TW463305B - Method for decreasing the RC delay time of conductor contact - Google Patents

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463305 五、發明說明（1) 5-1發明領域： 本發明係有關於減少導體接觸（conductor contact) 之電阻電容時間延遲（R C d e 1 a y t i m e)的方法，並且特別 是可以顯著克服電阻電容時間延遲對雙鑲嵌結構（dua j damascene structure )之不良影響的方法ό 5-2發明背景： 在半導體元件範疇中’隨著半導體元件尺寸的日漸縮 小以及半導體元件運作速度的日益提昇，電阻電容時間延 遲的影響也越來越大。電阻電容時間延遲的一大來源如下 所述.參見第一圖，在半導體元件中，導體接觸u除位於 底材1 0上同時也被介電材料層丨2所圍繞。顯然地，由於底 材10與介電材料層12二者都有其各自的電容值與電阻值， 因此僅管導體接觸丨丨是用導體材料所形成的，但是當電流 通過導體接觸11時，電流也會和底材10與介電材料層12相 互作用。換言之，在半導體元件中實際運作的電路為包含 來自導體接觸11外之電阻與電容的電路。 減少電阻電容時間延遲的 電阻值與低電容值的材料來圍 由於實際半導體元件的設計不 最直接方法便是使用兼具低 繞導體接觸11。無論如何， 只要考慮電阻電容時間延遲

463305 五、發明說明（2) 的問題，還要考慮諸如附著性（（a dhes i on)、钱刻選擇比 (etching selectivity)、介電係數、沉積速率等栩多的 限制，因此往往不能以兼具低電阻值與低電容值的材料來 圍繞導體接觸11，而其結果便是電阻電容時間延遲問題無 法有效的解決。 例如在雙鑲欲結構（dual damascene structure)中， 為了兼顧減少電阻電容時間延遲與簡化製程的需要，如第 二圖所示之示意圖’通常是分別使用氧化物21 (如四氧乙 基矽（Tetraethy卜orthosi 1 icate)或氧氟化矽（SiOF))與 氮化矽2 2來作為金屬層間介電質與蝕刻終點層，藉以在底 材2 3上形成一個雙鑲嵌結構。由於氧化物21與氮化矽2 2間 触刻選擇比可以調整到相當大，因此可以確保雙鑲嵌結構 的順利形成。但由於雖然氧化物2 1可以藉由使用四氧乙基 矽等來降低介電係數，可是氮化矽22的介電係數高達約 8 ’所以在填入導體材料形成導體接觸後，由於導體接觸 週圍材料之介電係數的影響，特別是氮化矽2 2的影響，整 體的電阻電容時間延遲是不可忽略的。而其結果便是銅鑲 嵌技術提昇傳導速率等的優點會和電阻電容時間延遲增加 的缺點相抵銷，使得半導體元件尺寸縮小的困難増加。 j顯地，根據上述之概要討論可以看出，如何克服電 阻電谷時間延g ’特別是如何使電阻電容時間延遲對雙镶 嵌、’D構的景> 響降至最低，是一個亟待解決的問題。

4 6 33 0 5 發明說明（3) 5 - 3發明目的及概述： 本么月的主要目的在於提供一種可以減少導體接觸 之電阻電容時間延遲的方法。 本發明的另一目的在提供藉由使用可兼具高蝕刻選擇 比與低介電係數之材料來作為蝕刻終點層，達到減少導體 接觸周圍電阻電容時間延遲之目的的方法。 本發明之再一目的是提供一種可以減少電阻電容時間 延遲對雙鑲嵌結構之不良影響的方法，特別是一種可以不 使用氮化石夕為触刻终點層的方法。 、 本發明之一較佳實施例為一種減少導體接觸之電阻電 谷％間延遲的方法’此實施例至少包含下列基本步驟：提 供底材；形成有機低介電係數材料層在底材上；形成介電 材料層在有機低介電係數材料層上；形成用以定義接觸窗 區域之光阻層在介電材料層上；以有機低介電係數材料層 為蝕刻終點層，對介電材料層進行蝕刻程序，藉以在接 窗區域形成接觸窗；移除光阻層並以導體填入接觸窗。 本發明的另一較佳實施例為一種減少雙鑲嵌結構之電

