專利名稱：增加半導體的介電材質(zhì)的粘附性質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導體元件的制造方法，且特別是有關(guān)于一種增加介電材質(zhì)的粘附性質(zhì)的方法。
由于積體電路的半導體元件的積集度日益增加，使得晶片的表面無法提供足夠的面積來制作所需的內(nèi)連線時，為了配合金氧半導(Metal OxideSemiconductor；MOS)電晶體縮小后所增加的內(nèi)連線需求，兩層以上的金屬層設計，便逐漸的成為許多積體電路所必需采用的方式。此外，在深次微米的制程中，由于積體電路的積極度不斷增加，因此目前大多采用多層內(nèi)連線(Multi-LevelInterconnects)的立體架構(gòu)，且常以內(nèi)金屬介電層(Inter-Metal Dielectric；IMD)作為隔離各金屬內(nèi)連線的介電材料。其中用來連接上下兩層金屬層的導線，在半導體工業(yè)上，稱之為介層窗插塞(Via Plug)。通常于介電層中形成的開口，若是暴露出內(nèi)連線中的基底元件，則稱之為介層窗(Via)。
雙重金屬鑲嵌(Dual Damascene)的技術(shù)系為一種形成介層窗和內(nèi)連線的方法。對于雙重金屬鑲嵌制程的應用而言，介電層的材料通常使用低介電常數(shù)(Low-K)的材質(zhì)，其主要系為了能夠在0.13微米以下的制程中降低內(nèi)連線材料的電阻-電容延遲時間(Resistance capacitance delay time；RC)，此外，亦可降低功率消耗(power dissipation)以及內(nèi)金屬介電層間所產(chǎn)生的寄生電容(Parasitic capacitance)或cross talk noise效應。
如

圖1A至1E所示，顯示一已知的雙重金屬鑲嵌制程的結(jié)構(gòu)剖面圖。首先在一基底100上覆蓋形成一阻障層110，接著在阻障層110上依序覆蓋形成第一介電層120、一終止層130(Etching stop layer)與一第二介電層140。然后定義欲形成深圖案的第一光阻層150于第二介電層140的上。接著，以第一光阻層150為罩幕進行深圖案的干蝕刻制程，并依序蝕穿第二介電層140、終止層130與第一介電層120，并形成介層洞160，然后將第一光阻層150移除。其次，定義欲形成淺圖案的第二光阻層170于第二介電層140上，并曝露出第二介電層140的部分表面與介層洞160，且淺圖案的水平尺寸大于深圖案的水平尺寸。隨后，藉由第二光阻層170為罩幕來進行淺圖案的干蝕刻制程，且以終止層130作為蝕刻終點，以移除第二介電層140所曝露的部分表面，并形成另一個水平尺寸更大的溝槽180。之后，移除第二光阻層170，并形成金屬鑲嵌制程的開口160與180。最后，進行內(nèi)連線制程，由于該制程已為熟知此項技藝者所知，并不影響本發(fā)明所述的重點，故于此不予詳加說明。
在傳統(tǒng)的雙重金屬鑲嵌制程中，介電層的組成材質(zhì)通常為具有胺(Amine)、亞胺(Imine)、羥基亞胺(Hydroxyimine)或含有芳香族(aromatic hydrocarbon)等鍵結(jié)結(jié)構(gòu)的低介電系數(shù)的有機材料。而蝕刻終止層與阻障層的組成材質(zhì)通常為氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiON)或是碳硅化物(SiC)等無機材料。然而，對低介電常數(shù)(Low-K)的材質(zhì)的沉積技術(shù)而言，雖有旋涂法(spin-on)與化學氣相沉積法(CVD)等兩種施行方式，其技術(shù)上的實施仍有關(guān)鍵性的問題存在。其中，有機聚合物與無機層之間的粘附性(adhesion ability)即為制程整合的癥結(jié)點。圖2A顯示一親水性(hydrophilic)表面狀態(tài)，當?shù)撞?10上的水滴220的接觸角θ1越小，其親水性質(zhì)越強，而親水性表面難以順利地粘附于鄰層的表面。相對地，若是底材210具有斥水性(hydrophobic)表面，則底材210上的水滴220的接觸角θ2遠大于接觸角θ1，主因系為易被忽略的表面張力作用，因此，表面上的粘附性質(zhì)將被加強。
