TW544845B - Low-k interconnect structure comprised of a multilayer of spin-on porous dielectrics - Google Patents
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Description
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發明領媸 本發明係關於高速微處理器、應用特殊積體電路 (ASICs),與其他高速積體電路(ICs)之互連結構。本; 提供低介電常數(即低k)之互連結構,其具有強化之^路 速度、精確之傳導電阻值,與降低之製造成本。本^明 ::構和先前技藝之傳統結構相比,具有較低之有‘介 電常數、改良之金屬線電阻控制,以及降低之製造成2 已知許多具有約3.5或更少介電常數之低k介電質,加雙 波紋型式之銅(Cu)的互連結構,舉例來說,請參見2〇〇〇年 6月5〜7日,電機與電子工程師學會(IEEE)電子裝置學會, 國際互連技術研討會,R.D·高伯特(G〇idbiatt)等,「具低& 介電I之鬲性能0.13微米(μιη)銅BE0L技術」,第% 1〜263 頁。在先前技藝之互連結構的製造期間,(在金屬填充與 化學機械掘光(CMP)之後)成為金屬導體的渠溝深度,通 常是不能充分地控制的,而此等溝渠長成稱為微渠溝的 形狀。圖1顯示含有微渠溝之先前互連結構的圖像表示。 具體地說,圖1包括基板10、低k介電質12,與包含擴散 障壁填料16之金屬填充導體區域14。注意圖右手邊之金 屬填充導體區域包含微渠溝1 8。 使用定時反應性離子蝕刻(RIE)過程來蝕刻渠溝,並以 時間控制渠溝深度。通常,蝕刻速率與渠溝輪廓的形狀 ’皆隨著穿越晶圓的渠溝寬度(特徵尺寸)變化,導致溝渠 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 544845 A7
深度大的變化,進而導致今屬壤贿 叩守双至屬導體電阻之大的變化。這 ^刻速率與特徵形狀的變化,可能超時地(天天)改變。 因為當擴散障壁填料沈積於溝渠之粗糙表面上時,其 具有淡薄的(薄的)位置,渠溢鹿立 罝来屏底4的粗糙形狀也產生可靠 十生的問題。對以上微渠溢pE( Hg ^ 倣本焉問嗵I 一般解決方法,包含額 外處理步騾的使用,其提高了製 攸同J I k所需·^低k介電質加鋼 (Cu)互連結構的整體生產成本。 而且,具有銅(Cu)與低⑽料之互連結構的製造,通常 必須使用旋塗塗佈工具,肖更昂貴的離子增強化學氣相 沈私(PECVD)工具。混合工具组的使用,增加了設備的講 置與維修成本,以及製造的原始時間。 鑑於先前技藝之問題,有需要提供一新與改良之製作 低1^介私貝加金屬互連結構的方法,而此一方法避免微渠 >冓的形成。 發明概要 本發明之目的在提供一種低k介電質加雙波紋型式之金 屬互連結構,其中可以獲得金屬導體電阻之精確與均一 的控制。 本發明之另一目的在以不增加處理成本情況下,提供 金屬導體之形狀的精確控制,以改善可靠性。 本發明之進一步目的在提供一種互連結構,其中金屬 導體具有一實質上平坦的底部,亦即沒有微渠溝存在。 本發明之進一步目的在提供一種低k介電質加金屬互連 結構(具有金屬導體電阻之精確與均一的控制),其係基於 本紙張足度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 544845 A7 B7 五、發明説明(3 ) 多層自旋塗佈介電質層;因此避免了昂貴之真空式沈積 工具的使用。 本發明之另一目的在使用具有約3.5或更少之k的多孔介 電質。 本發明藉由提供一種互連結構來達成這些與其他的目 的,此一互連結構至少包含一多層之介電質與多層旋塗 介電質内部之複數個圖案化的金屬導體,其中多層之介 電質以單一之自旋應用工具逐次地施加,然後在單一的 步騾中固化。導體電阻上的控制係使用具有第二原子組 成之嵌埋的蝕刻終止層來獲得,其中終止層位於線與具 有第一原子組成之多孔低k介電質的通道介電質層之間。 本發明之互連結構亦包含一硬式光罩,其可輔助形成雙 波紋型的互連結構。從具有特定原子組成與其他顯露之 數值之多孔低k有機或無機材料的特定群中,選擇第一與 第二組成,以獲得至少10至1,或更高的蝕刻選擇性。 