TWI270130B - Semiconductor device and method for forming dummy vias - Google Patents

Description

1270130 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種積體電路之内連線技術，特別是有關於一種雙鑲 嵌結構及其形成方法。 【先前技術】 以圖案化的半導體材料為基礎的微電子積體電路（IC)係朝向裝置的 每單位體積具有高密度電路元件的方向發展。在運用單嵌入（singleinlay) • 或是雙鑲嵌（dualdamascene)製程的先進ic製造中，内連線材料已被導電 率兩倍於鋁金屬三倍於鎢金屬的銅金屬所取代。傳統先介層洞蝕刻 (via-first)雙鑲欲製程中溝槽圖案化的方法係於介層洞中填入一有機底部 抗反射層（BARC)，接著在介層插塞（via piug)上形成一光阻層並進行 溝槽微影程序。就連接至下方金屬的可靠度而言，先介層洞蝕刻雙鑲嵌製 程被視為較理想的做法，但是其存在介層洞鄰近效應（viapr〇ximityeffect) 而造成不同關鍵圖形尺寸（critical dimension，CD)的介層洞。 在半導體製造中，光學微影技術所能獲得的解析度係受限於所熟知的 「鄰近效應」，其造成線寬變化、圖案形狀改變、形成閉合的接觸孔或孔 > 洞、以及形成縮短或圓化的線條圖案。鄰近效應經常引起介層洞在不同的 間距有不同的關鍵圖形尺寸而產生缺陷。舉例而言，在相對較大的介層洞 可觀察到鳥嘴（bird’sbeak)現象，而在相對較小的介層洞可觀察到盲介層 洞（blindvia)之產生。減輕鄰近效應一般最常用的技術便是使用光學鄰近 修正（opticalproximity correction，〇PC)，其利用罩幕圖案上所附加的放大 特徵（enlargedfeature)，以預期並修正該鄰近效應。然而，光學鄰近修正 技術受限於附加形狀的尺寸。對於介層洞鄰近效應之補償而言，使用光學 鄰近修正技術難以使不同間距的介層洞具有一致的關鍵圖形尺寸（CD)。 因此，對於先介層洞蝕刻雙鑲嵌製程而言，需要一種無需運用光學鄰 0503-A31304TWF/spin 5 1270130 近修正技術而減輕鄰近效應的方法。然而，亦需一種新的方法能夠增加介 層洞圖案化的製程容許度（processwindow)。 【發明内容】 有鑑於此，本發明之目的在於提供一種適用於内連線製程的辅助介層 窗設計，其針對具有不同間距的許多介層洞建立一相似的環境，以降低介 層洞鄰近效應及增加製程容許度。 根據上述之目的，本發明一實施例在於提供一種半導體裝置。一介電

層位於一基底上。一雙鑲嵌結構嵌入於介電層中且填有一導電材料。一輔 助介層窗結構嵌入於介電層中且填有一非導電材料，其中輔助介層窗結構 包括至少二個填有非導電材料的辅助介層窗，且分別鄰近於雙鑲嵌結構的 二侧0 本發明另一實施例在於提供一種形成輔助介層窗的方法。在一半導體 基底上形成-介電層。在介電層中形成至少_第—開口及至少二個第二開 口 ’其中第二開口分別鄰近第—開口之二側。在第_開口及第二開口中填 入-非導電材料。去除-部分圍繞第―開口之介電層及—部分位於第一開 口中的非導電材料，以在第—開口的上部形成一溝槽開口。去除位於第一 開口下部中的非導電材料，以在溝槽開口下方形成—介層開口溝 口及介層開口中填入一導電材料。 苒槽開 為讓本發明之上述目的、特徵和傷 施例，並配合所關式，作詳細朗^⑻更鶴紐’下文特舉較佳實 【實施方式】 本發明係提供一種適用於内連線 不同間距的許多介層峨立—相似的印’丨“ 4 ’其針對具有 製程容許度，因而克服上述習知技術^光==層哺近效應及增加 由先予鄰近修正（opc)技術所造 0503-A31304TWF/spin 6 1270130 成的門題齡此技藝之人士可從輕易了解本實施例係使用於雙鑲後擊 程’較佳為先介制_雙鑲絲程，然㈣可使麟接職製程。、 以下配。所閥式’對本發明實施例作詳細說明，且盡可能於相同或 類似的敘斜，在其對應之圖式中伽相同之標號。在圖式中，為求明綠 及方便起見，對於雜及厚度職實際情科大。本敘述特前重於本發 明之兀件或是裝置之形成方法。此處馳易了_未制繪示丨或是說明 的部件係熟習此技藝之人士所能意會。

