TW200811996A

TW200811996A - Structures and methods for low-K or ultra low-K interlayer dieletric pattern transfer

Info

Publication number: TW200811996A
Application number: TW096115647A
Authority: TW
Inventors: James J Bucchignano; Gerald W Gibson; Mary B Rothwell; Roy R Yu
Original assignee: Ibm
Priority date: 2006-05-08
Filing date: 2007-05-02
Publication date: 2008-03-01
Also published as: CN101553907B; US20070259291A1; US20100196806A1; EP2024993A1; EP2024993A4; WO2007133472A1; US7695897B2; CN101553907A

Description

200811996 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明大致關於形成在如國際半導體技術藍圖 (International Technology Roadmap for Semiconductor, ITRS)所稱之半導體元件的次 6〇奈米世代中之内連線圖案，包括45奈米節點、33奈米節點與22奈米節點元件。更特定地，本發明係關於微影光阻圖案化與光阻圖案轉移至硬質光罩堆疊（hard mask stack )，且接著轉移至低 k(即，具有在約2.2至約3.5範圍之介電常數k)或超低 k(即，具有低於2.4之介電常數k)層間介電結構，以用於在上述尺寸中形成至少一内連線圖案。【先前技術】在習知内連線圖案形成製程中，硬質光罩層首先形成在ILD層（内連線圖案係形成於其中）上，且光或電子束敏感光阻層接著覆蓋至硬質光罩上方。光阻層以光微影或電子束微影術成相，接著使微影影像於光阻層中顯影成相對應圖案。因為有機光阻層在影像顯影製程時的可崩續 (collapsible)特性，光阻圖案的深寬比（aspect raU〇)(即光阻圖案的厚度或高度相對於其寬度）需要不大於約2:ι。例如，針對60奈米光阻特徵，最大光阻層厚度為約奈米。光阻圖案具有更巧的深寬比對於後續圖案轉移為期望的，即較厚的光陣層係提供下方層中被遮蓋之區域有棱多的保護，但其可造成在影像顯影製程期間於光阻層中非 5 200811996 期望的崩塌現象。光阻層至 ILD層之圖案轉移典型地包含兩步驟。首先，圖案自光阻層轉移至硬質光罩層。硬質光罩層執行兩功能，即其一方面維持或強化所轉移圖案的深寬比，且另一方面，其形成用於後續金屬線之化學機械研磨（CMP)的終止層。接著，圖案自硬質光罩層轉移至ILD層。在圖案轉移製程期間係使用硬質光罩層，因為有機光阻材料並不適合藉由反應性離子蝕刻（RIE)而直接將圖案轉移至ILD層。因此，藉由首先在相容於光阻加工之化學環境中而將圖案自光阻層轉移至硬質光罩層，並特別地選擇不相容於光阻加工之化學品而接著使用於ILD層的圖案化，因而可造成金屬線的較佳影像輪廓與改善深寬比。當互補金屬氧化物半導體（CMOS)元件持續從90奈米節點與65奈米節點縮小至45奈米節點及更小時，整體内連線尺寸因此自1 0 5奈米與8 0奈米縮小至6 0奈米且更小。整體尺寸縮小對於光阻圖案尺寸增加顯著的限制。一方面，在半導體元件中整體尺寸的降低不僅會導致内連線圖案之線寬縮小，且亦會使得此等内連線圖案間之線間距減少。對於正光阻（p 〇 s i t i v e r e s i s t )，光阻圖案之寬度係由所形成内連線圖案間之線間距決定。因此，半導體元件中整體尺寸縮小會造成光阻圖案的寬度縮小。然而，如前所述，光阻圖案的深寬比（即，光阻圖案的厚度或高度相對於其寬度）需要維持在不大於約2 :1，以避免光阻圖案在影像顯影製程期間崩塌。因此，在次60奈米節點元 6 200811996 件中，光阻厚度需要相對地降低，以避免光阻層中的結構崩塌。另一方面，圖案化的光阻層必須具有足夠的厚度，以對下方介電層提供有效遮罩，並且避免下方介電層之被遮罩區域在後續圖案轉移期間受到損害。典型地，當下方介電層愈厚，圖案轉移製程所需時間愈長，而圖案化光阻則必須愈厚。然而，在内連線縮小時有數個無法縮小的因素 (non-scalable factors)會增加下方介電層之厚度。例如，在 CMOS元件結構中層間介電（ILD)材料之不同層係典型地以層間覆蓋層來覆蓋之。這些内連線覆蓋層係用作為維持ILD層之結構、處理與環境完整性，且其各自具有約300 埃（A)至5 00埃範圍間的厚度，其為不可縮小的。另一例子中，在各個ILD層中的金屬線係典型地形成在金屬襯墊上，該襯墊提供在金屬線與ILD表面間良好的黏著性，並可避免金屬線的氧化且防止金屬離子擴散至ILD材料中。金屬襯墊之層厚度係介於約1〇〇埃至200埃間，其亦為不可縮小的。另一例子中，在各ILD層之金屬線需要由内連線覆蓋層來覆蓋之，其作用為密封金屬線頂表面，且同時形成底部層，而用於使其它層接續沉積在其上。内連線覆蓋層典型地具有層厚度在約300埃至500埃之間，且其為不可縮小。如上所述之該些不可縮小的因素顯著地限制下方介電層的深度之可能降少。為了使光阻圖案成功地轉移至此種相對厚之下方介電層上，圖案化光阻必須具有足夠 7 200811996 厚度以承受延長之圖案轉移製程’並保護下方介電層之被遮罩區域。此種對光阻圖案厚度的限制，一方面為整體半導體尺寸的縮小，而另一方面為在介電深度之不可縮小因素，其會轉而限制硬質光罩結構（其可用於自光阻層至下方ILD 層的圖案轉移）的可能選擇。為了適應光阻圖案的厚度限制，傳統已使用兩種硬質光罩結構以形成90奈米節點結構，其可包括TaN系 (TaN-based)金屬硬質光罩層（MHM)結構與低溫氧化物系 (LTO系）硬質光罩結構，其中LTO系硬質光罩含有接近無摩擦力碳層（典型地係稱之為NFC，其為氫化類鑽石碳膜，並且可自日本合成橡膠（Japan Synthetic Rubber)購得）。