具體地說,本發明之雙波紋型互連結構包括: 一基板,其具有形成於其上之圖案化的多層介電質, 該圖案化之多層介電質包含藉由嵌埋之蝕刻終止層彼此 分離的第一與第二多孔低k介電質,該第一與第二多孔低 k介電質具有第一組成; 一拋光終止層,其形成於該第二多孔低k介電質上面之 該圖案化的多層介電質上;及 一金屬導體,其形成於該圖案化之多層介電質内。 在本發明之一具體實施例中,第一與第二多孔低k介電 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 544845 A7 B7 五、發明説明(4 ) 質是有機介電質,而嵌埋之蝕刻終止層則是無機之低k介 電質材料。在本發明之此一具體實施例中,無機之嵌埋 触刻終止層可以是多孔或非多孔的,其中以多孔之無機 嵌埋蝕刻終止層為優先的選擇。 在本發明之另一具體實施例中,第一與第二多孔低k介 電質是低k無機介電質,或無機/有機混合的介電質,如甲 基倍半矽氧烷(MSQ),而該嵌埋之蝕刻終止層則是有機低 k介電質。在本發明之此一具體實施例中,有機之嵌埋蝕 刻終止層可以是多孔或非多孔的,其中以多孔之材料為 優先的選擇。 本發明之結構提供下列超越先前技藝之互連結構的優點: (i) 金屬導體厚度與電阻之精確與均一的控制。 (ii) 改善的可靠性,因為渠溝包含均勻厚度而無稀薄點的 擴散障壁填料。 (iii) 在不增加生產成本,並減少真空式沈積工具之使用的 情況下,獲得高度控制的金屬導體電阻。 本發明之另一態樣係關於一種製造上述低k介電質加金 屬導體互連結構之方法,其包括步驟: (a) 在基板表面上,形成多層旋塗介電質,該多層介電 質包含藉由嵌埋之蝕刻終止層彼此分離的第一與第二多 孑L低k介電質,該第一與第二多孔低k介電質具有第一組 成,而該嵌埋之蝕刻層則具有不同於該第一組成之第二 組成; (b) 在該多層旋塗介電質上形成一硬式光罩,該硬式光 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 544845 A7 B7 五、發明説明(5 ) 罩至少包含一掘光之終止層,與位於該抛光終止層頂邵 白勺圖案化層; (C)在該硬式光罩中形成一開口,以便暴露該多層旋塗 介電質之表面; (d) 使用該硬式光罩作為蝕刻光罩,在該暴露出來之多 層旋塗介電質之表面中,形成一渠溝層階與通道層階; (e) 用至少一導體材料填充該渠溝層階與通道層階;及 ⑴將形成於該多層旋塗介電質之該拋光終止層上的該 導體金屬填充物平面化。 在本發明之一具體實施例中,多層旋塗介電質在引導 步驟(b)之前固化。在另一具體實施例中,其中硬式光罩 亦包含旋塗介電質,而固化則發生於步騾(b)之後。 圖式簡單說明 圖1係先前技藝之互連結構的插畫表示,此一互連結構 包含微渠溝,其具有形成於其中之粗糙的底部表面。 圖2-8係本發明之結構,經由本發明各種不同之處理步 焉聚的剖面圖。 圖式符號簡單說明 10表示一基板; 12表示一低k介電質; 14表示一金屬填充導體區域; 16表示一擴散障壁填料; 18表示一微渠溝; -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 544845 A7 B7 五、發明説明(6 ) 50表示一基板; 52表示一多層旋塗介電質; 52’表示一固化之多層旋塗介電質; 54 表示一第一低k介電質; 54’表示一固化之第一低k介電質; 56 表示一後埋之姓刻終止層; 56’表示一固化之嵌埋之蝕刻終止層; 58表示一第二低k介電質; 58’表示一固化之第二低k介電質; 60表示一硬式光罩; 60’表示一固化之硬式光罩; 62 表示一拋光終止層; 62’表示一固化之拋光終止層; 64 表示一圖案化層; 64’表示一固化之圖案化層; 66 表示一開口; 68 表示一第二開口; 70 表示一渠溝; 72 表示一填充材料;及 74 表示一導電金屬。發明詳細說明 本發明提供由多層旋塗介電質所組成之低k互連結構, -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 544845 7 五、發明説明( 以及製造此一互連纟士错 、 圖,詳細地敘述本發明。;、、主立參考本發明之附 之元件係以相似之參考式中,相似與/或相應 明其說明使用於本發明中,用來製造本發 =冓的初始結構。具體地說,圖2中所說明的結 搏包括基板50,並且右;、人孙 。