專利名稱：具抗反射涂層的內(nèi)連線制造方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體內(nèi)連線的制程和結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種鑲嵌基底的導(dǎo)電層中利用電介質(zhì)抗反射涂層(Dielectric Anti-Reflection Coating，DARC)來改善微影制程的方法及其結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)對于集成電路來說，小小的半導(dǎo)體基板上即要制造許許多多的主動(dòng)組件以達(dá)到所需的作用。其中每個(gè)組件也要各自呈電性獨(dú)立以確保其功能，而相關(guān)的組件則以內(nèi)連線(interconnect)方式互相連接以完成整個(gè)電路的功能。高集成度和高效能的半導(dǎo)體制造業(yè)的趨勢使得設(shè)計(jì)規(guī)則更為微小化，此時(shí)VLSI和ULSI等半導(dǎo)體組件將需要多層的內(nèi)連線來完成更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
金屬化制程可在主動(dòng)組件上建立起內(nèi)連線和接觸(contact)點(diǎn)。當(dāng)半導(dǎo)體基板上已完成各個(gè)主動(dòng)組件和內(nèi)連線時(shí)，若要形成多層金屬內(nèi)連線，則需要例如先沉積一介電層于半導(dǎo)體基板上，接著進(jìn)行微影蝕刻制程以形成和下層金屬導(dǎo)體電性連接的插塞(plug)圖案。在移除掉形成該介層洞的光阻層之后填入金屬層并移除不需要的金屬即可形成所需的插塞。
傳統(tǒng)的多層內(nèi)連線制程利用金屬層的蝕刻例如鋁金屬等來形成內(nèi)連線的圖案，其原因是基于鋁合金易于沉積和蝕刻的特性。但當(dāng)線寬設(shè)計(jì)隨組件縮小而愈變愈窄之后，金屬蝕刻圖案化制程將變得更加困難。而近年來有一種制程技術(shù)稱作鑲嵌制程(damascene process)則成為多重內(nèi)連線制程的新趨勢。鑲嵌制程利用內(nèi)介電層的圖案化來代替之前的金屬蝕刻方式。也就是說，例如在內(nèi)連線制程中的插塞制程完成之后，先沉積另一內(nèi)介電層在上面，接著蝕刻該內(nèi)介電層而形成導(dǎo)線的圖案。當(dāng)導(dǎo)線圖案形成之后，沉積金屬層填入該溝渠中并進(jìn)行回蝕而成為所需的內(nèi)連線圖案。同時(shí)為更簡化制程，另外一種改善的方法稱之為雙重鑲嵌制程(dual damascene process)則更可應(yīng)用于多重內(nèi)連線制程中。
當(dāng)在基板上沉積光阻層并進(jìn)行圖案化蝕刻制程時(shí)，通常會先在基板上沉積一抗反射涂層(Anti-Reflection Coating，ARC)以增加微影制程的精確度。ARC抗反射層可阻隔來自底層表面的光散射現(xiàn)象、減低駐波效應(yīng)、更可改善影像的對比效果，且可產(chǎn)生更為平坦化的光阻層。然而，ARC抗反射層的使用仍會產(chǎn)生若干缺點(diǎn)。例如，該抗反射層會增加制程的負(fù)擔(dān)；再者，通常在ARC抗反射層之上會再形成一薄的氧化層，當(dāng)在ARC抗反射層上的光阻層有問題需要重做(rework)時(shí)，便不會影響到ARC抗反射層，而該薄氧化層將使制程更加復(fù)雜。因此在利用底部的ARC抗反射層來進(jìn)行微影制程時(shí)，極需要有一種新的制程方法或結(jié)構(gòu)，不但可使微影制程更加精確，且也不會增加制程的步驟。
綜上可知，所述現(xiàn)有技術(shù)的利用底部的ARC抗反射層來進(jìn)行微影制程，在實(shí)際使用上，顯然存在不便與缺陷，所以有必要加以改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述的缺陷，本發(fā)明主要目的在于，提供一種在具有內(nèi)連線圖案的半導(dǎo)體組件上制造電介質(zhì)抗反射層(Dielectric Anti-Reflection Coating，DARC)的方法和結(jié)構(gòu)，并且將其置放于內(nèi)介電層之下，以方便該內(nèi)介電層的后續(xù)光阻層的微影蝕刻制程。
本發(fā)明的另一目在于，提供一種在具有內(nèi)連線圖案的半導(dǎo)體組件上制造電介質(zhì)抗反射的方法和結(jié)構(gòu)，其中將以擴(kuò)散阻障介電層(diffusion barrier dielectric)和DARC層所組成的多層結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生較少制程步驟、較佳溝渠外觀和介層洞制造及較低電容效應(yīng)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