TaN系MHM結構含有複雜堆疊層，且每一層係執行不同作.用。首先，矽系抗反射塗覆（SiARC)層係直接地設置在光阻層下方’以在光阻成像步驟過程中吸收微影光，且避免光反射回光阻層。SiARC層進一步強化TaN MHM 層與光阻層之間的黏著。第二，具有高氮含量之TaN層係設置於SiARC層下，以作為金屬硬質光罩層，其亦提供用於光學重疊之光學透明度。第三，類鑽石碳（dian〇nd_Hke carbon，DLC)層係設置在TaN層下方以作為CMP終止層。最後，選擇性氧化物層可藉由四乙基原石夕酸鹽 (tetraethylorthosilicate，TEOS)系製程而形成在 ilD 結構上’以提供用於TaN系MHM結構之黏著強化層與用於ild 結構之氧阻障層。 200811996 在典型TaN系圖案轉移製程中，光阻層首先施加在 SlARC層上’且接著藉由基於光或電子束之微影術來顯影’以在其中形成所需圖案。在光阻層中的圖案藉由RIE 技術轉移至SiARC層、TaN MHM層與DLC層中。在RIE 製程期間’光阻被消耗，且SiARC/TaN-MHM/DLC堆疊接著使用為硬質光罩以進一步轉移圖案至ILD層中。圖案損害可發生在自SiARC/TaN-MHM/DLC硬質光罩堆豐圖案轉移至IDL層期間。因為在RIE製程期間，TaN MHM層不夠厚而無法保護ILD層之被遮蓋區域，故在rie 製程期間可添加高度可聚合成分（如ch3f)以避免TaN MHM層太快被腐蝕。然而，由此種可聚合成分形成之聚合物層會累積在欲轉移之圖案側壁上，導致轉移圖案之關鍵尺寸（CD)的顯著縮小，且增加轉移圖案表面上粗糙度。起因於TaN系圖案轉移製程之典型CD縮小可相當於約25 奈米。CD縮小不只顯著地縮小金屬線在9〇奈米節點與65 奈米節點的有用尺寸，亦導致在45奈米節點元件之完整圖案轉移失敗。解決CD縮小問題的一般方法為增加線寬以補償在 RIE製程期間發生之線寬縮小現象❶然而，増加線寬會導致在既定元件密度中相對的線間距降低，且縮小的線^距會轉而導致光阻寬度降低且光阻深寬比升高。莊、、、σ果，此方法不可避免地導致在45奈米元件或次45奈米節點元件（其中元件密度非常高）之光阻崩塌，且因此無法虑 %兩對於此種元件的可實行製程補救。 200811996 LTO系硬質光罩結構亦含有複雜堆疊層，從頂部至底部包括有：用於抗反射與黏著強化的SiARC層、LTO硬質光罩層，與NFC第二圖案轉移層。在典型LTO系圖案轉移製程中，光阻層係施加在SiARC層上，且藉由基於光或電子束的微影術來顯影，以在其中形成所需圖案。在光阻

層中的圖案接著藉由第一 RIE步驟轉移至SiARC層與LTO 硬質光罩層中。接者’圖案藉由第二RIE步驟轉移至Nfc 層。選定NFC層厚度使得SiARC/LTO/NFC堆 M作為硬質光罩以在圖案轉移期間保護下方ILD層之被遮 2區域。因為NFC第二圖案轉移層含有有機CH，其移除型地需要氧系RIE步驟。對於具有中至高介電常數（匕） =高密度ILD #料，LT0/NFC系、圖案轉移製程係為適人 ♦，因為此種高密度ILD材料可抵抗氧系RIE損害。然而， :,用低k或超低k ILD材料時’ LT〇/NFC系圖案轉移製成顯者圖案損害（其可相當於所轉移圖案之 Π加25奈米)’此乃因為低k至超…D材料二：