如圖所示,本發明之Γ二其人, 質54山… 夕層從塗介電質包含第-似介電 音的/欠二虫刻終止層56,與第二❹介電質58。應注 的,,使用於本發明中之多層旋塗介電質,具有從約 /约3·5《有效介電常數,而其中以從約1·4至3·〇之有 ^介電常數為最佳。根據本發明,第-與第二低k介電質 疋=孔 < 有機或無機(包含無機/有機之混合)介電質。應 /王思的是第二低k介電質是其中將形成金屬線的區域,然 而第一低k介電質則是其中形成金屬通道的區域。 …、 如圖2所tf,嵌埋之蝕刻終止層係位於第一與第二多孔 低k介電質之間。此外,本發明所使用之第一與第二多孔 低]^介包為具有彼此相似之第一組成,而嵌埋之蝕刻層則 具有不同於該第一組成之第二組成。應注意的是本^; 使用之「低k」一詞,指示具有約3·5或更少之介電常數的 介電質材料,而其中以從約L4至3.0之介電常數最佳。下 文中,將詳細敘述組成多層旋塗介電質之每一層的成分 本發明所使用之基板可以包含一般出現在互連結構中 之傳統材料。所以,舉例來說,基板50可以是介電質(層 -12- 本紙張尺度適用t國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 544845 五、發明説明(8 ) 階間或層階内)、配線層階、黏著催化劑、半導體晶圓, 或其任何組合。當使用半導體晶圓作為基板時,晶圓可 以包3形成於其上之各種電路與/或裝置。 、多層旋塗介電質之每一層,係利用熟諳此藝之士熟知 之傳統捉塗塗佈處理步驟來形成,而下列旋塗處理之每 、疋放到加為板洪烤過程中,其中此一過程係使 足、移除3疋塗介電質上任何殘餘溶劑的條件;然後於 後績層《應用期目,處理不能溶解的膜。加熱板烘烤通 常在約攝氏90度至約攝氏5〇〇度的溫度中,實施約1〇至 裝 〇〇秒加煞板烘烤以約攝氏250度至約攝氏400度的溫度 ,實施約6〇至300秒較佳。 線 在本喬明之一具體實施例中,第一與第二低&介電質是 包括破(C)、氧(0)與氫(H)之有機介電質。舉例來說,本 發明中使用之冑機低k介電質的實例包含,但不受限於此 ,芳香族熱硬化聚合樹脂,舉例來說由道化學⑴⑽ Chemical)公司以SiLK⑧商標銷售之樹脂,荷尼威爾 (H〇neywellWFlare⑧商標銷售之樹脂,與由其他供應商銷 ,之類似樹脂,以及其他類似之有機介電質。應注意的 疋,使用於本發明之此一具體實施例中的有機介電質是 多孔的。本發明中所使用之有機介電質的小孔尺寸,在 約5至孔隙體積百分比中’大約是i至約別奈米。 當第-與第二低k介電質包括有機介電質時,嵌埋之蝕 刻終止層係兩旋塗之無機介電質層或無機/有機之混合(即 含嫩質)所組成。在本發明中,無機介電質嵌埋蚀刻 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公 13- 544845 A7 B7 五、發明説明(9 ) 、終止層通常包括矽(Si)、氧(Ο)與氫(H)(碳(C)可以視情況 存在),並且具有約1.1至約5.5之介電常數,而其中以約 2.0至3.2之介電常數較佳。可以用作嵌埋之蝕刻終止層的 無機介電質實例,包含,但不受限於此··倍半矽氧烷 (HOSP)(由哈尼威爾(Honeywell)銷售之含矽無機介電質) 、四乙基鄰矽酸酯(TEOS)、甲基倍半矽氧烷(MSQ)、氫化 倍半矽氧烷(HSQ)、MSQ-HSQ共聚物,有機矽烷與任何其 他含矽之材料。在本發明之此一具體實施例中,多孔與 多孔之無機介電質可以用作嵌埋之蝕刻終止層,而其 中以多孔之無機介電質為優先之選擇。雖然無機之嵌埋 名虫刻終止層的孔隙尺寸對本發明不是緊要的,通常無機 之嵌埋蝕刻終止層在約5至80%之孔隙體積百分比中,具 有約5至500埃的孔隙尺寸。無機之嵌埋蝕刻終止層,以 在約10至5 0%之孔隙體積百分比中,具有約10至200埃的孔 隙尺寸更佳。 在本發明之另一具體實施例中,多層旋塗介電質之第 一與第二多夺L低k層,是多孔之低k無機介電質,而嵌埋 之蝕刻終止層,則可以是多孔或不是多孔之有機介電質 材料。應注意的以上本發明之第一具體實施例中,關於 匕類有機與無機介電質的敘述,在此一具體實施例中也 可以成立。因此,此處不需要進一步的敘述。 不論在本發明中使用哪一具體實施例,多層之第一多 孑L低k介電質層具有約500至約10,000埃的厚度,而其中以 系勺900至約30 00埃的厚度更佳。在嵌埋之蝕刻終止層範圍 - 14- 本紙張尺^度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 544845
