TW461037B - Method for fabricating an integrated circuit having at least one metallization plane - Google Patents
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Description
6 4 1 〇3 7 A7 _ _ B7_^_______ 五、發明說明(/ ) 金屬化平面被用於積體電路中以連接主動的組件。在 此例中,一金屬化平面係包括線與接點,該些線係透過該 些接點而被連接到導電的結構。該些接點通常被專家稱之 爲通孔(vias)。該些導電的結構可以是擴散區域,端子電極 、被設置在該個別的金屬化平面之下的諸金屬化平面之金 屬接點或是線。若彼此堆疊的複數個金屬化平面被設置在 一積體電路中時,則此被稱之爲多層的金屬化。 金屬化平面正逐漸地根據所謂的金屬鑲嵌(damascene) 技術來加以製造。 在金屬鑲嵌的技術中,首先一種介電質被沉積,其係 包圍稍後將被製作之線與接點。孔與溝渠係被形成在金屬 間的介電質中,並且接著以金屬加以塡充。此係在該些孔 中產生接點,也稱爲通孔,並且在該些溝渠中產生線。以 金屬塡充之製程是藉由_PVD、CVD或是電鍍以及後續的化 學機械硏磨來加以達成的。此方法特別是被利甩在若金屬 化平面是從一種難以飩刻的金屬來構成的情形中。 雙重金屬鑲嵌的技術之名詞係表示首先接點孔與溝渠 被形成圖樣、並且其共同地藉由金屬的沉積與化學機械硏 磨來加以塡充之情形。 P. Singer的半導體國際組織之1997年8月號的第79 頁、K. Derbyshire的固態技術之1998年2月號的第26頁 、R.L. Jackson等人之固態技術之199&年3月號的第49 頁、以及Y. Morand等人之1997的VLSI技術硏討會之技 術論文摘要第31篇係揭露對於雙重金屬鑲嵌的技術之各種 3 本^紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ~~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) _衣----- I--訂-------Γ -線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 1 03 7 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(l) 製程的變化。 已經被提出的是(見於p. Singer的半導體國際組織之 1997年8月號的第79頁)首先蝕刻用於線之溝渠而接著產 生更深的接點孔。在此例中,一在接點孔的蝕刻期間被使 用之光阻遮罩係必須被微影地形成圖樣在產生自溝渠蝕刻 之不平坦的基礎上。在此例中,問題係產生了,特別是在 深的接點孔之例子中,由於光阻未完全地曝光、未解析的 孔結構或是在過度曝光之情形下孔的加寬。 作爲一種替代的方案,已經被提出的是(見於P. Singer 的半導體國際組織之1997年8月號的第79頁)首先進行接 點孔的蝕刻,而接著進行用於線之溝渠的蝕刻。在接點孔 的蝕刻期間,導電的結構(其可能特別是銅的內連線)之表 面有風險被露出,因而污染物被施加到接點孔的壁面上。 爲了避免發生此種情形,通常係使用由氮化矽所製成的蝕 刻層,在該蝕刻層的表面係配置有一層氧化矽層,其中該 氧化矽層被配置在接點孔與溝渠被蝕刻之處。然而,在許 多的蝕刻製程中,蝕刻的選擇性係受限於例如在Si02蝕刻 期間所釋放的氧氣,>因而在下方的表面儘管如此仍被露出 ...............- - 〇 爲了消除此問題,已經被提出藉由光阻插塞(plug)來 在溝渠蝕刻的期間保護接點孔。然而,已經發現到用光阻 之接點孔的無孔洞之塡充是不可能以可再生的方式,且再 者,接點孔將光阻無殘餘的移除係導致進一步的問題。 作爲一種替代的方案,已經被提出的是(見於P. Singer 4 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) 装·!一*--II 訂--------- A7 B7 6 1037 五、發明說明(3 ) 的半導體國際組織之1997年8月號的第79頁以及Y. Morand等人之1997的VLSI技術硏討會之技術論文摘要 第31篇)產生一種層的序列作爲金屬間的介電質,該層的 序列係包括第一氮化矽層、一Si02層以及一第二氮化石夕層 。