TW439245B - Dual damascene process - Google Patents

Description

A7 B7 五、發明說明（f ) 本發明是有關於一種金屬內連線之製造方法，且特別 是有關於一種之雙重金屬鑲嵌（Dual Damascene)之製造方 法。 目前在超大型積體電路（VLSI)製程中，許多高積集度 (High Integration)的半導體元件，都具有兩層以上的內連 線金屬層，稱爲多重金屬內連線（multilevel interconnects)。 當積體電路的積集度持續增加，對於製造良率佳，以及可 靠度好的金屬內連線的困難度也會增加；雙重金屬鑲嵌法 係一種在介電層中先蝕刻出金屬內連線的溝渠，再塡入金 屬當作內連線的方法，此法可以滿足製程中對高可靠度及 高良率內連線的要求，所以此法將成爲在深次微米（Sub-Quarter Micron)中內 連線製 造方法的最佳選擇。 然而， 目前仍有許多關於雙重金屬鑲嵌之問題尙在硏究之中，例 如在微影後介層窗（Via)中之光阻（PR)對蝕刻製程之影響 等。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第1A圖到第1C圖爲習知的雙重金屬鑲嵌製程剖面 示意圖。請參照第1A圖，首先，提供一半導體基底100， 在基底100中已形成有一層金屬層102。接著，依序在金 屬層102和基底100上方形成一層厚約500-1000埃的氮 化矽層104和一層厚約9000-16000埃的內金屬介電層 106。然後，在內金屬介電層106上彤成一層光阻圖形108， 以微影鈾刻技術定義介電層106，在其中形成完成介層窗 (Via Hole) 1 10。 然後，請參照第1B圖，去除光阻圖形108(第1A圖) 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） >lCa