中,孩層通常具有約25至1500埃的厚度,而其中以約ι〇〇 =3〇〇埃的厚度更佳。另—方面,多層之第二多孔低^ 電質層則具有約500至約10,〇〇〇埃的厚度,其中以約ι〇〇〇 至約3000埃的厚度更佳。 一現在可以固化多層旋塗介電質了,或者是,如果硬式 光罩是用旋塗介電質製成的,則多層旋塗介電質與硬式 光罩可以在單-固化步驟中固<匕。後者是較佳的,既然 其減少了整個程序中,處理工具與步驟的數目。下文中 所提到的固化條件,錢用於固化發生於硬式光罩形成 之^削的具體實施例中。 形成圖2所示之結構之後,硬式光罩6〇形成於多層旋塗 介電質(最上表面,即第二低k介電質58之頂端。根據本 么月硬式光罩60至少包含!垃光層62與圖案化層64。圖3 中所π之硬式光罩’可以藉由傳統電漿增強化學氣相沈 積⑽CVD)過程來形成,或者以自旋塗佈來形成每一層硬 式光罩60則更佳。既然旋塗塗佈減少了整個過程中使用 之沈積工具的數目,目而降低了整體的製造成本,由並 形成(層是較佳的"匕外,雖然圖式描緯硬式光罩中有 兩層的存在,硬式光罩可以包含超過兩層。 用來形成硬式光罩的材料可以變化,並且是依據其對 直接鋪設於其下面之層的蚀刻選擇性。舉例來說,本發 明中所使用之圖案化層,是具有對下面之拋^止Μ 独刻選擇性(約10:1,或更高)的材料。由於圖案化層在本 發明之步驟(f)中被移除,此層之介電常數可以是高的。 -15-
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另一方面,拋光終止層則是且有斟 』疋八,對下面心多層旋塗介電 貝咼蝕刻選擇性的的材料,而且並 /、S具有不明顯地增 加多層旋塗介電質之有效介電常數的介電常數。 據此,圖案化層可以包含有機或無機之介電質,然而 抛光終止層則包括無機或有機介電質。每一層之實際性 質,首先將取決於多層旋塗介電質之第二低k介電質,然 後取決於拋光終止層。在本發明之一具體實施例中,拋 光終止層62與嵌埋之蝕刻終止層56係由相同之材料所組 成。 每-層硬式光罩之厚度可以變化,而且對本發明也不 是緊要的。可是,圖案化層通常具有約1〇〇至約3〇⑽埃的 厚度,而拋光終止層則是具有約100至約1〇〇〇埃的厚度。 緊接於形成硬式光罩之後,拋光終止層與圖案化層, 以及下面之多層旋塗介電質,遭受單一之固化步驟,而 此一步驟係使用熟諳此藝之士所熟知之傳統條件來實施 。固化步驟可以包含加熱板烘烤步驟,或電爐加熱。在 本發明中,以使用包含電爐烘烤之固化步騾較佳。雖然 固化的條件可以變化,加熱板烘烤通常是在約攝氏250度 至約攝氏500度的溫度,實施約30至約500秒的時間,而 電爐烘烤步驟則是在約攝氏200度至約攝氏500度,實施 約1 5分鐘至約3 ·0小時的時間。再次強調的是如果硬式光 罩不是由旋塗介電質所組成,則固化可以在硬式光罩沈 積之前發生。此外,既然旋塗之硬式光罩是較佳的,圖 式與下列敘述是特別針對此一具體實施例的。然而,應 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 544845 五、發明説明(12 /王思的疋,圖式與下列敘述對於不是旋塗塗佈之硬式光 罩也是成立的。 中j化層顯示於圖4中,並標示為52,(固化之多層旋塗介 私貝)62 (固化之拋光終止層)與64,(固化之圖案化層) 緊接万;介電質多層與硬式光罩之選擇性固化之後,圖3 斤π之总構,便遭受第一微影與蝕刻過程,而於固化之 圖案化層64,中形成開口66;請參見圖5。具體地說,依據 下列來形成圖5中所示之結構:首先,使用熟請此藝之士 所熟知之傳統沈積過程,於固化之圖案化層上,形成將 用來圖案化圖案化層之光阻劑(圖式中未顯示)。接著,將 光阻d暴路於放射之圖案,其後使用傳統光阻顯影劑, 於光阻劑中將圖案顯影。 在將光阻劑圖案顯影之後,帛口66便形成於硬式㈣ I以便將下面之掘光終止層之—部份暴露出來。具體 vt開口係使用傳統乾式蝕刻過程來形成的,此—乾 式^過程包含,但不受限於此:反應性離子蚀刻咖) 、书漿蝕刻與離子束蝕刻。這些不同的乾式蝕刻過程中 ^以使用包含氟基之化學的反應性離子蚀刻_)較佳。 二㈣步驟之後,便利用熟諳此藝之士所熟知之傳 '」各過各,將圖案化之光阻劑從結構中剝落。