明參照第1A及1B圖’第1A崎示出根據本發明實施例之適用於雙 鑲嵌結構之輔助介層窗結構平面示意圖，而第m圖係繪示出沿第认圖中 1B_1B線之剖面示意圖。雙鑲嵌結構1〇包括上方的溝槽部Η及下方的介 層洞部14 ’其嵌人於—金屬層間介電（IMd)層18 (例如，單—介電材料 或是具有中間侧終止層的雙介電材料）且其中填有一導電材⑽（例如， 銅金屬或疋銅合金）。辅助介層窗結構包括至少二個辅助介層窗Μ，其填 ，一非導電材料（例如，旋塗玻璃（spin〇n細，s〇g)、氧化物、聚合物 或先阻），且嵌人於金屬層間介電層18並侧向鄰近於介層洞部Μ。在一實 =例中，輔助介層窗結構具有二個輔助介層窗16，其分別位於介層洞部Μ 円达7在*細例中，輔助介層窗結構具有二個以上的輔助介層窗16， 層洞部14，其中辅助介層窗16可作規則排列（例如，排成線或 盆兩.5疋不酬制。辅助介層窗16可與介層鱗14相隔-適當距離， 1被設計準騎容許。雖然本實施例之圖財，輔齡層窗Μ尺寸大約 一致笛細具有不同尺寸及形狀的伽介層窗16亦具林剌之優點。 制 S2E S係、’^出根據本發明實施例之藉由先介層酿刻雙鑲欲 I程來形成獅介層窗之方法剖面示意圖。 圖幸圖中’提供"'用於内連線製造之半導體基底20，其上具有一 I、日1 士電區22。半導體基底2〇包括—半導體積體電路製造所使用之基 ’且其巾壯方可具有碰電路。此處的「轉縣底」指包括半導體 〇5〇3-A31304TWF/spin 7 1270130 具有料具有蟲晶層树基底、含核人絕緣層的絕緣層上覆 獨的電路元土H是具有補層之基底。此處的「積體電路」指具有許多單 他主動電路，例如電晶體、二極體、電阻、電容、電感或其 被動半導體装置。為了财及方便起見，圖式中省略該積體電路。 銅人二1為—部分的導電路徑。導《 22之材料可包括：銘金屬、 里口金、或是流動的（mobile)導電㈣，但本發明並秘定於此。若有需 對已糾料電區22絲進行平舰處理，例純學機械研磨。也 (^>Γ也在導電區22上沉積—侧終止層24，其可藉由化學氣相沉積 =VD)、電漿輔助化學氣相哺（pEcvD)、物理氣相晴（卿）及 ’所發展出的沉積技術形成之’以作為終止特定細製程之一明確指 ^ _終止層24亦可減少或排除光阻殘渣、改善介電材料的附著性、也 °防止介電層剝離等問題。_終止層24之材料可包括：碳化碎⑽）、 鼠化^氮氧化石夕（Si0N)、氧化石夕或其組合，但本發明並不限定於此。 $參照第2A圖’在侧終止層24上沉積一金屬層間介電（騰）層 =其厚度約在麵至3麵埃⑷的範圍，且可藉由如旋塗法、化學 乳松儿積及未來所發展出的沉積技細彡成之。金屬制介電層Μ之材質包 括二氧切、摻雜碳的二氧切以及介電常數低於4.〇 (即，Μ或以下） 的低介電常數材料。可使用的低介電材料非常多，舉例而言，旋塗式 (SPm-on)無機介電材料、旋塗式錢介騎料、多錄介電材料、有機 聚合物或有機魏璃。可選擇性地在金屬層間介電層18上形成一抗反射 (ARC)層26，以在後續進行微影步驟_提供車交大的製程容 f %可為有機或無機材料（例如娜或Sl〇N)。藉由典型的微影及非 柏性_ (例如，電漿蚀刻或是反應離子餘刻）操作在金屬層間介電層 财形成複數第-介層開口以及第二介層開口说，且該侧操作終止 終止層24。