TW580738B - Method of etching a low-k dielectric layer - Google Patents

Description

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發明所屬之技術領域 本發明係有關於一種以一非曰 低介電常數介電質層的㈣方』:曰：：入層作為硬罩幕來 晶碳植入層作為硬罩幕來蝕刻低介電=系有關-種以-非 一溝槽（fh)或介層窗（Vla)j的;|方\吊。數介電質層以形成 先前技術

導體晶片的後段（back end of Hne ;BE〇L)製程 ::在晶片中加上連接各元件與各層所需要的金屬系統的 土併稱為ί屬化製程。上述的金屬化製程係包含形成-”電質層覆蓋-半導體基板、+坦化並圖形化上述介電質 層以形成溝槽及/或介層窗、以及填充上述溝槽及/或介層 南以形成導線及/或介層窗插塞。然後執行一化學機械研 磨（chemical mechanical polishing)製程將上述半導體 基板的表面作平坦化處理。

發展一具有高電子元件與内連線積集度、小尺寸、且 功能強大的半導體晶片是目前的當務之急。然而，隨著I C 元件之積集度增加會提高金屬内連線之間的寄生電容，進 而導致RC延遲時間延長、金屬内連線之間的干擾（cross talk)頻率增加。因此，一低介電常數材料通常用以形成 一層間介電質層（inter-layer dielectric layer ; ILD 1 a y e r)，以減少上述的寄生電容，提高金屬内連線之間的 傳導速度。 同時，在1 0 0 n m ( 0 · 1 // m)以下的製程設計準則

0702-8763TWf(Nl) ； 91P54 ； dwwang.ptd 第6頁 580738 五、發明說明（2) (design rule)中，尤其需 ^ ^ 11 ΤΛ m, rb ^ ^ T貝木度更间的内連線；意味 者在I L D層中所形成的溝槽或& 小，也辦加了卜、十、、#祕彳〆 g囪的開口（opening)就越 ]^曰加了上述溝槽或介層窗的開口的深寬比。 ι_“。·ι")以下的疋取關鍵的因素。在 大於24“m的深紫：；：製；：使用的光源係波長為不 section coating ;DARC)盥一 it 声 較薄的阻劑層之組合可以右崎砧丄/ M 7子’ 、， J以有效地增加微影製程中的小尺寸 控制月b力’並能夠提供所兩|沾 . 仏所而要的解析度。然而，傳統的以 疋& . SPln — 〇n法或化學氣相沉積（chemical vapor deP〇Sltl〇n ;CVD)法所形成的低介電常數材料，例如芳香 族碳虱化合物（SiLK)與黑鑽石（black diamond)，與深紫 外線微影製程中所使用的阻劑材料的蝕刻選擇比（6优乜 selectivity)都太小，而不足以單獨使用厚度較薄的阻劑 層而在低’丨電系數介電質層上餘刻出溝槽或介層窗的開 口 ° 美國專利第6，3 1 9，8 2 2號揭示一以金屬有機化學氣相 "匕積（metal organic chemical vapor deposition ; MOCVD)法所形成的TiNxCy層，係作為在一前金屬介電質層 (pre-metal dielectric layer ;PMD layer)蝕刻一溝槽 或介層窗開口所使用之硬罩幕（hardmask)。然而，M〇CVI) 並非應用在上述低介電常數介電質層上慣用的沉積方法， 因此在製程中導入M0CVD會增加製造成本與製程的複雜 度0