由于無機層(例如，氮化硅)存在有高極性表面的本質(zhì)，因此，大部分無機層表面具有較親水的性質(zhì)。所以，無機層將不相容于具有親油性質(zhì)的有機聚合物材質(zhì)。換句話說，無機層與有機聚合物材質(zhì)之間缺乏鍵結(jié)性，此將導致內(nèi)連線結(jié)構(gòu)在后續(xù)的熱制程中容易因為熱應力(thermal stress)或是機械應力(mechanicalstress)被破壞。對于改良低介電常數(shù)的有機聚合物材質(zhì)與其鄰接的低介電常數(shù)的無機層的粘附性質(zhì)而言，其基本概念之一系為導入一低極性的新的表面，使其與有機聚合物材質(zhì)相容，同時增加粘附或鍵結(jié)性質(zhì)。
為了改良無機層與有機聚合物材質(zhì)之間的粘附性質(zhì)，典型的方式系以移除高極性表面為基本要件。因此，需導入一中間層(interlayer)以便于能夠同時連接有機官能基(functional group)的表面與無機鍵結(jié)的表面。在傳統(tǒng)制程中，中間層的形成方法系以旋涂法(spin coating)為主。近來，一些商業(yè)上的產(chǎn)品已經(jīng)被應用來當成粘附促進劑的液體源。無論如何，從本質(zhì)上顯而易見的事實中可知，藉由旋涂的方式涂布將難以區(qū)別出粘附促進劑(adhesion promoter)涂布的好壞與否。另一方面，經(jīng)由旋涂的方式涂布的涂布品質(zhì)亦受到表面狀態(tài)與表面缺陷的影響，例如，大顆粒及其所造成的刮痕等影響涂布均勻的效果。
鑒于上述的種種原因，我們更需要一種新的增加介電材質(zhì)的粘附性質(zhì)的方法。以便于提升后續(xù)制程的產(chǎn)率以及良率。
鑒于上述的發(fā)明背景中，傳統(tǒng)的半導體制程的方法，其所產(chǎn)生的諸多缺點，本發(fā)明提供一方法可用以克服傳統(tǒng)制程上的問題。
本發(fā)明的目的是在提供一種增加介電材質(zhì)的粘附性質(zhì)的方法。為了能夠同時連接有機官能基的表面與無機鍵結(jié)的表面，本發(fā)明導入一中間層于低介電常數(shù)的有機聚合物材質(zhì)與其鄰接的低介電常數(shù)的無機材質(zhì)之間，以避免內(nèi)連線結(jié)構(gòu)在后續(xù)的熱制程中被破壞。所以本發(fā)明可有效地提高制程上的良率。
本發(fā)明的另一目的是在提供一種增加介電材質(zhì)的粘附性質(zhì)的方法。為了使有機聚合物與無機層(蝕刻終止層或阻障層)兩者的介面具有良好的連結(jié)或是鍵結(jié)關(guān)系，本發(fā)明導入一種新的粘附材料來當成一中間層的材質(zhì)，以便于替代現(xiàn)行所用的液相粘附促進劑。新的粘附材料至少包含一用于聚合物表面的C-H基與一用于無機物表面的Si-O基(siloxane)，以便于能夠使得聚合物表面與無機物表面之間具有高相容性，例如甲基三丙酮硅氧烷(methyltriacetoxysilane；MTAS)。因此，本發(fā)明的方法簡易而符合經(jīng)濟上的效益，且本方法可適用于深次微米的技術(shù)中。
本發(fā)明的再一目的是在提供一種增加介電材質(zhì)的粘附性質(zhì)的方法。本發(fā)明的中間層的形成系以化學氣相沉積法取代傳統(tǒng)的旋涂方式來進行涂布制程，同時可避免涂布品質(zhì)受到表面狀態(tài)與表面缺陷的影響。