If Π .doc/002 中7674號說明窖修正頁 A7 B7 修正曰 89/9/6 五、發明說明（>) 後，再形成另一層光阻層112於內金屬介電層106上，且 光阻層112會塡入介層窗11〇中。圖案化此光阻層112。 圖案化後之光阻層U2還是會有部分的光阻殘留在 介層窗110中。 : 接著請參照第1C圖，以光阻層112爲罩幕進行非等 向性蝕刻，以在內金屬介電層106中形成溝渠114。後續 製程，在圖中並未繪出，然而熟此技者當知，後續係在完 全去除光阻層112與光阻插塞112a後，在溝渠和介層窗 中依序沈積一層阻障層和一層金屬銅層，以及利用化學機 械硏磨法（Chemical-Mechanical Polishing; CMP)將元件的 表面平坦化，以在完成雙種金屬鑲嵌製程。 然而，上述製程由於介層窗中的光阻層附近之介電層 不易蝕刻。在蝕刻溝渠的過程中將會影響溝渠的飩刻輪廓 形狀（如第1C圖標號116所示），且於蝕刻完後留在溝渠 之內。 而且由於內金屬介電層106的材質通常是二氧化矽， 爲透明材質，故定義溝渠圖形前必需要沈積一層抗反射 層，而習知方法中形成在金屬層與內金屬介電層之間的氮 化矽層有抗反射的效果，然而成效並不好。 因此本發明的目的之一，就是在提供一種雙重金屬鑲 嵌的製程，可改進溝渠蝕刻輪廓。 本發明又一目的是改進習知方法在定義溝渠圖形時’ 沒有使用抗反射層之缺點。 本發明提供一種雙重金屬鑲嵌的製程，利用氮氧化矽 4 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) -----r---訂--------- 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） •U、S ? I w j; (J ¢) 2 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（/) 層形成在內金屬介電層上，來作爲定義溝渠圖形時之抗反 射層，可大大改善習知缺乏抗反射層之缺點。 本發明提供一種雙重金屬鑲嵌製程，利用蝕刻溝渠 前，將介層窗中之光阻更進一步去除，可改善溝渠之輪廓。 不會有習知在介層窗/接觸窗開口中的光阻層附近之介電 層不易蝕刻的問題。 本發明提供一種金屬鑲嵌製程，包括下列步驟：提供 一基底，此基底中有已形成有一導體層。接著，形成一融 刻終止層於基底上，且覆蓋導體層。然後，形成一內金屬 介電層於蝕刻終止層上。之後，形成一罩幕層於內金屬介 電層上。其後，定義罩幕層與內金屬介電層，以在內金屬 介電層中形成一開口暴露出蝕刻終止層，且開口之位置對 應到金屬層之上方。接著，形成一光阻層於罩幕層上。圖 案化此光阻層和罩幕層，在介層窗開口中仍會有部份光阻 殘留而形成一光阻插塞。然後，去除光阻插塞之部份高度， 使其高度低於溝渠之底部。再以圖案化之光阻層和罩幕層 爲罩幕進行一非等向性蝕刻步驟，以在內金屬介電層中形 成複數個溝渠，其中這些溝渠之一與介層窗部份重疊。在 溝渠和介層窗中塡入一金屬層，完成金屬鑲嵌製程。 本發明尙有其他目的、特徵和優點’將顯示在上述之 說明、下述之實施例以及專利申請範圍之中，或是可在實 施本發明的過程中顯示出來。 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 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) :必---- I I I 1 — — — — — — — — — I . -^=° 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 297公釐） Α7 Β7 4 6 8 7 uv Γ. Ο ίΐ ； «43924 5 五、發明說明（β) 細說明如下： 圖式之簡單說明： 第1A圖到第1C圖是習知一種雙重金屬鑲嵌製程剖 面示意圖；以及 第2A圖到第2E圖是依照本發明一較佳實施例，一種 雙重金屬鑲嵌製程流程剖面示意圖。 圖式之標記說明： 100、200 :基底 102、202 :導體層 104、204 :蝕刻終止層 106、206 :內金屬介電層 108、112、212、214 :光阻層 110、210 :介層/接觸開口 114、116、216、218:溝渠 112a、214a、214b :光阻插塞 215 :光阻插塞之部份高度 220 :阻障層 222 :金屬層 實施例 第2A圖至第1E圖’其繪示依照本發明一較佳實施例， 一種利用金屬鑲嵌製程製作多重金屬內連線的流程剖面示 意圖。 請參照第2A圖’首先，提供一半導體基底2〇〇，在 基底200中已形成有一層導體層202，例如是字元線、位 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣--------訂---------線丨 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 4(5 8 7i\\ |'/0(12 A7 B7 五、發明說明（） 元線或是金屬線等。接著，是在導體層2〇2和基底200上 形成一層蝕刻終止層204,例如是以化學氣相沈積法形成 一層厚度約爲500-1000埃的氮化矽層。接著，在蝕刻終 止層204上方形成一層內金屬介電層206。例如是以傳統 的化學氣相沈積法，形成一層厚度約爲9000-16〇00埃的 二氧化砂。 接著，在內金屬介電層206上形成一層罩幕層208， 罩幕層的材質例如是氮化矽或是氮氧化矽，較佳爲氮氧化 矽。典型的形成方法例如是化學氣相沈積法，形成的厚度 約爲400-1000埃。之後，定義內金屬介電層206和罩幕 層2〇8以在其中形成開口，例如是介層窗或接觸窗。例如 利用傳統的微影蝕刻技術，先形成一層圖案化之光阻層212 於罩幕層上，之後再以光阻層212爲罩幕進行非等向蝕刻， 直到暴露出蝕刻終止層2〇4爲止，以在內金屬介電層206 中定義出開口 210。之後再去除光阻層212。 請參照第2B圖，於罩幕層208上形成一層光阻層214， 光阻會塡入開口 2〖〇之中。之後，圖案化光阻層214，例 如利用傳統的微影製程將第二層金屬連線的圖形轉移到光 阻層214上，此時，在開口 210之中有光阻殘留而形成一 光阻插塞214a，且光阻插塞214a的高度小於介層窗/接觸 窗開口 210的高度。之後，圖案化罩幕層208，將光阻層 214上之圖形轉移到罩幕層208上，例如是以圖案化後之 光阻層214爲罩幕進行一非等向蝕刻步驟，使罩幕層208 未被光阻層覆蓋之部份被去除。在此步驟中，有一部份的 7 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