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五、發明說明（4) 阻電容時間延遲的方法，此方法至少包含下列基本步驟· 提供底材；依序形成底層、第一介電材料層、有機低介· 係數材料層和第二介電材料層在底材上；形成用以定^ ^ 一接觸窗區域之第一光阻層在第二介電材料層上；以底 為飯刻終點層進行第一银刻程序’藉以形成第一接觸窗f 及在有機低介電係數材料層之裸露表面形成保護膜；^ $ 第一光阻層；形成用以定義一第二接觸窗區域的第二光^ 層於第二介電材料層上，在此第二接觸窗區域除較第—接 觸窗區域寬也與第一接除窗區域重疊；以有機低介電係數 材料層為蝕刻終點層進行第二蝕刻程序，藉以形成第二 觸窗。 一接 5~4發明詳細說明： 本發明的一個較佳實施例為一種減少導體接觸之電阻 電容時間延遲的方法。參照第三A圖到第三d圖，本方法的 各基本步驟如下所述： 首先如第三A圖所示，提供底材3〇並在底材3〇上形成有 機低介電係數材料層31。在此底材3〇係泛指要形成導體接 f於其上的物件’亦即底材3 〇可以單純的僅是晶圓，也可 疋已形成電晶體、隔離等於其上的晶圓。同時有機低介電 係數材料層3 1可以是介電係數大約為2. 9到3的有機旋塗式

463305 五、發明說明（5) 玻璃（organic soi n-ηη „ ι „ 、 , ,丨+β & η 〇η giass),也可以是矽玻璃層（Si glass)或者疋其它有機低介電係數材料。 △ φ ί tί :B圖所* ’先形成介電材料層32在有機低 介電係數材料層3 1 t，势· ％ Λ, + m 然後形成用以定義一接觸窗區域的 7 ;1材料層32上。在此介電材料.層32的可能種 類至夕匕3介電係數大約為3 4到3 6的氟矽玻璃（F_d〇ped si ic^te glass )層、氧化物層、氧氟化矽層以及四 基矽層。 接 為钱刻 此接觸 用八氟 序可以 刻選擇 敍刻終 介電係 氧氣即 電係數 下來，第三C圖所示，以有機低介電係數材料層3 i =點層，對介電材料層32進行—蝕刻程序，藉以在 窗區域形成接觸窗34。其中上述之蝕刻程序至少使 丁稀（匕匕）與惰性氣體’例如氬氣。如此的蝕刻程 使有機低介電係數材料層31與介電材料層32間的蚀 比增大’而使得有機低介電係數材料層32所扮演的 點層可以有效地控制蝕刻程序的進行。至於有機低 數材料層31之去除，只須在蝕刻過程中加入適量的 可以順帶去除未被介電材料層32所覆蓋的有機低介 材料層31。 — 最後，第二D圖所示’先移除光阻層33，再以導體材 料填入接觸窗34 ’而形成需要的導體接觸35。其中上述之 導體至少可以是金屬或多晶矽。 國 第8頁 463305 五、發明說明（6) 顯然地，由第三D圖可以看出，此時導體接觸3 5之電 阻電容時間延遲會受到其週圍有機低介電係數材料層3 2與 介電材料層31二者的影響。無論如何，由於介電材料層3 j 可以選用氧化物或四氧乙基矽等來降低介電係數，而且用 有機低介電係數材料層32做為蝕刻終點層又可以把蝕刻終 點層的介電係數’因此導體接觸3 5之電阻電容時間延遲可 以有效減少。除此之外，由於有機低介電係數材料層32蛊 介電材料層31二者的蝕刻選舉比可以有效控制，因此導^ 接觸的輪廓與位置也仍可以有效地控制。 本發明的另一個較佳實施例為一種減少雙鑲嵌結構之 電阻電容時間延遲的方法。參照第四A圊到第四£圖，本 方法的各基本步驟如下所述： 首先 層41、第 第二介電 以為氮化 化物層、 材料層43 旋塗式玻 終點層相 的電阻電 如如第四A圓所示 一介電材料層4 2、 材料層44在底材4〇 矽層或矽層；第一 敦石夕破墙層或四氧 則可以為矽玻璃層 璃。明顯地，和習 比較，本實施例可 谷時間延遵。 ’提供底材40，並依序形成底 有機低介電係數村料層4 3以及 上。其中上述之底層41至少可 介電材料層4 2則至少可以為氧 乙基矽層；而有機低介電係數 或介電係數大約為2. 9的有機 知技術使用氮化矽層作為蝕刻 以有效降低#刻終點層所引發 4 6 33 Ο 5 五、發明說明（7) 然後如第四Β圖所示，形成第一光阻層45在第二介電 材料層4 4上，藉以疋義第一接觸窗區域。當然，為確保隨 後進行之敍刻程序的效果’可以在形成第一光阻層4 5前， 先在第二介電材料層4 4上形成一抗反射層，以增強微影飯 刻程序的效率。 再來，如第四C圖所示，以底層41為蝕刻終點層進行 第一蝕刻程序，藉以在第一接觸窗區域中形成第一接觸窗 4 6以及在有機低介電係數材料層4 3之裸露表面形成保護膜 47。上述之第一蝕刻程序係一般係使用八氟丁烯、惰性氣 體與氮氣來進行，而所使用的惰性氣體至少包含氬氣。當 然，在此步驟中為了蝕穿有機低介電係數材料 姓刻底下的第-介電材料層42，還必需適當地添力續 接下來’ > 第四D圖所示’移除第一光阻層45並 光阻層48於第二介電材料層44上。在此第二光阻層Μ 係用以定義第二接觸窗區域’而且第二接觸窗區域除 一接觸窗區域寬外，也與第一接除窗區域重疊。 附帶地H阻層45係在低壓與含氧氣的環境下.， 以活性離子蝕刻程序移除。而由於此時保 =有機低介電係數材料層43之裸露表面，因此J = 有機低介電係數材料層43被部份移除的缺 ..0 ^ ^ ^ ^ 适疋本實游 463305 五、發明說明（8) 例同時使用有機低介電係數材 料與前述蝕刻程序的 一大優 為# Ξ ί點1 1 : 所:列’以有機低介電係數材料層4 3 ，形成第二接”窗區域 體的同時也使用到氧氣，否則丁烯與惰性氣 也會被㈣掉,便無法作為= : 係數材料㈣ 含氧第二钮刻程序完成後，可以在低壓斑 Ϊ :接=離子㈣程序移除第二光上 j守田一個接觸窗都形成好後，#可' ,ν收M U 例如鋼）填入第-接觸窗47與第將導體材料（ 41，以裸露部份之底材4(^ &域之底層 顯然地’和習知雙鑲嵌結構的製 _ 僅改變飯刻終點層的材料以及姓刻程二例 換言之，這個實施例可以和習知技術；應物。 需要大幅改變反應器或操作流程二:：县而不 可實際實施於生產線的方法。 匕、個實把例是一種 463305 五、發明說明（9) 冰右總f 個較佳實施例’可以看出本發明所提出 第一個是使用有機低介電係數材料層 終點層的介電係數高層，藉以減少因 s大導體接觸之電阻電容時間 個是使用八氟丁烯與氮氣來蝕刻，藉以 "電：科層與有機低介電係數材料層間的高‘蝕刻選擇 進而破保所形成接觸窗“戈雙鑲嵌結構）之輪廓的正確 之方 (如 蚀刻 延遲 獲得 比， 以上所述僅為本發明 定本發明之申請專利範圍 精神下所完成之等效改變 之較佳 :凡其 或修飾 實施例 它未脫 ，均應 而已， 離本發 包含在 並非用 明所揭 下述之 以限 示之 申請 463305 圖式簡單說明 第一圖是半導體元件中，導體接觸與週圍環境的摘要 示意圖； 第二圖為習知之雙鑲嵌結構的橫截面示意圖； 第三A圖到第三D圖為本發明之一較佳實施例之基本步 驟的橫截面示意圖；以及 第四A圖到第四E圖為本發明之另一較佳實施例之基本 步驟的橫截面示意圖。 主要部分之代表符號：

