上，以3000rpm旋轉(zhuǎn)30秒，在265攝氏度時(shí)烘烤60秒；從而，生成了蝕刻阻擋層。
4)如上所述第二次加入的原始溶液在600rpm時(shí)被施加到蝕刻阻擋層上，在3000rpm時(shí)旋轉(zhuǎn)30秒，150攝氏度時(shí)在氮?dú)庵泻婵?分鐘，最后在400攝氏度時(shí)在氮?dú)庵泻婵?分鐘。由此生成了全密度的槽電介質(zhì)層。
5)上所述的第二次加入的可交叉連接的有機(jī)硅氧烷溶液被稀釋到在Dowanol PMA中是15％固體。該溶液在600rpm時(shí)被施加到槽電介質(zhì)層上，在3000rpm時(shí)旋轉(zhuǎn)30秒，在265攝氏度時(shí)烘烤60秒；從而生成一個(gè)拋光阻擋層。
6)ILK-ITM電介質(zhì)樹(shù)脂(來(lái)自Dow化學(xué)公司)在600rpm時(shí)被施加到拋光阻擋層上，以3000rpm旋轉(zhuǎn)30秒，320攝氏度時(shí)在氮?dú)庵泻婵?0秒，最后在400攝氏度時(shí)在氮?dú)庵泻婵?分鐘。
7)最后，第三次加入的可交叉連接的有機(jī)硅氧烷溶液在600rpm時(shí)被施加到SILK樹(shù)脂層上，在3000rpm時(shí)旋轉(zhuǎn)30秒，在265攝氏度時(shí)烘烤60秒；從而生成一個(gè)上部硬掩膜層。
總的來(lái)說(shuō)，七層使用所提到的交互組合物被相繼施加到硅晶片上，并且間隔烘烤以交叉連接所述的每一層。這些烘烤不影響在微?；A(chǔ)上的包含了交叉連接的聚苯乙烯的預(yù)先層的密度。
旋轉(zhuǎn)涂覆后，晶片樣品在室溫下氮?dú)庵斜环胖迷诳鞠?，升溫?30攝氏度超過(guò)一小時(shí)，在430攝氏度時(shí)保持40分鐘。冷卻到室溫后，通過(guò)肉眼檢查發(fā)現(xiàn)該多層沒(méi)有缺陷。通過(guò)顯微鏡檢查發(fā)現(xiàn)交叉連接的微粒已經(jīng)通過(guò)降解和隨后的演化被去除，通過(guò)包含在結(jié)構(gòu)中的多層掩膜，從而，如附圖7中所述，在單獨(dú)熱處理中再現(xiàn)接觸部和帶有減少介電常數(shù)的槽電介質(zhì)多孔體。
權(quán)利要求
1.種制品，含有a)一襯底；b)在襯底上的包括具有小于3.0的介電常數(shù)的上部的電介質(zhì)疊層；c)在電介質(zhì)疊層上的第一掩膜層，該第一掩膜層能夠抵抗用來(lái)去除銅的化學(xué)機(jī)械拋光方法的蝕刻，而且第一層具有相對(duì)于電介質(zhì)疊層上部的蝕刻選擇性；d)第一掩膜層上的第二掩膜層，第二掩膜層具有相對(duì)于第一掩膜層的蝕刻選擇性，還具有與電介質(zhì)疊層上部相近似的蝕刻特性；以及e)在第二掩膜層上的第三掩膜層，第三掩膜層具有相對(duì)于第二掩膜層的蝕刻選擇性，還具有與第一掩膜層相近似的蝕刻特性。
2.如權(quán)利要求1所述的制品，其中電介質(zhì)疊層包括下部有機(jī)電介質(zhì)層、上部有機(jī)電介質(zhì)層和位于兩者之間的無(wú)機(jī)蝕刻阻擋層。
3.如權(quán)利要求2所述的制品，其中有機(jī)電介質(zhì)層是多孔的。
4.如權(quán)利要求2所述的制品，其中有機(jī)電介質(zhì)層在有機(jī)基質(zhì)物質(zhì)內(nèi)，在離散區(qū)域中包含熱不穩(wěn)定性的孔隙原。
5.如權(quán)利要求2所述的制品，其中第一掩膜層和第三掩膜層都是無(wú)機(jī)的，第二掩膜層是有機(jī)的。
6.如權(quán)利要求5所述的制品，其中蝕刻阻擋層與第一掩膜層和第三掩膜層中的至少一個(gè)是相同的。
7.如權(quán)利要求1所述的制品，其中第一硬掩膜層與電介質(zhì)疊層上部的蝕刻選擇性比率大于7∶1。
8.如權(quán)利要求1所述的制品，其中第二硬掩膜層與電介質(zhì)疊層上部的蝕刻選擇性比率小于3∶1。
9.如權(quán)利要求1所述的制品，其中第三掩膜層與第一硬掩膜層的蝕刻選擇性比率小于3∶1。
10.如權(quán)利要求2所述的制品，其中第一硬掩膜層與蝕刻阻擋層的蝕刻選擇性比率小于3∶1。
11.一種權(quán)利要求1-10中任意一種制品的電介質(zhì)疊層中的槽和通孔的形成方法，其中電介質(zhì)疊層包括具有近似蝕刻特性的下部和上部，以及位于上部和下部之間的蝕刻阻擋層，其具有相對(duì)于上部和下部的蝕刻選擇性，b)依據(jù)槽的圖形圖形化第一掩膜層；c)使用通孔圖形圖形化蝕刻阻擋層；d)把槽的圖形蝕刻進(jìn)電介質(zhì)疊層上部，以形成至少一個(gè)槽，以及把通孔圖形蝕刻進(jìn)電介質(zhì)疊層下部，以形成至少一個(gè)通孔；e)在槽和通孔中沉積金屬；f)拋光多余金屬，其中第一掩膜層作為拋光阻擋層，其中在圖形化第一掩膜層或蝕刻阻擋層期間，第三掩膜層的至少一實(shí)質(zhì)部分被去除，在蝕刻電介質(zhì)疊層期間，第二掩膜層的至少一實(shí)質(zhì)部分被去除。