易遭到氧系RIE的攻擊。 I 因此對於可用於將圖案轉移至低k或超低kiLD 良圖案轉移方法與改良硬質光罩堆疊有持續的需要。【發明内容】本發明提供對於細微間籍大、、法。在本發明提供藉由距（fine pitch)線圖案轉移之新初始微影圖案定義之初始關鍵 10 闹婼减小之微影c D s可在 200811996 尺寸（critical dimensions，CDs)或線寬係小於目標CDs 線寬約1 0至1 5奈米。縮小的C D s或線寬會導致線間隔加以及光阻圖案的寬度增加。結果，光阻圖案的厚度可著增加（如約 40%)，而不會使深寬比增加。換言之，光圖案的垂直厚度增加，而不會使光阻崩塌的風險增加。縮小微影CDs所獲得之總光阻厚度係允許硬質光罩堆疊著地簡化。因此，本發明提供新穎的硬質光罩堆疊，其包括有下方氮化物（或富含氮化物）光罩層以及上方氧化 (或富含氧化物）光罩層，以將微影圖案自圖案化光阻層移至低k或超低k層間介電結構。此種簡化的硬質光罩疊對於將光阻圖案轉移至低k或超低k層間介電層且用形成超細微與超高密度線於其中係特別有用的。時恢復，其中含氧蝕刻化學條件係用於硬質光應性離子蝕刻（RIE)。在蝕刻化學條件中的氧氣加CDs或線寬至實質地與目標CDs相同，且其到在所形成開口中較低的邊緣粗糙度。在硬質程期間，圖案化光阻層係部分地被消耗。 ^接著，在後續RIE製程期間，低k或超低進行開口’其中係使用含氮蝕刻化學條件以達低k ILD材料對於光阻與硬質光罩堆疊之較性。光阻在後續RIE製程期間為完全消耗，且步的基於氧的剝離動作來移除光阻。在此方式 k或超低kILD層免受潛在氧氣的損害。主要罩堆疊係用作亦用作光罩開 k ILD 到低k 高餘刻不需要中，保包括象或增顯阻由顯僅物轉堆於程反增達製係超擇低化 11 200811996 合物片段之RIE殘餘物可藉由異丙醇系（IPA-based)清潔與沖洗步驟而輕易地移除，且不會引起任何CD損失。簡言之，本發明使得較厚光阻層之使用為可能，其提供較佳光阻完整性且降低光阻崩塌的風險，並且提供可將微影圖案轉移至低k或超低k ILD層的較簡單硬質光罩堆疊，而不會縮小或以其他方法折衷形成於低k或超低k ILD 層中最終圖案的CD。在一態樣中，本發明關於一種用於在層間介電結構中形成具有目標關鍵尺寸之内連線圖案的方法，其至少包含：形成一層間介電（ILD )結構，其包含一或多個層間介電層，各個層間介電層之介電常數係介於約1 · 5〜約3 · 5 之間；在ILD結構上形成一硬質光罩堆疊，其中該硬質光罩堆疊包含一下方氮化物光罩層與一上方氧化物光罩層；在硬質光罩堆疊上形成一光阻層；圖案化該光阻層以形成一或多個光阻開口，該些光阻開口之關鍵尺寸係小於目標關鍵尺寸約5奈米至約3 0奈米；透過光阻開口而圖案化硬質光罩堆疊，以形成一或多個硬質光罩開口，其中該些硬質光罩開口具有目標關鍵尺寸；以及透過該些硬質光罩開口而圖案化ILD結構，以形成一内連線圖案，且内連線圖案係與硬質光罩開口對準且藉此 12 200811996 亦具有目在此或富含氮有其他添一詞典？ (SiNx〇y ，特別指明較佳步驟而圖由第二反學條件。含氧蝕刻化學條件分地被消掉。因此進一步的氧損害。與沖洗步光阻成具有縮關鍵尺寸典型地介較厚的光厚度，且標關鍵尺寸。所使用之，，氮化物，，一詞典型地係指氮化矽（siNx) 之氮氧化矽（SiNx〇y，其中x>y)，且具有咬不具加物（除非特別指明）。在此所使用之，，氧化物” 这地係指氧化碎（Si0y)或富含氧之氮氧化石夕其中x<y)，且具有或不具有其他添加物（除非 )° 地，硬質光罩堆疊藉由第一反應性離子蝕刻（RIE) 案化’其使用含氧蝕刻化學條件，且ILI)結構藉應性離子蝕刻步驟而圖案化，其使用含氮Z刻Z 在本發明之特定實施例中，第一 RIE步驟係使用化學條件進行，且第二RIE步驟係使用含氮蝕刻進行。在第一 RIE步驟期間，圖案化光阻層係部耗，且接著在第二RIE步驟斯間則完全被消耗 ’在内連線圖案形成在ILD結構之後，並不需要基於氧之剝離步驟，且可避免對ILD結構之潛在 RIE飯刻殘餘物可藉由異丙醇系（ipA_base(j)清潔驟而輕易地移除。層較佳地藉由使用電子束微影術來圖案化，以形小的關鍵尺寸之光阻開口。更佳地，光阻開口之係小於目標關鍵尺寸約1 〇奈米至2 〇奈米，其可於約2 0奈米至6 0奈米之間。結果，可使用相對阻層（如較佳地具有介於約5 0 〇埃〜2 0 0 0埃之間更佳為介於約1000埃〜1600埃之間）而不會增加 13 200811996 光的埃其 k 雜含非地有層於非係倍烷、组位結: 於阻崩塌的風險。較佳地，下厚度係介於約〜500埃之間方氮化物光罩層與上方氧化物光罩層各自 100埃〜！〇〇〇埃之間，且更佳係介於約25〇 -或多個層間介電層可包含低k或超低k介電材料，介電常數介於約K5〜約3.5之間。較佳地，低让或超低介電材料係選自由無機介電材料、碳摻雜氧化物、氟摻氧化物、氟切玻璃（FSG)、A電聚合物、有機♦酸材料:

