專利名稱：雙鑲嵌結構的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體元件的制造方法，尤其涉及一種雙鑲嵌結構的制造方法。
背景技術：
在現今的半導體工藝中，由于銅金屬本身具有低電阻率以及能夠避免電致遷移(electromigration)的優點，因此多半使用銅金屬制作金屬內連線。此外，因為銅金屬的蝕刻不易，所以采用金屬鑲嵌工藝取代傳統的工藝來制作銅導線。
隨著半導體元件線幅持續的縮小，由多重金屬內連線間所導致的信號傳輸延遲(resistance capacitance time delay)變成十分重要的影響因素。因此，在現今的工藝中，采用低介電常數材料層，配合銅金屬導線，來增進元件的效能。而且，如采用具有極低介電常數(介電常數小于2.2)的多孔性低介電常數薄膜的話，便能夠更進一步降低信號的傳輸延遲。
所以，在0.18微米以下的技術，普遍地利用低介電材料，以改善集成電路的信號傳輸延遲現象。然而，對于低介電材料，熱應力(thermal stress)會產生嚴重影響，尤其是對于像SiLK等的有機旋涂材料，影響更重。另一方面，因為化學氣相沉積低介電材料比有機旋涂低介電材料具有較佳的熱傳導能力，所以將此兩種低介電材料互相結合利用，并降低熱應力的影響，便成為半導體工藝中重要的課題。
發明內容
本發明的目的就是在提供一種雙鑲嵌結構的制造方法，以低介電常數材料作為介電層，降低介電層的介電常數。
本發明的另一目的是提供一種雙鑲嵌結構的制造方法，以堆疊式的形成方法，將不同的低介電常數層互相結合。
本發明的再一目的是提供一種雙鑲嵌結構的制造方法，來減少現有工藝中熱應力的影響。
本發明的又一目的是提供一種雙鑲嵌結構的制造方法，以更為簡單的工藝形成雙鑲嵌結構，并降低制造成本。
本發明提出一種雙鑲嵌結構的制造方法，首先，在襯底上依序形成阻障層、第一介電層、第二介電層、多層掩模層、第一底部抗反射層(BottomAnti-Reflection Coating，BARC)與圖案化第一光致抗蝕劑層。接著，以圖案化第一光致抗蝕劑層為掩模進行蝕刻步驟，以得到第一溝槽結構。其中，第一溝槽結構的底部是位于該多層掩模層內部。之后，移除圖案化第一光致抗蝕劑層與第一底部抗反射層。然后，形成第二底部抗反射層，以填滿第一溝槽結構，并且覆蓋多層掩模層的表面。接著，在第二底部抗反射層上形成圖案化第二光致抗蝕劑層。之后，以圖案化第二光致抗蝕劑層為掩模進行蝕刻步驟，以得到第一介質窗(via)結構。其中，第一介質窗結構的底部暴露出第一介電層的表面。之后，蝕刻第一溝槽結構與第一介質窗結構，以得到第二溝槽結構與第二介質窗結構。其中，第二介質窗結構的底部暴露出襯底的表面，且第二溝槽結構的底部暴露出第一介電層的表面。
依照本發明的一實施例，多層掩模層是由一覆蓋層、一含金屬硬掩模層(metal containing hard mask layer)與一介電硬掩模層所組成。
依照本發明的一實施例，第一溝槽結構的底部位于覆蓋層中。
依照本發明的一實施例，還包括形成一襯(liner)層，以覆蓋第二溝槽結構、第二介質窗結構以及含金屬硬掩模層的表面上。
依照本發明的一實施例，襯層的材料包括鉭(tantalum)或氮化鉭(tantalum nitride)至少其中之一。
依照本發明的一實施例，還包括在襯層上形成一金屬層。
依照本發明的一實施例，金屬層的材料包括銅。
依照本發明的一實施例，還包括將雙鑲嵌結構的一表面平坦化，直到暴露出覆蓋層的一表面為止。
依照本發明的一實施例，還包括將雙鑲嵌結構的一表面平坦化，直到暴露出第二介電層的一表面為止。
依照本發明的一實施例，多層掩模層是由一覆蓋層與一含金屬硬掩模層所組成。
依照本發明的一實施例，第一溝槽結構的底部位于覆蓋層中。
依照本發明的一實施例，多層掩模層是由含金屬硬掩模層與介電硬掩模層所組成。
依照本發明的一實施例，第一溝槽結構的底部位于含金屬硬掩模層中。
依照本發明的一實施例，第一介電層的介電常數例如大于第二介電層的介電常數。
依照本發明的一實施例，第一介電層的硬度例如大于第二介電層的硬度。
依照本發明的一實施例，在第二溝槽結構與第二介質窗結構相鄰處的表面例如為傾斜。
依照本發明的一實施例，例如還包括形成襯(liner)層，以覆蓋第二溝槽結構、第二介質窗結構以及含金屬硬掩模層的表面上。
