專(zhuān)利名稱(chēng)：具有規(guī)則鑲嵌構(gòu)造輪廓的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種內(nèi)連線(xiàn)構(gòu)造，特別是有關(guān)一種具有改善輪廓的鑲嵌構(gòu)造。
(2)背景技術(shù)對(duì)于低于0.25微米臨界尺寸的半導(dǎo)體制程而言，由于使用傳統(tǒng)鋁金屬的沉積及蝕刻制程以制造內(nèi)連線(xiàn)有其困難存在，故須要使用一種所謂的鑲嵌技術(shù)以制造內(nèi)連線(xiàn)。另外，基于對(duì)低于此一臨界尺寸的半導(dǎo)體元件性能的考慮，往往使用較低阻值的金屬，如銅金屬。低阻值的金屬并無(wú)法以反應(yīng)性離子蝕刻法進(jìn)行內(nèi)連線(xiàn)圖案蝕刻。因此，使用銅做為內(nèi)連線(xiàn)，增加對(duì)鑲嵌制程的需求。
除了使用例如銅的低阻值金屬外，亦結(jié)合銅導(dǎo)體與低介電常數(shù)介電層(介電常數(shù)值小于4)，以提高集成電路性能。在許多例子中，此些低介電常數(shù)介電層是為不相容于傳統(tǒng)氧去光阻法或去光阻溶劑的旋涂高分子。故使得低介電常數(shù)介電層的圖案蝕刻以形成鑲嵌構(gòu)造的渠溝及介層窗洞顯得困難。
圖1A至圖1D是使用低介電常數(shù)介電層的單鑲嵌制程的各種步驟截面示意圖。在圖1A中，低介電常數(shù)介電層如苯并環(huán)丁烯(benzocyclobutene)(BCB)、HSQ(hydrogen silsesquioxane)或FLARE未旋涂形成之前，一保護(hù)層12是先沉積于一具有多個(gè)導(dǎo)電體11的內(nèi)連線(xiàn)層10上。通常使用保護(hù)層12以保護(hù)位于其下方的內(nèi)連線(xiàn)層10不受到氧化或干蝕刻制程的腐蝕。一低介電常數(shù)介電層13是旋涂于保護(hù)層12上。之后，一蓋層14沉積于低介電常數(shù)介電層13上。蓋層14可以是以TEOS(tetra-ethyl-ortho-silicate)做為來(lái)源氣體形成的一氧化物層或一多層蓋層。此多層蓋層可包含一底部TEOS-氧化物層、一中間氮化物層及一由有機(jī)底部抗反射鍍層(organic bottom anti-reflective coating)形成的一頂層。接著，沉積一光阻層15于蓋層14上。光阻層15顯影后，經(jīng)圖案轉(zhuǎn)移成具有所要求的圖案，藉以蝕刻蓋層14。蓋層14的蝕刻氣體配方是不同于低介電常數(shù)介電層13的蝕刻氣體配方。
接著，使用氧去光阻法或適當(dāng)溶液移除光阻層15，而得到圖1B的構(gòu)造。蓋層14是使用作為硬罩幕以圖案蝕刻低介電常數(shù)介電層13及保護(hù)層12，以形成具有渠溝16的單鑲嵌構(gòu)造。之后，移除蓋層14，而得到圖1C的構(gòu)造。然而，在蓋層14、低介電常數(shù)介電層13及保護(hù)層12的蝕刻制程期間，會(huì)有高分子生成物17產(chǎn)生并且殘留在渠溝16周?chē)?。通常使用包含去離子水(H2O)及氫氟酸(HF)的混合溶液作為蝕刻溶液，施予一濕蝕刻制程于整個(gè)單鑲嵌構(gòu)造上，以移除高分子生成物17。由于保護(hù)層12及低介電常數(shù)介電層13的蝕刻選擇比不同，經(jīng)濕蝕刻以去除高分子生成物17后，其輪廓變得不佳，如圖1D所示。此一不佳的鑲嵌輪廓將不利于后續(xù)一導(dǎo)電性晶種層如銅晶種層的沉積，形成不連續(xù)的導(dǎo)電性晶種層及空洞(voids)于單鑲嵌構(gòu)造上，造成半導(dǎo)體元件不良。
使用低介電常數(shù)介電層的雙重鑲嵌制程步驟是例示于圖2A至圖2D。此雙重鑲嵌制程是蝕刻一渠溝及位于其下方的一介層窗洞于此低介電常數(shù)介電層中。形成此渠溝及介層窗洞的方法是采用阻擋層及光阻。圖2A中，一保護(hù)層22，例如一氮化硅層，是沉積于內(nèi)連線(xiàn)層20的導(dǎo)電體21如銅金屬上。之后，沉積一第一低介電常數(shù)介電層23于保護(hù)層22上。介層窗洞將形成于第一低介電常數(shù)介電層23中。
接著，阻擋層24，例如是一二氧化硅層，是沉積于第一低介電常數(shù)介電層23上。以傳統(tǒng)微影及適當(dāng)?shù)母晌g刻方法形成一介層窗洞25于阻擋層24中，如圖2A所示。使用于介層窗洞圖案蝕刻的光阻是以氧去光阻法移除。
