專利名稱：使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，其使用無機(jī)的和低介電常數(shù)的膜作為用于形成通路的層間膜，具體地涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其使用無機(jī)的/低介電常數(shù)的膜作為形成通路的層間膜，以及使用有機(jī)的/低介電常數(shù)的膜作為形成互連線的層間膜，這些不同的膜(即，無機(jī)和有機(jī)膜)在半導(dǎo)體器件中構(gòu)成了絕緣膜的混合結(jié)構(gòu)。
近年來，已有要求半導(dǎo)體器件以更高速率和更低功率運行。由于這個原因，在很多情況下，將低介電常數(shù)膜(低K膜)作為層間絕緣膜。所述低介電常數(shù)膜廣義上分為兩種膜，即，由有機(jī)材料形成的有機(jī)低介電常數(shù)膜和由無機(jī)材料形成的無機(jī)低介電常數(shù)膜。當(dāng)有機(jī)低介電常數(shù)膜與由無機(jī)材料形成的硬掩模結(jié)合在一起時，在所述膜與硬掩模之間可實現(xiàn)高的蝕刻選擇性。因此，使用有機(jī)低介電常數(shù)膜使硬掩模和抗蝕劑膜制成的厚度更薄，在處理性能上產(chǎn)生了有益的效果。
優(yōu)選地，使用在導(dǎo)電性和穩(wěn)定性方面具有優(yōu)勢、且顯示了良好的電遷移電阻和應(yīng)力遷移電阻的銅或銅的合金(以下統(tǒng)稱為銅)，作為用于構(gòu)成互連線和通路的材料。但是，互連線和通路(都由銅制成)在化學(xué)上是穩(wěn)定的，因此難以處理。這就是為什么使用波紋處理形成互連線和通路的原因。也就是說，在層間絕緣膜上形成互連溝道和通路孔，并在包括了互連溝道和通路孔的層間絕緣膜上淀積銅制的膜，然后，除去層間絕緣膜上不必要的銅膜，僅在互連溝道和通路孔的內(nèi)部留下所述銅膜，從而形成了互連線和通路。為了形成極其精細(xì)的和多層互連的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地使用同時形成互連線和通路的雙波紋處理。
日本專利申請2001-156170公開了一種通過使用雙硬掩模(DHM)(Dual Hard Mask)的雙波紋處理形成包含了兩個層間絕緣膜的多層互連的技術(shù)。
圖1A-1E和圖2A-2E的橫截面圖示例了日本專利申請2001-156170公開的傳統(tǒng)方法，用于按照處理步驟的順序制造多層互連。
如圖1A所示，根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的方法包括在基片110上形成鈍化膜111；和形成第一個有機(jī)層間膜112。第一個有機(jī)層間膜112由聚芳醚構(gòu)成。在第一個有機(jī)層間膜112上形成蝕刻停止層113，在蝕刻停止層113上形成第二個有機(jī)層間膜114。第二個有機(jī)層間膜114也由聚芳醚構(gòu)成。之后，在膜114上形成由氧化硅構(gòu)成的下掩模115，在掩模115上形成由氮化硅構(gòu)成的上層的掩模116。這樣，下掩模115和上掩模116構(gòu)成了雙層掩模(DHM)。此后，在上掩模116上形成具有用于形成互連溝道的開口132的抗蝕劑掩模131 。
如圖1B所示，使用抗蝕劑掩模131作為掩模對上掩模116進(jìn)行蝕刻以形成溝道構(gòu)圖型117。之后，如圖1C所示，在上掩模116上形成由TaN構(gòu)成的絕緣膜118，經(jīng)上掩模116將下掩模115的一部分暴露出來。此后，如圖1D所示，對絕緣膜118進(jìn)行蝕刻，以在上掩模116的溝道構(gòu)圖型117的側(cè)表面形成由TaN構(gòu)成的側(cè)壁119。然后，如圖1E所示，形成具有用于形成通路孔的開口134的抗蝕劑掩模133。在這種情況下，當(dāng)從垂直于基片的方向觀察所述基片時，抗蝕劑掩模133的開口134位于溝道構(gòu)圖型117的開口內(nèi)。
如圖2A所示，使用抗蝕劑掩模133作為掩模對下掩模115蝕刻，以形成通路孔圖型120。之后，如圖2B所示，進(jìn)一步完成蝕刻操作，以在第二個有機(jī)層間膜114上形成通路孔圖型120。在這種情況下，同時除去所述抗蝕劑掩模133。除去抗蝕劑掩模133后，下掩模115作為掩模。
此后，如圖2C所示，使用上掩模116和側(cè)壁119作為掩模對下掩模115進(jìn)行蝕刻。在這種情況下，同樣對停止層113進(jìn)行蝕刻，并將其除去，這樣層113的被除去的部分形成了通路孔121的上層部分。之后，如圖2D所示，使用上掩模116和側(cè)壁119作為掩模，對第二個有機(jī)層間膜114進(jìn)行蝕刻，以形成互連溝道122。通過上述蝕刻的步驟，同樣地對第一個有機(jī)層間膜進(jìn)行蝕刻，以形成通路孔121的主要部分。
