專利名稱：填隙工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件(semiconductor device)工藝，且特別涉及一種填隙(gap-filling)工藝。
背景技術：
在半導體工藝中，填隙技術的應用十分廣泛，凡是在半導體工藝所形成的開口中，以各種沉積方法將材料層填入開口的工藝，例如在淺槽隔離(Shallow Trench Isolation，STI)結構的槽中填入絕緣材料，在內層介電層結構(Inter-Layer Dielectric，ILD)的接觸孔中填入導體層，在內金屬介電層(Inter-Metal Dielectric，IMD)結構的通孔(介層窗)中填入導體層，或是在金屬內連線的雙重鑲嵌(dual damascene)開口中填入導體層等，都可以視為填隙技術的應用。
請參照圖1A至圖1D，圖1A至圖1D所示為在現有的一種通孔先定義雙重鑲嵌(Via First Dual Damascene，VFDD)結構的制造方法中，使用填隙技術以于通孔開口中形成填隙材料層的工藝流程剖面圖。
首先，請參照圖1A，提供一襯底100。此襯底100具有一導線102。且于襯底100上依序形成有保護層104、介電層106、蝕刻終止層108、介電層110、頂蓋層112，并且形成有開口以作為通孔開口114，且于通孔開口114底部暴露出保護層104。
接著，請參照圖1B，在襯底100上形成一填隙材料層116以填滿通孔開口114。
接著，請參照圖1C，以拋光或回蝕刻的方法，去除多余的填隙材料層116至露出頂蓋層112表面，以于通孔開口114中形成填隙材料層118。
接著，請參照圖1D，在頂蓋層112與填隙材料層118上形成底層抗反射層120(bottom anti-reflection coating layer，BARC layer)。
然而，上述在通孔開口114中形成填隙材料層118的工藝具有下述的問題
當填隙材料層116形成于襯底100上時，于通孔開口114處形成有下凹輪廓，然而，即使經由回蝕刻或拋光以形成填隙材料層118，此下凹輪廓依然存在，并使得后續形成于其上的底層抗反射層120與光致抗蝕劑層同樣具有此下凹輪廓，而此不平坦的輪廓將會造成所謂的條紋(striation)現象，此條紋現象的產生將會使得光致抗蝕劑厚度的均勻性不好，臨界尺寸(Critical Dimension，CD)的控制不佳與蝕刻后監測(After Etching Inspection，AEI)偏差等問題，而無法得到正確的圖案。
此外，填隙材料層118可能會受到形成于其上的底層抗反射層120或是光致抗蝕劑層的破壞，亦即底層抗反射層120或是光致抗蝕劑層可能會與填隙材料層118互相混雜(Intermixed)，因而導致填隙材料損失(gap-mlingmaterial loss)，此結果同樣會產生條紋現象，或是導致內金屬介電層蝕刻后的圖案輪廓不好，而同樣不利于形成正確的圖案。
發明內容
因此，本發明的目的在于提出一種填隙工藝，能夠使填隙材料層具有良好的表面平坦特性，進而使得形成于其上的底層抗反射層或是光致抗蝕劑層也具有良好的表面平坦特性。
本發明的另一目的在于提出一種填隙工藝，能夠保護填隙材料層不被底層抗反射層或是光致抗蝕劑層破壞而導致填隙材料損失，進而能夠使填隙材料層乃至于底層抗反射層或是光致抗蝕劑層能夠具有良好的表面平坦特性。
本發明提出一種填隙工藝，此填隙工藝提供已形成有介電層的一襯底，且于介電層中形成有開口。接著，于介電層上與開口形成填隙材料層，再去除部分填隙材料層至露出介電層表面。然后，對填隙材料層與介電層表面進行填隙材料處理工藝，去除部分填隙材料層與介電層，以使填隙材料層趨于平坦化。