首先,該上方的第二氮化矽層係利用一接點孔遮覃而被 形成圖樣。在該接點孔遮罩被除去之後,一第二Si〇2層係 Μ被施加上去。'於是,利用一線遮罩之下,首先該些溝渠係 被蝕刻,且之後選擇性地相對於氮化矽之下,該些接點孔 被向下飩刻至下方的第一氮化矽層。在此蝕刻製程的期間 ,該被形成圖樣之上方的氮化矽層係作用爲一額外的遮罩 。由於在Si02蝕刻期間所釋放的氧氣所導致的降低之選擇 性的問題在此例中也發生。 本發明是基於指定一種用於製造一具有至少一金屬化 平面之積體電路之方法的問題,該金屬化平面適合於用難 以蝕刻的金屬來製造金屬化平面,並且其中污染物係被避 免。此問題係藉由根據申請專利範圍第1項的方法加以解 決。本發明之進一步的改進係出現在其它的申請專利範圍 〇 在該方法中’ 一第一介電層、一第二介電層、一第三 介電層以及一第四介電層係被施加至一基板的表面。在此 例中,該第一介電層以及該第三介電層、與該第二介電層 以及該第四介電層係分別具有相同的蝕刻特性。該第二介 電層的厚度係不同於該第四介電層的厚度。 若該第二介電層的厚度大於該第四介電層的厚度時, 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) —-------------ki— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -3 . -線' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 1 03 7 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(斗) 則利用一定義接點孔的配置之第一蝕刻遮罩之下,蝕刻係 被達成穿過該第四介電層以及該第三介電層進入到該第二 介電層。在此例中,蝕刻係被達到該第二介電層之中,直 到一深度使得該第二介電層的剩餘厚度係實質等於該第四 介電層的厚度。 利用一界定該線溝渠的配置之第二蝕刻遮罩,首先該 第四介電層似及同時該第二介電層係利用一種非選擇性的 製程’亦即該蝕刻是在下方層的表面被露出之前結束,而 被不完全地蝕刻。接著,選擇性地,相對於該第三介電層 並且相對於該第一介電層之下,該第四介電層以及該第二 介電層之被露出的部分係被蝕刻直到在下方的表面分別被 露出爲止。在該第四介電層之情形中,該第三介電層的表 面被露出’並且在該第二介電層之情形中,該第一介電層 的表面被露出。 較佳的是,在該第二蝕刻遮罩的形成之後,首先一種 非選擇性的蝕刻方法係被用於蝕刻進入該第四介電層以及 該介電層之被露出的部分之中,該方法係相關於高蝕刻速 率而被最佳化。該蝕刻是在下方的表面被露出之前就結束 。以此種方式’該必須利用一種選擇性的蝕刻製程(其通常 具有非常低的飩刻速率)來被蝕刻之層厚度係被減少。製造 過程的期間係因而縮短。 之後’該第三介電層以及該第一介電層係被餓刻直到 在下方的表面分別被露出爲止。該第二介電層的表面係在 該第三介電層之下方被露出,並且該基板的表面係在該第 6 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 6 t 0 3 7 / A7 ______B7___ 五、發明說明($ ) 一介電層之下方被露出。在此蝕刻之後,該些接點孔與該 線溝渠係被完成。 若該第四介電層的厚度大於該第二介電層的厚度時, 則利用該界定接點孔的配置之第一蝕刻遮罩之下,蝕刻係 達到該第四介電層之中。在此例中,鈾刻係達到進入該第 四介電層之中、到達一深度以使得該第四介電層剩餘的厚 度係實質等於該第二介電層的厚度。 一種非選擇性的蝕刻製程係接著利用該界定線溝渠之 配置的第二蝕刻遮罩來加以進行。由於先前利用該第一蝕 刻遮罩之飩刻的緣故,該第四介電層在該些接點孔的位置 處有凹陷。藉由利用該蝕刻第四介電層、該第三介電層以 及該第二介電層在實質相同的蝕刻速率下之非選擇性的鈾 刻製程之下,在該些接點孔的位置處,飩刻係被達成穿過 該第四介電層以及該第三介電層而進入該第二介電層。同 時,在該些接點孔外側的線溝渠處,飩刻係被達成進入該 第四層。之後,該第四介電層以及該第二介電層之被露出 的部分係相對於該第三介電層與該第一介電層而被選擇性 地加以蝕刻,分別直到該該第三介電層以及該第一介電層 之下方的表面被露出爲止。 