根據(jù)以上所述的目的，本發(fā)明揭示了一種增加介電材質(zhì)的粘附性質(zhì)的方法。在本發(fā)明的一實施例中，首先提供一基底，其上覆蓋形成一阻障層。然后，藉由化學氣相沉積法(CVD)將粘附促進劑沉積于阻障層上以形成一第一中間層，其中，粘附促進劑系為一有機材料，例如甲基三丙酮硅氧烷。接著，覆蓋形成一第一介電層于第一中間層上。其次，藉由化學氣相沉積法(CVD)將粘附促進劑沉積于第一介電層上以形成一第二中間層。之后，覆蓋形成一蝕刻終止層于第二中間層上。隨后，藉由化學氣相沉積法(CVD)將粘附促進劑沉積于蝕刻終止層上以形成一第三中間層。然后，覆蓋形成一第二介電層于第三中間層上。其次，定義欲形成深圖案的第一光阻層于第二介電層之上。接著，以第一光阻層為罩幕進行深圖案的干蝕刻制程，并依序蝕穿第二介電層、第三中間層、蝕刻終止層、第二中間層與第一介電層，并形成介層洞，之后將第一光阻層移除。其次，定義欲形成淺圖案的第二光阻層于第二介電層上，并曝露出第二介電層的部分表面與介層洞，且淺圖案的水平尺寸大于深圖案的水平尺寸。隨后，藉由第二光阻層為罩幕來進行淺圖案的干蝕刻制程，且以蝕刻終止層作為蝕刻終點，以移除第二介電層所曝露的部分表面，并形成另一個水平尺寸更大的溝槽。之后，移除第二光阻層，并形成金屬鑲嵌制程的開口。最后，進行內(nèi)連線制程。
本發(fā)明在此所探討的方向為一種增加介電材質(zhì)的粘附性質(zhì)的方法。為了能徹底地了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳盡的步驟。顯然地，本發(fā)明的施行并未限定于半導體元件的技藝者所熟知的特殊細節(jié)。另一方面，眾所周知的制程步驟并未描述于細節(jié)中，以避免造成本發(fā)明不必要的限制。本發(fā)明的較佳實施例會詳細描述如下，然而除了這些詳細描述之外，本發(fā)明還可以廣泛地施行在其他的實施例中，且本發(fā)明的范圍不受限定，其以之后的專利范圍為準。
參考圖3所示，在本發(fā)明的一實施例中，首先提供一基底300，其上覆蓋形成一第一介電層310，其中，第一介電層310系為一低介電常數(shù)的有機聚合物。然后，藉由一化學氣相沉積法將一第一粘附促進劑沉積于第一介電層310上以便于當成一第一中間層320，其中，第一粘附促進劑系為一種至少包含一C-H基與一Si-O基的有機材料，例如，甲基三丙酮硅氧烷。接著，將一無機層330形成于第一中間層320上。然后，藉由一化學氣相沉積法將一第二粘附促進劑沉積于無機層330上以便于當成一第二中間層340，其中，第一粘附促進劑系為一種至少包含有一C-H基與一Si-O基的有機材料，例如，甲基三丙酮硅氧烷。接著，將一第二介電層350形成于第二中間層340上，其中，第二介電層350系為一低介電常數(shù)的有機聚合物。最后，進行一烘烤制程以使上述所有結(jié)構(gòu)粘緊。
參考圖4A所示，在本發(fā)明的另一實施例中，首先提供一基底400，其上覆蓋形成一阻障層405。接著藉由一粘附制程形成一第一中間層410于阻障層405上，其中，粘附制程系藉由一化學氣相沉積法將一粘附促進劑涂布成一粘附膜層。然后將一第一介電層415形成于第一中間層410上。其次，藉由一相同的粘附制程形成一第二中間層420于第一介電層415上。形成一蝕刻終止層425于第二中間層420上，且藉由一相同的粘附制程將一第三中間層430形成于蝕刻終止層425上。然后，形成一第二介電層435于第三中間層430上。接著，進行一烘烤制程，以便將上述結(jié)構(gòu)緊粘。在本實施例中，第一介電層415與第二介電層435的較佳組成材質(zhì)為低介電系數(shù)的有機材料，阻障層405與蝕刻終止層425的較佳組成材質(zhì)為氮氧化硅(SiON)、碳硅化物(SiC)、氧化硅(SiO2)或是氮化硅(SiN)，粘附促進劑的較佳組成材質(zhì)為一至少包含有一C-H基與一Si-O基的材料，例如甲基三丙酮硅氧烷。