而且，上述填隙材料處理工藝包括對介電層與填隙材料層進行一回蝕刻工藝。
而且，在進行上述填隙材料處理工藝之后，還可以對填隙材料層進行等離子體處理、紫外光固化或化學浸漬，以使填隙材料層表面形成保護層。
由上述可知，由于本發明對填隙材料層進行一道填隙材料處理工藝，以使填隙材料層的表面趨于平坦化，因此后續形成的沉積層也能夠具有良好的平坦特性，而有利于在后續的光刻蝕刻工藝得到正確的圖案。
而且，由于本發明是在填隙材料層表面形成保護層，因此能夠避免后續形成的底層抗反射層或光致抗蝕劑層傷害到填隙材料層，故而所形成的填隙材料層乃至于底層抗反射層或光致抗蝕劑層也能夠維持良好的平坦特性，同樣有助于在后續的光刻蝕刻工藝中得到正確的圖案。
為讓本發明的上述和其它目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉出優選實施例，并配合附圖，作詳細說明如下，圖中圖1A至圖1D所示為在現有一種通孔先定義雙重鑲嵌結構的制造方法中，在通孔開口中形成填隙材料層的填隙工藝流程剖面圖；圖2A至圖2E所示為本發明優選實施例的在一種通孔先定義雙重鑲嵌結構的制造方法中，在通孔開口中形成填隙材料層的填隙工藝流程剖面圖；以及圖3A至圖3B所繪示為本發明另一優選實施例的一種在通孔先定義雙重鑲嵌結構的制造方法中，在通孔開口中形成填隙材料層的填隙工藝流程剖面圖。
附圖中的附圖標記說明如下100、200襯底102、202導線104、204保護層106、110、206、210介電層108、208蝕刻終止層112、212、212a頂蓋層114、214通孔開口116、118、216、218、218a填隙材料層120、222、228底層抗反射層220、224填隙材料處理工藝226保護層
具體實施例方式
請參照圖2A至圖2E，以對本發明優選實施例的一種在通孔先定義雙重鑲嵌結構的制造方法中，在通孔開口中形成填隙材料層的填隙工藝做說明。
首先，請參照圖2A，提供一襯底200(為簡化起見，襯底200內的器件并未繪出)。此襯底200具有一導線202。且于襯底200上依序形成有保護層204、介電層206、蝕刻終止層208、介電層210、頂蓋層212，并且于介電層206、蝕刻終止層208、介電層210、頂蓋層212形成有通孔開口214，且于通孔開口214底部暴露出保護層204。
其中，保護層204、蝕刻終止層208與頂蓋層212的材料例如是氮化硅，形成方法例如是化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition，CVD)。
介電層206與介電層210的材料例如是低介電常數材料包括含氟硅玻璃(Fluorinated Silicate Glass，FSG)、未摻雜硅玻璃(Undoped Silicate Glass，USG)、聚亞芳香基醚((Poly(Arylene Ether)，SiLK)、氟化聚亞芳香基醚(Fluorinated Poly(Arylene Ether)，FLARE)與氫化硅倍半氧化物(HydrogenSilsesquioxane，HSQ)等。形成介電層206與介電層210的方法例如是旋涂法或化學氣相沉積法。
接著，請參照圖2B，在襯底200上形成一填隙材料層216以填滿通孔開口214，其中此填隙材料層216的材料例如是I線(I-line)光致抗蝕劑、深紫外光(Deep Ultra Violet，DUV)光致抗蝕劑或是底層抗反射層等，且形成填隙材料層216的方法例如是使用旋涂法，并且，如圖2B所示，填隙材料層216于通孔開口214處會形成一下凹輪廓。