之後,該第三介電層以及該第一介電層係被蝕刻分別 直到該第二介電層以及該基板之下方的表面被露出爲止。 在此蝕刻之後,該些接點孔與線溝渠係被完成。 金屬化平面是藉由在該些接點孔與線溝渠中之接點與 線的形成而加以完成的。 7 紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ----------------衮----1----訂-----------^線 (請先閱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杜印製 4 6 103 7 f A7 B7 五、發明說明(b) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 由於在此方法中,該第一介電層以及第三介電層的表 面係利用該第二蝕刻遮罩在蝕刻斯間實質地同時被露出, 因此該第一介電層以及該第三介電層可由氮化矽加以構成 ,並且該第二介電層以及該第四介電層可由Si〇2加以構成 ,而無從文獻中已知的方式加以不利地影響之si〇2相對於 Si3N4蝕刻的選擇性。因此,該些線溝渠以及接點孔的寬度 與高度能夠可靠地加以控制。由於該第三介電層並未過早 地被露出,因此該些接點孔的變寬與傾斜係加以避免。該 些線溝渠的底部是平坦的。另一個優點是在於利用該第一 飩刻遮罩之蝕刻的情形中,利用一種能夠相關於蝕刻移除 的速度而最佳化之非選擇性的鈾刻方法是可行的。換言之 ,一種具有高蝕刻速率之快速、不昂貴的蝕刻方法能夠被 利用在該使用該第一鈾刻遮罩之蝕刻的情形中,因爲蝕刻 的選擇性在此例中並非必要的。 在此方法中,首先線溝渠與接點孔係被產生,其中金 屬化平面之接點與線係接著被形成。因此,其係適用於難 以根據金屬鑲嵌技術或是雙重的金屬鑲嵌技術蝕刻之金屬 的金屬化平面之製造。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該第一介電層與該第三介電層、以及該第二介電層與 該第四介電層分別被設置實質相同的材料成分是落入本發 明的範疇之中。尤其,該第一介電層與該第三介電層係由 一種內含Si3N4的材料所構成,並且該第二介電層與該第 四介電層係由一種內含Si〇2的材料所構成。此外,對於該 等作用爲蝕刻阻擋的第一介電餍與該第三介電層而言,以 8 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 4 6 103 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明(1) 下的材料也是適合的:SiON、非晶砂、多晶矽、sic、 ai2〇3。對於該等接點孔與線溝渠之絕大部分被配置於其中 之第二介電層與第四介電層而言,以下的材料也是適合的 :Si〇2、BPSG、SOC、flare、BCB、絲、HSQ、FSG、 nanoglass、對二甲苯聚體膜、PTFE、乾凝膠、氣凝膠。 較佳的是,該第一介電層以及該第三介電層具有實質 相同的厚度。 在此例中,在該第一介電層以及該第三介電層的蝕刻 期間,該基板的表面係避免過早地被露出。此係避免該等 接點孔以及/或是線溝渠的側壁被存在於該基板的表面中並 且由於過度蝕刻而過早露出而被移除的材料之污染。該方 法係因此特別適合用於製造一種擴充至含銅的接點或線之 金屬化平面。 .任何適於作爲金屬化平面之支撐的基板都適合作爲該 基板。尤其,一含有積體電路之半導體晶圓係適合作爲該 基板。在此例中,將被製作的接點可延伸至已經位於上述 的積體電路上之金屬化平面以及該積體電路主動的組件之 主動的組件之表面。該接點可延伸至線、接點、擴散區域( 例如,源極/汲極區域、基極區域、射極區域、集極區域) 並且延伸至太陽能電池或是二極髖或是端子(例如,閘極電 極、源極/汲極端子、或類似者)之摻雜後的區域。利用薄 膜技術或是絕緣支撐而體現的積體電路也適合作爲該基板 。在此例中,該積體電路可以是在該金屬化平面之製作之 前或者之後被產生的。 -^ ---It—---^---------I ./1., 一. 、厂' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公髮 4 61 0 3 7 A7 __B7__ 五、發明說明U ) 本發明之一例示的實施例係在以下參考圖式更加詳細 地加以解說。 圖1係顯示穿過一第一介電層、一第二介電層、一第 三介電層以及一第四介電層被配置在其上的基板之剖面。 