參考圖4B所示，在本實施例中，定義欲形成深圖案區(qū)的一第一光阻層440于第二介電層435之上。接著，以第一光阻層440為罩幕進行深圖案的干蝕刻制程，且依序蝕穿第二介電層435、第三中間層430、終止層425、第二中間層420、第一介電層415、第一中間層410與阻障層405，并形成介層洞445，然后將第一光阻層440移除，如圖4C所示。
參考圖4D至4F所示，在本實施例中，定義欲形成淺圖案區(qū)的第二光阻層450于第二介電層435上，并曝露出第二介電層435的部分表面與介層洞445，且淺圖案的水平尺寸大于深圖案的水平尺寸。隨后，藉由第二光阻層450為罩幕來進行淺圖案的干蝕刻制程，且以蝕刻終止層425作為蝕刻終點，以移除第二介電層435所曝露的部分表面，并形成另一個水平尺寸更大的溝槽455。之后，移除第二光阻層450，并形成金屬鑲嵌制程的開口445與455。最后，進行內(nèi)連線制程。
在本發(fā)明的實施例中，提供一種增加介電材質(zhì)的粘附性質(zhì)的新方法。為了能夠同時連接有機官能基的表面與無機鍵結(jié)的表面，本發(fā)明導入一中間層于低介電常數(shù)的有機聚合物材質(zhì)與其鄰接的低介電常數(shù)的無機材質(zhì)之間，以避免內(nèi)連線結(jié)構(gòu)在后續(xù)的熱制程中被破壞。所以本發(fā)明可有效地提高制程上的良率。此外，為了使有機聚合物與無機層(硬遮層或阻障層)兩者的介面具有良好的連結(jié)或是鍵結(jié)關(guān)系，本發(fā)明導入一種新的粘附材料來當成一中間層的材質(zhì)，以便于替代現(xiàn)行所用的液相粘附促進劑。新的粘附材料至少包含一用于聚合物表面的C-H基與一用于無機物表面的Si-O基，以便于能夠使得聚合物表面與無機物表面之間具有高相容性，例如甲基三丙酮硅氧烷，其中，甲基三丙酮硅氧烷的分子式系為C7H12O6Si，其在減壓(reduced pressure)0.004bar的條件下，沸點為360-361K(87-88℃)，且其化學結(jié)構(gòu)如圖5所示。此外，甲基三丙酮硅氧烷630在有機層610與無機層620之間的鍵結(jié)關(guān)系如圖6所示。因此，本發(fā)明的方法簡易而符合經(jīng)濟上的效益，且可適用于深次微米的技術(shù)中。本發(fā)明的中間層的形成系以化學氣相沉積法取代傳統(tǒng)的旋涂方式來進行涂布制程，同時可避免涂布品質(zhì)受到表面狀態(tài)與表面缺陷的影響。對深次微米的制程而言，本方法為一較佳可行的雙重金屬鑲嵌的圖案蝕刻制程。
顯然地，依照上面實施例中的描述，本發(fā)明可能有許多的修正與差異。因此需要在其附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)加以理解，除了上述詳細的描述外，本發(fā)明還可以廣泛地在其他的實施例中施行。
上述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請專利范圍；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修飾，均應包含在下述申請專利范圍內(nèi)。
圖的簡單說明圖1A至1E為傳統(tǒng)的傳統(tǒng)雙重金屬鑲嵌制程的示意圖；圖2A與2B為說明親水性與親油性材質(zhì)的不同接觸角的示意圖；圖3為說明本發(fā)明的一實施例中，粘附制程的示意圖；圖4A至4F為說明本發(fā)明的另一實施例中，雙重金屬鑲嵌制程的示意圖；圖5為顯示甲基三丙酮硅氧烷的化學結(jié)構(gòu)的示意圖；與圖6為說明本發(fā)明的甲基三丙酮硅氧烷連結(jié)有機層與無機層的示意圖。