參照?qǐng)D2B，一第二低介電常數(shù)介電層26是旋涂于阻擋層24及介層窗洞25上。第二低介電常數(shù)介電層26經(jīng)旋涂及平坦化后，一渠溝將形成于其中。一硬罩幕27例如是一二氧化硅層是先沉積于第二低介電常數(shù)介電層27上。
接著，使用傳統(tǒng)微影方法形成渠溝圖案子一光阻層上(未示出)，此渠溝圖案是與介層窗洞25對(duì)齊。之后，以硬罩幕27為蝕刻遮罩，對(duì)整個(gè)構(gòu)造進(jìn)行干蝕刻。此干蝕刻制程是僅蝕刻第二低介電常數(shù)介電層26及第一低介電常數(shù)介電層23，但并不蝕刻阻擋層24及保護(hù)層22。藉此一干蝕刻制程，同時(shí)形成一渠溝28及一介層窗洞29。
在大部份例子中，低介電常數(shù)介電層的蝕刻化學(xué)對(duì)光阻的蝕刻速率接近于對(duì)低介電常數(shù)介電層的蝕刻速率。在蝕刻渠溝步驟完成時(shí)，渠溝形成光阻通常亦被完全蝕刻移除。之后，以不同的蝕刻化學(xué)移除保護(hù)層22，同時(shí)不使其它各層受到蝕刻氣體破壞，以曝露出導(dǎo)電體21，與介層窗洞29相通，最后的構(gòu)造如圖2C所示。如同上文所提及的單鑲嵌構(gòu)造，在形成雙重鑲嵌構(gòu)造的各種蝕刻制程期間，會(huì)有高分子生成物200產(chǎn)生并且殘留在渠溝28及介層窗洞29的周?chē)?。通常使用包含去離子水(H2O)及氫氟酸(HF)的混合溶液做為蝕刻溶液，施予一濕蝕刻制程于整個(gè)雙重鑲嵌構(gòu)造上，以移除高分子生成物200。由于保護(hù)層22、第一低介電常數(shù)介電層23、阻擋層24及第二低介電常數(shù)介電層26的蝕刻選擇比不同，經(jīng)濕蝕刻以去除高分子生成物200后，其輪廓變得不佳，如圖2D所示。因此，雙重鑲嵌制程與單鑲嵌制程面臨相同的問(wèn)題。
據(jù)此，亟待提供一種改善鑲嵌構(gòu)造的方法，其可克服習(xí)知技術(shù)的缺失，并且提高半導(dǎo)體元件的優(yōu)良率。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的是提供一種具有規(guī)則鑲嵌構(gòu)造輪廓的制造方法，其是使用包含去離子水、氫氟酸及鹽酸的一蝕刻溶液，施予一濕蝕刻制程于一鑲嵌構(gòu)造上，以改善其輪廓。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具規(guī)則鑲嵌構(gòu)造輪廓的制造方法，其為一簡(jiǎn)單、方便及不昂貴的濕蝕刻制程，并不會(huì)增加額外的步驟于鑲嵌制程中。
根據(jù)以上所述的目的，本發(fā)明提供一種具有規(guī)則鑲嵌構(gòu)造輪廓的制造方法。首先提供一具有一單鑲嵌構(gòu)造/雙重鑲嵌構(gòu)造形成于其上方的底材。使用包含去離子水、氫氟酸及鹽酸的一蝕刻溶液，施予一濕蝕刻制程于底材上。此蝕刻溶液使鑲嵌構(gòu)造中各層間，如保護(hù)層、介電層及阻擋層之間的蝕刻選擇比大約1∶1。藉助本發(fā)明此一濕蝕刻制程，可獲得一輪廓良好的鑲嵌構(gòu)造。
(4)


圖1A至圖1D是習(xí)知單鑲嵌制程的各種步驟的截面示意圖；圖2A至圖2D是習(xí)知雙重鑲嵌制程的各種步驟的截面示意圖3A至圖3D是本發(fā)明第一具體實(shí)施例的雙重鑲嵌制程的各種步驟的截面示意圖；及圖4是本發(fā)明提供的單鑲嵌構(gòu)造截面示意圖。
(5)具體實(shí)施方式
本發(fā)明是提供一種具有規(guī)則鑲嵌構(gòu)造輪廓的制造方法。下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
參照?qǐng)D3A，是為本發(fā)明的第一具體實(shí)施例。首先提供一半導(dǎo)體構(gòu)造30，其具有一形成于其上方的導(dǎo)電層31。半導(dǎo)體構(gòu)造30可以是一由硅或鍺形成的半導(dǎo)體底材或一習(xí)知的絕緣層上有硅構(gòu)造。半導(dǎo)體底材30可進(jìn)一步包含一或多層的絕緣層、介電層及/或?qū)щ妼右约耙换蚋嗟陌雽?dǎo)體元件形成于其上。導(dǎo)電層31可包含一金屬層，如一銅金屬層，或是其它導(dǎo)電性材質(zhì)層例如經(jīng)摻雜的硅層。導(dǎo)電層31通常為一內(nèi)連線(xiàn)層。
