TWI262575B - Patterning layers comprised of spin-on ceramic films - Google Patents

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相關申請之交互參照 請 考 本發明主張於2 0 0 3年1月29日f請的美國暫時專利 案6 0/443, 3 6 1之權益，其全部内容及揭露係於 且於此完整提出。 作為參 一、【發明所屬之技術領域】 本發明係有關以陶瓷層作為圖案層的利用。尤其是， f關利用陶瓷層以產生作為積體電路及微電子元件^ 一部 知之金屬内連線結構。本發明提供兩個主要優點。第一， 陶瓷層製程如同薄膜一樣，可以很容易地以任何一種溶劑 型製程應用，例如旋轉塗佈。第二，陶瓷層之獨特化學組 成，可以在應用溶液型製程的傳統層之間，提供實質的化 學對比。 ' 二、【先前技術】 硬遮罩圖案層及埋入式蝕刻終止層的使用通常是用於 金屬内連線結構之製造，其係積體電路及微電子元件的一 4份。需要具備一些特性以成功地使用這些層。第一，它 們必須可以透過使用微影光罩及乾式蝕刻製程（例如，反 應式離子蝕刻）而定義，且具有提供與其他層之化學對比 的纟且成而使得結構可以很容易地產生。第二，它們可能必 須要可以抗光阻重工步驟，例如氧化電聚、還原電漿、濕 式酸槽等，其係當圖案層對準失誤時所可能需要的步驟。 第三，他們必須具有熱穩定性，以能夠禁得住其他需要升

4IBM03157TW.ptd 第8頁 1262575 五、發明說明（2) 高溫度的製程步驟。第四，他 的附著力，以林P斗τ ’對於㈤層必須具有 線处槿Μ制 平坦化步驟及其他會產生；Λ Ϊ夠強 製程步驟。根據它們的佈局及使用^力於内連 二要可以透過適當的化學機械研磨式，它們可 械：㈡的；止層。假使這些是 方式製造。 速及低成本 風尸，統上，硬遮罩圖案層及埋入式蝕 :虱相沉積及相關方法所沉積；’统’係透過 ;可”吏得薄膜沉積具有多種組成電化：然這些製 虱化矽、碳氮化矽等，它們常常曰、碳化 ^且可能是製程密集與耗費時；器 級提出綠絲炎7—人1 J 長杲些實例上，已 於彳立半；^ _广’丨電質的應用。然而，這些實例主要侷限 學石夕乳烷、矽氧烧及其他主要基於發_氧鍵結的化 【發明内容】 陶 處 t ί ΐ 1係應用於任何微電子元件包含：高速#_案 本發明係有關使用於内連線結構的製造 陶 特殊用途積體電路（ASICS)及儲存記憶雜。网^^與其 層的使用可提供製程容易性、熱穩定性、玎重製性及透 他圖案層間的化學對比，係有助於降低製造成本，> 1262575 五、發明說明（3) 過一種可靠的方式產生内連線結構。 在本發明的第一實施例中，描述具有圖案化陶瓷層於 一基材上的結構。第一實施例之基材包含至少一層係要用 以圖案化。該層係由金屬或介電質所構成，而且可以是一 均勻薄膜或一圖案化薄膜。於該層之下，基材包含至少一 導電金屬特徵（feature)係形成於基材上，基材進一步包 含至少一絕緣層包圍導電金屬特徵。絕緣層可以包圍至少 一導電金屬特徵於其底部、頂上及側表面。基材可以進一 步包含至少一導電阻障層，形成於絕緣層與至少一導電金 屬特徵之間的至少一介面。至少一導電金屬特徵與絕緣層 的組合可以重複以形成一多重内連線之堆疊。 該結構可以是一包含微電子元件的矽晶圓、一陶瓷晶 片載體、一有機晶片載體、一玻璃基材、砷化鎵、碳化 矽、鎵或其他半導體晶圓。 在本發明的第一實施例之第一範例中，描述具有一單 一圖案化陶瓷層的結構。單一圖案化陶瓷層可以作為一單 一硬遮罩。在本發明的第一實施例之第二範例中，描述具 有一群集的圖案化陶瓷層之結構。群集的硬遮罩可以包含 至少兩個含矽介電層具有兩個不同的圖案。在這些實施例 的每個範例中，陶瓷層置於一基材上，藉此可以透過一蝕 刻製程步驟用以定義於其下結構的至少一特徵。

4IBM03157TW.ptd 第10頁 1262575 五、發明說明（4) 在本發明的第^一奮& j ^ ^ 案化埋入彳祝 、例之弟三乾例中，描述具有一圖 平化埋入式蝕刻終止層的沾 ^圖 内連線結構的線级乃人M…構 式蝕刻終止層促成_