12.在電介質(zhì)中形成槽和通孔的方法，包括a)提供權(quán)利要求1和權(quán)利要求7-10中的制品，其中電介質(zhì)疊層包括一單層，該單層具有將要形成槽的上部和將要形成通孔的下部；b)施加第一掩膜層，第一掩膜層在拋光步驟中作為阻擋層以及具有相對(duì)于電介質(zhì)層的蝕刻選擇性；c)施加第二掩膜層，第二掩膜層具有相對(duì)于第一掩膜層的蝕刻選擇性；d)施加第三掩膜層，第三掩膜層具有相對(duì)于第二掩膜層的蝕刻選擇性并且與第一掩膜層的蝕刻特性近似；e)據(jù)槽的圖形圖形化第二和第三掩膜層；f)根據(jù)通孔圖形圖形化第一掩膜層；g)把通孔圖形部分蝕刻進(jìn)電介質(zhì)層；h)根據(jù)第二和第三掩膜層中的槽的圖形圖形化第一掩膜層，同時(shí)去除第三掩膜層的實(shí)質(zhì)部分；i)繼續(xù)電介質(zhì)層的蝕刻，從而在電介質(zhì)層下部形成至少一個(gè)通孔，在電介質(zhì)層上部形成至少一個(gè)槽；j)其中在圖形化第一掩膜層或蝕刻阻擋層期間，第三掩膜層被充分地去除，在蝕刻電介質(zhì)疊層期間，第二掩膜層被充分地去除；k)在通孔和槽中沉積金屬；l)拋光多余的金屬，其中第一掩膜層作為拋光阻擋層。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其中所有的層通過(guò)溶劑涂覆來(lái)施加。
14.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其中電介質(zhì)層在電介質(zhì)基質(zhì)材料內(nèi)，在離散區(qū)域中包含熱不穩(wěn)定性的孔隙原，并且在施加了至少一個(gè)硬掩膜層后通過(guò)加熱去除孔隙原。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中孔隙原或者孔隙原的熱分解物擴(kuò)散通過(guò)硬掩膜層中的至少一個(gè)。
16.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其中第一硬掩膜層是可光定義的，并且通過(guò)成像曝光輻射和顯影來(lái)圖形化。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在第一硬掩膜層上形成槽圖形的步驟包括在第三硬掩膜層上施加光刻膠，使用槽圖形成像和顯影光刻膠，把槽圖形蝕刻進(jìn)第三硬掩膜層，把槽圖形蝕刻進(jìn)第二硬掩膜層，以及把槽圖形蝕刻進(jìn)第一硬掩膜層。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中在把槽圖形蝕刻進(jìn)第一硬掩膜層之前施加第二光刻膠材料，使用通孔圖形成像和顯影第二光刻膠，通孔圖形被蝕刻進(jìn)第一硬掩膜層中，接著被蝕刻進(jìn)電介質(zhì)疊層上部中，接著蝕刻阻擋層和第一硬掩膜被同時(shí)蝕刻，在第一硬掩膜層中形成槽圖形，在蝕刻阻擋層中形成通孔圖形。
19.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其中第三硬掩膜層是可光定義的。
20.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其中第一和第三硬掩膜層彼此的蝕刻選擇性比率小于5∶1。
21.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其中第一硬掩膜層與電介質(zhì)疊層上部的蝕刻選擇性比率大于7∶1。
22.如權(quán)利要求11所述的方法，其中第一硬掩膜層與蝕刻阻擋層的蝕刻選擇性比率小于3∶1。
23.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其中第一和第三硬掩膜層中的至少一個(gè)是可光定義的。
24.如權(quán)利要求12所述的方法，其中槽圖形被形成在第一掩膜層中，通孔圖形被形成在第二和第三掩膜層中，通孔圖形被部分蝕刻進(jìn)電介質(zhì)層中，接著第三掩膜層被去除，繼續(xù)電介質(zhì)層的蝕刻，從而在電介質(zhì)層下部形成至少一個(gè)通孔，在電介質(zhì)層上部形成至少一個(gè)槽，其中在蝕刻電介質(zhì)疊層的過(guò)程中第二掩膜層被充分去除。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中第一硬掩膜層是可光定義的，并且槽圖形是通過(guò)把該層暴露在輻射的活性波長(zhǎng)下并使該層顯影而形成的。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其中電介質(zhì)層在電介質(zhì)基質(zhì)材料內(nèi)，在離散區(qū)域中包含熱不穩(wěn)定性的孔隙原，在施加了至少一個(gè)硬掩膜層后通過(guò)加熱去除孔隙原，以至于孔隙原或孔隙原的熱分解物擴(kuò)散通過(guò)硬掩膜層中的至少一個(gè)。
27.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其中第三掩膜層不是可光定義的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)于銅基礎(chǔ)的雙波紋集成方法，其使用具有交替蝕刻選擇特性的三個(gè)上部硬掩膜層(150，160，170)，比如無(wú)機(jī)/有機(jī)/無(wú)機(jī)層的，在低K(low－k)電介質(zhì)疊層(120，130，140)中布線(xiàn)。
文檔編號(hào)H01L21/033GK1647263SQ03807757
公開(kāi)日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2003年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月2日
發(fā)明者P·H·湯森三世, L·K·米爾斯, J·J·M·維特盧斯, R·J·斯特利特馬特 申請(qǐng)人:陶氏環(huán)球技術(shù)公司