SlC〇H介電材料、旋轉塗佈介電材料、多孔介電材料、多孔介電材料及其混合物或複合物所組成之群組。較佳 ’但非必需的’此一或多個層間介電層各包含旋轉塗佈機石夕酸超低k介電材料。本發明之層間介電結構可更包含一或多個層間覆蓋，其各自位於一或多個層間介電層之一者上，且各自對層間介電層具有至少i 0: !之一蝕刻選擇性。較佳地，但必需的，各個層間覆蓋層包含一或多個材料，該些材料 ^自有機石夕倍半氧烧（〇rgan〇 siisesqUi〇xane)、氫合石夕半氧烷（hydrido silsesCjUi〇xane)、氫合有機矽倍半氧矽氧烷、矽倍半氧烷、碳化矽及其混和物或複合物所成之群組。在其匕態樣中，本發明為關於一種結構，該結構包含於層間介電（ILD)結構上的硬質光罩堆疊，其中該工⑶ 構包含一或多個iLD層，且各個ILD層之介電常數係介、’勺1·5〜約3.5之間，且其中上述之硬質光罩堆疊包括下 14 200811996 方氮化物光罩層與上方氧化物光罩層。較佳地，但非必需的，硬質光罩堆疊包含一或多個硬質光罩開口在其中，其延伸穿過下方氮化物光罩層與上方氧化物光罩層，且其中硬質光罩開口的關鍵尺寸係介於約 20奈米〜約60奈米之間。更佳地，該結構更包含圖案化光阻層，其係位於硬質光罩堆疊上方。圖案化光阻層之厚度係介於約5 00埃〜約 2 0 0 0埃之間，更佳地係介於約1 0 0 0埃〜約1 6 0 0埃之間，且其可包含一或多個光阻開口，該些光阻開口的關鍵尺寸係小於硬質光罩開口的關鍵尺寸約5奈米至約3 0奈米之間。再者，ILD結構包含内連線圖案，其係與硬質光罩開口對齊，並藉此亦具有介於約20奈米〜約60奈米之間的關鍵尺寸。在本發明之一特定實施例中，ILD結構包含位於第二ILD層上的至少一第一 ILD層。第一 ILD層具有一或多個較寬的線開口，其係延伸穿過其中且與硬質光罩開口對齊，而第二ILD層具有一或多個較窄的通孔開口在其中。本發明之其他態樣、特徵與優點自接續揭露與所附申請專利範圍將更為明顯。【實施方式】在下方描述中，提出多種特定細節，例如特定結構、元件、材料、尺寸、處理步驟與技術，以提供對本發明之 15 200811996 完整了解。然而，熟習該項技術者可瞭解本發明可不需這些特定細節而實施。在其它例子中，不詳細描述已知結構或加工步驟以避免使本發明難以理解。可瞭解的是當一元件為一層、區域或基板，並指稱其位於另一元件’’上（on)’’或，，上方（over)，，，則其可直接位於其他元件上或亦可存在有中間元件。相反地，當一元件指稱為’’直接在其他元件上”或”直接在其他元件上方，，，則不存在有中間元件。亦可瞭解的是當一元件指稱為位於另一元件”下方（beneath)，，或，，下（under)，，，其可為直接位於其他元件下方或可存在有中間元件。相反地，當一元件指稱為” 直接在其他元件下方，，或，，直接在其他元件下”，則不存在有中間元件。本發明提供使用簡單硬質光罩堆疊結構之新穎微影術 " 方法其特別適合將微影光阻圖案轉移至在次4 5 奈米郎點CMOS元件之低k或超低k ILD結構。第1圖顯示包括下方氮化物光罩層16與上方氧化物光罩層18之硬質光罩堆疊結構，其形成在ILD結構10上方。 ^下方氣化物光罩層16包括氮化矽（SiNx)或富含氮之氮氧化石夕（SiNn .y..

^ x y’其中x>y)。下方氮化物光罩層16保護ILD x籌1 0在上方氧化物光罩層丨8沉積期間不受到氧化。在後續CMP製藉, 一程期間，其亦作用為CMP終止層。較佳地，氮化物光罩厚曰16的厚度介於約1〇〇埃至約ι〇〇〇埃範圍間，且更伟& ;丨於約30〇埃至約700埃範圍間。氮化物光罩層 1 6 以错由習知氮化物沉積製程（例如物理氣相沉積 16 200811996 (PVD)、化學氣相沉積（CVD)、電漿輔助化學氣相沉積 (PECVD)與化學溶液沉積）而可輕易沉積在ILD結構10上。上方氧化物光罩層18包括氧化矽（Si Oy)或富含氧之氣氧化矽（SiNxOy，其中xcy)。氧化物光罩層18提供良好點著表面，以供光或電子束敏感光阻層（未圖示）形成於其上，且其避免在下方氮化物光罩層16中之氮化物被光阻污染。較佳地，上方氧化物光罩層18之厚度介於約ι〇〇埃至約1 0 0 0埃範圍間，且更佳地介於約3 0 0埃至約7 〇〇埃範圍間。上方氧化物光罩層1 8可藉由習知氮化物沉積製程（例如物理氣相沉積（PVD)、化學氣相沉積（CVD)、電製辅助化學氣相沉積（PECVD)與化學溶液沉積）而可輕易沉積在ILD 結構10上。 ILD結構1〇包含任何數目的ILD層，且具有或不具有 iLD覆蓋層。如第1圖繪示之特定實施例含有第一與第一 ILD層12A、12B，以及第一與第二IL〇覆蓋層14八、i4B。然而’其可容易了解的是ILD層與ILD覆蓋層的特定數目 (如IL D結構1 〇所含有者）不以任何方式限制之。第一與第二ILD層12A、12B可含有低k介電材料，其介電常數介於約2.2至約3.5之間’或含有超低k介電材料’其介電常數介於約1·5至約3.0之間。在本發明之一較佳實施例中，第一與第二ild層 12A、12B各包含一或多個超低k介電材料，包括但不限於為：無機介電材料、SiCOH系介電混合物、碳摻雜氧化^ 物、氟摻雜氧化物、氟化矽玻璃（FSG)、介電聚合物與有機 17 200811996 石夕酸材料。此種超低k介電材料可藉由電漿辅助化學氣相沉積（PECVD)或旋轉塗佈方法來沉積。PECvd超低k介電材料的特定實施例包括但不限於為：來自應用材料公司 (Applied Materials )之 Black Diamond™ 多孔

SiCOH(BDII、BDIII)，來自 Novellus System 之 Coral TM ; 與來自ASM之Aurora TM ULK與ELK。旋轉塗佈超低k 介電材料層的特定實施例包括但不限於為··旋轉塗佈 S i C Ο Η 材料，例如甲基矽倍半氧烷 (methylsilsesquioxane)、矽氧烷與來自日本合成橡膠（JSR) 之 5109、5117、5525、5530。已知為來自 Tricon Technologies 之Orion 的材料與已知為來自Shipley Company之 ZireonTM的材料亦可用於形成第一與第二ild層 12A、 12B。已知為來自JSR之5109的旋轉塗佈有機石夕酸材料係為特佳者。可替換地，低k有機介電材料，如來自D〇w Chemical Co.的商業可得之多孔或非多孔有機聚合物系