根據(jù)以上所述的目的，本發(fā)明首先提供一半導(dǎo)體組件，該組件包含一基板，該基板上已形成各個(gè)主動(dòng)組件；接著在該基板上沉積一平坦化的內(nèi)介電層，且該內(nèi)介電層中已具有銅金屬或銅合金的導(dǎo)線；然后將一薄阻障介電層沉積于該內(nèi)介電層和銅導(dǎo)線之上；再將DARC抗反射層形成于阻障介電層之上。
之后，另一內(nèi)介電層沉積于DARC抗反射層之上用以提供不同導(dǎo)電層之間的隔離作用，然后以標(biāo)準(zhǔn)制程在該內(nèi)介電層上沉積光阻層。圖案化該光阻層時(shí)，底部的DARC層將會吸收大部分的反射光線并因而降低了駐波效應(yīng)。然后再重復(fù)銅金屬內(nèi)連線鑲嵌制程以形成后續(xù)的金屬層導(dǎo)線。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，并可將電介質(zhì)抗反射層和阻障介電層互相結(jié)合而以單一介電層取代，以便制程步驟更少，制造更為簡化。
通過本發(fā)明的DARC抗反射層的形成，則原先形成于DARC抗反射層上的薄氧化層將可省略，制程步驟將比傳統(tǒng)方式簡化。
附圖簡要說明下面結(jié)合附圖，通過對本發(fā)明的較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的技術(shù)方案及其他有益效果顯而易見。
附圖中，

圖1為為傳統(tǒng)制程的集成電路結(jié)構(gòu)的部分截面示意圖；圖2至圖5為本發(fā)明形成電介質(zhì)抗反射涂層的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式
下文，將詳細(xì)描述本發(fā)明。
本發(fā)明提供一種在鑲嵌基底的導(dǎo)電層中利用電介質(zhì)抗反射涂層(DielectricAnti-Reflection Coating，DARC)來改善微影制程的步驟及其結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在將依圖標(biāo)并參考本發(fā)明的較佳實(shí)施例加以說明。其中在此說明中包含了許多為人所熟知的制程如微影制程、蝕刻或化學(xué)氣相沉積等，該類制程將不會在此加以詳述。
參閱圖1，該圖所示為依照本發(fā)明形成半導(dǎo)體基板的多層內(nèi)連線的截面示意圖。首先提供基板100，且其上已形成各個(gè)主動(dòng)組件。導(dǎo)電層102則代表了這些主動(dòng)組件或底層內(nèi)連線的連接線路，而這些主動(dòng)組件可為例如晶體管、電阻、或電容器等，但并未詳細(xì)顯示于該半導(dǎo)體基板截面示意圖中。在不脫離本發(fā)明所揭示的精神和范圍下，僅例舉出金屬化制程和內(nèi)連線的截面。
如同圖1中所示的，一平坦化內(nèi)介電層104沉積于導(dǎo)電層102和基板100之上以提供內(nèi)連線層和主動(dòng)組件間的隔離或不同內(nèi)連線層間的隔離。該內(nèi)介電層104以電介質(zhì)材料如氮化硅或氧化硅如磷硅玻璃(PSG)、硼硅玻璃(BSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、四氧乙基硅(TEOS)等等所形成。而形成內(nèi)介電層104的方法可為低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)法或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)法。接著，具有插塞圖案(或者為接觸洞(contact)插塞，或者為介層洞(via)插塞)的光阻層106則利用傳統(tǒng)的微影蝕刻制程如光阻涂布、曝光和顯影等制程沉積于內(nèi)介電層104之上。
參閱圖2，接著以干式蝕刻法，例如一種稱為反應(yīng)性離子蝕刻法(RIE)的干蝕刻技術(shù)來形成內(nèi)介電層104的插塞區(qū)108，該干式蝕刻技術(shù)將同時(shí)具備有高選擇性與非等向性蝕刻雙重優(yōu)點(diǎn)。而要蝕刻氧化物或氮化物介電層的較佳蝕刻氣體可為例如CF4、CHF3、C2F6或C3F8等含氟碳化合物和含氧等氣體。接著將光阻層106以干式與濕式蝕刻兩種蝕刻方式加以去除。
由于以銅金屬為基底的金屬化制程可能產(chǎn)生相互擴(kuò)散的問題，或者產(chǎn)生銅金屬材料不佳的附著力，甚至造成半導(dǎo)體組件性能的退化，因而適當(dāng)?shù)淖枵蠈?barrier layer)和粘著層(adhesion layer)將是改善銅導(dǎo)體的必備制程。近年來，適合銅導(dǎo)體的阻隔層和粘著層為相當(dāng)熱門的研究項(xiàng)目，而這些問題也逐漸獲得解決。