的產生 ^ ^ " ;l q級之定義，且有助於内連線姓M W座生。該結構传由一 一 一"田 u逆綠結構 -埋入式蚀刻：二頂！案化薄膜：疊所構成，係由位於 些層的每一層 二.之至少一"電層所構成，其中這 一基材頂上。圖木都相同，而且圖案化薄膜堆疊係位於 在本發明的第_ 層及埋入式舳μ 也例中，描述一種產生硬遮罩圖案 八触刻終止JS认i _ 一適當溶劑且塗、 的方法。一聚合前陶瓷先質溶解於 案化，以產生二？於一基材上，具有至少一薄膜層用於圖 適當的製程包人薄膜。聚合前陶瓷先質可以透過任何一種 及/或可見光_3斯熱^回火、電子束輻射、離子輻射、紫外光 步驟中，聚合等，轉變成一陶瓷可圖案化層。在製程 質。 Q則陶究先質可以交聯為一剛性不 < 溶的基 4乍 技術（為熟習此項罩圖案層，陶瓷可圖案化層町以透過微影 蝕刻製程（為孰、]技術者所知悉）圖案化，以及町以透過乾 案轉移至陶垄、、、習此項技術者所知悉）蝕刻，進而將微影圖 著，製造牛職可圖案化層，以產生一圖案化陶瓷薄膜。接 此項技術^酪可以包含以上這些步驟的重複及其他為熟習 了解的常用製程，以產生微電孑元件的内連

1262575 五、發明說明（5) - 線結構。陶竟圖案層可以用作一群集的硬遮罩。 作為一埋入式飯刻終止層，陶瓷可圖案化層係以相同 於上文描述的方式產生。然後至少一介電層應用於陶瓷可 圖案化層之上，其中陶瓷可圖案化層是一埋入式蝕刻終止 層。接著這些介電層透過使用傳統的微影及蝕刻製程步驟 圖案化。埋入式蝕刻終止層化學上不同於位在其頂上的介 電層’係作為一終止層，其中介電層的蝕刻可以透過一種 可控制之方式執行，且支配結構中蝕刻的深度。 聚合前陶瓷先質是一種可溶於一有機溶劑的聚合物分 子，可以透過一種溶劑型製程應用作為一塗佈，且包含 矽。聚合前陶究先質也可以是兩種或多種聚合元素的混合 物，而且可具有任何一種鏈架構（chain architecture)。 聚合前陶瓷先質可以由一種聚合物所構成，其中基幹主要 由矽-氮及/或矽-碳鍵所構成。聚合前陶瓷先質可以從具 有石夕的系統中挑選出來，包含：聚石夕氮烧 (polysilanzanes)、聚碳矽烷（p〇iyCarb〇siianes)、聚石夕 基矽氮烷（polysilasilazane)、聚矽烷（p〇iysiianes)、 聚矽碳矽烧（polysilacarbosilanes)、聚石夕氧氮烧 (polysiloxazanes)、聚碳石夕氮烧 (polycarbosilazanes)、聚石夕碳二醢亞胺 (polysilylcarbodiimides)及聚石夕碳石夕氮烧 (polysilacarbosilazanes)。聚合前陶瓷先質可以由一種

4IBM03157TW.ptd 第12頁 !262575 ί人發:f說明⑹ 是:7所構成，其中基幹主要由碳-碳鍵所構成；其一實例 ♦石夕碳二醯亞胺（polysilylcarbodiimides)。 聚合前陶究先質係透過任何一種溶劑型製程應用，以 =成一塗佈。溶劑型製程有關使用聚合前陶竟先質的溶 可以=產生塗佈之方法，其中適用於塗佈的不同有機溶劑 破應用。此外，如助黏劑及抗條紋劑等添加物可以加 八違溶液以分別改善黏著及塗佈品質。 合前陶瓷先質構成的薄膜所轉變而成之陶 ^ = 料，且係熱穩定至大約3_的溫度（每 劑ΐ ί : ” 莞圖案層可以交聯且不溶於有機溶 (拖丄 疋陶瓷圖案層可以抵抗使用於重製（rework) ^換二之:移除）圖案化光阻層的製程，包含基於由氧、 以月= 1巩、氫或其組合所產生的電漿之乾式蝕刻， 以及如酸性與鹼性溶液的濕式蝕刻。 佳』=可以具有一小於大約3.3的介電常數，較 佳小於大約2 · 8，更伟早丨&丄μ。 含有孔隙性，以進一步降:上約上6。陶莞圖案層也可以 陶兗圖案層時，介電； = 數。當孔隙性被採用於 至大約1.6。Μ宋可以Λ 於大約2.6,更佳 而產生。…可以透部份其可為聚合物 產生。孔隙可以I有滞點溶劑的-種製程而 、有大4 〇 · 5奈米至大約2 〇奈米的大小規