仍參照?qǐng)D3A，一保護(hù)層32是形成于導(dǎo)電層31上。保護(hù)層32可包含等離子體化學(xué)氣相沉積的氮化物(plasma enhanced nitride)或氮化硅。第一介電層33是形成于保護(hù)層32上。第一介電層33可包含無(wú)機(jī)低介電常數(shù)介電材質(zhì)，例如是二氧化硅、摻雜氫的二氧化硅、摻雜氟的二氧化硅及摻雜碳的二氧化硅，或可包含具有碳及氫的有機(jī)低介電常數(shù)介電材質(zhì)。
繼續(xù)參照?qǐng)D3A，一阻擋層34是形成于第一介電層33上。阻擋層34可包含氮化硅或等離子體化學(xué)氣相沉積的氮化物。一第二介電層35是形成于阻擋層34上。第二介電層35可包含一無(wú)機(jī)低介電常數(shù)介電材質(zhì)，例如是二氧化硅、摻雜氫的二氧化硅、摻雜氟的二氧化硅及摻雜碳的二氧化硅，或可包含具有碳及氫的有機(jī)低介電常數(shù)介電材質(zhì)。一蓋層36可選擇性形成于第二介電層35上。蓋層36可包含氮化硅。
參照?qǐng)D3B及圖3C，第二介電層35、阻擋層34及第一介電層33是經(jīng)圖案蝕刻，以形成一介層窗洞37于保護(hù)層32上方及形成一渠溝38于阻擋層34上方。可以習(xí)知的各種方法執(zhí)行圖案蝕刻步驟。
如圖3B所示，一第一光阻39是形成于蓋層36上。第一光阻39具有一開(kāi)口供形成一介層窗洞于蓋層36上。蓋層36、第二介電層35、阻擋層34及第一介電層33是經(jīng)由第一光阻39的開(kāi)口被蝕刻，以形成介層窗洞37。的后，第一光阻39是被移除。
包含氮化硅的蓋層36可使用傳統(tǒng)的氟碳等離子體蝕刻制程。包含有機(jī)低介電常數(shù)介電材質(zhì)的第二介電層35可使用含氧等離子體蝕刻制程。此外，包含無(wú)機(jī)低介電常數(shù)介電材質(zhì)如經(jīng)摻雜或未經(jīng)摻雜的二氧化硅的第二介電層35可使用氟碳等離子體反應(yīng)性離子蝕刻法。包含等離子體化學(xué)氣相沉積的氮化物或氮化硅的阻擋層34可使用傳統(tǒng)的氟碳等離子體蝕刻制程。包含有機(jī)低介電常數(shù)介電材質(zhì)的第一介電層33可使用含氧等離子體蝕刻制程。包含無(wú)機(jī)低介電常數(shù)介電材質(zhì)如經(jīng)摻雜或未經(jīng)摻雜的二氧化硅的第一介電層33可使用氟碳等離子體反應(yīng)性離子蝕刻法。
如圖3C所示，一第二光阻300是形成于蓋層36上。第二光阻300具有一開(kāi)口供形成一渠溝于所要求的位置處。使用上述的蝕刻制程，經(jīng)由第二光阻300的開(kāi)口蝕刻蓋層36。接著，使用上述的蝕刻制程，蝕刻渠溝38于阻擋層34上的第二介電層35中。移除第二光阻300。接著，使用上述的蝕刻制程除去蓋層36。于第二光阻300移除之前或之后，可以上述的蝕刻制程除去曝露于渠溝38及介層窗洞37下方的保護(hù)層32。最后的雙重鑲嵌構(gòu)造如圖2D所示。然而，在本發(fā)明中，阻擋層34可以省略，這樣，第一介電層33及第二介電層35成為單一介電層?？墒褂糜?jì)時(shí)或終點(diǎn)蝕刻制程(timed or endpointetch process)執(zhí)行渠溝38的蝕刻步驟。
如上述技術(shù)背景所述，于形成雙重鑲嵌構(gòu)造的各種蝕刻制程期間，會(huì)有高分子生成物產(chǎn)生及殘留在介層窗洞37及渠溝38的周?chē)?。本發(fā)明提供一種濕蝕刻制程施予在此雙重鑲嵌構(gòu)造上以除去蝕刻步驟后的高分子生成物。此濕蝕刻制程使用包含去離子水(ionized water)、鹽酸(HCl)及氫氟酸(HF)的蝕刻溶液。去離子水、鹽酸及氫氟酸是較佳以體積比例大約3000~100∶100~0∶1混合于此蝕刻溶液中。此蝕刻溶液使保護(hù)層32、第一介電層33、阻擋層34及第二介電層35之間的蝕刻選擇比接近1∶1。因此，藉本發(fā)明的此一濕蝕刻制程除去高分子生成物時(shí)，可獲得輪廓良好的雙重鑲嵌構(gòu)造，無(wú)論蝕刻溶液的反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)短。本發(fā)明的此一濕蝕刻制程對(duì)產(chǎn)品優(yōu)良率穩(wěn)定性有相當(dāng)大的幫助。