現(xiàn)參閱圖3，在光阻層106移除之后，一粘著/阻障層110將以例如化學(xué)氣相沉積等方法沉積于半導(dǎo)體基板之上和插塞區(qū)108之中，其形成厚度約在100到400之間。該粘著/阻障層110可包括例如鈦(Ti)、鎢(W)、鉭(Ta)、和氮化鉭(TaN)等金屬。之后，以例如傳統(tǒng)的電鍍技術(shù)(electroplating technique)等方法沉積銅金屬或銅金屬合金到插塞區(qū)108中。為確保銅材料的填充能力，銅材料將完全填入插塞區(qū)108并覆蓋粘著/阻障層110的上表面。然后以化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)的技術(shù)將多余的銅金屬移除以得到平坦化的表面。以金屬膜的化學(xué)機(jī)械研磨技術(shù)而言，銅材料本身和鎢、鋁金屬的處理方式相近，研磨劑和研磨墊可能略有改變，但機(jī)臺本身和參數(shù)控制等方面都是相近的方式。在CMP平坦化之后，一阻障層111將沉積于內(nèi)介電層104和銅導(dǎo)線材料層之上。該阻障層111可由介電材料如氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、和碳氮化硅(SiCxNy)所組成。
接著，依照本發(fā)明的實(shí)施例，一抗反射涂層112(Anti-Reflective Coating，ARC)形成于該阻障層111之上。該抗反射涂層112為了加強(qiáng)后續(xù)的內(nèi)介電層圖案化之用(該內(nèi)介電層未顯示于圖3中)。ARC抗反射涂層112的材料的選擇和后面的曝光步驟所使用的光線波長有關(guān)。例如，由于不同的光線波長將產(chǎn)生不同的駐波形式，一鈦/氮化鈦(Ti/TiN)的多層薄膜層將較適合I線(I line)光源的抗反射涂層，而氮氧化硅(SiON)則較適合深紫外線(deep ultra-violet ray)。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，ARC抗反射涂層112可由氮氧化硅所形成。該介電層ARC抗反射涂層112(或稱之為DARC)可通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)或低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)等方法在約300到800℃時(shí)形成。或在氧化氮(NO)或一氧化二氮(N2O)的環(huán)境下加熱氧化硅而形成該DARC抗反射涂層112。由于具有該DARC層112，后續(xù)曝光的分辨率將會增加，內(nèi)連線圖案也可控制得較為精確。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，阻障層111和DARC抗反射層112的復(fù)合層也可由單一介電層所取代而更簡化制程步驟。值得注意的是，該單一介電層具有底層的銅金屬導(dǎo)電層的阻障功能和后續(xù)微影制程的抗反射功能。
接著參閱圖4，另一內(nèi)介電層114依照本發(fā)明沉積于DARC抗反射層112之上以提供導(dǎo)電層之間的隔離作用。該內(nèi)介電層114也可由氧化硅等材料包括PSG、BSG、BPSG、TEOS等所形成。適當(dāng)?shù)男纬煞椒▌t為LPCVD或PECVD等。接著圖案化的光阻層116以標(biāo)準(zhǔn)的微影制程形成于內(nèi)介電層114之上。雖然先前形成的DARC抗反射涂層112位于內(nèi)介電層114之下，然而微影制程時(shí)穿過光阻層116的輻射光線仍會因?yàn)榈讓拥膬?nèi)介電層114的透明特性(氧化硅)而被DARC抗反射涂層112所吸收。微影時(shí)由于光線反射所產(chǎn)生的駐波效應(yīng)可有效的降低。
參閱圖5，將光阻層圖案化之后，利用蝕刻制程在該內(nèi)介電層114中形成插塞區(qū)118，然后將光阻層116以濕蝕刻移除。光阻層移除之后，再依序形成粘著/阻障金屬層120和銅金屬層于所形成的插塞區(qū)118中，再以例如化學(xué)機(jī)械研磨制程將其平坦化。最后以另一阻障層111如氮化硅、碳化硅和碳氮化硅等形成于平坦化的結(jié)構(gòu)上。
本發(fā)明可應(yīng)用于各種不同形式的金屬化制程，并不限于上面所描述的銅金屬及/或銅基底合金。而本發(fā)明更可應(yīng)用于次微米尺寸的金屬化及高深寬比孔洞的半導(dǎo)體組件制程。簡而言之，本發(fā)明的DARC抗反射層形成于要進(jìn)行蝕刻的介電層之下，當(dāng)該介電層上要形成圖案化光阻層時(shí)，不需要再在其上形成薄氧化層及抗反射層來降低微影制程的誤差。
也就是說，利用本發(fā)明的DARC抗反射層的特殊結(jié)構(gòu)位置，微影制程的精密度并不會受到影響，而制程的步驟卻能有效地精簡，生產(chǎn)力自然提高。最后，由于薄的銅金屬擴(kuò)散阻障層通常具有高的介電常數(shù)，阻障介電層和DARC抗反射層的組合也因介電常數(shù)的降低而使電容效應(yīng)也降低了。