1 n n n I n 1 H ,A6 ’ΐ 丨秦 _ΐϊι( ;ri?] :>L· ρε 了發用^明（

2.doc/002 Μ?4號說明書修正H A7 B7 修正曰期9〇/im •M价委舅明示"P年丨月彳曰所提之 經濟部智慧財產局員工消费合作社印裝 #·正裘無變更t質内容是否准予修正。 內金屬介電層206亦會被去除掉而形成如第2B圖所示之 輪廓。 接著請參照第2C圖，去除光阻插塞214a的部份高度 2〗5 ’形成高度較低的光阻插塞2Mb。去除的方法例如以 氧電漿進行乾蝕刻。値得一提的是罩幕層208上方之光阻 層214亦有一部份會被去除而變薄。 之後，請參照第2D圖，以光阻層214和罩幕層208 爲罩幕’去除部份內金屬介電層206，以在其中形成溝渠 216、218。去除部份內金屬介電層206的方法例如是非等 向性蝕刻。其中溝渠218與介層窗/接觸窗開口 210有部 份重疊。由於已於之前將光阻插塞214a的部份高度去除° 而使得光阻插塞高度不致於影響到溝渠蝕刻輪廓。亦即， 溝渠的深度尙不足以接觸到光阻插塞214b之頂部。然後， 將光阻層214與光阳插寒214b完全去除，去除的方法例 如是以電漿灰化法。 此外，由於罩幕層208的存在，即使光阻層214的厚 度不夠，在蝕刻過程中亦不會對罩幕層208下方之部份內 金屬介電層206造成傷害。 後續製程例如在介層/接觸窗口 210中沉積一層阻障 層220，然後，在阻障層220上形成一層金屬層222以及 進行化學機械硏磨法(CMP)去除部份金屬層222和阻障 層220完成如第2E圖所示之雙重金屬鑲嵌。並非本發明· 之重點不再作贅述。 由上述本發明較佳實施例可知，本發明的特徵之一係 利用在內金屬介電層上形成一層氮氧化矽層，既可作爲罩 幕層又具有抗反射層之功效< 本紙張尺度適用尹國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 11 i 111 — I--衣·Ι — ί — — — 訂線 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 6 8 71 u IV 〇 〇 2 «§43 92 4 5 B7 五、發明說明（q ) 本發明又一特徵，是在形成介層窗中之光阻插塞後， 再去除此光阻插塞的部份高度，使得溝渠形成之輪廓完 C 〇 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A--------訂—— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 9

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Claims (1)