圖2係顯示在第一蝕刻遮罩的形成並且向下蝕刻進入 該第二介電層之後,穿過該基板之剖面。 圖3係顯示在第二蝕刻遮罩的形成且在部分的蝕刻之 後,穿過該基板之剖面。 圖4係顯示在該第四介電層與第二介電層的選擇性蝕 刻之後,穿過該基板之剖面。 圖5係顯示在該第三介電層以及該第一介電層的蝕刻 並且接點與線的形成之後之後,穿過該基板之剖面。 午要部份代表符號之簡要說明 (請先閱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 1 基板 2 導電的結構 3 第一介電層 4 第二介電層 5 第三介電層 6 第四介電層 7 第一蝕刻遮罩 8 第二蝕刻遮罩 9 接點 10 線 71 接點孔 10 -— 裝----1*----訂----- .線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 461037 A7 B7 五、發明說明(1 81 線溝渠 一第一介電層3、一第二介電層4、一第三介電層5以 及一第四介電層6係被施加至一具有導電的結構2之基板 1之上(見於圖1)。該基板1是一種單晶矽的晶圓,其中— 積體電路(未明確地顯示)係被體現。該基板1的表面是由 一介電保護層所構成的,在該介電保護層中係配置該導電 的結構2。該導電的結構2係爲銅線。 該第一介電層3是藉由以一種電漿CVD製程的沉積 ,而由Si3N4K構成至50 nm之餍的厚度。該第二介電層4 是藉由以一種電漿CVD製程的沉積,而由Si〇2所構成至 850 nm之層的厚度。該第三介電層5是藉由以一種電槳 CVD製程的沉積,而由Si3N4所構成至5〇 nm之層的厚度 。該第四介電層ό是藉由以一種電漿CVD製程的沉積,而 由Si02所構成至600 nm之層的厚度。 一由光阻所製成的第一蝕刻遮罩7係被形成在該第四 介電層6的表面之上(見於圖2)。該第一蝕刻遮罩7係界定 該些接點孔的配置。在一種具有高蝕刻速率之利用chf3 以及cf4作爲製程氣體、非選擇性的(換言之’對於該些介 電薄膜並沒有非常不同的蝕刻速率;在最佳的情形中 SiCVSiN的選擇率=1 : 1)RI]E製程中,蝕刻係被實現穿過 該第四介電層6以及該第三介電層5而進入該第二介電層 4。所使用的蝕刻製程對於以〇2與Si3N4而言具有實質相同 的蝕刻速率。該蝕刻係隨著時間而加以控制。一旦該第三 介電層剩餘的厚度係實質等於該第四介電層6的厚度,譬 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -I 裝.·--------訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 11 A7 4 6 1: 03 7 ____B7____ 五、發明說明(…) 如說600nm時,該蝕刻則立刻結束。 該第一蝕刻遮罩7係接著藉由燃燒以及/或是利用EKC 525之濕式化學地(亦即濕式化學的聚合物移除)而被移除。 一第二蝕刻遮罩8係接著被產生,其係界定該些線溝 渠的配置(見於圖3)。在一種具有高蝕刻速率之RIE製程中 ,蝕刻係接著被實現而進入到該第四介電層6以及該第二 介電層4被露出的部分之中。該蝕刻是藉由蝕刻時間而加 以控制的。其係在該第三介電層5以及該第一介電層3之 表面分別被露出之前就結束。該蝕刻同樣是利用CHF3以 及CF4來加以實現的。該第二介電層4以及該第四介電層 殘餘的厚度係從50到100 nm。 選擇性的蝕刻係接著在一種利用C4F8與CO,帶有或 不帶有〇2(兩者都是可行的)作爲製程氣體之RIE製程來加 以實現的。Si02相對於Si3N4之蝕刻上的高度選擇性在此 例中係被獲得。該鈾刻係被繼續,直到該第一介電層3以 及該第三介電層5的表面被露出爲止。過度蝕刻並非必要 的,因爲該第一介電層3以及該第三介電層5的表面係大 致同時被露出(見於圖4)。在該第二蝕刻遮罩藉由燃燒以及 利用EKC 525之濕式化學的聚合物移除之移除之後,該第 一介電層3以及該第三介電層5被露出的部分係被移除。 該蝕刻係以一種具有250 W之低RF功率的利用CF4以及 Ar之11正製程以及6吋的直徑之基板晶圓來加以實現的。 在此蝕刻之後,該等接點孔以及線溝渠係被完成。 爲了要完成接點9與線10,一共形的擴散阻障層係接 12 紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注音?