可以理解的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思作出其他各種相應(yīng)的改變和變形，而所有這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明后附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種具抗反射涂層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該內(nèi)連線結(jié)構(gòu)至少包含一基板，該基板中已具有一導(dǎo)電層；第一絕緣層，該第一絕緣層位于該基板和該導(dǎo)電層之上；一抗反射涂層，該抗反射涂層位于該第一絕緣層之上；一內(nèi)介電層，該內(nèi)介電層位于該抗反射涂層之上；及一光阻層，該光阻層位于該內(nèi)介電層之上且加以圖案化以利后續(xù)內(nèi)連線制程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具抗反射涂層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)電層為銅金屬層或銅基底的合金層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具抗反射涂層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述含有該導(dǎo)電層的該基板利用化學(xué)機(jī)械研磨法加以全面平坦化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具抗反射涂層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一絕緣層包含氧化硅或氮化硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具抗反射涂層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一絕緣層為該導(dǎo)電層的阻障層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具抗反射涂層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述抗反射涂層包含氮氧化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具抗反射涂層的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述內(nèi)介電層為包括了磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、四氧乙基硅等材料的氧化硅材質(zhì)。
8.一種具抗反射涂層的內(nèi)連線制造方法，其特征在于，該方法至少包含形成第一絕緣層于一基板上，其中一導(dǎo)電層已形成于該基板中；形成一抗反射涂層于該第一絕緣層上；形成一內(nèi)介電層于該抗反射涂層上；及形成一光阻層于該內(nèi)介電層上且加以圖案化以利后續(xù)內(nèi)連線制程。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具抗反射涂層的內(nèi)連線制造方法，其特征在于，所述導(dǎo)電層為銅金屬或銅基底合金層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具抗反射涂層的內(nèi)連線制造方法，其特征在于，所述含有該導(dǎo)電層的該基板利用化學(xué)機(jī)械研磨法加以全面平坦化。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具抗反射涂層的內(nèi)連線制造方法，其特征在于，所述抗反射涂層包含氮氧化硅。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具抗反射涂層的內(nèi)連線制造方法，其特征在于，內(nèi)介電層為包括了磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、四氧乙基硅等材料的氧化硅材質(zhì)。
全文摘要
一種具抗反射涂層的內(nèi)連線制造方法及其結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中的基板中形成具有一銅金屬或銅基底的合金，在平坦化該結(jié)構(gòu)后，一薄的阻障層形成于基板之上。接著將一電介質(zhì)抗反射層形成于該阻障層之上。接著，另一內(nèi)介電層形成于該電介質(zhì)抗反射層上，在后續(xù)的光阻層形成且以微影制程圖案化時(shí)，該電介質(zhì)抗反射層將可降低光線的反射。利用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可有效的降低制程的步驟。
文檔編號H01L23/532GK1481020SQ03133239
公開日2004年3月10日 申請日期2003年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月26日
發(fā)明者鐘維民 申請人:旺宏電子股份有限公司