1. Μ* I曰 .doc/0iJ2 %74號專利範圍修正本 A8 B8 C8 D8 修正日期9〇/t/4 經濟部智慧財產局貝工消費合作杜印數 六、申請專利範圍 1. 一種雙重金屬鑲嵌製程’包括： 提供一基底，該基底中已形成有一導體層： 形成一蝕刻終止層於該基底上’且覆蓋該導體層： 形成一內金屬介電層於該蝕刻終止層上： 形成一罩幕層於該內金屬介電層上； 定義該罩幕層與該內金屬介電層，以在該內金屬介電 層中形成一開口，暴露出該蝕刻終止層，且該開口之位置 對應到該導體層之上方； 形成一光阻層於該罩幕層上； 圖案化該光阻層和該罩幕層，其中在該開口中仍有部 份該光阻層殘留而形成一光阻插塞； 去除該光阻插塞之部份高度； 以圖案化之該光阻曆、該光m插案和該罝幕層爲罩幕 進行一非等向性蝕刻步驟，以在該內金屬介電層中形成複 數個溝渠，其中至少該些溝渠之一與該開口部份重疊； 去除該光阻層與該光阳插寒；以孖 在該溝渠和該開口中塡入一金屬層。 2. 如申請專利範圍第1項所述之雙重金屬鑲嵌製程， 其中該罩幕層包括氮氧化矽層。 3. 如申請專利範圍第1項所述之雙重金屬鑲嵌製程， 其中該幕罩層之厚度約爲400埃到1000埃。 4. 如申請專利範圍第1項所述之雙重金屬鑲嵌製程， 其中該開口包括介層窗開口。 5. 如申請專利範圍第1項所述之雙重屬鑲嵌製程，其 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公；g ) — 111---------^— — fi — 訂- 0 (諳先Μ讀背面之注$項再填寫本頁) A8B8C8D8 46X7twt'2.d〇i；/002 六、申請專利範圍 中該開口包括接觸窗開口。 6. 如申請專利範圍第1項所述之雙重金屬鑲嵌製程， 其中圖案化該光阻層和該罩幕層，更進一步包括去除部份 該內金屬介電層。 7. 如申請專利範圍第]項所述之雙重金屬鑲嵌製程， 其中該內金屬介電層厚度約爲9000-16000埃的包括二氧 化砂層。 8. 如申請專利範圍第1項所述之雙重金屬鑲嵌製程， 其中該光阻插塞在去除部份高度後，其頂部低於該溝渠之 底部D 9. 如申請專利範圍第1項所述之雙重金屬鑲嵌製程， 其中該導體層包括金屬層。 10. —種雙重金屬鑲嵌製程，適用於半導體製程之一基 底，該基底中已形成有一導體層，該基底和該導體層上依 序爲一蝕刻終止層，一內金屬介電層，該雙重金屬鑲嵌製 程包括： 形成一罩幕層於該內金屬介電層上； 在該內金屬介電層中和該罩幕層中形成一開口暴露出 該蝕刻終止層，對應到該導體層之上方： 形成一光阻層於該罩幕層上： 圖案化該光阻層和該罩幕層，其中在該開口中仍有部 份該光阻層殘留而形成一光阻插塞； 去除部份該光阻層之厚度，同時去除該光阻插塞之部 份高度； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I n H, ϋ Ί— I ϋ [r tt t r - n n 1· n I n · u ik I 1 n 1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ΙΡ.43 92 4 5 4 6 Η 7 ί w f 2.1 0 0 2 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 以圖案化之該光阻層、該光阻插塞和該蕈幕靥爲置幕 去除部份該內金屬介電層，在其中形成複數個溝渠，至少 該些溝渠其中之一與該開口部份重疊； 去除該光眼層與該光阻插塞；以及 在該溝渠和該開Π中塡入一金屬層。 Π.如申請專利範圍第10項所述之雙重金屬鑲嵌製 程，其中該罩幕層包括氮氧化矽層。 12. 如申請專利範圍第10項所述之雙重金屬鑲嵌製 程，其中氮氧化矽層之厚度約爲400埃到^ 000埃。 13. 如申請專利範圍第10項所述重金屬鑲嵌製 程，其中該開口包括介層窗開口。 \\Ί Η.如申請專利範園第10項所述之雙鑲嵌製程， 其中該開口包括接觸窗開口。 \ :. 15. 如申請專利範圍第1〇項所述之雙重金屬鑲嵌製 程，其中圖案化該光阻層和該罩幕層，更進一步包括去除 部份該內金屬介電層。 16. 如申請專利範圍第10項所述之雙重金屬鑲嵌製 程，其中該內金屬介電層厚度約爲9000-16000埃的包括 二氧化矽層。 17. 如申請專利範圍第10項所述之雙重金屬鑲嵌製 程，其中該光阻插塞在去除部份高度後，其頂部低於該些 溝渠之底部。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) -I * It kK n n I n 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製