隨后，如圖2E所示，使用下掩模115和蝕刻停止層113作為掩模，對經(jīng)通路孔121的底部暴露出來的鈍化膜111一部分的進(jìn)行蝕刻，并將其除去。在這種情況下，同樣對上掩模116和側(cè)壁119進(jìn)行蝕刻，并將其除去。之后，除去下掩模115。此后，在通路孔121和互連溝道122內(nèi)形成金屬材料。之后，除去第二個層間膜114上的過量的金屬材料。上述方法允許形成包括兩個有機(jī)層間絕緣膜的多層互連。
但是，上述傳統(tǒng)技術(shù)有以下缺陷。即，當(dāng)有第一個和第二個層間膜時，通過使用有機(jī)層間絕緣膜，實現(xiàn)第一個層間膜低于第二個層間膜，從具有第一個和第二個跨層絕緣膜的器件中除去的熱量是不充分的，使器件的特征下降。而且，因為有機(jī)層間絕緣膜的價格非常昂貴，所以使用有機(jī)層間絕緣膜形成兩個層間絕緣膜不幸地增加了整個半導(dǎo)體器件的成本。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，以使半導(dǎo)體器件具有高的散熱能力，能夠以低成本生產(chǎn)，而且，適合于微型制造。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，其包括步驟順序地形成由第一無機(jī)低介電常數(shù)膜構(gòu)成的第一個層間膜、及由有機(jī)低介電常數(shù)膜和第二個無機(jī)低介電常數(shù)膜的其中之一構(gòu)成的第二個層間膜，第二個無機(jī)低介電常數(shù)膜的特征在于，第二個無機(jī)低介電常數(shù)膜的蝕刻速率與第一個無機(jī)低介電常數(shù)膜的不同；在第二個層間膜上形成下掩模；在下掩模上形成具有互連溝道的上掩模；在下掩模和上掩模的表面形成覆蓋掩模；對覆蓋掩模、下掩模和作為掩模的第二個層間膜進(jìn)行蝕刻，在其上形成具有開口形狀的抗蝕劑膜用于形成通路孔；使用覆蓋掩模作為掩模，對第一個層間膜進(jìn)行蝕刻，以形成通路孔，同時除去所述覆蓋掩模使上掩模暴露出來；以及使用上掩模作為掩模，對第二個層間膜進(jìn)行蝕刻，以形成互連溝道。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，因為第一個層間膜由低介電常數(shù)膜構(gòu)成，所以與第一個和第二個層間膜都是由有機(jī)低介電常數(shù)膜構(gòu)成的情況比較，所述器件能夠進(jìn)一步提高其除熱能力，并進(jìn)一步降低成本。而且，由于所述覆蓋掩模是在上掩模上形成的，而且使用該覆蓋掩模作為掩模對第一個層間膜進(jìn)行蝕刻，以形成通路孔，同時將該覆蓋掩模除去，使上掩模暴露出來。在對第一個層間膜進(jìn)行蝕刻的過程中，該覆蓋掩模能夠保護(hù)上掩模，使其不被蝕刻，同時，在蝕刻的步驟完成后，使上掩模暴露出來。這樣就允許上掩模用作掩模，并在對第二個層間膜進(jìn)行蝕刻以形成互連溝道的步驟中，防止其消失。這樣也同樣能夠高精確地形成互連溝道。結(jié)果，有可能形成具有更窄寬度的互連線，使半導(dǎo)體器件實現(xiàn)高的集成度。注意覆蓋掩模不是一般的掩模，而是在蝕刻步驟中逐步地進(jìn)行蝕刻的掩模。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，其包括步驟順序地形成由第一個無機(jī)低介電常數(shù)膜構(gòu)成的第一個層間膜、以及由有機(jī)低介電常數(shù)膜和第二個無機(jī)低介電常數(shù)膜的其中之一構(gòu)成的第二個層間膜，第二種無機(jī)低介電常數(shù)膜的特征在于第二種無機(jī)低介電常數(shù)膜的蝕刻速率與第一個無機(jī)低介電常數(shù)膜的蝕刻速率不同；在第二個層間膜上形成下掩模；在下掩模上形成具有互連溝道的上掩模；在下掩模和上掩模的表面形成由材料構(gòu)成的覆蓋掩模，該材料的特征在于該材料的蝕刻速率介于下掩模的蝕刻速率和上掩模的蝕刻速率之間；對覆蓋掩模、底層的掩模和作為掩模的第二個層間膜進(jìn)行蝕刻，在其上形成具有開口的抗蝕劑膜用于形成通路孔；使用所述覆蓋掩模作為掩模，對第一個層間膜進(jìn)行蝕刻，以形成通路孔；以及使用上掩模作為掩模，對第二個層間膜進(jìn)行蝕刻，以形成互連溝道。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，因為第一個層間膜由低介電常數(shù)膜構(gòu)成，所以與第一個和第二個層間膜都是由有機(jī)低介電常數(shù)膜構(gòu)成的情況比較，所述器件能夠進(jìn)一步提高其散熱能力，并進(jìn)一步降低成本。而且，由于所述覆蓋掩模的構(gòu)成材料的蝕刻速率介于下掩模的蝕刻速率和上掩模的蝕刻速率之間，并且使覆蓋掩模的蝕刻速率高于上掩模的蝕刻速率。