10 底 材 11 導 體 接 12 介 電 材 21 氧 化 物 22 氮 化 矽 23 底 材 30 底 材 31 有 機 低 32 介 電 材 33 光 阻 層 34 接 觸 窗 觸 料層 介電係數材料層 料層 第13頁 4 6 33 0 5

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Claims (1)

1. 463305 六、申請專利範圍 1. 一種減少導體接觸之電阻電容時間延遲的方法，該方法 至少包含下列基本步驟： 提供一底材； 形成一有機低介電係數材料層在該底材上； 形成一介電材料層在該有機低介電係數材料層上； 形成一光阻層在该介電材料層上，該.光‘阻層係用以— 義一接觸窗區域； θ ^ 以該有機低介電係數材料層為敍刻終點層，對兮介 材料層進行一蝕刻程序，藉以在該接觸窗區域形成」二電 窗； /接觸 移除該光阻層；以及 以一導體材料填入該接觸窗。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之有 介電係數材料層為有機旋塗式玻璃。 '低 3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中上述之有 塗式玻璃的介電係數大約為2, 9到3。 知 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之有機 介電係數材料層為矽玻璃層。 1 2

   第15頁 1 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之介電材 2 料層為氟矽玻璃層。 463305 案號 89109619 修正 六、申請專利範圍 6，如申請專利範圍第5項所述之方法，其中上述之氟石夕玻 離層的介電係數大約為3. 4到3 . 6。 7.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之介電材 料層為氧化物層。 8 第。 圍層 範矽 利化 專氟 請氧 申為 如層 .料 材 電 介 之 述 上 中 其 法 方 之 述 所 項 9.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之介電材 料層為四氧乙基矽層。 1 0.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之蝕刻程 序係至少使用八氟丁烯與惰性氣體。 1 1.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之蝕刻程 序也使用了少量的氧氣以移除未被該介電材料層所覆蓋之 部份的該有機低介電係數材料層。 1 2.如申請專利範圍第1 0項所述之方法，其中上述之惰性 氣體至少包含氬氣。 1 3 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之導體材