依照本發明的一實施例，襯層的材料例如為鉭(tantalum)或氮化鉭(tantalum nitride)至少其中之一。
依照本發明的一實施例，阻障層的材料例如為氮化硅(silicon nitride)、碳化硅(silicon carbide)與碳氮化硅(silicon carbonitride)其中之一。
依照本發明的一實施例，第一介電層的材料例如為Coral與黑金剛石(black diamond)其中之一。
依照本發明的一實施例，第二介電層的材料例如為多孔性材料(porousmaterial)、SiLK或多孔性SiLK(porous-SiLK)其中之一。
依照本發明的一實施例，覆蓋層的材料例如為介電材料、氧化硅(siliconoxide)、氮氧化硅(silicon oxynitride)與碳化硅(silicon carbide)其中之一。
依照本發明的一實施例，含金屬硬掩模層的材料例如為氮化鈦(titaniumnitride)、氮化鉭(tantalum nitride)與鎢(tungsten)其中之一。
依照本發明的一實施例，介電硬掩模層材料例如為氧化硅(siliconoxide)、氮化硅(silicon nitride)與碳化硅(silicon carbide)其中之一。
本發明因利用堆疊式的形成方法，將材質例如為SiLK的低介電常數層與材質例如為Coral的低介電常數層互相結合，減少了現有技術中熱應力的影響，并簡化工藝，節省制作成本。
為讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉數個優選實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。
圖1A至圖1I繪示為依照本發明一優選實施例雙鑲嵌結構的制造方法的流程剖面圖；圖2A至圖2D繪示為依照本發明另一優選實施例雙鑲嵌結構的制造方法的流程剖面圖。
主要元件符號說明100、200襯底102、202阻障層104、204第一介電層106、206第二介電層107、207多層掩模層108覆蓋層110、208含金屬硬掩模層112、210介電硬掩模層114、212第一底部抗反射層116、214圖案化第一光致抗蝕劑層118、218第二底部抗反射層120、220圖案化第二光致抗蝕劑層122、216第一溝槽結構124、222第一介質窗結構126第二溝槽結構128第二介質窗結構130襯層132金屬層具體實施方式
圖1A至圖1I繪示為依照本發明一優選實施例雙鑲嵌結構的制造方法的流程剖面圖。首先，請參照圖1A，在襯底100上形成阻障層102。其中，阻障層102的材料例如為氮化硅、碳化硅與碳氮化硅其中之一。接著，在阻障層102上依序形成第一介電層104、第二介電層106、多層掩模層107、第一底部抗反射層114以及第一光致抗蝕劑層(未繪示)。其中，多層掩模層107例如是由覆蓋層108、含金屬硬掩模層110、介電硬掩模層112所組成。在另一實施例中，多層掩模層也可以是由覆蓋層與含金屬硬掩模層所組成。此外，第一介電層104的材料例如為Coral與黑金剛石其中之一，第二介電層106的材料例如為多孔性材料、SiLK或多孔性SiLK其中之一，覆蓋層108的材料例如為介電材料、氧化硅、氮氧化硅與碳化硅其中之一，含金屬硬掩模層110的材料例如為氮化鈦、氮化鉭與鎢其中之一，介電硬掩模層112的材料例如為氧化硅、氮化硅與碳化硅其中之一。此外，在本發明的一實施例中，第一介電層104的介電常數例如大于第二介電層106的介電常數，或者是第一介電層104的硬度例如大于第二介電層106的硬度。然后，將第一光致抗蝕劑層圖案化，以得到圖案化第一光致抗蝕劑層116。
接著，請參照圖1B，以圖案化第一光致抗蝕劑層116為掩模，蝕刻第一底部抗反射層114、介電硬掩模層112、含金屬硬掩模層110以及覆蓋層108，以得到第一溝槽結構122。其中，第一溝槽結構122的底部暴露出覆蓋層108的表面。然后，移除圖案化第一光致抗蝕劑層116與第一底部抗反射層114。
接著，請參照圖1C，形成第二底部抗反射層118，以填滿第一溝槽結構122，并且覆蓋介電硬掩模層112的表面。然后，在第二底部抗反射層118上形成第二光致抗蝕劑層(未繪示)。之后，將第二光致抗蝕劑層圖案化，以得到圖案化第二光致抗蝕劑層120。