因此，在對第一個層間膜進(jìn)行蝕刻以形成通路孔的步驟中，所述覆蓋掩模能夠保護(hù)上掩模在直到對第一個層間膜的蝕刻完成的一半步驟之前不被蝕刻。此外，由于所述覆蓋掩模的蝕刻速率低于下掩模的蝕刻速率，因此，在使用所述覆蓋掩模作為掩模對第一個層間膜蝕刻以形成通路孔的步驟中，在蝕刻完成時，僅除去覆蓋掩模使上掩模暴露出來。這樣就允許將上掩模作為掩模，并在對第二個層間膜進(jìn)行蝕刻以形成互連溝道的步驟中，防止其消失。這樣也同樣能夠高精確地形成互連溝道。結(jié)果，有可能在半導(dǎo)體器件中形成具有更窄寬度的互連線，使半導(dǎo)體器件實現(xiàn)高的集成度。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，一種使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，其包括步驟順序地形成由第一個無機(jī)低介電常數(shù)膜構(gòu)成的第一個層間膜、蝕刻停止膜、以及由有機(jī)低介電常數(shù)膜和第二個無機(jī)低介電常數(shù)膜的其中之一構(gòu)成的第二個層間膜；在第二個層間膜上形成下掩模；在下掩模上形成具有互連溝道的上掩模；在下掩模和上掩模的表面形成覆蓋掩模；對覆蓋掩模、下掩模和作為掩模的第二個層間膜進(jìn)行蝕刻，在其上形成具有開口的抗蝕劑膜用于形成通路孔；使用所述覆蓋掩模作為掩模，對第一個層間膜進(jìn)行蝕刻，以形成通路孔，同時除去所述覆蓋掩模使上掩模暴露出來；以及使用上掩模作為掩模，對第二個層間膜進(jìn)行蝕刻，以形成互連溝道。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，一種使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，其包括步驟順序地形成由第一個無機(jī)低介電常數(shù)膜構(gòu)成的第一個層間膜、蝕刻停止膜和由有機(jī)低介電常數(shù)膜和第二個無機(jī)低介電常數(shù)膜的其中之一構(gòu)成的第二個層間膜；在第二個層間膜上形成下掩模；在下掩模上形成具有互連溝道的上掩模；在下掩模和上掩模的表面形成由某種材料構(gòu)成的覆蓋掩模，該材料的特征在于該材料的蝕刻速率介于下掩模的蝕刻速率和上掩模的蝕刻速率之間；對覆蓋掩模、底層的掩模和作為掩模的第二個層間膜進(jìn)行蝕刻，在其上形成具有開口的抗蝕劑膜用于形成通路孔；使用所述覆蓋掩模作為掩模，對第一個層間膜進(jìn)行蝕刻，以形成通路孔；以及使用上掩模作為掩模，對第二個層間膜進(jìn)行蝕刻，以形成互連溝道。
而且，優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明第一至第四方面所述的方法，進(jìn)一步包括在形成所述覆蓋掩模后，在該覆蓋掩模上形成防反射涂膜(Anti-Reflection Coating film)的步驟，其中在形成所述防反射鍍膜后，形成抗蝕劑膜。這樣就能夠高精確地形成具有構(gòu)圖的抗蝕劑膜。
此外，根據(jù)本發(fā)明所述的方法進(jìn)一步包括對覆蓋掩模、下掩模和對作為掩模的第二層間膜的蝕刻的步驟，其中具有呈開口形狀的抗蝕劑膜用于形成通路孔，其包括以下步驟使用抗蝕劑膜作為掩模，對覆蓋掩模和下掩模進(jìn)行蝕刻；以及使用抗蝕劑膜作為掩模，對第二層間膜進(jìn)行蝕刻，同時除去所述抗蝕劑膜，以使所述覆蓋掩模暴露出來。這樣就使蝕刻各對應(yīng)膜的處理條件最佳化，并消除了對除去抗蝕劑膜的額外步驟的需求，因為當(dāng)對第二個層間膜蝕刻的同時，就除去了抗蝕劑膜。
而且，根據(jù)本發(fā)明所述的方法進(jìn)一步包括所述覆蓋掩模由以下幾種材料中選擇的至少一個構(gòu)成氮氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氮化硅和氧化硅。這樣就提高了所述覆蓋掩模的穩(wěn)定性。更加優(yōu)選地，下掩模由氧化硅構(gòu)成，上掩模由氮化硅構(gòu)成，覆蓋掩模由氮氧化硅構(gòu)成。
而且，根據(jù)本發(fā)明的第一方面所述的方法，進(jìn)一步包括所述覆蓋掩模形成的膜厚度為20至100納米。這樣，在使用覆蓋掩模作為掩模以形成通路孔，對第一個層間膜蝕刻的步驟中，為保護(hù)上掩模不被蝕刻，使上掩模暴露出來而進(jìn)行的除去所述覆蓋掩模的操作變得容易。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在制造半導(dǎo)體器件的方法中，由于用于形成通路孔的所述層間膜是由無機(jī)層間膜構(gòu)成的，因此所述器件能夠提高其散熱能力，并降低制造成本，而且，在對無機(jī)層間膜蝕刻的步驟中，防止上掩模被蝕刻，在所述蝕刻步驟完成的同時使上掩模暴露出來，允許精確地處理用于形成互連線的層間膜。結(jié)果，集成了大量元件的半導(dǎo)體器件在除熱方面具有優(yōu)勢，而且能夠以低成本制造。