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580738 五、發明說明（4) 请苓考第1〜7圖，為一系列之剖面圖，係顯示本發明 ，佳^施例中以〇·丨3 或更小的製程蝕刻一低介電常數 介電質層的步驟。本發明之低介電常數介電質層的蝕刻方 法係包含形成一非晶碳植入層（am〇rph〇us carb〇n d〇ped layer j作為硬罩幕來形成.一溝槽或介層窗的開口。 在第1圖中係提供一具有元件區（未繪示於圖面）的蓦 板100 q 一低介電常數介電質層110例如^黑鑽石或其他有機 或無機質的低介電常數介電質層係沉積於基板丨00之上； 且對一鑲嵌（damascene)製程而言，低介電、常數介電質層 11 0的厚度較佳為3 〇 〇 〇 a〜6 0 〇 0 A。 、 請參考第2圖，以電漿增益化學氣相沉積（plasma enhanced chemical vapor deposition ;PECVD)法、並使 用與沉積低介電常數介電質層丨丨〇時之相同設備，、將一非 晶碳植入層1 2 0形成於低介電常數介電質層丨丨〇之上。在上 辻_ P E C V D法中’係以一 C3 H6氣體作為前驅物（p r e c u r s 〇 r)， 以一頻率為3 80 KHZ〜13· 56 MHZ的射頻電場將上述c3h6氣體 離子化後；在3 0 〇 °C〜4 5 0。(：的溫度下，使已離子化的碳粒 子轟擊低介電常數介電質層110，以在低介電常數介電質 層11 0上形成非晶碳植入層1 2 〇。請注意非晶碳植入層丨2 〇 亦可在以下的圖形化步驟中作為一抗反射層。 請參考第3圖，阻劑層1 3 0係以例如旋轉塗佈法等方法 形成於非晶碳植入層1 2 0上。視需要可在阻劑層1 3 〇之頂層 或底層形成一抗反射層1 3 6，其中抗反射層1 3 6可以是例如 為利用塗旋法（spin coating)形成的聚亞醯胺（p〇iyimide

0702-8763TWf(Nl) ； 91P54 ； dwwang.ptd 第9頁 580738 五、發明說明（5) )或是聚楓類（polysulfone)等有機物質、或氮化石夕 (silicon nitride)、氮氧石夕化合物（siiic〇n oxynitride)、非晶矽（amorphous siiic〇n)、氮化鈦 (titanium nitride)、或是碳化氮（nitride carbide)等 無機材料；抗反射層1 3 6可與非晶碳植入層丨2 〇 一起在以下 的圖形化的過程中減少光的反射。而在本發明之較佳實施 例中，抗反射層1 3 6係位於阻劑層1 3 〇之底層。 、也 請參考第4圖，圖形化阻劑層丨3 〇，形成阻劑層開口 134並形成阻劑罩幕132。其中阻劑罩幕132係在蝕刻抗反 射層1 3 6與非晶碳植入層丨2 〇時作為罩幕之用。 請參考第5圖，以一含氧電漿蝕刻阻劑層開口丨34下方 的抗反射層136與非晶碳植入層12〇，形成硬罩幕開口124 ，而未被蝕刻的非晶碳植入層丨2 〇則成為硬罩幕丨2 2，而在 蝕刻硬罩幕開口 1 24下方未被硬罩幕i 22遮蔽的低介電常數 介電質層11 0時，作為硬罩幕之用。 α月《考第6圖，將阻劑罩幕1 3 2剝除，以曝露出硬罩幕 12 2 ° 請參考第7圖’以反應離子蝕刻（reactive ion ing RIE)使用氧氣（〇2)、氮氣（D、或含氟氣體蝕 刻低介電常數介電質層110中在硬罩幕開口124下方、：： 硬罩幕122覆蓋的部份，在低介電常數介電質層工} 用於内«之溝槽或介層窗的介電質層開π114。 成 人予ί Γ ί技術比較’本發明的優點之-係可以降低在低 介電常數介電質層十所形成的開口的寬度，其中上述；：

0702-8763TWf(Nl) ； 91P54 ； dwwang.ptd 第10頁 580738 五、發明說明（6) 介電常數介電質層中所形 溝槽或介層窗。本發明係 層中所形成的開口的寬度 述本發明之主要目的。 本發明的另一優點係 #刻方法，包含形成一硬 用的設備與P E C V D的製程 質層時所使用的設備與製 造成本，係達成上述本發 雖然本發明已以較佳 限定本發明，任何熟習此 和範圍内，當可作些許之 範圍當視後附之申請專利 成的開口係用於形成内速線中的 可以將上述在低介電常數介電質 降低至0 . 1 3 // m以下，係達成上 提供一種低介電常數介電質層的 罩幕；其中形成上述硬罩幕所使 •係與沉積上述低介電常數介電 程相同，可以簡化製程並降低製 明的另一目的。 實施例揭露如上，然其並非用以 技藝者，在不脫離本發明之精神 更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍所界定者為準。