依照第1A圖所示之適用於雙镶嵌結構之輔助介層窗結 構，第-介層開口 15a的位置對應於介層洞部14，而第二介層開口说的 0503-A31304TWF/spin 8 1270130 位置對應於辅助介層窗16。 請參照第2B圖，在第一介層開口 15a及第二介層開口 15b中完全填入 一填充材料17，以將非導電插塞嵌入於金屬層間介電層18中。為了獲得符 合要求的平坦度，可進一步實施一回蝕製程，以平坦化填充材料17與抗反 射層26的表面。非導電插塞係形成於第二介層開口 15b中而作為輔助介層 窗16,同時第一介層開口 15a中的填充材料17將於後續圖案化製程中被除 去。填充材料17可為無機或有機材料，取決於填洞方法。在一實施例中， 在第一介層開口 15a及第二介層開口 15b中填入旋塗玻璃（SOG)，如沉 積液態的矽化合物並進行熱處理而將矽化合物轉為氧化矽。在一實施例 中，藉由電漿辅助化學氣相沉積在第一介層開口 15a及第二介層開口 l5b 中填入四乙基矽酸鹽（TEOS)類介電材料。在一實施例中，藉由旋塗法及 標準烘烤處理，在第一介層開口 1Sa及第二介層開口说中填入有機材料。 有機材料包括：有機底部抗反射層（BARC)、正型或負型光阻材料及犧牲 光吸收材料（sacrificial Hght abs〇rbing material，SLAM ) 〇 请參照第2C圖，在抗反射層26上形成具有溝槽開口圖案29的光阻圖 案層28而覆蓋辅助介層窗（填有填充材料17的第二介層開口说）。請參 照第2D圖，藉由微影及蝕刻技術，去除露出的抗反射層％、金屬層間介 電層I8及填充材料Π，以在第—介層開口以上部形成_溝槽開口％。 在蚀刻金屬層間介電層1S期間，會消耗光阻圖案層Μ以及抗反射層％並 降低第一介層開口 15a中填充材料17的高度。 θ 最後，請參照第2Ε圖，可藉由一濕式溶液去除第一介層開口 ^下部 =留下的填充材料17，以在溝槽開口 3G下方形成一介層開口 ％。進一步 藉由侧製程去除介層開口 32底部的侧終止層24，而露出下方· 22。結合溝槽開π 30及介層開口 32而構成—雙駭開口 ％，轉合填入 一導電材料輯成如第1B圖巾所示之包括溝槽部u及介層_^雙 嵌結構10。在本實施财，可藉由銅金屬_導電材料來形成雙辦 9 0503-A31304TWF/spin 1270130 銅金屬類轉電材料包滅體上純元素确麵、含有無法除去雜質 金屬、及含有其他少量金屬元素的銅合金，例如鈕、銦、錫、鋅、錳、、鉻、 鈦、鍺、鳃、鉑、鎂、鋁或锆。 σ 因此’本發明可於先介層洞侧雙鑲嵌製程中利用輔助介層窗結構減 輕鄰近效應而無需姻光轉近修正（0PC)技術。此輔助介層窗^構可 增加介層洞圖案化之製程容許度。 ° 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任 何熟習此項技藝者’在不脫離本發明之精神和範_，#可作更動與潤飾， 因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 0503-A31304TWF/spin 10 1270130 【圖式簡單說明】 第iA圖係繪示出讲姑^ 第1B圖修-山遞發明實施狀辅助介層窗結構平面示意圖。 第2A至2E" 丁^ &第1A圖♦ 1Β_1β線之剖面示意圖。 劍卜:^目鱗4根縣發明實施例之齡先介制_雙镶欲 策末軸輔助介層窗之松剖面示意圖。 【主要元件符號說明】 10〜雙鑲嵌結構； 14〜介層洞部； 15b〜第二介層開口； 17〜填充材料； 20〜半導體基底； 24〜钱刻終止層； 28〜光阻材料層； 30〜溝槽開口； 34〜雙鑲嵌開口； 12〜溝槽部； 15a〜第一介層開口； 16〜辅助接觸窗； 18〜金屬層間介電層； 22〜導電區； 26〜抗反射層； 29〜溝槽開口圖案； 32〜介層開口； 36〜導電材料。 0503-A31304TWF/spin