圖3A-3C和圖4A-4C是表示了根據(jù)本發(fā)明的一種使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法的橫截面圖，其按照處理步驟的順序執(zhí)行。
首先，如圖3A所示，準(zhǔn)備在其表面上形成有互連層2的基片1。由諸如銅或銅合金(以下統(tǒng)稱為銅)的材料構(gòu)成的互連線3鑲嵌在互連層2中。之后，在基片1上形成由諸如氧化硅的材料構(gòu)成的停止膜4，在停止膜4上形成無機(jī)層間膜5。無機(jī)層間膜5由包含了通過等離子化學(xué)氣相淀積(CVD)處理經(jīng)過淀積得到的無機(jī)材料的低介電常數(shù)膜構(gòu)成，例如將由Applied Materials公司提供的Black Diamond制成諸如350納米的厚度。注意所述無機(jī)層間膜5可以通過淀積由NovellusSystem公司提供的Coral、或ASM公司提供的Aurola形成。注意上述諸如Black Diamond、Coral和Aurola的材料都是包含了碳的氧化硅膜(SiOC膜)。
此后，在所述無機(jī)層間膜5上形成有機(jī)層間膜6。有機(jī)層間膜6由包含有機(jī)材料的低介電常數(shù)膜構(gòu)成。有機(jī)層間膜6通過旋轉(zhuǎn)涂布(spin-coating)形成的，例如將由Dow Chemical公司提供的SiLK制成諸如300納米的厚度。注意所述無機(jī)層間膜6可以通過由Honeywell公司提供的Flare形成。而且，在所述無機(jī)層間膜5和有機(jī)層間膜6之間可以放置一個中間壓焊層(未圖示)。注意上述SiLK是聚亞苯基，上述Flare是聚芳醚。
隨后，在所述有機(jī)層間膜6上形成下掩模7。通過將氧化硅膜淀積到諸如120納米的厚度形成下掩模7。之后，在下掩模7上形成上掩模8。通過將諸如氮化硅的膜淀積到諸如80納米的厚度并在所述氮化硅膜上構(gòu)圖的方法形成上掩模8。所述圖型的形成使在以下的步驟中，能夠在有機(jī)層間膜6上形成互連溝道。即上掩模8具有對應(yīng)于后續(xù)形成的有機(jī)層間膜6上的互連溝道形成的區(qū)域的開口9。下掩模7和上掩模8構(gòu)成雙層掩模(DHM)。
隨后，在上掩模8上形成覆蓋掩模10。通過等離子化學(xué)氣相淀積(CVD)的淀積形成覆蓋掩模10，例如，將氮氧化硅膜制成諸如20納米到100納米的厚度。在這種情況下，在形成圖形的上掩模8的輪廓形成后，在所述覆蓋掩模10的上表面形成了凹凸的輪廓。在這種情況下，假設(shè)所述覆蓋掩模10的蝕刻速率低于所述下掩模7的蝕刻速率，而高于所述上掩模8的蝕刻速率。
此后，在所述覆蓋掩模10上形成防反射涂(ARC)膜11，并在防反射涂膜11上形成抗蝕劑膜12。在這種情況下，在所述覆蓋掩模10的上表面的輪廓形成后，在ARC膜11的上表面形成凹凸的輪廓。之后，在抗蝕劑膜12中形成用于形成通路孔的圖型。即在后來形成的無機(jī)層間膜5上的通路孔形成的區(qū)域形成開口13。因此，當(dāng)從垂直的方向上觀察所述基片1時，理想地，抗蝕劑膜12的開口13位于上掩模8的開口9內(nèi)。但是，在某些情況下，出現(xiàn)了開口13與對應(yīng)的開口9的相對位置上的移動，使上掩模8的開口9與開口13位于同一條線上，或最不利的情況下，位于開口13的內(nèi)部。
隨后，如圖3B所示，使用抗蝕劑膜12作為掩模，并按以下順序?qū)RC膜11、覆蓋掩模10和下掩模7進(jìn)行蝕刻，有選擇地除去這三個膜的對應(yīng)部分。注意，當(dāng)出現(xiàn)上述相對移位的情況時，通過抗蝕劑膜12的開口同樣對所述上掩模8進(jìn)行蝕刻。在這種情況下，使用包含諸如CF4/Ar/O2的蝕刻氣體。
此后，如圖3C所示，使用覆蓋掩模10作為掩模對有機(jī)層間膜6進(jìn)行蝕刻，并有選擇地除去膜6的對應(yīng)部分。在這種情況下，使用包含諸如N2/H2的蝕刻氣體。蝕刻的步驟允許對抗蝕劑膜12和ARC膜11(參照圖3B)進(jìn)行蝕刻，并將其除去。
然后，使用抗蝕劑膜10作為掩模，對無機(jī)層間膜5進(jìn)行蝕刻，有選擇地除去膜5的對應(yīng)部分。在這種情況下，使用包含諸如C5F8/Ar/O2的蝕刻氣體。這使得由諸如氮氧化硅的材料構(gòu)成覆蓋掩模10的蝕刻速率高于由諸如氮化硅的材料構(gòu)成的下掩模8的蝕刻速率。因此，所述覆蓋掩模10不同于正常的掩模，并在蝕刻的步驟中逐漸地被蝕刻和除去。