0702-8763TWf(Nl) ； 91P54 ； dwwang.ptd 第11頁 580738 圖式簡單說明 第1〜7圖為一系列之剖面圖，係顯示本發明較佳實施例 中以0. 1 3 // m或更小的製程蝕刻一低介電常數介電質層的步 驟。 符號說明 I 0 0〜基板； 110〜低介電常數介電質層； II 2〜低介電常數介電質層； 11 4〜介電質層開口； 1 2 0〜非晶碳植入層；

C 1 2 2〜硬罩幕； 124〜硬罩幕開口； 1 3 0〜阻劑層； 1 3 2〜阻劑罩幕； 1 3 4〜阻劑層開口； 1 3 6〜抗反射層。

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Claims (1)

1. 580738 六、申請專利範圍 1. 一種低介電常數介電質層的#刻方法，包括下列步 驟： 提供一基板，該基板具有一低介電常數介電質層； 於該低介電常數介電質層上形成一非晶碳植入層 (amorphous carbon doped layer); 於該非晶碳植入層上形成一阻劑層； 圖形化該阻劑層來定義一第一開口（opening)，以形 成一阻劑罩幕； I虫刻該非晶碳植入層中未被該阻劑罩幕覆蓋的部份而 在該非晶碳植入層定義一第二開口，以形成一硬罩幕； 剝除該阻劑罩幕；以及 I虫刻該低介電常數介電質層未被該硬罩幕覆蓋的部 份，以形成一第三開口。 2. 如申請專利範圍第1項所述之低介電常數介電質層 的蝕刻方法，其中該低介電常數介電質層的厚度為3 0 0 0 A 〜6 0 0 0 A 〇 3. 如申請專利範圍第1項所述之低介電常數介電質層 的蝕刻方法，其中該非晶碳植入層的厚度為3 0 0 A〜1 0 0 0 A 0 4. 如申請專利範圍第1項所述之低介電常數介電質層 的钱刻方法，更包含在形成該非晶碳植入層之後，形成一 抗反射層。 5. 如申請專利範圍第1項所述之低介電常數介電質層 的蝕刻方法，其中該低介電常數介電質層包含一黑鑽石

   0702-8763TWf(Nl) ； 91P54 ； dwwang.ptd 第13頁 580738 六、申請專利範圍 (black diamond)層。 6 ·如申請專利範圍第1項所述之低介電常數： 的#刻方法，其中該阻劑罩幕係以一波長為不大 的光源來圖形化該阻劑層而形成。 7 · —種低介電常數介電質層的蝕刻方法，包 驟： 提供一基板，該基板具有一低介電常數介電 於該低介電常數介電質層上形成一非晶碳植 (amorphous carbon doped layer)； 於δ亥非晶喊植入層上形成一抗反射層； 於该抗反射層上形成一阻劑層； 圖形化该阻劑層來定義一第一開口（ 〇 P e n i n g 成一阻劑罩幕； 名虫刻该抗反射層與該非晶碳植入層中未被該 覆盍的部份而在該抗反射層與該非晶碳植入層定 開口，以形成一硬罩幕； 剝除該阻劑罩幕；以及 钱刻該低介電常數介電質層未被該硬罩幕覆 份，以形成一第三開口。 8 ·如申清專利範圍第7項所述之低介電常數： 的钱刻方法，其中該低介電常數介電質層的厚度 〜6000 A 〇 9 ·如申請專利範圍第7項所述之低介電常數> 的姓刻方法’其中該非晶碳植入層的厚度為3 0 0 , h電質層 於248 nm 括下列步 質層； 入層 )，以形 阻劑罩幕 義一第二 蓋的部 卜電質層 為3000 A 卜電質層 广 1 0 0 0 A

   0702-8763TWf(Nl) ； 91P54 i dwwang.ptd

   第14頁 580738 六、申請專利範圍 〇 I 0 .如申請專利範圍第7項所述之低介電常數介電質層 的蝕刻方法，其中該低介電常數介電質層包含一黑鑽石 (black d i amond )層 〇 II .如申請專利範圍第7項所述之低介電常數介電質層 的蝕刻方法，其中該阻劑罩幕係以一波長為不大於248 nm 的光源來圖形化該阻劑層而形成。

   0702-8763TWf(Nl) ； 91P54 ； dwwang.ptd 第15頁