第13頁 1262575 五、發明說明（7) ' "" 模，且可以具有一種閉合式的巢室型態（ci〇sed cen morphology)。 陶究圖案層係、透過任何一種為熟習該項技術者所了解 的製程處理’以產生一圖案化陶瓷層，該等製程包含光學 微影、壓印微影及反應式離子蝕刻製程。多層基材，於其 中陶瓷圖案層係用作為一硬遮罩層或埋入式蝕刻終止層， 可以進一步包含任何材料層包含如熟習該項技術者所知悉 的介電質、金屬或半導體材料。 四、【實施方式】 有關本發明創造性之圖案化陶瓷層的結構、方法及組 成’將透過參考本發明的附圖而加以詳細討論。必須注意 的是’在附圖中，對應的元素以相同的參考數字作為參 考。 圖案化陶瓷層可以作為能夠製造内連線的一硬遮罩或 埋入式餘刻終止層，該等内連線可以使用於任何微電子元 件。製造内連線結構的圖案化陶瓷層之使用，可以透過任 何一種習知的方法而施行，包栝單鑲嵌及雙鑲嵌製程。對 於雙鑲彼製程來說，不是一單一就是一群集的硬遮罩架構 可以被使用。圖案化陶瓷薄膜可以具有接近5奈米至5 0 0奈 米的厚度。助黏劑可以選擇性地置於圖案化陶瓷薄膜的一 或兩個介面上。

4IBM03157TW.ptd 第14頁 1262575 五、發明說明（8) 參照圖1，第一實施例的第一範例，包括一結構係包 含一單一圖案化陶瓷薄膜於一下面的基材上，基材具有一 層或多層用於圖案化的薄膜。 内連線結構4 0可以包含多重層級1 0 0 0，其中每一層級 包含一介層級1 1 0 0及線級1 2 0 0。内連線結構可以包含跨越 結構的導電金屬特徵3 3，如傳統上所了解的且可以與襯金 屬阻障層3 4具有介面。導電金屬特徵及概金屬阻障層係被 介電質所包圍。介層級中的介電質包含一介層級介電質32 及一選擇性的帽蓋阻障層薄膜3 6。線級1 2 0 0中的介電質包 含線級介電質3 1及一選擇性的化學機械研磨終止層4卜一 介電蝕刻終止層3 7可以選擇性地置於介層級介電質3 2及線 級介電質3 1之間。 參照圖2，第一實施例的第二範例包括一結構係包含 一雙層圖案化陶瓷薄膜係包含由聚合前陶瓷先質產生的兩 種不同的含矽介電質，且具有兩個不同的圖案於下面基材 上，基材具有一層或多層用於圖案化的薄膜。於此例中， 此雙層作為一群集的硬遮罩，其包含一第二硬遮罩層6 3係 形成於一第一硬遮罩層6 2頂上。 參照圖3，第一實施例的第三範例包含一結構係包含 一單一層圖案化陶瓷薄膜6 4，其作為一埋入式蝕刻終止

4IBM03157TW.ptd 第15頁 1262575 五、發明說明（9) 層’具有一個位於其下的具有一層或多層用於圖案化之薄 膜的基材1000，以及一個覆蓋於其上且具有一層或多層圖 案化之薄膜結構1 2 0 0。 位於下面的基材100 0包含至少一介電質或金屬層位於 最頂端表面。在一介電質存在於最頂端表面之實例中，介 電層可以是任何為習知介電質包含：聚伸芳基 (p^lyarylenes)、聚伸芳基醚（p〇lyAarylen= ethers)、聚 矽氧烷（polysiloxanes)、聚倍半石夕氧烧 (polysilsesquioxanes)’ 或任何 CVD沉積且具有 si儿Cx〇yHz 組成的介電質，其中0. 0 5$ # 8，〇$ 〇 9，〇 _ 〇 5 $ 0· 8 ’ OS 〇. 8 ’ 0· 〇5$ 〇· 8且 v + w + x + y + z =卜沉 積的介電質可以選替地具有Si vNwCx〇yH扭成，其中〇· 〇5<v <0·8，0<w<().9，〇.G5〈x<G.8，〇<y<G.8，G.G5〈z〈(K8 且 v + w + x + y + z = l。在一金屬層形成於基材最頂端表面之實例 中，金屬層可以包含以下至少一個：鋁、銅、金、銀及這 些金屬的合金。位於下面的基材1〇〇〇可以包含微電子内連 線及元件。 參照回圖1 ’在一單一層硬遮罩的實例中（第一範 例），硬遮罩層61可以包含一圖案，其在一微電子内連線 結構中定義的介層級介電質32或線級介電質3卜參照圖 2，在一群集的硬遮罩之實例中，第一硬遮罩層62及第二 硬遮罩層6 3係以任何習知方法用於定義介層級介電質3 2及