圖4是本發(fā)明提供的另一種鑲嵌構(gòu)造，其是僅使用一介電層及一單一鑲嵌開(kāi)口形成的一單鑲嵌構(gòu)造。一保護(hù)層42是形成于位于半導(dǎo)體構(gòu)造40上方的一導(dǎo)電層41上。一介電層43是形成于保護(hù)層42上。一選擇性蓋層(未示出)可形成于介電層43上。此選擇性蓋層及介電層43是經(jīng)圖案蝕刻以形成鑲嵌開(kāi)口44。之后，曝露于鑲嵌開(kāi)44下方的部份保護(hù)層42是經(jīng)蝕刻移除，而得到圖4的構(gòu)造。選擇性蓋層、介電層43及保護(hù)層42可以上述的材質(zhì)形成，并且以上述的蝕刻制程進(jìn)行蝕刻。之后，施予上述本發(fā)明的濕蝕刻制程于此單鑲嵌構(gòu)造上，以移除鑲嵌開(kāi)口44周?chē)母叻肿由晌铩４藵裎g刻制程使用包含去離子水(ionized water)、鹽酸(HCl)及氫氟酸(HF)的蝕刻溶液，其使得單鑲嵌構(gòu)造的各層之間的蝕刻選擇比接近1∶1。去離子水、鹽酸及氫氟酸較佳以體積比例大約3000~100∶100~0∶1混合于蝕刻溶液中。經(jīng)此一濕蝕刻制程之后，可得到一輪廓良好的單鑲嵌構(gòu)造。
雖然本發(fā)明的蝕刻溶液是施予在本發(fā)明提供的單鑲嵌/雙重鑲嵌構(gòu)造上，但此一蝕刻溶液亦可使用于其它鑲嵌制程形成的鑲嵌構(gòu)造，以獲得良好的鑲嵌輪廓。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請(qǐng)專(zhuān)利范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或替換，均應(yīng)包含在權(quán)利要求所限定的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有規(guī)則鑲嵌構(gòu)造輪廓的制造方法，其特征在于，包括提供一底材，該底材具有一形成于其上方的單鑲嵌構(gòu)造，其中該單鑲嵌構(gòu)造具有依次形成于該底材上方的一保護(hù)層及一介電層以及一介層窗洞穿透該介電層及該保護(hù)層；及施予一濕蝕刻制程于該底材上，該濕蝕刻制程是使用包含去離子水、鹽酸及氫氟酸的一蝕刻溶液。
2.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述的底材還包含一內(nèi)連線(xiàn)層形成于該單鑲嵌構(gòu)造下方。
3.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述的保護(hù)層包含等離子體化學(xué)氣相沉積的氮化物。
4.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述的保護(hù)層包含氮化硅。
5.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述的介電層包含一有機(jī)低介電常數(shù)介電材質(zhì)。
6.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述的介電層包含一無(wú)機(jī)低介電常數(shù)介電材質(zhì)。
7.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述的蝕刻溶液的去離子水、鹽酸及氫氟酸的一體積比例是大約3000～100∶100～0∶1。
8.一種具有規(guī)則鑲嵌構(gòu)造輪廓的制造方法，其特征在于，包括提供一底材，該底材具有一雙重鑲嵌構(gòu)造形成于其上方，其中，該雙重鑲嵌構(gòu)造具有依次形成于該底材上方的一保護(hù)層及一介電層，一渠溝是形成于該介電層的一上部份及一介層窗洞與該渠溝連通并穿透該介電層的一下部份及該保護(hù)層；及施予一濕蝕刻制程于該底材上，該濕蝕刻制程是使用包含去離子水、鹽酸及氫氟酸的一蝕刻溶液。
9.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述的底材還包含一形成于該雙重鑲嵌構(gòu)造下方的內(nèi)連線(xiàn)層。
10.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述的保護(hù)層包含等離子體化學(xué)氣相沉積的氮化物。
11.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述的保護(hù)層包含氮化硅。