主要部分的代表符號100基底。
110阻障層。
120第一介電層。
130蝕刻終止層。
140第二介電層。
150第一光阻層。
160介層洞。
170第二光阻層。
180溝槽。
210基底。
220水滴。
300基底。
310第一介電層。
320第一中間層。
330無機層。
340第二中間層。
350第二介電層。
400基底。
405阻障層。
410第一中間層。
415第一介電層。
420第二中間層。
425蝕刻終止層。
430第三中間層。
435第二介電層。
440第一光阻層。
445介層洞。
450第二光阻層。
455溝槽。
權(quán)利要求
1.一種增加雙重金屬鑲嵌材質(zhì)的粘附性質(zhì)的方法，該方法至少包含下列步驟提供一基底；形成一阻障層于該基底上；藉由一甲基三丙酮硅氧烷材料當成一粘附促進劑并以一化學氣相沉積法進行一粘附制程，且將該粘附促進劑涂布成一第一中間層于該阻障層上；形成一第一介電層于該第一中間層上；藉由該甲基三丙酮硅氧烷材料當成該粘附促進劑并以該化學氣相沉積法進行該粘附制程，且將該粘附促進劑涂布成一第二中間層于該第一介電層上；形成一蝕刻終止層于該第二中間層上；藉由該甲基三丙酮硅氧烷材料當成該粘附促進劑并以該化學氣相沉積法進行該粘附制程，且將該粘附促進劑涂布成一第三中間層于該蝕刻終止層上；形成一第二介電層于該第三中間層上；進行一烘烤制程；定義一具有一第一圖案的第一光阻層于該第二介電層上；藉由該第一光阻層當成一罩幕蝕刻部分該第二介電層、該第三中間層、該蝕刻終止層、該第二中間層、該第一介電層、該第一中間層與該阻障層以形成一介層洞；移除該第一光阻層；定義一具有一第二圖案的第二光阻層于該第二介電層上；藉由該第二光阻層當成一罩幕與該蝕刻終止層當成一蝕刻終點以蝕刻部分該第二介電層并形成一具有一水平尺寸大于該介層洞的水平尺寸的溝槽；與移除該第二光阻層以形成該雙重金屬鑲嵌的結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的形成一雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)的方法，其中上述的阻障層至少包含一無機材料。
3.如權(quán)利要求1所述的形成一雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)的方法，其中上述的第一介電層至少包含一有機材料。
4.如權(quán)利要求1所述的雙重金屬鑲嵌制程的圖案蝕刻的方法，其中上述的蝕刻終止層至少包含一無機材料。
5.如權(quán)利要求1所述的形成一雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)的方法，其中上述的第二介電層至少包含一有機材料。
全文摘要
首先提供一基底,其上覆蓋形成一阻障層。然后,藉由化學氣相沉積法(CVD)將粘附促進劑沉積于阻障層上以形成一第一中間層,其中,粘附促進劑系為一有機材料,例如甲基三丙酮硅氧烷(methyltriacetoxysilane;MTAS)。接著,覆蓋形成一第一介電層于第一中間層上。其次,藉由化學氣相沉積法(CVD)將粘附促進劑沉積于第一介電層上以形成一第二中間層。之后,覆蓋形成一蝕刻終止層于第二中間層上。隨后,藉由化學氣相沉積法(CVD)將粘附促進劑沉積于蝕刻終止層上以形成一第三中間層。然后,覆蓋形成一第二介電層于第三中間層上。
文檔編號H01L21/312GK1354496SQ0013091
公開日2002年6月19日 申請日期2000年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月14日
發(fā)明者蔡正原, 林經(jīng)祥, 楊名聲 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司