接著，請參照圖2C，去除多余的填隙材料層216以于通孔開口214中形成填隙材料層218。其中去除多余填隙材料層216的方法例如是使用化學機械拋光法或是回蝕刻法，并拋光或回蝕刻至露出頂蓋層212表面為止。由圖2C可知，即使經由拋光或回蝕刻填隙材料層216，于填隙材料層218的表面仍然可能會具有下凹輪廓。
接著，請參照圖2D，對頂蓋層212與填隙材料層218進行一填隙材料處理工藝220，以形成頂蓋層212a與填隙材料層218a以平坦化填隙材料層21 8的表面。其中填隙材料處理工藝220例如是對頂蓋層212與填隙材料層218再進行一回蝕刻工藝，將下凹輪廓兩側的部分頂蓋層212與填隙材料層218去除，以形成頂蓋層212a與填隙材料層218a，使得填隙材料層218a的表面趨近于平坦。
接著，請參照圖2E，在填隙材料層218a與頂蓋層212a上形成底層抗反射層222，其中底層抗反射層222的材料例如是有機底層抗反射涂膜材料包括聚酰亞胺(Polyimide)，形成底層抗反射層222的方法例如是旋涂法。由于后續形成雙重金屬鑲嵌結構的工藝與現有方法相同，因此在此不再贅述。
在上述優選實施例中，為使頂蓋層212能夠在經由填隙材料處理工藝220，亦即回蝕刻工藝后依然保持其特性，也可以在形成頂蓋層212時形成較現有為厚的厚度，如此在經由填隙材料處理工藝220的處理之后，不僅能夠得到平坦化的填隙材料層218a，也能夠使頂蓋層212a維持原有的功能。
本發明除了上述優選實施例外，還具有其它的實施型態。圖3A至圖3B所示為本發明另一優選實施例的一種在通孔先定義雙重鑲嵌結構的制造方法中，在通孔開口中形成填隙材料層的填隙工藝流程剖面圖。其中圖3A接續上述優選實施例的圖2D進行，并且于圖3A與圖3B中，與圖2A至圖2D相同的構件使用相同的附圖標記并省略其說明。
首先，請參照圖3A，在對頂蓋層212與填隙材料層218進行一填隙材料處理工藝220之后，再對填隙材料層218a進行一填隙材料處理工藝224，以于填隙材料層218a的表面形成一保護層226，以保護填隙材料層218a不被后續形成的底層抗反射層或光致抗蝕劑層攻擊。其中填隙材料處理工藝224例如是使用等離子體處理、UV固化(UV cure)或是化學浸漬(chemicalimmersion)等方法。
接著，請參照圖3B，在填隙材料層218a的保護層226與頂蓋層212a上形成底層抗反射層228，其中底層抗反射層228的材料例如是有機底層抗反射涂膜材料包括聚酰亞胺，形成底層抗反射層228的方法例如是旋涂法。同樣地，由于后續形成雙重金屬鑲嵌結構的工藝與現有方法相同，因此在此不再贅述。
并且，在圖2C的回蝕刻或是拋光填隙材料層216的步驟中，如果能夠得到具有足夠平坦度的填隙材料層218的話，本實施例亦可以省略圖2D的填隙材料處理工藝220，而接續圖2C進行填隙材料處理工藝224，以于填隙材料層218a的表面形成保護層，再進行后續的步驟。
而且，在本發明上述的所有實施例中，使用雙鑲嵌工藝來說明，然而本發明并不限于此，還可以應用于其它在開口中填入填隙材料層的工藝，例如可以應用于形成通孔、接觸孔、導線(槽)亦或是淺槽隔離結構等各種工藝。
綜上所述，由于本發明對填隙材料層進行一道例如使用回蝕刻方法的填隙材料處理工藝，以將填隙材料層的下凹輪廓處兩側的填隙材料層與頂蓋層(亦或是介電層)削除，因此填隙材料層的表面能夠趨于平坦，從而使得后續形成的底層抗反射層或其它材料層能夠具有良好的平坦特性，以能夠在后續的光刻蝕刻工藝得到正確的圖案。
此外，由于本發明對填隙材料層表面進行填隙材料處理以于填隙材料層表面形成保護層，因此能夠避免后續形成的底層抗反射層或光致抗蝕劑層傷害到填隙材料層以造成填隙材料的損失，所以所形成的填隙材料層乃至于底層抗反射層或光致抗蝕劑層亦能維持良好的平坦特性，從而能夠在后續的光刻蝕刻工藝得到正確的圖案。