從 微影與蝕刻步驟獲得之結構,顯示於圖5。 ,結構剝落光阻劑之後,便對圖5中所示 的光阻劑(未顯示)。接著,新的光阻劑遭受 新 以便於結構中提供第二開口 68,其中此—開口/將^之 -17- 544845 五、發明説明(13 多層旋塗介電質52, %主 ^ 前述細刻過程:表面f露出來。第二崎驟包含 ,以使用包含氟基之化=么不同的乾式㈣過程中 緊接於將固化之多居入性離子姓刻(RIE)較佳。 後,便使用傳統制;=介:暴Γ來的第二㈣之 ,而提供如圖6所示之結構。弟二光阻劑從結構上剝落 多:;/二在:更Λ光罩中形成圖案之後的結構,被轉移到 、,巨、;70之圖:貝具體地說,在多層旋塗介電質中形成 二::衣轉移,係使用包含氧或還原化學之乾式蚀 j過私來貫施。根據本發明,渠溝7〇可以是通道或線,或兩 者。 緊接於圖案轉移到多層旋塗介電質之後,便以導體金 屬74溝无與平面化填渠,以便提供圖8所示之結構。一種 j擇性但疋較佳之填充材料72,可以在填充導體金屬之 則,於渠溝中形成。本文中所使用「導體金屬」一詞指 示一種金屬,其選自由鋁(A1)、銅(Cu)、鎢(w)、銀(Ag) 與其他類似之金屬,這些金屬通常使用於互連結構中。 在此也了以使用這些導體金屬的合金,如銅錯(Ai_cu) 。使用於本發明中之較佳的金屬是銅。利用傳統沈積過 程,如化學氣相沈積(CVD)、電漿輔助化學氣相沈積、電 逢度、歲鍍、化學溶液沈積與其他類似之沈積過程,於渠 溝中形成金屬。 、本發明中所使用之選擇性的填充材料,包含任何防止 導體金屬擴散到介電質層中的材料。一些此等填料之實 -18- 本紙張瓦度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 544845 A7 B7 五、發明説明(14 ) 例,包含,但不受限於此:氮化鈦(TiN)、氮化妲(TaN)、 跃(Ti)、鋰(Ta)、鎢(W)、氮化鎢(WN)、鉻(Cr)、鈮(Nb)與 其他包含其組合之類似的材料。填充材料可以利用熟諳 立匕藝之士所熟知之傳統沈積過程於渠溝中形成,此一沈 積過程包含:化學氣相沈積(CVD)、電漿輔助化學氣相沈 積、濺鍍、電鍍、化學溶液沈積。 以導體金屬填充渠溝之後,此一結構便遭受傳統平坦 4匕過程,如化學機械拋光(CMP),此一平坦化過程移除拋 光終止層上面的任何導體金屬。請注意,此一平坦化步 驟也從結構中移除硬式光罩的圖案化層,但是沒有移除 Μ光終止層。結果是拋光終止層遺留在結構之表面上。 因為此一緣故,選擇具有稍微低之介電常數的拋光終止 層是必要的,以便不增加互連結構之有效介電常數。 緊接於本發明之處理步驟之後,可以藉由重複本發明 之處理步騾,在圖8所示之結構上面形成額外的通道或配 、線層階。因此,可以使用本發明之方法來製備其中包含 一個或更多個配線或通道層階之互連結構。 提供下列實例以說明本發明之方法,以及顯示其一些 優:點。 實例 在此一實例中,準備並使用SiLK®/HOSP/SiLK⑧/HOSP 介電質堆疊來形成一互連結構。具體地說,在此一實例 中,使用裸8英吋矽晶圓作為基板。藉著在丙二醇單甲醚 酉普酸鹽(PGMEA)中,對晶圓施加2.5重量百分比之有機矽 -19- 本紙張^度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 544845 A7 B7 五、發明説明(15 ) 少充黏著催化劑溶液,以黏著催化劑來處理此一晶圓,緊 接著以約每分鐘3000轉旋轉30秒。晶圓接著被放到加熱 板上,並於約攝氏100度烘烤約90秒。此一烘烤將黏著催 4匕劑的反應,提升到晶圓的表面。冷卻至室溫之後,以 丙二醇單甲醚醋酸鹽(PGMEA)清洗具有黏著催化劑之晶 圓,以移除多餘的黏著催化劑。此一晶圓以約3 0毫升(ml) 的丙二醇單甲醚醋酸鹽(PGMEA)洗滌,然後以約每分鐘 3 0 00旋轉約30秒。 緊接著此一清洗之後,晶圓在攝氏100度的加熱板上烘 烤約1分鐘,以使溶劑乾燥。冷卻至室溫之後,便施加第 一層低k介電質(SiLK⑧)。SiLK⑧溶液係放在晶圓上,而此 一晶圓以約每分鐘3 0 0 0轉旋轉約3 0秒。在自旋之後,晶 圓被放到攝氏1 00度的加熱板上一分鐘,以部分乾燥溶劑 。其接著被傳送到攝氏400度的加熱板,並烘烤約2分鐘 。此-時間與溫度足以使所得之SiLK®膜不能溶解。 在冷卻之後,晶圓被送回旋塗器。