   第16頁 4 633 Ο 5 六、申請專利範圍 料至少包含金屬 14.如申請專利範圍第i項 料至少包含多晶碎。所34之方法，其中上述之導體材 1 5. —種減少雙鑲换沾错+你 方法至少包含·· 構之電P且電容時間延遲的方法，該 提供一底材； 依序形成 係數材料層以 形成一第 阻層係 以 該第 用以定 該底層 接觸窗 材料層 '-第 二介電 層在該 一接觸 終點層 形成一 一介電材料 材料層在該 第二介電材 窗區域； 進行一第一 第一接觸窗 成一保護膜 層、—有機低介電 底材上； 料層上，該第一光 蝕刻程序，藉以在 以及在該有機低介 義一第 為钱刻 區域中 之裸露 一光阻 表面形 層； 層於該 接觸 該第一接觸窗區域寬也與該第一 除該第 成一第二光阻 用以定義一第 第二介電材 窗區域，在 該有機低介電係數材料層為蝕刻 序’藉以在該第二接觸窗區域中 料層上，該第二光 此該第二接觸窗區 接除窗區域重疊； 終點層進行一第二 形成一第二接觸 第17頁 463305 ---------------------- 六、申請專利範圍 16.如申請專利範圍第15項所述之方法，其中上述之底層 為氣化碎層。 1 7 如申請專利範圍第丨5項所述之方法，其中上述之底層 為碎層。 18，如申請專利範圍第項所述之方法，其中上述之第一 介電材料層為氧化物層。 1 9·如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其中上述之第一 介電材料層為氟矽玻璃層。 20_如申請專利範圍第1 5項所述之方法’其中上述之第一 介電材料層為四氧乙基石夕層。 2 I.如申請專利範圍第1 5項所述之方法’其中上述之有機 低介電係數材料層為有機旋塗式玻璃。 22，如申請專利範圍第21項所述之方法’其中上述之有機 旋塗式玻璃的介電係數大約為2. 9。 2 3.如申請專利範圍第丨5項所述之方法’其中上述之有機 低介電係數材料層為矽玻璃層。

   第18頁 4 6 33 0 5 六、申請專利範圍 24. 如申請專利範圍第Η項所述之方法’其中上述之第一 介電材料層為氧化物層。— 25. 如申請專利範圍第Η項所述之方法’其中上述之第一 介電材料層為氟矽玻璃層。 2 6.如申請專利範圍第1 5項所述之方法’其中上述之第二 介電材料層為四氧乙基石夕層。 27. 如申請專利範圍第μ項所述之方法’更包含在形成該 第一光阻層前，先在該第二介電材料層上形成一抗反射 層。 28. 如申請專利範圍第丨5項所述之方法，其中上述之第一 钱刻程序係至少使用八氟丁烯、惰性氣體與氮氣。 29. 如申請專利範圍第丨5項所述之方法，其 一 蝕刻程序同時也使用了少量的氧氣，藉以 述之第 電係數材料層而可以繼續蚀刻底下的兮笛 有機低" ' 邊第—介電材料層。 3 0 _如申請專利範圍第2 8項所述之方法， 氣體至少包含致氣。 ’、中上述之.隋性 31.如申請專利範圍第丨5項所述之方法， 具中上述之第一

   Ϊ 19 K ' ___ 4 6 33 0 5 申請專利範圍 惰性氣體與氧氣。 敍刻程序係至少使用八氟丁烯 32.如申請專利範圍第15項所述之方法，其中上述之第一 光阻層係在低壓與含氧氣的環境下，以活性離子蝕刻程序 移除β 33.如申請專利範圍第丨5項所述之方法，其中上述之第二 钱刻程序係至少使用八氟丁烯、氮氣與惰性氣體。 ·如申請專利範圍第3 3項所述之方法’其中上述之惰性 氣體至少包含氬氣。 35.如申請專利範圍第丨5項所述之方法，其t上述之第二 光阻層係在低壓與含氧氣的環境下，以活性離子蝕刻程序 移除® 36.如申請專利範圍第1 5項所述之方法，更包含以導體材 料填入該第一接觸窗與該第二接觸窗。 37·如申請專利範圍第36項所述之方法，更包含在填入導 體材料前，先移除在該第一接觸窗區域之該底層以裸露部 份之該底材。. °

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