雖然本發明已以一優選實施例公開如上，但是其并非用以限定本發明，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，本領域技術人員可作些許的更改與潤飾，因此本發明的保護范圍應當以所附權利要求所確定的為準。
權利要求
1.一種填隙工藝，包括提供一襯底，于該襯底上形成有一介電層，且于該介電層中形成有一開口；于該介電層上與該開口形成一填隙材料層；去除部分該填隙材料層至露出該介電層表面；以及對該填隙材料層與該介電層表面進行一填隙材料處理工藝，以去除部分該介電層與該填隙材料層，并使該填隙材料層較平坦化。
2.如權利要求1所述的填隙工藝，其中該填隙材料處理工藝包括對該介電層與該填隙材料層進行一回蝕刻工藝。
3.如權利要求1所述的填隙工藝，其中于進行該填隙材料處理工藝之后，還包括對該填隙材料層進行選自等離子體處理、紫外光固化與化學浸漬所組成的組中的一種，以于該填隙材料層表面形成一保護層。
4.如權利要求1所述的填隙工藝，其中去除部分該填隙材料層的方法包括選自回蝕刻工藝與化學機械拋光工藝所組成的組中的一種。
5.如權利要求1所述的填隙工藝，其中該填隙材料層包括選自I線光致抗蝕劑、深紫外光光致抗蝕劑與底層抗反射層所組成的組中的一種。
6.如權利要求1所述的填隙工藝，其中形成該填隙材料層的方法包括旋涂法。
7.如權利要求1所述的填隙工藝，其中在對該填隙材料層與該頂蓋層表面進行該填隙材料處理工藝之后，還在該填隙材料層與該頂蓋層上形成一底層抗反射層。
8.如權利要求1所述的填隙工藝，其中該開口包括選自通孔開口、接觸孔開口、槽、雙重鑲嵌開口所組成的組中的一種。
9.一種填隙工藝，適用于制造一雙重鑲嵌結構，包括提供一襯底；于該襯底上依序形成一保護層、一第一介電層、一蝕刻終止層、一第二介電層與一頂蓋層；于該第一介電層、該蝕刻終止層、該第二介電層與該頂蓋層中形成一通孔開口；在該頂蓋層上與該通孔開口形成一填隙材料層；去除部分該填隙材料層至露出該頂蓋層表面；以及對該填隙材料層與該頂蓋層表面進行一填隙材料處理工藝，以去除部分該介電層與該填隙材料層，并使該填隙材料層較平坦化。
10.如權利要求9所述的填隙工藝，其中該填隙材料處理工藝包括對該頂蓋層與該填隙材料層進行一回蝕刻工藝。
11.如權利要求9所述的填隙工藝，其中在進行該填隙材料處理工藝之后，還包括對該填隙材料層進行選自等離子體處理、紫外光固化與化學浸漬所組成的組中的一種，以于該填隙材料層表面形成一保護層。
12.如權利要求9所述的填隙工藝，其中去除部分該填隙材料層的方法包括選自回蝕刻工藝與化學機械拋光工藝所組成的組中的一種。
13.如權利要求9所述的填隙工藝，其中形成該填隙材料層的方法包括旋涂法。
14.如權利要求9所述的填隙工藝，其中該填隙材料層包括選自I線光致抗蝕劑、深紫外光光致抗蝕劑與底層抗反射層所組成的組中的一種。
15.如權利要求9所述的填隙工藝，其中在對該填隙材料層與該頂蓋層表面進行該填隙材料處理工藝之后，還在該填隙材料層與該頂蓋層上形成一底層抗反射層。
全文摘要
一種填隙工藝，此填隙工藝提供一個已形成有介電層的襯底，且于介電層中形成有開口。接著，于介電層上與開口中形成填隙材料層，再去除部分填隙材料層至露出介電層表面。然后，對填隙材料層與介電層表面進行填隙材料處理工藝，以使填隙材料層表面能夠趨于平坦化，進而使得后續形成于其上的底層抗反射層或其它材料層能夠具有良好的平坦特性。
文檔編號H01L21/311GK1503319SQ02156380
公開日2004年6月9日 申請日期2002年12月18日 優先權日2002年11月20日
發明者翁俊仁, 陳瓀懿, 潘鴻賜, 李秋德, 吳德源, 林嘉祥, 嚴永松, 林嘉祺, 曾盈崇 申請人:聯華電子股份有限公司