(polymer-based)低.k介電材料，商標名為siLKTM或多孔 SiLKTM、得自 Honeyell Electronic Materials 的 GX-3T 與GX-3p材料、聚芳香醚等，該些材料亦可用於形成第一與第二 ILD 層 12A、12B。第一與第二ILD層12A、12B的厚度可介於約6〇〇埃至約5000埃之間。第一與第二ILD層i2A、12B的特定厚度可根據特定應用需求而選自此寬廣範圍。較佳地，但非必需’第一與第二ILD層12A、12B各具有介於約500埃 18 200811996 至約1 0 0 0埃之間的厚度，且更佳係介於約7 〇〇埃至約9 0 〇埃之間。

第一與第二ILD覆蓋層14Α、14Β可藉由一或多種材料形成，以提供對於第一與第二ILD層12Α、12Β至少1〇:1 之蝕刻選擇性。適當材料包括但不限於為：有機矽倍半氧院、氫合矽倍半氧烷、氫合有機矽倍半氧烷、矽氧烷、矽倍半氧院、碳化石夕及其混合物與複合物。可用於形成ILD 覆蓋層14Α、14Β之商業可得材料包括HOSP、HOSPBESt、 AP6000、Ensemble、Etch Stop、Esemble Hard Mask 等。較佳地’ ILD覆蓋層MA、MB包括一或多種材料，其係選自由四甲基環四矽氧烷（TMCTS)、八曱基環四石夕氧燒（OMCTS)、衍生環三矽氧烷、衍生環戊矽氧烷、乙基取代環碎氧烧與衍生>5夕氧烧所組成之組群。更佳地，ILD覆蓋層 14A、14B 包含 OMCTS。第一與第二ILD覆蓋層14A、14B各自之厚度介於約 5 〇埃至約6 0 0埃之間，更佳介於約1 〇〇埃至約5 〇〇埃之間，且最佳介於約250埃至約350埃之間。注意ILD覆蓋層14A、14B於本發明之層間介電結構中係為選用的。當ILD層12A、12B由可在CMP製程生存且沒有顯者碟形化效應（dishing effect)之適當材料形成時’本發明之層間介電結構可主要由ILD層組成，而不具有覆蓋層。由本發明提供之氧化物/氮化物硬質光罩堆疊與先前技術TaN系或LTO/NFC系硬質光罩堆疊相比，為顯著地 19 200811996 較簡化結構。第2至6圖繪示藉由使用第1圖所顯示之氧化物/氮化物硬質光罩堆疊，而用於形成在層間介電結構中之單層金屬内連線的單鑲嵌製程之例示步驟。首先參考第2圖，顯示在氧化物光罩層is之上表面上形成具有一或多個開口之圖案化光阻層20。圖案化光阻層 2〇之形成係首先在氧化物光罩層is之上表面上沉積光或電子束敏感光阻材料之毯覆層（blanket lay er )，接著藉由習知基於光或電子束的微影術與光阻顯影步驟形成。可用於形成本發明之圖案化光阻層20之適當光或電子束敏感光阻材料為在該技術領域中熟知者，因此在此不再詳細描述之。光阻層20較佳地係經圖案化以形成光阻開口，其關鍵尺寸（CDs)係小於在欲形成内連線圖案中之目標關鍵尺寸，如第2圖所示。光阻開口縮小的CDs允許光阻層20 具有比習知光阻層增加約40%之厚度。較佳地，本發明之光阻層2 0的厚度介於約5 0 0埃至約2 0 0 0埃之間，且更佳地介於1 0 0 0埃至約1 6 〇〇埃之間。作為本發明之用於形成内連線圖案的較佳實施例係在 OMCT ILD結構中具有5〇奈米線與1 〇〇奈米間距（pitch )，其典型地用於45奈米節點元件，氧化物與氮化物硬質光罩層18與16各具有約5〇〇埃之厚度。低kOMCTILDlO具有約1200埃的厚度，並位於氧化物與氮化物硬質光罩層下方。電子束敏感光阻材料，較佳為KRS光阻材料（如縮酮 (ketal)光阻系統，其為低活化能化學放大光阻材料，並基 20 200811996 於縮銅保護聚羥基苯乙烯以及對深紫外線與電子束敏感），其係施加在氧化物與氮化物硬質光罩層上以形成光阻層20。調光阻材料對於電子束與深紫外線光兩者皆具有敏感性，且可用於在單一光阻層中提供中度解析度（>ι〇〇奈米）與細微解析度（<1〇〇奈米）兩種成像。電子束接著用於圖案化KRS光阻層20以形成35奈米線寬與100奈米間距之光阻圖案。KRS光阻2〇較佳地具有厚度約1 600埃，其顯著地較習知用於在1〇〇奈米間距的 50奈米線之約1〇00埃的最大KRS光阻厚度還來得厚。習知1 000埃KRS光阻不足以用於1〇〇〇埃（5〇〇埃氧化物與