接著，請參照圖1D，以圖案化第二光致抗蝕劑層120為掩模，蝕刻第二底部抗反射層118、介電硬掩模層112、含金屬硬掩模層110、覆蓋層108、第二介電層106以及第一介電層104，以得到第一介質窗結構124。其中，第一介質窗結構124的底部暴露出第一介電層104的表面。然后，移除圖案化第二光致抗蝕劑層120、第二底部抗反射層118與介電硬掩模層112。
接著，請參照圖1E，蝕刻第一溝槽結構122與第一介質窗結構124，以得到第二溝槽結構126與第二介質窗結構128。其中，第二介質窗結構128的底部暴露出襯底100的表面，并且第二溝槽結構126的底部暴露出第一介電層104的表面。在本發明的一實施例中，例如采用以氮氣、八氟環丁烷(C4F8)、氧氣以及氬氣為蝕刻氣體的干式蝕刻工藝，所以在第二溝槽結構126與第二介質窗結構128相鄰處的表面例如為傾斜。
接著，請參照圖1F，在本發明的一實施例中，還可以形成襯層130，以覆蓋第二溝槽結構126、第二介質窗結構128以及含金屬硬掩模層110的表面上。其中，襯層的材料例如為鉭或氮化鉭至少其中之一。
此外，請參照圖1G，還可以在襯層130上形成金屬層132。其中，金屬層132的材料例如為銅。
除上述之外，還可以進行以下步驟。請參照圖1H，在本發明的一實施例中，更可以將雙鑲嵌結構的表面平坦化，直到暴露出覆蓋層108的表面為止。或者，請參照圖1I，更可以將雙鑲嵌結構的表面平坦化，直到暴露出第二介電層106的表面為止。
圖2A至圖2E繪示為依照本發明另一優選實施例雙鑲嵌結構的制造方法的流程剖面圖。本發明的該實施例與圖1A至圖1I所述的雙鑲嵌結構的制造方法相似，惟其差異在于本發明的一實施例的雙鑲嵌結構的制造方法省略了覆蓋層的形成。本發明的一實施例中各膜層的材質皆與圖1A至圖1I所述的膜層材質相同，以下將不另行敘述。
首先，請參照圖2A，在襯底200上依序形成阻障層202、第一介電層204、第二介電層206、多層掩模層207、第一底部抗反射層212以及第一光致抗蝕劑層(未繪示)。其中，多層掩模層207例如是由含金屬硬掩模層208與介電硬掩模層210所組成。此外，第一介電層204的介電常數例如大于第二介電層206的介電常數，且第一介電層204的硬度例如大于第二介電層206的硬度。然后，將第一光致抗蝕劑層圖案化，以得到圖案化第一光致抗蝕劑層214。
接著，請參照圖2B，以圖案化第一光致抗蝕劑層214為掩模，蝕刻第一底部抗反射層212、介電硬掩模層210以及含金屬硬掩模層208，以得到第一溝槽結構216。其中，第一溝槽結構216的底部暴露出含金屬硬掩模層208的表面。然后，移除圖案化第一光致抗蝕劑層214與第一底部抗反射層212。
接著，請參照圖2C，形成第二底部抗反射層218，以填滿第一溝槽結構216，并且覆蓋介電硬掩模層210的表面。然后，在第二底部抗反射層218上形成第二光致抗蝕劑層(未繪示)。之后，將第二光致抗蝕劑層圖案化，以得到圖案化第二光致抗蝕劑層220。
接著，請參照圖2D，以圖案化第二光致抗蝕劑層220為掩模，蝕刻第二底部抗反射層218、介電硬掩模層210、含金屬硬掩模層208、第二介電層206以及第一介電層204，以得到第一介質窗結構222。其中，第一介質窗結構222的底部暴露出第一介電層204的表面。然后，移除圖案化第二光致抗蝕劑層220、第二底部抗反射層218與介電硬掩模層210。接著，進行與圖1E所述的相同的蝕刻步驟，以得到第二溝槽結構與第二介質窗結構。
值得注意的是，上述實施例還可以進行與圖1F至圖1I所述相同的工藝，形成襯層后，填入金屬層，再進行表面的平坦化，以完成雙鑲嵌結構。
綜上所述，本發明因采用低介電常數材料作為介電層，并以堆疊式的形成方法，將不同的低介電常數層互相結合，減少了熱應力的影響，并減少了工藝步驟，以更簡單的工藝形成雙鑲嵌結構，降低了制造成本。
雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的前提下，可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視后附的權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種雙鑲嵌結構的制造方法，包括在一襯底上形成一阻障層；在該阻障層上形成一第一介電層；在該第一介電層上形成一第二介電層；在該第二介電層上形成一多層掩模層；在該多層掩模層上形成一第一底部抗反射層；在該第一底部抗反射層上形成一圖案化第一光致抗蝕劑層；以該圖案化第一光致抗蝕劑層為掩模進行蝕刻步驟，以得到一第一溝槽結構，其中該第一溝槽結構的一底部是位于該多層掩模層內部；移除該圖案化第一光致抗蝕劑層與該第一底部抗反射層；形成一第二底部抗反射層，以填滿該第一溝槽結構并且覆蓋該多層掩模層的一表面；在該第二底部抗反射層上形成一圖案化第二光致抗蝕劑層；以該圖案化第二光致抗蝕劑層為掩模進行蝕刻步驟，以得到一第一介質窗結構，其中該第一介質窗結構的一底部暴露出該第一介電層的一表面；以及蝕刻該第一溝槽結構與該第一介質窗結構，以得到一第二溝槽結構與一第二介質窗結構，其中該第二介質窗結構的一底部暴露出該襯底的一表面，并且該第二溝槽結構的一底部暴露出該第一介電層的一表面。
2.如權利要求1所述的雙鑲嵌結構的制造方法，其中該多層掩模層是由一覆蓋層、一含金屬硬掩模層與一介電硬掩模層所組成。
3.如權利要求2所述的雙鑲嵌結構的制造方法，其中該第一溝槽結構的該底部位于該覆蓋層中。
4.如權利要求3所述的雙鑲嵌結構的制造方法，還包括形成一襯層，以覆蓋該第二溝槽結構、該第二介質窗結構以及該含金屬硬掩模層的表面上。
5.如權利要求4所述的雙鑲嵌結構的制造方法，其中該襯層的材料包括鉭或氮化鉭至少其中之一。
6.如權利要求4所述的雙鑲嵌結構的制造方法，還包括在該襯層上形成一金屬層。
7.如權利要求6所述的雙鑲嵌結構的制造方法，其中該金屬層的材料包括銅。
8.如權利要求6所述的雙鑲嵌結構的制造方法，還包括將該雙鑲嵌結構的一表面平坦化，直到暴露出該覆蓋層的一表面為止。
9.如權利要求6所述的雙鑲嵌結構的制造方法，還包括將該雙鑲嵌結構的一表面平坦化，直到暴露出該第二介電層的一表面為止。
10.如權利要求1所述的雙鑲嵌結構的制造方法，其中該多層掩模層是由一覆蓋層與一含金屬硬掩模層所組成。
11.如權利要求10所述的雙鑲嵌結構的制造方法，其中該第一溝槽結構的該底部位于該覆蓋層中。
12.如權利要求1所述的雙鑲嵌結構的制造方法，其中該多層掩模層是由含金屬硬掩模層與介電硬掩模層所組成。
13.如權利要求12所述的雙鑲嵌結構的制造方法，其中該第一溝槽結構的該底部位于該含金屬硬掩模層中。
14.如權利要求1所述的雙鑲嵌結構的制造方法，其中該第一介電層的介電常數大于該第二介電層的介電常數。
15.如權利要求1所述的雙鑲嵌結構的制造方法，其中該第一介電層的硬度大于該第二介電層的硬度。
16.如權利要求1所述的雙鑲嵌結構的制造方法，其中在該第二溝槽結構與該第二介質窗結構相鄰處的一表面為傾斜。
17.如權利要求1所述的雙鑲嵌結構的制造方法，其中該阻障層的材料包括氮化硅、碳化硅與碳氮化硅其中之一。
18.如權利要求1所述的雙鑲嵌結構的制造方法，其中該第一介電層的材料包括Coral與黑金剛石其中之一。
19.如權利要求1所述的雙鑲嵌結構的制造方法，其中該第二介電層的材料包括多孔性材料、SiLK或多孔性SiLK其中之一。
20.如權利要求1所述的雙鑲嵌結構的制造方法，其中該覆蓋層的材料包括介電材料、氧化硅、氮氧化硅與碳化硅其中之一。
21.如權利要求1所述的雙鑲嵌結構的制造方法，其中該含金屬硬掩模層的材料包括氮化鈦、氮化鉭與鎢其中之一。
22.如權利要求1所述的雙鑲嵌結構的制造方法，其中該介電硬掩模層的材料包括氧化硅、氮化硅與碳化硅其中之一。
全文摘要
一種雙鑲嵌結構的制造方法，首先，在襯底上依序形成阻障層、第一介電層、第二介電層、多層掩模層、第一底部抗反射層與圖案化第一光致抗蝕劑層。接著。以圖案化第一光致抗蝕劑層為掩模，進行蝕刻以得到第一溝槽結構。然后，形成第二底部抗反射層，以填滿第一溝槽結構，并且覆蓋多層掩模層的表面。接著，在第二底部抗反射層上形成圖案化第二光致抗蝕劑層，并以圖案化第二光致抗蝕劑層為掩模，進行蝕刻以得到第一介質窗結構。之后，蝕刻第一溝槽結構與第一介質窗結構，以得到第二溝槽結構與第二介質窗結構。
文檔編號H01L21/70GK1901156SQ20051008484
公開日2007年1月24日 申請日期2005年7月19日 優先權日2005年7月19日
發明者王志榮 申請人:聯華電子股份有限公司