12.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述的介電層包含一有機(jī)低介電常數(shù)介電材質(zhì)。
13.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述的介電層包含一無(wú)機(jī)低介電常數(shù)介電材質(zhì)。
14.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述的蝕刻溶液的去離子水、鹽酸及氫氟酸的一體積比例是大約3000～100∶100～0∶1。
15.一種具有規(guī)則鑲嵌構(gòu)造輪廓的制造方法，其特征在于，包括提供一底材，該底材具有一形成于其上方的雙重鑲嵌構(gòu)造，其中，該雙重鑲嵌構(gòu)造具有依次形成于該底材上方的一保護(hù)層、一第一介電層、一阻擋層及一第二介電層，一渠溝是形成于該阻擋層上的該第二介電層中，一介層窗洞與該渠溝連通并穿透該阻擋層、該第一介電層及該保護(hù)層；及施予一濕蝕刻制程于該底材上，該濕蝕刻制程是使用包含去離子水、鹽酸及氫氟酸的一蝕刻溶液。
16.如權(quán)利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的底材還包含一形成于該雙重鑲嵌構(gòu)造下方的內(nèi)連線(xiàn)層。
17.如權(quán)利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的保護(hù)層包含等離子體化學(xué)氣相沉積的氮化物。
18.如權(quán)利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的保護(hù)層包含氮化硅。
19.如權(quán)利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的第一介電層包含一有機(jī)低介電常數(shù)介電材質(zhì)。
20.如權(quán)利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的第一介電層包含一無(wú)機(jī)低介電常數(shù)介電材質(zhì)。
21.如權(quán)利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的阻擋層包含等離子體化學(xué)氣相沉積的氮化物。
22.如權(quán)利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的阻擋層包含氮化硅。
23.如權(quán)利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的第二介電層包含一有機(jī)低介電常數(shù)介電材質(zhì)。
24.如權(quán)利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的第二介電層包含一無(wú)機(jī)低介電常數(shù)介電材質(zhì)。
25.如權(quán)利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的蝕刻溶液的去離子水、鹽酸及氫氟酸的一體積比例是大約3000～100∶100～0∶1。
全文摘要
一種具有規(guī)則鑲嵌構(gòu)造輪廓的制造方法，包括提供一底材，該底材具有一形成于其上方的單鑲嵌構(gòu)造，其中該單鑲嵌構(gòu)造具有依次形成于該底材上方的一保護(hù)層及一介電層以及一介層窗洞穿透該介電層及該保護(hù)層；及施予一濕蝕刻制程于該底材上，該濕蝕刻制程是使用包含去離子水、鹽酸及氫氟酸的一蝕刻溶液。此蝕刻溶液使鑲嵌構(gòu)造中的各層之間的蝕刻選擇比大約1∶1。藉助本發(fā)明方法可獲得一輪廓良好的鑲嵌構(gòu)造。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1450626SQ0214693
公開(kāi)日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2002年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月31日
發(fā)明者洪任谷, 孫國(guó)維 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司