5 00埃氮化物）硬質光罩層18、16以及1200埃〇MCT ILD 10之後續RIE圖案化。然而，當光阻微影CDs自5〇奈米縮小至35奈米，如本發明般，KRS光阻厚度可增加至16〇〇埃，以提供足夠厚度而用於後續硬質光罩層18、16以及 ILD 10的圖案化。第一反應性離子蝕刻（RIE)步驟接著進行以形成穿過氧化物光罩層18與氮化物光罩層16之一或多個硬質光罩開口 2，藉此暴露出第一 ILD覆蓋層14A之上表面，如第 3圖所示。較佳地，但非必需的，第一 rie步驟係使用含氧餘刻化學條件來進行。如對於上述之特定實施例，500埃氧化物與5〇〇埃氣化物硬質光罩層18、16可藉由第一反應性離子餘刻（Rie) 步驟來進行開口，其係使用LAM 4250 XL工具，並伴隨 200W最大功率與100W最低功率之處理條件以及了述製程 21 200811996 氣體流速： chf3： 2 0 seem cf4： 60 seem 〇2： 10 seem Ar: 剩餘部份氧氣作用為擴展硬質光罩開口 2之CDs自35奈米至 50奈米，藉此恢復初始縮小的微影CDs至目標CDs。接著，進行第二RIE步驟以形成穿過ILD結構10的一或多個開口 4，也就是說，在第一 ILD層12A (如第4 圖所示）或在第一與第二ILD層12A、12B兩者内。較佳地，第二RIE步驟係使用氮蝕刻化學條件來進行。至於上述之特定實施例，1 200埃ILD/OMCT結構10 可藉由第二反應性離子蝕刻（RIE)步驟進行開口，其係使用 LAM 425 0 XL工具，並伴隨500W最大功率與400W最低功率之處理條件以及下述製程氣體流速： c4f8： 3 seem chf3： 10 seem n2： 100 seem 〇2： 8 seem Ar: 剩餘部份在第二RIE步驟中所添加的100 seem氮氣係增加RIE 對ILD結構10相對於光阻層20與硬質光罩層1 8、16之 22 RIE步驟期間部矣消耗^相應地，不 KRS光阻層2〇。 RIE殘餘物。因此 200811996 選擇性。KRS光阻層2〇在第— 且在在第二RIE步驟期間完全基於氧的光阻剝除步驟以移除異丙醇（IPA)系溶劑係用於沖洗對於ILD結構10之潛在氧損害再者，僅有氧化物光罩層18的上部在第二期間被移除，且足夠厚度之剩餘氧化物光罩層名步驟之後仍存在。在此方式中，針對ild結構嵌處理，可在剩餘氧化物光罩層上形成額外光阻選擇性地，導電襯墊或阻障層（未圖示）可识 ILD層12A的開口 4之暴露表面上。此導電襯考知沉積製程形成，例如，化學氣相沉積（CVD)、沉積（PVD)、濺鍍、電鍍、蒸鍍或化學溶液沉卷墊可為雙層耐火金屬氮化物，例如氮化纽（TaN)，金屬，例如：鈕（Ta)、TiN、WN、w、Re、ru，類似金屬材料。選擇性地’ Si可加入以形成三元襯墊，如TiSiN。毯覆金屬材料層22接著沉積在整個結構上圖所示，接著進行平坦化以移除過量的金屬材料 /氮化物硬質光罩層18、16，藉此在第一 ILD > 口中形成金屬内連線24 ’如第6圖所示。藉由繪示於第2炱6圖之單一鑲嵌製程所形内連線24可包括較寬之金屬線或是較窄的金屬3 内連線24可包括任何適當的導電材料，其係選自地消耗，需要額外替代地，，可避免 RIE步驟第一 RIE 0之雙鑲罾。積在第一可使用習物理氣相。導電襯以及耐火亦可使用金屬合金，如第 5 與氧化物譽12A開成之金屬 i孔。金屬 I由金屬、 23 200811996 金屬合金、金屬矽化物與金屬氮化物所組成之群組。較佳地，金屬内連線24包括一或多種金屬成分，其包括但不限於為·· W、Cu、Al、Ag、Au及其混和物與其合金。高度較佳的内連線金屬為Cu。亦可使用Cu系合金，如Cu-Ti與 Cu-Sn合金。覆蓋金屬層 22之平坦化與氧化物/氮化物光罩層 1 8、1 6可使用習知平坦化製程來進行，例如化學機械研磨 (CMP)製程。