結(jié)果，如圖4A所示，在無機(jī)層間膜5上形成通路孔14。在這種情況下，通路孔14的尺寸受到有機(jī)層間膜6上的通路孔的圖型限制。而且，如上所述，通過該蝕刻步驟，除去了覆蓋掩模10，將上掩模8暴露出來。同時，使用上掩模8作為掩模對下掩模7進(jìn)行蝕刻，以在下掩模7上形成呈互連線輪廓形狀的開口。
隨后，如圖4B所示，使用上掩模8作為掩模對有機(jī)層間膜6進(jìn)行蝕刻，并有選擇地除去膜6的對應(yīng)部分。在這種情況下，使用包含諸如N2/H2的蝕刻氣體。通過該蝕刻的步驟，在有機(jī)層間膜6上形成互連溝道15。之后，使用包含CHF3/Ar/O2的氣體作為蝕刻氣體，對通過互連溝道15的底部暴露出來的停止膜4的一部分進(jìn)行蝕刻，并除去該部分。通過該蝕刻的步驟，除去上掩模8。
隨后，在包括通路孔14和互連溝道15的內(nèi)部部分的基片的表面上淀積由諸如銅構(gòu)成的膜。之后，使用化學(xué)機(jī)械拋光(ChemicalMechanical Polishing)(CMP)除去在有機(jī)層間膜6上形成的膜，以將銅保留在通路孔14和互連溝道15內(nèi)。這樣，在通路孔14和互連溝道15內(nèi)分別形成了由銅構(gòu)成的通路17和互連線18。在這種情況下，將互連線18制成諸如140納米的寬度。注意下掩模7的作用是防止有機(jī)層間膜6在CMP步驟中被腐蝕。
如上所述，根據(jù)實施例，能夠形成多層互連，并能夠制造半導(dǎo)體器件。如圖4C所示，所述多層互連包括在基片1上形成的停止膜4和在停止膜4上形成的有機(jī)層間膜5。在停止膜4和無機(jī)層間膜5上形成通路孔14，在通路孔14內(nèi)形成通路17。而且，在無機(jī)層間膜5上形成有機(jī)層間膜6，在有機(jī)層間膜6上形成下掩模7。在有機(jī)層間膜6和下掩模7上形成互連溝道15，在互連溝道15內(nèi)形成互連線18?；ミB線18連接到通路17，通路17依次連接到在基片1的表層中形成的互連線13。
應(yīng)該理解，如圖3A所示，假設(shè)蝕刻前，覆蓋掩模10的膜厚度在20納米以下，如圖4A所示，在使用覆蓋掩模10作為掩模對無機(jī)層間膜5進(jìn)行蝕刻的步驟中，在蝕刻步驟的開始階段除去作為掩模的覆蓋掩模10，之后在蝕刻過程中，上掩模8長時間地接觸到蝕刻氣體，一定程度上保護(hù)上掩模8使其不會被蝕刻得減少。與之相反，如果蝕刻前，覆蓋掩模10的膜厚度在100納米以上，在如圖4A所示的步驟中，將覆蓋掩模10除去變得困難。因此，優(yōu)選地，在蝕刻前，將覆蓋掩模10的膜厚度制成在20納米至100納米之間。
在所述實施例中，由于將由無機(jī)材料構(gòu)成的無機(jī)層間膜作為形成通路的層間膜，因此提高了從器件中除去熱量的能力，同時，與使用有機(jī)層間膜的情況比較，可以降低制造半導(dǎo)體器件的成本。
而且，在使用包含N2/H2氣體的蝕刻步驟中，覆蓋掩模10的與有機(jī)層間膜6有關(guān)的選擇率提高。因此，如圖3C所示，在使用覆蓋掩模10作為掩模對有機(jī)層間膜6進(jìn)行蝕刻的步驟中，即使在除去了抗蝕劑膜12后，覆蓋掩模10也可作為下掩模7和有機(jī)層間膜6的掩模。因此，可以防止下掩模7和有機(jī)層間膜6的對應(yīng)于抗蝕劑膜12的開口13以外的區(qū)域被蝕刻。
而且，在所述實施例中，覆蓋掩模10的蝕刻速率低于掩模7的蝕刻速率。這就允許覆蓋掩模10的蝕刻速率低于無機(jī)層間膜5的蝕刻速率，同時，允許下掩模7的蝕刻速率近似地等于無機(jī)層間膜5的蝕刻速率。使覆蓋掩模10的蝕刻速率低于無機(jī)層間膜5的蝕刻速率減少了在對無機(jī)層間膜5進(jìn)行蝕刻的步驟中覆蓋掩模10被蝕刻的程度，并防止對上掩模7的腐蝕。而且使下掩模7的蝕刻速率近似地等于無機(jī)層間膜5的蝕刻速率降低了上掩模8暴露的時間間隔，以及下掩模7處理為具有互連溝道的輪廓，防止對上掩模8的腐蝕。結(jié)果，對上掩模8進(jìn)行蝕刻并將其除去所需的時間間隔減少了，因此，可抑制對上掩模8的腐蝕。
另外，如圖4A所示，覆蓋掩模10的蝕刻速率高于上掩模8的蝕刻速率，允許在使用覆蓋掩模10作為掩模對無機(jī)層間膜5進(jìn)行蝕刻的步驟結(jié)束時，在不對上掩模8進(jìn)行蝕刻的情況下除去上掩模10并將其暴露出來。這樣，如圖4B所示，就允許在對有機(jī)層間膜6進(jìn)行蝕刻的步驟中，將上掩模8作為掩模，并形成互連溝道15，同時防止上掩模8在相同的步驟中消失，從而高精確地形成了互連溝道15。結(jié)果，形成了寬度約為140納米的精細(xì)的互連線，其允許高度集成的半導(dǎo)體器件。