Claims (1)

1270130 十、申請專利範園·· 1.—種半導體裝置，包括： 一介電層，位於一基底上； :雙鑲嵌結構’嵌入於該介電層中且填有—導電材料；以及 一輔助介層聽構’嵌人於該介縣巾且財 輔助介層窗結構包括至少二個猶該料 ^中該 近於該雙鑲舰構的二側。 _助，丨層…且分別鄰 2·如申請專利範圍第丨項所述之半導體 括二個以上填有該非導電材料的輔助介層窗龙、_助介層窗結構包 3. 如申請專利細第丨機述之轉鮮置;鑲嵌結構。 旋塗玻璃。 、置，其中該辅助介層窗填有一 4. 如申請專概圍韌柄叙铸魏置 有-四乙基矽酸鹽類介電材料。 、中補助，丨層自結構填 5·如申請專利範圍第丨項所述之半導體 有-有機材料。 …、巾該辅助介層窗結構填 6·如申請專利範圍第丨項所述之半導體裝 有-有機底部抗反射材料。 、’，、中_助介層窗結構填 7·如申請專利範圍第1項所述之半導體骏置， 、 有-正型或貞贱阻。 ’、補齡層窗結構填 8·如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，里 有-犧牲光吸收材料（SLAM)。 中該辅助介層窗結構填 9·如申請專利範圍第1項所述之半導體穿 小於4.0。 該介電叙介電常數 10·如申請專利範圍第1項所述之半導體步 -銅金屬或銅合金。 、+ "彡雙鑲嵌結構填有 11·如申請專利範圍第1項所述之半導體奘 "，其中該雙鑲嵌結構包括 0503-A31304TWF/spin 12 1270130 -位於上方的溝槽部及—位於下方的介層，且 近於該位於下方的介層洞部。 μ南助"層窗侧向鄰 12.如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，更包括： 導電區，喊槐介電層1^且與該雙舰 一蝕刻終止層，形成於該介電 連接，以及 層窗與該導電區。 电9一亥導紅之間，以隔開該等辅助介 I3·-種形成辅助介層窗之方法，包括： 在一半導體基底上形成一介電層； 在層中形成至少一第一開口及至少二個口 二開口分別鄰近該第一開口之二側； /、14弟 在該第-開口及該等第二開口中填入一非導電材料； 非導電材料，以在該第—開叫上部形成—溝卿σ; I 成-ρ轉導麵，咖溝槽開口下方形 在該溝槽開Π及該介層開σ中填人—導電材料。 Η.如申請專利範圍第13項所述之形助 第-開Π及該等第二開Π之㈣㈣Μ射填入該 料。 非¥電材料包括域塗法所形成之氧化物材 ★ 15.如”專利範_ 13項所述之形成辅助介層窗之方法，1亥 弟-開口及該等第二開口之料騎料包括由電相積^ 成之四乙基石夕酸鹽類介電材料。 相儿積所形 16.如申請專利範圍第丨3項所述之形成輔助介層窗之 電材料包括域塗及烘烤製麵形成之有機材料。 Β ”專·圍第13項所述之形成辅助介層窗之方法，印 電材料包括-有機底部抗反射材料、—正型光阻、—負型光崎—犧牲光 0503-A31304TWF/spin 13 1270130 吸收材料 18.如申請專利範圍第13項所述 電 層之介電常數小於4.0。 '成輔助介層窗之方法，其中該介 19·如申請專利細第13項所 ” 材料包括銅金屬或是銅合金。 補助"曰南之方法，其中該導電 20.如申請專利棚第13項所述之形_助介職之麵，更包括. 在形成該介電層之前，於該半導體基底上形成一導電區； 在形成該介電層之前’於該導電區上形成—侧終止層；以及 在去除位於該第一開口下部中的該非導電材料之後，去除一部分的該 蝕刻終止層，以露出一部分的該導電區，而使其與該導電材料電性連接。 0503-A31304TWF/spin 14