第16頁 1262575 五、發明說明（ίο) 線級介電質3 1。 參照圖3 ’在第三範例中，陶瓷圖案層作為一埋入式 餘刻終止層6 4 ’ 一包含一線級介電質3丨且覆蓋於上面之薄 膜結構係形成於陶瓷圖案層頂上，且包含相同的圖案。選 擇性地，一或多硬遮罩層及/或一化學機械研磨終止層4 i 可以形成於線級介電質3 1頂上。埋入式蝕刻終止層64可以 位於介層級介電質32及線級介電質31之間。埋入式蝕刻終 止層64可以是一旋轉塗佈的介電質。埋入式蝕刻終止層64 可以是一聚石夕氧烧（polysil〇Xanes)、聚倍半矽氧烷 (polysilsesduioxanes)，或任何 CVD沉積且具有 SivNwCx〇 H 組成的介電質，其中 0.05S 〇/8，OS (K9，（K〇5X 7 S xS 0.8，OS 0.8, 0·05$ 〇·8且 v + w + x + y + z =卜埋 入式姓刻終止層也可以具有S i VN WC x0 yH扭成，其中〇 · 〇 5 < v <〇·8， 0<w<0.9’ 0·05<χ<0·8， 〇<γ<〇·8， 〇.〇5<2<〇.8且 v + w + x + y + z = l。埋入式蝕刻終止層64也可以是一陶瓷圖案 層。在用於圖案化線級介電質31的乾式蝕刻中，埋入式蝕 刻終止層6 4的蝕刻比線級介電質3 1至少慢5倍。 在第一實施例中，介層及線介電質（32及3 n可以是任 何為熟習該項技術者所了解之低介電常數（1〇w —k)介電 貝’包含：聚伸芳基（p〇lyarylenes)、聚仲关美 (Pdyaylene ethers)、聚矽氧烷（p〇lysil〇=anes)、聚 倍半矽氧烷（polysi lsesquioxanes)，或任何CVD沉積且具

4IBM03157TW.ptd 一 第 口 頁""--

1262575 五、發明說明（11) -- 有S i VN WC x0 yH粗成的介電質’其中〇 . 〇 5$ 〇 e g 0.9’ 0.05$ 0.8’ 0‘ 0.8，〇 〇5$ 〇·8且 v + w + x + y + z = l。介層及線介電質也可以具有_包含 SivNwCxOyH之組成’其中 〇·〇5<ν<〇.8，〇〈w<〇 9，〇 <〇·8，0<y<〇.8，〇·〇5<ζ<0·8且 v + w + x + y + z = /。該結構也可 以具有覆蓋在上面之薄膜結構於内介電層頂上，其係作 為一化學機械研磨終止層41。化學機械研磨終止層可以是 一旋轉塗佈或CVD沉積的介電質，例如聚矽氡烷/聚倍半 矽氧烷，或任何CVD沉積且具有SivNwCx〇yfUa成的介質， 其中 〇· 05$ μ 〇·8，β ^ 〇· 9，〇· 〇5$ g 〇· 8，κ 以 0·8 0·05$ 〇·8且v + w + x + y + z = l。化學機械研磨終止層 了以/、有8“1^(^〇疋|且成，其中〇.〇5<^<0.8，〇<^<〇.9， 〇·〇5</^0·/，0<y<〇.8，0·05<ζ<0·8且 v + w + x + y + z =卜在第 t第所範例中’選擇性的埋入式餘刻終止層3 7可以包含 一介電5 ’例如：聚伸芳基、聚伸芳基醚、聚矽氧烷、聚 二 甘士 Λ ’或任何c VD沉積且具有S i VN WC x0 yH扭成的介電 貝 ’ - · 〇5$ 〇· 8，OS 〇· 9，0· 05$ 〇· 8，0 ^ 0 . 8 j 〇 n r · 〇· 8且v + w + x + y + z = l。選擇性的埋入 式触刻終止層q 0.05<x<0.8， 0<y<0.8， 0·05<ζ<0·8且 3 7可以選替地具有s i VN WC xO yH扭成，其中〇 . 〇 5 <ν<0·8， 0<w<〇·9 v+w+x+y+z=i〇 B8 g Λ ^ ’插述一種產生一圖案化陶瓷層的方法以作 一實&例。在步驟1中，一聚合前陶瓷先質溶解於一