應(yīng)該注意的是，盡管在實施例中，下掩模是由氧化硅構(gòu)成的，上掩模是由氮化硅構(gòu)成的，但本發(fā)明不限于上述實施例。例如，下掩?？墒褂锰蓟?、氮化硅、碳氮化硅、鎢、硅化鎢、氟氧化硅、氫倍半氧烷(HSQ)、甲基倍半硅氧烷(MSQ)、或甲基氫醌(MHSQ)來實現(xiàn)。而且，例如，上掩?？墒褂锰蓟?、氮化硅、碳氮化硅、鎢、硅化鎢、氟氧化硅、HSQ、MSQ、或MHSQ來實現(xiàn)。注意，當(dāng)確定使用材料的組合形成下掩模、上掩模和覆蓋掩模時，在使用覆蓋掩模作為掩模順序地對無機(jī)層間膜進(jìn)行蝕刻以形成通路孔的步驟中，需滿足以下條件；即，覆蓋掩模的蝕刻速率高于上掩模的蝕刻速率，且低于下掩模的蝕刻速率。因此，當(dāng)使用覆蓋掩模作為掩模對無機(jī)層間膜進(jìn)行蝕刻，以在無機(jī)層間膜上形成通路孔時，所述覆蓋掩模能夠保護(hù)上掩模，使其在對無機(jī)層間膜進(jìn)行蝕刻的步驟進(jìn)行到一半之前不被蝕刻，在蝕刻的步驟完成的同時，除去覆蓋掩模，并將上掩模暴露出來。
另外，盡管在實施例中，在形成互連線時使用的層間膜是由如圖所示的無機(jī)層間膜6構(gòu)成的，但本發(fā)明不限于上述實施例，而且可以采用一個實施例，其中，選擇蝕刻速率低于用于形成互連線的層間膜的蝕刻速率的材料用于形成下掩模，之后由無機(jī)層間膜形成用于形成互連線的層間膜。在這種情況下，用于形成通路的層間膜和用于形成互連線的層間膜由無機(jī)層間膜構(gòu)成的，這樣提高了器件的除熱能力，并進(jìn)一步降低了器件的成本。注意，必需使構(gòu)成用于形成通路的層間膜的無機(jī)層間膜的蝕刻速率和構(gòu)成用于形成互連線的層間膜的無機(jī)層間膜的蝕刻速率彼此不同，或在用于形成通路的層間膜和用于形成互連線的層間膜之間形成一個蝕刻停止膜。
以下將解釋一個不背離本發(fā)明所述目的的精神和范圍的一個比較示例。圖5A-5C和圖6A-6C表示了根據(jù)比較示例的按照處理步驟的順序的一種使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法的橫截面圖。所述比較示例與上述實施例之間的區(qū)別在于，在所述比較示例沒有形成覆蓋掩模。
首先，如圖5A所示，使用與上述本發(fā)明的實施例相同的處理步驟，在基片1上形成停止膜4和無機(jī)層間膜5。之后，在無機(jī)層間膜5上形成壓焊層16。之后，使用與上述實施例相同的步驟，形成有機(jī)層間膜6、下掩模7和上掩模8。在上掩模8上形成開口9。之后，在上掩模8上形成防反射涂(ARC)膜11和抗蝕劑膜12，而不用在上掩模8上形成覆蓋掩模。隨后，在抗蝕劑膜12上形成用于形成通路孔的圖型，以在抗蝕劑膜上形成開口13。
之后，如圖5B所示，使用抗蝕劑膜12作為掩模，并按順序?qū)RC膜11和下掩模7進(jìn)行蝕刻，并有選擇地除去這些膜的對應(yīng)部分。之后，如圖5C所示，使用上掩模8作為掩模對無機(jī)層間膜6進(jìn)行蝕刻，有選擇地除去膜6的對應(yīng)部分。通過這一蝕刻的步驟，同樣對抗蝕劑膜12和ARC膜11(參照圖5B)進(jìn)行蝕刻，并將其除去，使上掩模8暴露出來。
隨后，使用上掩模8作為掩模對無機(jī)層間膜5進(jìn)行蝕刻，并有選擇地除去膜5的對應(yīng)部分。結(jié)果，如圖6A所示，在無機(jī)層間膜5上形成通路孔14。但是，對無機(jī)層間膜5和形成通路孔14的蝕刻的處理條件使上掩模8同樣被蝕刻。由于這一原因，對上掩模8的腐蝕變得嚴(yán)重，而且在蝕刻的步驟完成時，上掩模8幾乎不能保存下來。而且，由于上掩模8消失，使下掩模7同樣地被蝕刻，而且下掩模7的開口大幅地擴(kuò)展。
此后，如圖6B所示，對有機(jī)層間膜6進(jìn)行蝕刻，以形成互連溝道15。但是，在這一階段，應(yīng)該作為掩模的上掩模8幾乎消失，且下掩模7的開口也大幅地擴(kuò)展。這就使互連溝道15的尺寸大幅地偏離其設(shè)計值。
然后，如圖6C所示，使用與上述本發(fā)明實施例所述相同的步驟，對通過互連溝道15的底部暴露出來的停止膜4的一部分進(jìn)行蝕刻，并將其除去，分別在通路孔14和互連溝道15內(nèi)形成由銅構(gòu)成的通路和互連線。但是，在這種情況下，所述互連線的寬度變得大于其設(shè)計值。例如，當(dāng)互連溝道尺寸的設(shè)計值為140納米時，它實際上變?yōu)?80納米。
這樣，由于難以調(diào)整處理條件，因此由氮化硅構(gòu)成的上掩模8的對有機(jī)層間膜5的選擇率變得高了，進(jìn)一步，無機(jī)層間膜5的對應(yīng)部分不充分地被蝕刻和除去，即需確定使上掩模8幾乎未被蝕刻且同時無機(jī)層間膜5被充分地蝕刻的處理條件，當(dāng)對無機(jī)層間膜5的對應(yīng)部分進(jìn)行蝕刻，以形成通路孔14時，也相應(yīng)地對上掩模8進(jìn)行蝕刻。由于這一原因，在比較示例中所述的方法使其難以制造互連溝道的尺寸在190納米以下的(諸如140納米的)半導(dǎo)體器件。