在平坦化之後，金屬内連線24之上表面與第一層間覆蓋層14A近乎共平面，如第6圖所示。擴散阻障/蝕刻終止層（未顯示）可接續地沉積在内連線24的上表面上，以完成内連線層。擴散阻障刻終止層可含有任何適當的絕緣材料，其可避免金屬離子自金屬内連線24擴散至欲形成於其上之鄰近ILD層。較佳地，但非必需的，擴散阻障/蝕刻終止層包含非晶形合金，其係選自SiN、SiCN與SiC，以及此種材料之氫化型式。在本發明之其他實施例中，包括金屬線與金屬通孔兩者之金屬内連線係藉由雙鑲嵌製程而形成於不同ILD層中，其繪示於第7至11圖。特定地，在第4圖之第二RIE步驟之後，光或電子束敏感光阻材料26之額外層係沉積在整個結構上，如第 7 圖所示。接著進行習知之光或電子束微影術與光阻顯影步驟，以圖案化光阻材料26之額外層，並且於其中定義相對較寬的線開口 6A，而其與藉由圖案化第一光阻層20所先前定義之相對較窄通孔開口 6B不同，如第8圖所示。 24 下方之額外ILD層（未圖示）上。第三RIE步驟進一步額外光阻材料26以及至少部分之氧化物光罩層18, 形成第1 0圖所示之結構。 200811996 第二RIE步驟較佳地進行以延伸線開口 6a與通口 6B兩者。因此，、線開口 6A延伸向下穿過氧化物/ 物光罩層18、16、選擇性的第一 ILD覆蓋| “A與 ILD層12A’而通孔開口 6B則向下延伸穿過選擇性的 ILD覆蓋層l4B與第二ILD層l2B，並且終止於下方覆盍層14C上方，如第9圖所示。# ILD結構10不任何ILD覆蓋層，通孔開口 6β則終止於第二ild層接著進行金屬沉積與平坦化步驟，如第1〇與u 示，以在第一 ILD層12A中形成較寬金屬線24a，與二ILD層12B中形成較窄金屬通孔24β。金屬線屬通孔24B可包含相同或不同的導電材料，其係選自屬、金屬合金、金屬矽化物與金屬氮化物所組成之群較佳地，金屬線24A與金屬通孔24B可包含一或多種成分，其包括但不限於為：w、Cu、A1、Ag、Au及其物/、其a金。兩度較佳的内連線金屬為Cu。亦可使月系a金，如Cu-Ti與Cu-Sn合金。擴散阻障/蝕刻終止/ 圖不）亦可沉積在金屬線24 A之上表面上以完成内連袭 ¥第1〜11圖繪示根據本發明之特定實施例之數厂、1*生硬質光罩結構與使用此等例示性硬質光罩結構之性製程步驟，以在ILD層中形成内連線圖案。清楚的熟習該項技術者可容易地改良此種硬質光罩結構與製孔開氮化第一第二 ILD 含有 12B 消耗因而圖所在第與金由金組。金屬混和 ]Cu I (未良層。個例例示是，程步 25 200811996 驟以符合特定應用需求，此係與上方描述為一致。例如，當單一氧化物光罩層與單一氮化物光罩層緣示在上述硬質光罩堆疊中，則清楚的是，熟習該項技術者如需要則可容易地改良此種硬質光罩堆疊以提供額外氧化物/氮化物光罩層或其它材料層。因此需認定的是，本發明不限制於在上所述之特定實施例，但卻整體地延伸至任何改良、變化、應用與實施例，且因此所有此種其它改良、變化、麻用與實施例均視為在本發明的精神與範圍中。【圖式簡單說明】第1圖顯示根據本發明之一實施例，位在層間介電結構上之氧化物/氮化物硬質光罩堆疊的剖面圖。第2至6圖繪示藉由使用第i圖所顯示之氧化物/氮化物硬質光罩堆疊，用於在層間介電結構中形成單層金屬内連線之單鑲嵌製程的例示性步驟。第7至11圖繪示藉由使用第！圖所顯示之氧化物化物硬質光罩堆疊，用於在層間介電姓構中之i # a ^ ^ ' j ;丨电、、Ό構宁之上層形成金、、、，下層形成金屬通孔之雙鑲嵌製程的例示性步驟。明說 #口符開件軍元光要質主硬 6A線開口 10 ILD(結構） 12B 第二 ILD 層 4開口 6B開口 12A 第一 ILD 層 14A(第一）ILD覆蓋層 26 200811996 14B(第二）ILD覆蓋層 14C ILD覆蓋層 16光罩層 18光罩層 2 0光阻層 22毯覆金屬（材料）層 24金屬内連線 24A金屬線 24B通孔 2 6光阻材料 27