施加HOSP溶液到晶 圓上,並以每分鐘3000轉旋轉約30秒,其中HOSP溶液已 被稀釋,以於約每分鐘3000轉的轉速,獲得約50奈米之 厚度。在自旋之後,此一晶圓被放到攝氏1 0 0度的加熱板 上約1分鐘,以部分乾燥溶劑。接著,其被移至攝氏400 度:的加熱板上2分鐘,以部分交叉連接薄膜。此一時間與 溫度足以使膜不能溶解。 接著允許晶圓冷卻,並送回旋塗器。對第一層施加第 二層SiLK®。SiLK⑧被施加到晶圓上,而此一晶圓以約每 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 544845 A7 B7 五、發明説明(16 ) 分鐘3000轉旋轉約30秒。此一晶圓被放到攝氏1〇〇度的加 熱板上一分鐘,緊接著放到攝氏400度的加熱板上約2分 姜重。 /♦卻至A溫之後’晶圓被送回旋塗器。接著施加兩層 硬式光罩如下。施加一層HOSP。對晶圓施加HOSP溶液, 接著晶圓以每分鐘3000轉旋轉約30秒,其中HOSP溶液已 被稀釋’以於約每分鐘3〇〇〇轉的轉速,獲得約5〇〇埃的膜 厚度。此一晶圓接著以約攝氏1〇〇度之加熱板烘烤約1分 鐘’以及約攝氏400度烘烤約2分鐘。 包含上述各層之固化的晶圓,被放進電漿增強化學氣 相沈積(PECVD)反應器中,並且於約攝氏35〇度沈積一層 5〇〇埃的氮化矽,以及於約攝氏35〇度沈積一層12〇〇埃的 二氧化矽(Si02)。 接著實施本發明中所敘述之微影與蝕刻過程。然後使 用工業中已知之標準過程方法(以填料,然後銅(cu),填 充蝕刻渠溝與通道開口,而銅以化學機械拋光過程(cMp) 平面化),完成雙波紋結構。 在最後之化學機械拋光過程(CMp)期間,氮化矽層遺留 在結構中,而沈積在上面的二氧切_2)層則被移除了 = 雖然已經明確地展示,並以與其 例敛述本發明,熟請此藝之士應了解,可以作前::: 他=式上改變,而不脫離本發明之精神與範圍 :此,本發明不受限於所敘述與所說明之確切形 式人,’而是屬於延伸中請專利範圍之範園。 21 本紙張尺度適财國國家A4規格(210 X 297公董Γ 裝 町
Claims (1)
- 544845 LA8 B8 C8 D8 Hi·專利範圍 1. 一種互連結構,其包括: 一基板,其具有形成於其上之圖案化的多層介電質, 該圖案化之多層介電質包含藉由嵌埋之蝕刻終止層彼此 分離的第一與第二多孔低k介電質,該第一與第二多孔 低k介電質具有第一組成,而該嵌埋之蝕刻層則具有不 同於第一組成之第二組成; 一拋光終止層,其形成於該圖案化的多層旋塗介電質 上之該第二多孔低k介電質上面;及 一金屬導體,其形成於該圖案化之多層介電質内。 裝 2. 如申請專利範圍第1項之互連結構,其中該第一與第二 多孔低k介電質是有機介電質,而嵌埋之蝕刻終止層是 無機之低k介電質材料或無機/有機混合之材料。 3. 如申請專利範圍第2項之互連結構,其中該第一與第二 多孔低k有機介電質,在約5至約35%之孔隙體積百分比 中,具有約1至約50奈米之孔隙尺寸。 4. 如申請專利範圍第2項之互連結構,其中該無機低k介電 質嵌埋蝕刻終止層是多孔的。 5. 如申請專利範圍第4項之互連結構,其中該無機多孔低k 介電質蝕刻終止層,在約5至約80%之孔隙體積百分比 中,具有約5至約500埃的孔隙尺寸。 6. 如申請專利範圍第2項之互連結構,其中該第一與第二 多孔低k有機介電質包括碳(C)、氧(0)與氫(H)。 7. 如申請專利範圍第6項之互連結構,其中該第一與第二 多孔低k有機介電質是芳香族熱硬化聚合物樹脂。 本紙張足度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 544845 A8 B8 C8 申請專利範圍 8:申請專利範圍第2項之互連結構,其中該無機之嵌埋 蝕刻終止層包括矽(Si)、氧(〇)與氫(H),並視需要地包 括€(c)。 9·如申請專利範圍第8項之互連結構,其中該無機之嵌埋 蝕刻終止層包括 H〇SP、MSQ、TE〇s、HSQ、 hsq共聚物、有機矽烷,或任何其他含矽之材料。1 _請專利範圍第1項之互連結構,其中該第一與第二 夕孔低k介電質是低k無機介電質,而該嵌埋之蝕刻終止 層疋有機之低k介電質。 1 1 ·=申請專利範圍第丨〇項之互連結構,其中該第一與第二 夕孔低k無機介電質,在約5至約80%之孔隙體積百分比 中’具有約5至約500埃的孔隙尺寸。 1 2·如申請專利範圍第10項之互連結構,其中該有機低匕介 電質之嵌埋蝕刻終止層是多孔的。 