應(yīng)該注意的是，為解決所述比較示例中的缺陷，使上掩模具有高的抗蝕刻能力，可采取將上掩模8形成為具有大的膜厚度的處理步驟作為補(bǔ)救措施。但是，將上掩模8形成為具有大的膜厚度增加了在ARC膜11的上表面沿著形成的凹凸層面的臺階的高度。這樣，當(dāng)抗蝕劑膜12暴露出來時，會引起散焦，而且通過平版印刷技術(shù)不能將抗蝕劑膜構(gòu)圖為精細(xì)的結(jié)構(gòu)。結(jié)果，不能將無機(jī)層間膜5和有機(jī)層間膜6構(gòu)圖為精細(xì)的結(jié)構(gòu)。為在抗蝕劑膜12內(nèi)形成精細(xì)的用于形成140納米寬度的溝道的圖型，要求將上掩模8形成為厚度在大約不大于80納米，以提高暴露的區(qū)域。
相反地，在根據(jù)本發(fā)明的上述實施例中，由于覆蓋掩模10保護(hù)了上掩模8在對無機(jī)層間膜5的蝕刻步驟中不被蝕刻，因此不需將上掩模8形成為大的膜厚度。而且，當(dāng)在抗蝕劑膜12上形成用于形成通路孔的圖型時，由于在基片上形成了覆蓋掩模10，因此不會增加上掩模8的表面的凹凸輪廓，在ARC膜11的表面形成的臺階的高度再也不會增加，即使在形成了覆蓋掩模10之后。這就允許將抗蝕劑膜12構(gòu)圖為精細(xì)的結(jié)構(gòu)。
而且，為解決上述比較示例存在的缺陷，可采取將ARC膜11形成為具有大的膜厚度，以使ARC膜同樣作為覆蓋掩模10的處理步驟作為補(bǔ)救措施。但是，由于ARC膜11典型地是由有機(jī)材料構(gòu)成的，因此，當(dāng)對有機(jī)層間膜6進(jìn)行蝕刻時，ARC膜11就被蝕刻，且與抗蝕劑膜12一起被除去。這樣，將ARC膜11形成為具有大的膜厚度，以使ARC膜作為覆蓋掩模10的處理步驟是不能采用的。
權(quán)利要求
1.一種使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，其包括下列步驟順序地形成由第一個無機(jī)低介電常數(shù)膜構(gòu)成的第一個層間膜、由有機(jī)低介電常數(shù)膜和第二個無機(jī)低介電常數(shù)膜的其中之一構(gòu)成的第二個層間膜，所述第二個無機(jī)低介電常數(shù)膜的特征在于第二個無機(jī)低介電常數(shù)膜的蝕刻速率與第一個無機(jī)低介電常數(shù)膜的不同；在所述第二個層間膜上形成下掩模；在所述下掩模上形成具有互連溝道的上掩模；在所述下掩模和所述上掩模的表面形成覆蓋掩模；對所述覆蓋掩模、所述下掩模和作為掩模的所述第二個層間膜進(jìn)行蝕刻，在其上形成具有開口的抗蝕劑膜用于形成通路孔；使用所述覆蓋掩模作為掩模，對所述第一個層間膜進(jìn)行蝕刻以形成通路孔，同時除去所述覆蓋掩模使所述上掩模暴露出來；以及使用所述上掩模作為掩模，對所述第二個層間膜進(jìn)行蝕刻以形成互連溝道。
2.一種使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，其包括下列步驟順序地形成由第一個無機(jī)低介電常數(shù)膜構(gòu)成的第一個層間膜、由有機(jī)低介電常數(shù)膜和第二個無機(jī)低介電常數(shù)膜的其中之一構(gòu)成的第二個層間膜，所述第二種無機(jī)低介電常數(shù)膜的特征在于所述第二種無機(jī)低介電常數(shù)膜的蝕刻速率與第一個無機(jī)低介電常數(shù)膜的蝕刻速率不同；在所述第二個層間膜上形成下掩模；在所述下掩模上形成具有互連溝道的上掩模；在所述下掩模和所述上掩模的表面形成由材料構(gòu)成的覆蓋掩模，所述材料的特征在于所述材料的蝕刻速率介于所述下掩模的蝕刻速率和所述上掩模的蝕刻速率之間；對所述覆蓋掩模、所述下掩模和作為掩模的所述第二個層間膜進(jìn)行蝕刻，在其上形成具有開口的抗蝕劑膜用于形成通路孔；使用所述覆蓋掩模作為掩模，對所述第一個層間膜進(jìn)行蝕刻以形成通路孔；和使用所述上掩模作為掩模，對所述第二個層間膜進(jìn)行蝕刻以形成互連溝道。
3.一種使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，其包括下列步驟順序地形成由第一個由無機(jī)低介電常數(shù)膜構(gòu)成的第一個層間膜、蝕刻停止膜、及由有機(jī)低介電常數(shù)膜和第二個無機(jī)低介電常數(shù)膜的其中之一構(gòu)成的第二個層間膜；在所述第二個層間膜上形成下掩模；在所述下掩模上形成具有互連溝道的上掩模；在所述下掩模和所述上掩模的表面形成覆蓋掩模；對所述覆蓋掩模、所述下掩模和作為掩模的所述第二個層間膜進(jìn)行蝕刻，在其上形成具有開口的抗蝕劑膜用于形成通路孔；使用所述覆蓋掩模作為掩模，對所述第一個層間膜進(jìn)行蝕刻以形成通路孔，同時除去所述覆蓋掩模使所述上掩模暴露出來；和使用所述上掩模作為掩模，對所述第二個層間膜進(jìn)行蝕刻以形成互連溝道。
