專利名稱：阻絕氣體釋放及凸出結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的雙鑲嵌方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系關(guān)于一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)或介層窗的形成方法，特別是關(guān)于一種可防止氣體產(chǎn)生以及防止側(cè)壁表面粗糙的方法，利用在多孔材質(zhì)溝渠的兩側(cè)壁面形成一層金屬的阻障層，使得在溝渠的兩側(cè)壁面的粗糙面獲得改善并消除凸起結(jié)構(gòu)。
當(dāng)集成電路的制程進(jìn)入0.1微米的技術(shù)領(lǐng)域之后，多孔材質(zhì)(介電常數(shù)介于2.0～2.5之間)的低介電常數(shù)材質(zhì)被應(yīng)用于銅制程之中。在集成電路的制程中，以低介電常數(shù)(K)小于2.5的多孔材質(zhì)(porous)對(duì)于集成電路制程的整合是有利的。惟，目前制程所習(xí)用的介電材質(zhì)，于雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的溝渠側(cè)壁表面容易產(chǎn)生粗糙面，以及在后續(xù)熱處理過(guò)程中釋出氣體。上述的溢出的氣體將導(dǎo)致凸出狀的結(jié)構(gòu)或稱蘑菇狀結(jié)構(gòu)(mushroom)形成于雙鑲嵌的溝渠中(參閱

圖1)，而不利于后續(xù)的制程。造成氣體噴出的主因可能為NH3于攝氏溫度100-400度蒸發(fā)所導(dǎo)致。在溝渠的兩側(cè)壁亦產(chǎn)生的粗糙面，亦不利于后續(xù)膜層的覆蓋。
本發(fā)明的一種阻絕氣體釋放及凸出結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的雙鑲嵌方法，包含形成第一蝕刻停止層于晶圓之上；形成第一介電層于該第一蝕刻停止層上；形成第二蝕刻停止層于該第一介電層上；形成第二介電層于該第二蝕刻停止層上；形成抗反射層于該第二介電層上；
形成溝渠于上述抗反射層、第二介電層、第二蝕刻停止層以及第一介電層之中；形成一金屬阻障層于上述溝渠的表面以及該抗反射層之上；形成一開口于該金屬阻障層、該抗反射層、第二介電層之中；以非等向性蝕刻制程蝕刻該金屬阻障層，使其殘留于該溝渠的表面；形成金屬材質(zhì)于上述第二蝕刻停止層及回填于該溝渠、開口以利于制作雙鑲嵌；及研磨該金屬材質(zhì)以形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
上述方法是將抗反射層、第二低介電常數(shù)介電層、第二蝕刻停止層、第一低介電常數(shù)介電層蝕刻以形成一溝渠于上述膜層之中。之后，沉積一阻障層沿著溝渠的表面以及抗反射層之上。阻障層的材質(zhì)可以采用金屬膜層采用化學(xué)氣相沉積法制作，材質(zhì)可以選用Ta、TaN、TiN、WN、TiSiN。定義一光阻圖案于阻障層上表面，其具有較寬的開口。再使用光阻圖案為蝕刻罩幕，將阻障層、抗反射層、第二低介電常數(shù)介電層進(jìn)行蝕刻，直到抵達(dá)第二蝕刻停止層為止以形成一開口。之后以干蝕刻去除水平表面上的阻障層，殘留之膜層位于溝渠的側(cè)壁表面。上述步驟一并去除位于溝渠底部的第一蝕刻停止層。一阻障層先行沉積于溝渠以及開口的表面，接續(xù)一導(dǎo)電層接著形成在阻障層上和回填于開口和溝渠內(nèi)。此導(dǎo)電層一部分被化學(xué)機(jī)械研磨移除以達(dá)到平坦化，完成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
圖2為本發(fā)明形成抗反射層、第二低介電常數(shù)介電層、第二蝕刻停止層、第一低介電常數(shù)介電層、第一低介電常數(shù)介電層堆疊膜層的剖面示意圖。
圖3為本發(fā)明形成溝渠于圖2堆疊膜層中，以及形成金屬阻障層于溝渠表面的剖面示意圖。
圖4為本發(fā)明形成開口的剖面示意圖。
圖5為本發(fā)明執(zhí)行蝕刻步驟的剖面示意圖。
圖6為本發(fā)明形成金屬雙鑲嵌結(jié)構(gòu)后的剖面示意圖。
圖7為根據(jù)本發(fā)明的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡照片，其中消除蘑菇狀結(jié)構(gòu)。
接著請(qǐng)參閱圖3，藉由傳統(tǒng)的微影制程，利用光阻為蝕刻罩幕，將抗反射層16、第二低介電常數(shù)介電層14、第二蝕刻停止層12、第一低介電常數(shù)介電層10蝕刻，以形成一溝渠18于上述膜層之中，再移除光阻，如圖3所示。之后，沉積一阻障層20沿著溝渠18的表面以及抗反射層16之上。阻障層20的材質(zhì)可以采用金屬膜層采用化學(xué)氣相沉積法制作，材質(zhì)可以選用Ta、TaN、TiN、WN、TiSiN。此步驟可以保護(hù)溝渠18的側(cè)壁以及平滑粗糙的側(cè)壁表面?；瘜W(xué)或物理氣相沉積法形成的金屬材質(zhì)相較于氧化物具有較佳的階梯覆蓋(step coverage)，且可以利用金屬層保留介層窗的臨界尺寸。而一般使用氧化物亦造成臨界尺寸的變化。例如當(dāng)側(cè)壁的氧化層的厚度達(dá)120埃以上，才能阻絕氣體釋放或凸出結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。利用本發(fā)明的方式可以降至80埃以下。