第18頁 1262575 五、發明說明（12) 有機溶劑。 在選擇性的步 一助黏劑應用於基 層及相鄰層之間的 案 驟2中，在應用聚合前陶瓷先質之前 材上。助黏劑可以用於加強在陶瓷圖 黏著力。 竞先所〃 T，—種溶劑型的方法應用在沉積聚合前陶 塗佈貝喑面的基材上。適合的溶劑型方法包含：旋轉 可以雇ΐ佈、掃描塗佈及浸入式塗佈。這種溶劑型方法 後者ΐ彳，於一平坦的或一包含一已圖案化形貌的基材。在 面。如用=果可以填滿間隙及平面化最頂端之表 助黏劑可的共同溶解之助黏劑，在塗佈過程中 陶奢务热離析至薄膜介面。助黏劑可以由少於含聚合前 部份也Ϊ的溶液之大約ι%所構成。用以產生孔隙性的犧牲 以共同溶解於含聚合前陶曼先質之溶液中。犧牲 二I =〜種降解成低分子量副產品的犧牲聚合材料，μ吝 ]]聚合前陶瓷先質轉變成陶瓷圖案層的過程中 = 排出。 曰蹲膜 4·併在壤擇性的步驟4中’一助黏劑可在應用聚人俞始勿 、 後應用。助黏劑可以選擇性地使用於加強少 案層及相鄰層之間的黏著力。 以陶竞圖 在炎驟5中’聚合前陶瓷先質薄膜轉變成—陶竟圖案

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£先質轉變成一陶瓷圖案層時’溫度可以超過大約 3〇〇°C，較佳大於大約40 0°C。交聯機制可以發生於聚合前 .旬曼先貝至陶兗圖案層之轉隻過程。如果使用選擇性的共 同溶解之助黏劑’在轉變過程中助黏劑可以離析至薄膜^ 面。當使用犧牲聚合材料時，使用一種高沸點溶劑鈉方法 可以產生孔隙性，其中犧牲聚合材料降解，且從薄膜排 出0 在聚合前陶瓷先質轉變 助黏劑可以加強在陶瓷 在選擇性的步驟6中，助黏劑 成陶瓷圖案層的過程之後被應用 圖案層及相鄰層之間的黏著力。 在選擇性的步驟7中，技尤平人乂… ^ [g, - a ^ ^ ^ ^ ^ 接在聚a則陶瓷先質轉變成陶 无圖茶層的過程之後，介兩s々 ;丨屯層或硬遮罩層等額外層可以被 在步驟8中，陶害国忠 、a 充圖案層被圖案化以姦斗 安yfl·陶 瓷層。圖案化陶瓷層 r由μ ^ 產生一圖案陶 .具有一厚度約5奈米5妒| q η η大半。吐 步驟可以牵涉到任付氩 至、，勺3 0 0示米 此 仃為热習該項技術者所了解的製程，其

4IBM03157TW.ptd 第20頁 1262575 五、發明說明^^ ----- 中包括微影製程’係有關沉積一光阻及/或抗反射塗佈於 具有「陶瓷圖案層的基材頂上、應用乾式蝕刻製程以圖案 化陶瓷圖案層而產生一圖案化陶瓷層，以及用於去除多餘 的殘餘物及/或副產品之潔淨製程。乾式蝕刻製程可以透 過將陶瓷圖案層暴露於一反應式電漿而施#，反應式電漿 可以具有一氟化有機部分及可以包含以下至少一種：氟甲 烧（CH3F)、六氟乙燒（CD、氛氣及二氧化碳（c〇2)。 在暴露至陶瓷圖案層的蝕刻製程之時或之後，然後可 以移除光阻及/或抗反射塗佈。蝕刻製糕可以是一種有關 使用酸性、鹼性及/或有機溶劑的濕式蝕刻製程。選替 地’光阻及/或抗反射塗佈的移除可以透過一種乾式蝕刻 製程施行，製程可以有關由以下至少一種所產生之電漿： 氧、氮、E、氦、氖、氫及二氧化碳。 在圖案化陶竟層應用作為一埋入式蝕刻終止層的實例 中，在圖案化的步驟之前，至少一介電層可以塗佈於陶曼 可圖案化層上。在此實例中，額外的介電層將以相同方法 圖案化於陶瓷可圖案化層之上。 擇I*生地’在任何步驟中，可以應用潔淨製程以去除 其他製程所剩餘下來的多餘部分。潔淨製程可以包含將基 材暴露於有機溶劑、水相酸（aque〇us acids)、水相鹼 (aqueous bases)、超臨界流體及暴露於反應式電漿。