Claims

200811996 十、申請專利範圍： 1. 一種用於在一層間介電結構中形成一具有一目標尺寸的一内連線圖案之方法，該方法包含：形成一層間介電結構，其包含一或多個層間介電各個該些層間介電層之介電常數係介於約 1 . 5〜約 3 . 間；在該層間介電結構上形成一硬質光罩堆疊，其中質光罩堆疊包含一下方氮化物光罩層與一上方氧化物層；在該硬質光罩堆疊上形成一光阻層；圖案化該光阻層以形成一或多個光阻開口，該些開口之關鍵尺寸係小於該目標關鍵尺寸約 5奈米至矣奈米，透過該些光阻開口而圖案化該硬質光罩堆疊，以一或多個硬質光罩開口，其中該些硬質光罩開口具有標關鍵尺寸；以及透過該些硬質光罩開口而圖案化該層間介電結構形成一内連線圖案，該内連線圖案係與該些硬質光罩對準且藉此亦具有該目標關鍵尺寸。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該硬質光疊係由使用一含氧蝕刻化學條件之一第一反應性離子 (RIE)步驟來進行圖案化，且其中該層間介電結構係藉關鍵層， 5之該硬光罩光阻 )30 形成該目，以開口罩堆蝕刻由使 28 200811996 用一含氮姓刻化學條件之一第二反應性離子蝕刻步驟來、行圖案化。 ^ 3 ·如申請專利範圍第2項所述之方法，其中經圖案化之·_ 光阻層在該第一反應性離子蝕刻步驟期間係部分地消耗，且在該第二反應性離子#刻步驟期間則完全地消耗。 4·如申請專利範圍第3頊所述之方法，其中僅該硬質光罩堆疊之該上方氧化物光罩層的一上部在該第二離子反應性 &刻步驟期間被移除。 5·如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該含氧蝕刻化學條件與該含氮蝕刻化學條件兩者皆包含製程氣體，該些製程氣體係選自由CHF3、匕？8與CF4所組成之群組。 6·如申請專利範圍第5項所.述之方法，更包含藉由使用異丙醇系（IPA-based)清潔與、冲洗來移除反應性離子蝕刻的殘餘物D 7·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該光阻層之圖案化係藉由使用電子束微影術來進行。 8 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該些光阻開口 29 200811996 之關鍵尺寸係小於該目標關鍵尺寸約1 0奈米至約2 0奈米。 9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該目標關鍵尺寸係介於約20奈米至約60奈米之間。 10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該光阻層之厚度係介於約500埃（A )〜約2000埃之間。 11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該下方氮化物光罩層與該上方氧化物光罩層之厚度各介於約100埃〜約1 0 0 0埃之間。 12.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該下方氮化物光罩層與該上方氧化物光罩層之厚度各介於約300埃〜約700埃之間。 1 3 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在該層間介電結構中的該些一或多個層間介電層係各自包含有一或多個材料，該些材料係選自由無機介電材料、碳摻雜氧化物、氟摻雜氧化物、氟化矽玻璃（FSG)、介電聚合物、有機矽酸材料、含SiCOH介電材料、旋轉塗佈介電材料、多孔介電材料、非多孔介電材料及其混合物或複合物所組成之組群。 30 200811996 14.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該層間介電結構更包含一或多個層間覆蓋層，各個該些層間覆蓋層係位於該些一或多個層間介電層之一者上，且各個該些層間覆蓋層具有對於該些層間介電層至少10:1之一蝕刻選擇性0 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項所述之方法，其中各個該些一或多個層間覆蓋層包含一或多個材料，該些材料係選自由有機矽倍半氧烧（organo silsesquixane)、氫合石夕倍半氧烧 (hydrido silsesquixane)、氫合有機石夕倍半氧燒、石夕氧烧、矽倍半氧烷、碳化矽及其混和物或複合物所組成之組群。 16·如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含以一金屬材料填充在該層間介電結構中之該内連線圖案，並接著平坦化以在該層間介電層結構中形成一金屬内連線。 17·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該層間介電結構包含至少一第一層間介電層，該第一層間介電層係位於一第二層間介電層上，且其中該層間介電結構之圖案化包含一雙鑲嵌製程，該製程在該第一層間介電層中形成一或多個較寬的線開口，並在該第二層間介電層中形成一或多個較窄的通孔開口。 31 200811996 18.如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該雙鑲程包含：經由該些硬質光罩開口以圖案化該第一層間介電藉以形成一或多個較窄的通孔開口，該些通孔開口係穿過該第一層間介電層；在該硬質光罩堆疊與在該第一層間介電層中之該或多個較窄的通孔開口上形成一額外光阻層；圖案化該額外光阻層以形成一或多個較寬的線開該些線開口係延伸穿過該額外光阻層；以及藉由蝕刻而延伸該些較窄的通孔開口與該些較寬開口兩者，其中該些較窄的通孔開口係向下延伸穿過二層間介電層，且其中該些較寬的線開口係向下延伸該硬質光罩堆疊與該第一層間介電層。 1 9.如申請專利範圍第1 7項所述之方法，更包含以一材料填充在該第一層間介電層中之該些一或多個較寬開口與在該第二層間介電層中之該些一或多個較窄的開口，並接著平坦化以在該第一層間介電層中形成金並且在該第二層間介電層中形成金屬通孔。 20. —種結構，該結構包含位於一層間介電結構上的質光罩堆疊，其中該層間介電結構包含一或多個層間層，且各個該些層間介電層之介電常數係介於約1.5 嵌製層，延伸些«— 口》的線該第穿過金屬的線通口屬線一硬介電〜約 32 200811996 3.5之間，其中該硬質光罩堆疊包括一下方氮化物光與一上方氧化物光罩層。 21.如申請專利範圍第20項所述之結構，其中該下方物光罩層與該上方氧化物光罩層各自的厚度係介於約埃〜約1 000埃之間。 22 ·如申請專利範圍第2 0項所述之結構，其中該下方物光罩層與該上方氧化物光罩層各自的厚度係介於約埃〜約700埃之間。 2 3.如申請專利範圍第20項所述之結構，其中該硬質堆疊包含一或多個硬質光罩開口於其中，且該些硬質開口係延伸穿過該下方氮化物光罩層與該上方氧化物層，又其中該些硬質光罩開口之關鍵尺寸係介於約20 〜60奈米之間。 24.如申請專利範圍第23項所述之結構，更包含一圖的光阻層，該光阻層位於該硬質光罩堆疊上，其中該化之光阻層的厚度係介於約500埃〜約2000埃之間，中該圖案化之光阻層包含一或多個光阻開口，該些光口之關鍵尺寸係小於該些硬質光罩開口之關鍵尺寸約米〜約3 0奈米之間。罩層氮化 100 氮化 300 光罩光罩光罩奈米案化圖案且其阻開 5奈 33 200811996 25 .如申請專利範圍第23項所述之結構，其中該層間結構包含一内連線圖案，該内連線圖案係對齊該些硬罩開口，藉此該内連線圖案之關鍵尺寸亦介於約2 0奈約60奈米之間。 26.如申請專利範圍第25項所述之結構，其中該層間層結構包含至少一第一層間介電層，該第一層間介電位於一第二層間介電層上方，其中該第一層間介電層一或多個較寬的線開口，該些線開口係延伸穿過其中該些硬質光罩開口對齊，其中該第二層間介電層具有多個較窄的通孔開口在其中。 2 7.如申請專利範圍第20項所述之結構，其中在該層電結構中的該些一或多個層間介電層係各自包括一或材料，該些材料係選自由無機介電材料、碳摻雜氧化氟摻雜氧化物、氟化^夕玻璃（FSG)、介電聚合物、有機材料、含SiCOH介電材料、旋轉塗佈介電材料、多孔材料、非多孔介電材料及其混合物或複合物所組成之竞 2 8.如申請專利範圍第20項所述之結構，其中該層間結構更包含一或多個層間覆蓋層，且各個該些一或多間覆蓋層係位於該些一或多個層間介電層之一者上，介電質光米〜介電層係具有且與一或間介多個物、矽酸介電 Μ且。介電個層且各 34 200811996 個該些層間覆蓋層具有對於該些層間介電層至少1 0 :1之一蝕刻選擇性。 2 9.如申請專利範圍第28項所述之結構，其中各個該些一或多個層間覆蓋層包含一或多個材料，該些材料係選自由有機矽倍半氧烷、氫合矽倍半氧烷、氫合有機矽倍半氧烷、矽氧烷、矽倍半氧烷、碳化矽及其混和物或複合物所組成之群組。 35