事項再填寫本頁) 訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 4 6 t 03 7 ____ B7 五、發明說明(l丨) 著藉由濺鍍而被施加上去,該層係由一具有10 nm的厚度 之TaN層以及一具有40 nm的厚度之Ta層所構成。一銅 晶種層係接著被濺鍍上去。該些接點孔以及線溝渠係藉由 以銅的電鍍而加以塡充。該銅以及擴散阻障層突出超過該 些線溝渠之部分係藉由化學機械硏磨(CMP)來加以除去。 此方法係藉由利用刷式淸潔器來淸潔該基板之兩側而結束 的。在圖5中所描繪的結構係被產生,其中金屬化平面係 包括該等接點9以及線1〇。 (請先閱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 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
Claims (1)
- A8 B8 C8 D8 4 6 103 六、申請專利範圍 1.一種用於製造一具有至少—金屬化平面之積體電路 之方法, 其中一第一介電層、一第二介電層第三介電層以 及一第四xM電層係被施加至一基板的一表面,該第一介電 層以及該第三介電層、與該第二介電層以及該第四介電層 係分別具有相同的触刻特性’並且該第二介電層的厚度係 '’不同於該第四介電層的厚度, 其中’若該第二介電層的厚度大於該第四介電層的厚 度時,則利用一定義接點孔的配置之第一蝕刻遮罩之下, 鈾刻係被達成穿過該第四介電層以及該第三介電層進入到 該第二介電層,直到一深度使得該第二介電層的剩餘厚度 係實質等於該第四介電層的厚度,並且若該第四介電層的 厚度大於該第二介電層的厚度時,蝕刻係被達成穿過該第 四介電層’直到一深度使得該第四介電層的剩餘厚度係實 質等於該第二介電層的厚度, 其中’利用一界定該些線溝渠的配置之第二蝕刻遮罩 ’首先一種非選擇性的製程係被執行,藉此蝕刻係被實現 而進入到該第四介電層以及該第二介電層之中’在下方的 第三介電層與第一介電層之表面並未被露出,並且接著該 第四介電層以及該第二介電層係分別選擇性地相對於該第 三介電層並且選擇性地相對於該第一介電層而被蝕刻,直 到該第一與第三介電層在下方的表面分別被露出爲止,其 中該第三介電層以及該第一介電層係被蝕刻,直到在下方 的表面分別被露出爲止, 1 本紙張尺度ΐιί用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) "" " "' n n n n n * n .^1 n u n n^-δι' I n n n I n n I 广 V (請先閱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 A8 B8 C8 D8 4 6 1 03 7 六、申請專利範圍 其中內含金屬的接點與線或是該金屬化平面係在該等 接點孔以及在該等線溝渠中被產生。 2.如申請專利範圍第1項之方法’其中利用該第一貪虫 刻遮罩之第四介電層、第三介電層以及第二介電層的蝕刻 係在藉助於一種非選擇性的蝕刻製程之下被執行的。 3..如申請專利範圍第1或2項之方法,其中該第一介 電層與該第三介電層、以及該第二介電層與該第四介電層 係分別具有實質相同的材料成分。 4. 如申請專利範圍第3項之方法,其中該第一介電層 以及該第三介電層係含有Si;N4 ’並且該第二介電層以及該 第四介電層係含有Si〇2 ° 5. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該第一介電層 以及該第三介電層係具有實質相同的厚度。 6. 如申請專利範圔第1項之方法,其中該些接點以及 內連線係藉由金屬的沉積與平面化而加以形成的。 7·如申請專利範圍第1項之方法,其中該些接點以及/ 或是該些內連線係含有銅。 n n In --- n n K - n » n n n n 一ej n n In n n n I (請先閱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 2 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
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