1 3·如申請專利範圍第12項之互連結構,其中該有機多孔低 k介電質之蝕刻終止層,在約5至約35%之孔隙體積百分 比中,具有約1至約50奈米的孔隙尺寸。 14·如令請專利範圍第1〇項之互連結構,其中該有機介電質 之蝕刻終止包括碳(C)、氧(〇)與氫(H)。 1 5·如申請專利範圍第14項之互連結構,其中該有機介電質 之蝕刻終止層是芳香族熱硬化聚合物樹脂。 1 6·如申請專利範圍第1〇項之互連結構,其中該第一與第二 多孔低k無機層包括矽(Si)、氧(〇)與氫(H),並視需要地 包括碳(C )。 -2 - 本紙張尺度“中闕家標準(CNS) Μ規公董y 544845 8 8 8 ABCD 、申請專利範圍 1 7.如申請專利範圍第16項之互連結構,其中該第一與第二 多孔低k無機層包括HOSP、MSQ、TEOS、HSQ、MSQ-HsQ共聚物、有機矽烷,或任何其他含矽之材料。 1 8 ·如申凊專利範圍第1 ,之互連結構,其中該第一與第二 多孔低k介電質具有約υ至約3.5之介電常數。 1 9·如申請專利範圍第1 8項之互連結構,其中該介電常數你 從約1.4至約3.〇。 、 2 0.如申請專利範圍第1項之互連結構,其中該多層旋塗介 私質具有約3 · 5或更少之有效介電常數。 2 1 ·如申請專利範圍第1項之互連結構,其中該基板是—介 電質、配線層階、黏著催化劑,及其組合之半導體晶圓。 22·如申請專利範圍第1項之互連結構,其中該基板是〜半 導體晶圓,其具有一黏著催化劑層形成於其上。 2 3 ·如申請專利範圍第丨項之互連結構,其中該拋光之終止 層係由與嵌埋之蝕刻終止層相同的材料所組成的。 2 4.如申請專利範圍第1項之互連結構,其中該拋光之終止 層係一旋塗低k無機或有機介電質。 2 5·如申請專利範圍第1項之互連結構,其中該金屬導體由 錯(A1)、銅(Cu)、鎢(W)、銀(Ag),或其合金所組成。 2 6.如申請專利範圍第1項之互連結構,其中該金屬導體由 銅(Cu)所組成。 2 7,如申請專利範圍第1項之互連結構,進一步包括一填充 材料,其於該金屬導體之沈積之前,形成於該圖案化之 多層旋塗介電質的内部。 本紙張尺^度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 544845 A8 B8 C82 8.如申请專利*圍第27項之互連結構,其中該填充材料由 氮化鈦(TiN)、氮化鈕(TaN)、鈦(Ti)、鈕(Ta)、鎢(w)、 氮化鎢(WN)、鉻(Cr)、鈮(Nb),或其組合所組成。 29·如申請專利範圍p項之互連結構,其中該導體金屬係 導體通道、導體線,或導體通道與線。 3 0.—種製造低k介電質加金屬導體互連結構之方法,包括 步驟: 、(a)在基板表面上,形成多層旋塗介電質,該多層旋 塗介電質包含藉由嵌埋之姓刻終止層彼此分離的第一與 第二多孔低k介電質,該第一與第二多孔低k介電質具有 第一組成,而該嵌埋之蝕刻層則具有不同於該第一組成 之第二組成; (b) 在該多層旋塗介電質上形成—硬式光罩,該硬式 光罩至少包含一拋光之終止層,與位於該拋光終止層頂 部的圖案化層; (c) 在琢硬式光罩中形成一開口,以便暴露該多層旋 塗介電質之表面; (d) 使用该硬式光罩作為蝕刻光罩,在該暴露出來之 多層旋塗介電質表面中,形成一渠溝; (e) 用至少一導體材料填充該渠溝;及 、(f)將形成於該多層旋塗介電質之該拋光終止層上的 該導體金屬填充物平面化。 3 1.如申請專利範m第則之方法,其中該多層旋塗介電質 係藉由自旋塗佈’逐次施加該多層之每一層來形成的, -4 -裝 本紙張尺度家標準(CNS) 挪公董) 544845 A8 B8 C8 申請專利範圍 ”中在每一旋塗塗佈步驟之後,引導加熱板烘烤處理步 4 ’以使旋塗層上殘餘之溶劑乾燥,而使旋塗層不能溶 解。 戈申叫專利範圍第3 〇項之方法,其中該多層旋塗介電質 係在引導步驟(a)之後固化。 33·:申請專利範圍第32項之方法,其中該固化係一加熱板 烘烤固化步驟,其於約攝氏25〇度至約攝氏5〇〇度之溫度 ’處理約3 0至約5〇〇秒。 3 4·如申請專利範圍第32項之方法,其中該固化是一電爐固 化步驟,其於從約攝氏2〇〇度至約攝氏500度之溫度,處 理約15分鐘至約3·〇小時。 •如申叫專利範圍第30項之方法,其中該硬式光罩係藉由 電衆增強化學氣相沈積(PECVD)來形成的。 