IHHI 第21頁 4IBM03157TW.ptd 1262575 五、發明說明（15) 圖案化陶瓷層可以用於定義在微電子内連線中的介層 級介電質3 2或線級介電質3 1。如熟習該項技術者所了解 的，可以施行後續的金屬化及平坦化步驟以產生一微電子 内連線結構。 含聚合前陶瓷先質的溶液可以含有一有機溶劑。有機 溶劑可以係下列其中一種或其組合：丙二醇甲醚醋酸酯 (PGMEA)、丙二醇甲_ (pgme)、甲苯、二甲苯、@香醚 (anisole)、三甲苯（mesitylene)、丁内酯 (butyrolactone)、環己_、己_、乳酸乙g旨及庚酮。聚 合前陶瓷先質在溶液中的濃度可以係大約1 · 〇重量％至大約 4 0. 0重量％。 聚合前陶竟先質是一種含石夕的聚合材料，而且可以包 含如下：聚矽氮烷（polysilanzanes)、聚碳矽烷 (polycarbosi lanes)、聚矽基矽氮烷 (polysilasilazane)、聚石夕烧（polysilanes)、聚石夕碳石夕 烧(polysi lacarbosi lanes) '聚石夕碳二醢亞胺 (polysilylcarbodiimides)、聚石夕氧氮烧 (polysiloxazanes)、聚碳石夕氮烧（polycarbosilazanes) 及聚石夕碳石夕氮烧（polysilacarbosilazanes)。聚合前陶瓷 先質可以包含一部份矽氧烷及/或倍半矽氧烷的成分。聚 合前陶瓷先質可以具有鍵結於鏈基幹的懸垂官能基群，包

4IBM03157TW.ptd 第22頁 1262575 五、發明說明（16) 括氫基（hydrido)、乙烯基（vinyl)、丙稀基（allyl)、烧 氧基（alkoxy)、石夕院基（silyl)及烧基（alkyl)群。聚合前 陶瓷先質可以具有一介於50 0至1000000 0克/莫耳的分子 量，可以是一同元聚合物（homopolymer)、隨機共聚物 (random copolymer)、欲段共聚物（block copolymer)、 或一聚合物摻合（polymer blend)，且可以具有任何鏈架 構包含線型、網路型、支鏈型及樹枝型。聚合前陶瓷先質 也可以具有一部份矽氧烷及/或倍半矽氧烷成分的結構。 聚合前陶瓷先質可以具有一 S i VN WC x0 yH袒成，其中0 · IS 0.8，OS 0.8，0.0 5S xS 0.8，OS yS 0.3，0·0 5$ 0 . 8且v + w + x + y + z = l。聚合前陶瓷先質也可以具有一 SivNwCx0yH 扭成，其中 0·1<ν<0·8，0<w<0.8，0 . 0 5 < x < 0 . 8 5 0<y<0.3，0·05<ζ<0·8且 v + w + x + y + z = l。聚合前陶竟先質可 以是一聚尿素甲基乙烯基矽氮烷 (po 1 yureame thy 1 v i ny 1 s i 1 azane ( K i ON))、一 聚碳甲基石夕 烧（polycarbomethylsilane)、或一聚丙稀氫碳石夕烧 (polyallylhydridocarbosilane)。 聚合前陶瓷先質薄膜轉變成陶瓷圖案層之後，陶農圖 案層可以具有S i VN WC x0 yH扭成，其中0 · IS 0 · 9，OS 0.5，0.05$ 0.9，OS 0·5，0·05$ 0.8且 v + w + x + y + z =卜選替地，陶瓷圖案層可以具有Si vNwCxOyH扭 成，其中 0·1<ν<0·9， 0<w<0.5， 0·05<χ<0·9， 0<y<0.5， 0 . 0 5 < z < 0 · 8且v + w + x + y + z = 1。一個較佳的組成實例係v =