4.一種使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，其包括下列步驟順序地形成由第一個無機(jī)低介電常數(shù)膜構(gòu)成的第一個層間膜、蝕刻停止膜、由有機(jī)低介電常數(shù)膜和第二個無機(jī)低介電常數(shù)膜的其中之一構(gòu)成的第二個層間膜；在所述第二個層間膜上形成下掩模；在所述下掩模上形成具有互連溝道的上掩模；在所述下掩模和所述上掩模的表面形成由材料構(gòu)成的覆蓋掩模，所述材料的特征在于所述材料的蝕刻速率介于所述下掩模的蝕刻速率和所述上掩模的蝕刻速率之間；對所述覆蓋掩模、所述下掩模和作為掩模的所述第二個層間膜進(jìn)行蝕刻，在其上形成具有開口形狀的抗蝕劑膜用于形成通路孔；使用所述覆蓋掩模作為掩模，對所述第一個層間膜進(jìn)行蝕刻，以形成通路孔；和使用所述上掩模作為掩模，對所述第二個層間膜進(jìn)行蝕刻，以形成互連溝道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在形成所述覆蓋掩模后，在所述覆蓋掩模上形成一個防反射涂膜，其中在形成所述防反射涂膜后，形成所述抗蝕劑膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，其中對所述覆蓋掩模、所述下掩模和作為掩模的所述第二個層間膜進(jìn)行蝕刻，在其上形成開口的抗蝕劑膜用于形成通路孔的步驟包括下列步驟使用所述抗蝕劑膜作為掩模，對所述覆蓋掩模和所述下掩模進(jìn)行蝕刻；和使用所述抗蝕劑膜作為掩模，對所述第二個層間膜進(jìn)行蝕刻，同時除去所述抗蝕劑膜，以使所述覆蓋掩模暴露出來。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的任何一種使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述覆蓋掩模由從以下組中選擇的至少一種材料構(gòu)成氮氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氮化硅和氧化硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述覆蓋掩模形成的膜厚度為20納米至100納米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述下掩模由從以下組中選擇的至少一種材料構(gòu)成氧化硅、碳化硅、氮化硅、碳氮化硅、鎢、硅化鎢、氟氧化硅、氫倍半氧烷(HSQ)、甲基倍半硅氧烷(MSQ)、甲基氫醌(MHSQ)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述上掩模由從以下組中選擇的至少一種材料構(gòu)成氮化硅、碳化硅、碳氮化硅、鎢、硅化鎢、氟氧化硅、氫倍半氧烷(HSQ)、甲基倍半硅氧烷(MSQ)、甲基氫醌(MHSQ)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述下掩模由氧化硅構(gòu)成，所述上掩模由氮化硅構(gòu)成，所述覆蓋掩模由氮氧化硅構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述第一個層間膜由甲基倍半硅氧烷(MSQ)和氧化硅的其中之一構(gòu)成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述第二個層間膜由聚亞苯基和聚芳醚的其中之一構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法，所述第二個層間膜由甲基倍半硅氧烷(MSQ)和氧化硅的其中之一構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用雙波紋技術(shù)制造半導(dǎo)體器件的方法。在基片上順序地形成無機(jī)層間膜、有機(jī)層間膜、由氧化硅構(gòu)成的下掩模和由氮化硅構(gòu)成的上掩模。在所述上掩模上形成開口。然后，在所述上掩模上形成由氮氧化硅構(gòu)成的覆蓋掩模，并使其具有20納米至100納米的膜厚度。此后，在其上形成防反射涂膜和抗蝕劑膜。隨后，使用抗蝕劑膜作為掩模，對所述防反射涂膜、所述覆蓋掩模和所述下掩模進(jìn)行蝕刻。之后，使用覆蓋掩模作為掩模，對有機(jī)層間膜和無機(jī)層間膜進(jìn)行蝕刻以形成通路孔。同時，除去所述覆蓋掩模，使所述上掩模暴露出來。此后，使用所述上掩模作為掩模，對所述無機(jī)層間膜進(jìn)行蝕刻以形成互連溝道。
文檔編號H01L21/3065GK1447413SQ0310753
公開日2003年10月8日 申請日期2003年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月26日
發(fā)明者南部英高 申請人:恩益禧電子股份有限公司