3 6·如申4專利範圍第3〇項之方法,其中該硬式光罩係藉由 旋塗塗佈來形成。 3 7·如申請專利範圍第3〇項之方法,其中該硬式光罩包括旋 塗介電質,而固化則發生於步驟(b)之後。 3 8·如申請專利範圍第3〇項之方法,其中步騾(幻包含兩個 微影與蝕刻步驟。 3 9·如申請專利範圍第38項之方法,其中該蝕刻步驟包含一 乾式蝕刻過程,其選自由反應性離子蝕刻(rie)、離子 束蝕刻,與電漿蝕刻所組成之群。 40.如申請專利範圍第38項之方法,其中該蝕刻步驟包括其 中使用氟基化學之反應性離子蝕刻(RIE)。 八 -5- 本紙張尺度適财關家標辱A4規格(21()><297公董)' -------___裝 η m 544845•如申請專利範圍第3〇項 或還原氣體式蚀刻過程。其中步驟⑷包含乳’ 42.如^專利範圍第30項之方法,其中該 線、通道 或其組合。 專利範圍第Μ項之方法,其中該渠溝填充包含〆 M匕私此過私選自由化學氣相沈積(CVD)、電漿 之^化學乳相沈積、電鍍、崎與化學溶液沈積所組成 其中在引導步驟(e)之 其中步驟(f)包含化學 其中該第一與第二多孔 裝 4 4 ·如申睛專利範圍第3 0項之方法 ㈤’於該渠溝中形成填充材料。 45·如申請專利範圍第川項之方法 機械拖光。 玎 46·如申請專利範圍第3〇項之方法,,、,…々π γ 一 7 w 低k介電質是有機介電質,而嵌埋之蝕刻終止層則是無 機之低k介電質材料,或是無機/有機混合之材料。 4 7.如申請專利範圍第46項之方法,其中該第一與第二多孔 低k有機介電質,在約5至約35%之孔隙體積百分比中, 具有約1至約5 0奈米的孔隙尺寸。 48·如申請專利範圍第46項之方法,其中該無機低k介電質 之嵌埋蝕刻終止層是多孔的。 4 9.如申凊專利範圍第48項之方法,其中該無機多孔低让介 電質姓刻終止層,在約5至約80%之孔隙體積百分比中 ’具有約5至約500埃的孔隙尺寸。 5 〇·如申請專利範圍第46項之方法,其中該第一與第二多孔 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 544845 A8 B8 C8低1^有機介電質包括碳(c)、氧(〇)與氫(η)。 5 1 ·如申請專利範圍第50項之方法,其中該第—與第二多孔 低k有機介電質是芳香族熱硬化聚合物樹脂。 :申μ專利範圍第46項之方法,其中該無機之嵌埋蝕刻 、止層包括矽(Si)、氧(〇)與氫(η) ’並視需要地包括碳 (C)。5 3·=申請專利範圍第52項之方法,其中該無機之嵌埋蝕刻 終止層包括 HOSP、MSQ、TEOS、HSQ、MSQ-HSQ 共 來物、有機矽烷,或任何其他含矽之材料。 5 4.如申清專利範圍第3〇項之方法,其中該第一與第二多孔 低k介電質是低k無機介電質,而該嵌埋之蝕刻終止層則 疋有機之低k介電質。 5 5.如申請專利範圍第54項之方法,其中該第一與第二多孔 低k供機介電質,在約5至約8〇%之孔隙體積百分比中, 具有約5至約500埃之孔隙尺寸。 5 6·如申請專利範圍第54項之方法,其中該有機低k介電質 之嵌埋蝕刻終止層是多孔的。 5 7·如申請專利範圍第56項之方法,其中該有機多孔低]^介 電質之钱刻終止層,在約5至約35〇/〇之孔隙體積百分比 中’具有約1至約5 0奈米的孔隙尺寸。 5 8 ·如申請專利範圍第5 6項之方法,其中該有機介電質之蝕 刻終止層包括碳(C)、氧(〇)與氫(H)。 5 9 ·如申請專利範圍第5 8項之方法,其中該有機介電質之蝕 刻終止層是芳香族熱硬化聚合物樹脂。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董) 544845 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 6 0.如申請專利範圍第56項之方法,其中該第一與第二多孔 低k無機層包括矽(Si)、氧(0)與氫(H),並選擇性地包括 碳(C)。 6 1.如申請專利範圍第60項之方法,其中該第一與第二多孔 低 k 無機層包括 HOSP、MSQ、TEOS、HSQ、MSQ-HSQ 共聚物、有機矽烷,或任何其他含矽之材料。 -8- 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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