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X二0.17 + /- 〇.〇3，y = 〇〇i 五、發明說明（17) 〇· 1 8 + /-〇· 03，w = 〇· 16 + /-0· 03， + / - 0· 0 3及 ζ = 0·48 + /- 〇· 〇3。 選擇性地，改善黏著品質或塗佈品質的添加物，如助 黏劑及抗條紋劑，可以共同溶解於溶液。在溶液中的添加 物之濃度可以係小於大約i . 〇重量％。助黏劑係從包含 S i XL yR約族群中挑選出來，其中l係從包含經基 (hydroxy)、甲氧基（meth〇xy)、乙氧基（eth〇xy)、乙醯氧 基 Ucetoxy)、烷氧基（alk0Xy)、羧基（carb〇xy)、胺 (anunes)、i素的族群中挑選出來，以及R係從僅包含氫 基、甲基、乙基、乙烯基及苯基（任何烧基或芳基）的族群 中挑選出來。助黏劑可以係··六甲基二石夕氮燒 、 (hexamethyldisi lazane)、乙烯基三乙醯氧石夕烧 (viny 1 triace toxy si lane)、胺基丙基三甲氧基矽烷 (aminopropylmethoxysilane)及乙烯基三甲氧基石夕燒 (vinyl trimethoxysilane)。抗條紋劑可以小於包含助黏 劑的溶液之大約0 · 1%。抗條紋劑可以用於製造高一致性的 薄膜。 含有聚合前陶瓷先質的溶液，也可以含有於系統中產 生孔隙性的部份，包含降解成低分子量副產品的犧牲聚合 材料，及/或在聚合前陶瓷先質轉變成陶瓷圓案層的過程 中，自薄膜排出之高沸點溶劑。犧牲聚合材料可以為下列 其中之一、下列之組合、或下列的一共聚物：聚（苯乙稀）

4IBM03157TW.ptd 第24頁 1262575 五、發明說明（18) (poly(stryene))、聚（S旨）（p〇ly(esters))、聚（丙浠酸甲 酯）（poly(methacrylate))、聚（丙烯酸）（P〇ly (acrylate))、聚（二醇）（P〇ly(glyc〇ls))、聚（醯胺） (poly(amides))及聚（冰片烯）（P〇1y(n〇rbornenes))。 參照圖5 ( a )及5 ( b )，顯示暴露於氧電漿之前及之後， 由歐傑電子縱深分佈（Auger depth profiling)所決定的 組成深度分布曲線。對應不同元素的信號之相對濃度，以 一濺鍍時間的函數呈現。薄膜深度可以利用大約1 〇奈米/ 分鐘的姓刻率計算而得。數據顯示出，由一聚矽氮烧聚合 前陶瓷先質所產生的陶瓷可圖案化層係可抗氧電漿暴露 (其係模擬一光阻的移除），而且在最頂端表面其組成只有 產生輕微改變。從這些結果，可以確定陶瓷可圖案化層係 可抗耐傳統的光阻重工步驟，其係移除光阻及/或抗反射 塗佈層。 雖然本發明已經根據與之有關的較佳具體實施例而特 別陳述及描述，然而可以為熟習該項技術者所了解的是， 不論在形式上及細節上，前述及其他修改可以被實現而不 背離本發明的精神與範圍。因此意指本發明並不侷限於詳 細描述及圖解的明確形式及細節，但是屬於申請專利範圍 之範疇内。

4IBM03l57TW.ptd 第25頁 1262575 圖式簡單說明 五、【圖式簡單說明】 圖1繪示本發明具有一單一圖案化陶瓷層之結構的剖 面圖。 圖2繪示本發明具有一群集圖案化陶瓷層之結構的剖 面圖。 圖3繪示具有一圖案化埋入式蝕刻終止層之結構的剖 面圖。 圖4繪示形成創作的圖案化陶瓷層之一種一般性方 法。 圖5 ( a )及圖5 ( b )繪示係依照歐傑電子縱深分佈所決定 之暴露於氧電漿之前及之後的組成深度曲線。 32 介層級介電質 3 4 襯金屬阻障層 3 7 介電#刻終止層 41 化學機械研磨終止層 62 第一硬遮罩層 6 4 埋入式姓刻終止層 11 0 0介層級 圖式元件符號說明 31 線級介電質 3 3 導電金屬特徵 36 帽蓋阻障層薄膜 40 内連線結構 61 硬遮罩層 6 3 第二硬遮罩層 1 0 0 0多重層級 1 2 0 0線級

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Claims (1)

1262575 六、申請專利範圍 1. 一種形成一硬遮罩的方法，包含： 沉積至少一聚合前陶瓷先質薄膜於一具有至少一層的 基材頂上； 轉變該至少一聚合前陶瓷先質薄膜為至少一陶瓷層， 該至少一陶瓷層具有一 S i VN WC x0 yH扭成，其中0 . IS 0·9，OS wS 0.5，0.05S xS 0.9，OS yS 0·5，0.05$ 0·8且 v+w+x+y+z=l; 形成一圖案化光阻於該至少一陶瓷層頂上； 圖案化該至少一陶瓷層以暴露該下面基材之一個或多 個區域，其中該下面基材之一剩餘區域係被至少一圖案化 陶瓷層保護； 蝕刻該基材的該一個或多個暴露的區域。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該基材包含至 少一線級介電層及至少一介層級介電層。 3 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該沉積該聚合 前陶瓷先質薄膜之步驟，包含應用該聚合前陶瓷先質溶解 於一有機溶劑之一溶液，其中該有機溶劑係選自包含：丙 二醇甲醚醋酸酯（PGMEA)、丙二醇甲醚（PGME)、曱苯、二 甲苯、茴香醚（anisole)、三曱苯（mesitylene)、 丁内酯 (butyrolactone)、環己酮、己酮、乳酸乙酯、庚蒙I或其 組合所組成之族群中。

4IBM03157TW.ptd 第27頁 1262575 六、申請專利範圍 4 .如申請專利範圍第3項所述之方法，其中一溶液包含該 前陶瓷先質及溶劑進一步包含一或多個選自包含：一助黏 劑、一犧牲部份以產生孔隙性（P 〇 r 〇 s i t y )、一抗條紋劑或 其組合所組成之族群中。 5 .如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該應用步驟係 選自包含：旋轉塗佈、喷塗佈、掃描塗佈及浸入式塗佈所 組成之族群中。 6 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該聚合前陶瓷 先質至該陶瓷層的轉變包含熱熟化、電子輻射、離子輻 射、紫外光輻射、可見光輻射或其組合。 7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含應用一 助黏劑的步驟，於該聚合前陶瓷先質的應用之前、或是該 聚合前陶瓷先質的塗佈之後、或是該聚合前陶瓷先質轉變 至該陶瓷層之後。 8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該至少一圖案 化陶瓷層包含一硬遮罩，其中該硬遮罩在該蝕刻過程中定 義一介層級介電質及一線級介電質於該基材中。 9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該至少一圖案 化陶瓷層包含一群集的硬遮罩，其中該群集的硬遮罩包含

4IBM03157TW.ptd 第28頁 1262575 六、申請專利範圍 一雙層係具有至少兩個不同圖案及至少兩個不同介電材 料。 1 0 .如申請專利範圍第8項所述之方法，其中在該介層級介 電質及該線級介電質之間的一陶瓷層具有一 S i VN WC x0 yH # 成，其中 0 · 0 5S vS 0 · 8，0$ wS 0 · 9，0· 0 5$ 0· 8， 0 S yS 0 _ 8，0 · 0 5$ zS 0 · 8且 v + w + x + y + z = l，係一埋入式餘 刻終止層。 1 1.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該至少一聚合 前陶瓷先質薄膜具有一 S i VN WC xO yH扭成，其中0 . IS 0.8， 0$ wS 0.8， 0.05S xS 0.8， OS yS 0.3， 0.05$ zS (K 8 且 v + w + x + y + z = l 〇 1 2 . —種半導體元件的多層内連線結構，包含： 至少一層圖案化陶瓷薄膜具有至少一 S i VN WC x0 yH扭成於 一具有一或多層的基材頂上，其中0.1^乂^0.9，0^^^ 0.5，0.05S 0.9，OS 0.5，0.05S 0·8且 v + w + x + y + z二1，其中該一或多層包含至少一金屬層。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項所述之多層内連線結構，其中 該圖案化陶瓷薄膜包含至少兩個不同的含矽介電質具有兩 個不同的圖案，形成一群集的硬遮罩係包含一第二硬遮罩 於一第一硬遮罩的頂上。

4IBM03157TW.ptd 第29頁 1262575 六、申請專利範圍 1 4 .如申請專利範圍第1 3項所述之多層内連線結構，其中 該第一硬遮罩層定義一介層級介電質及該第二硬遮罩定義 一線級介電質。 1 5 .如申請專利範圍第1 2項所述之多層内連線結構，其中 該基材包含微電子内連線及微電子元件。 1 6 .如申請專利範圍第1 2項所述之多層内連線結構，其中 該至少一圖案化陶瓷層具有一大約5奈米至大約3 0 0奈米的 厚度。 1 7.如申請專利範圍第1 2項所述之多層内連線結構，其中 該至少一圖案化陶瓷層包含孔隙性。 18.—種多層内連線結構，包含： 一多層基材具有至少一第一介電層及一第二介電層； 其中至少一陶瓷埋入式蝕刻終止層具有一 S i VN WC x0 yH扭成在 該第一介電層及該第二介電層之間，其中0.0 5$ 0.8， OS 0.9，0·05$ 0·8，OS 0.8，0.05S 0.8且 v+w+x+y+z二1〇 1 9 .如申請專利範圍第1 8項所述之多層内連線結構，其中 該第一介電層係一線級介電質，而該第二介電層係一介層

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