再重新定義一光阻圖案22于阻障層20上表面，其具有較寬的開口。再使用光阻圖案22為蝕刻罩幕，將阻障層20、抗反射層16、第二低介電常數(shù)介電層14進(jìn)行蝕刻，直到抵達(dá)第二蝕刻停止層12為止，如此，可轉(zhuǎn)移溝渠圖案24至膜層之中。接著，移除光阻圖案22，如圖4所示。
之后以干蝕刻去除水平表面上的阻障層20，殘留之膜層位于溝渠18的側(cè)壁表面，如圖5所示。上述步驟一并去除位于溝渠18底部的第一蝕刻停止層8以暴露出底層金屬6。參閱圖6，一阻障層26可以先行沉積于溝渠18以及開口24的表面，接續(xù)一導(dǎo)電材料28接著形成在阻障層26上和回填于開口24和溝渠18內(nèi)。此導(dǎo)電材料28一部分被化學(xué)機(jī)械研磨移除以達(dá)到平坦化，完成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。上述的導(dǎo)電材料28可以使用銅材質(zhì)制作。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可以防止氣體的釋出以及凸出結(jié)構(gòu)的形成，可防止溝渠側(cè)壁表面粗糙，參閱圖7。換言之，本發(fā)明以化學(xué)或物理氣相沉積法沉積一金屬阻障層，以覆蓋介電質(zhì)的多孔材質(zhì)壁面，其階梯覆蓋的效果較電槳增強(qiáng)氣相沉積(PECVD)的氧化物為佳，且將原本粗糙的壁面平滑化。
本發(fā)明以較佳實(shí)施例說(shuō)明如上，而熟悉此領(lǐng)域技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許更動(dòng)潤(rùn)飾，其專利保護(hù)范圍由權(quán)利要求書界定。
權(quán)利要求
1.一種阻絕氣體釋放及凸出結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的雙鑲嵌方法，其特征在于，該方法包含形成第一蝕刻停止層于晶圓之上；形成第一介電層于該第一蝕刻停止層上；形成第二蝕刻停止層于該第一介電層上；形成第二介電層于該第二蝕刻停止層上；形成抗反射層于該第二介電層上；形成溝渠于上述抗反射層、第二介電層、第二蝕刻停止層以及第一介電層之中；形成一金屬阻障層于上述溝渠的表面以及該抗反射層之上；形成一開口于該金屬阻障層、該抗反射層、第二介電層之中；以非等向性蝕刻制程蝕刻該金屬阻障層，使其殘留于該溝渠的表面；形成金屬材質(zhì)于上述第二蝕刻停止層及回填于該溝渠、開口以利于制作雙鑲嵌；及研磨該金屬材質(zhì)以形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻絕氣體釋放及凸出結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的雙鑲嵌方法，其特征在于在形成該金屬材質(zhì)之前，更包含形成一阻障層于該溝渠以及該開口的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻絕氣體釋放及凸出結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的雙鑲嵌方法，其特征在于其中該金屬阻障層系為TaN化學(xué)氣相沉積層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻絕氣體釋放及凸出結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的雙鑲嵌方法，其特征在于其中該金屬阻障層系為TiN化學(xué)氣相沉積層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻絕氣體釋放及凸出結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的雙鑲嵌方法，其特征在于其中該金屬阻障層系為WN化學(xué)氣相沉積層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻絕氣體釋放及凸出結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的雙鑲嵌方法，其特征在于其中該金屬阻障層系為TiSiN化學(xué)氣相沉積層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻絕氣體釋放及凸出結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的雙鑲嵌方法，其特征在于其中該金屬阻障層系為Ta化學(xué)氣相沉積層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻絕氣體釋放及凸出結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的雙鑲嵌方法，其特征在于其中該第二蝕刻停止層系選自由氮化矽(SiN)、碳化矽(SiC)、氮碳化矽(SiCN)和氮碳氧化矽(SiOCN)所組成的群組中。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的阻絕氣體釋放及凸出結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的雙鑲嵌方法，其特征在于其中該阻障層系利用物理氣相沉積法形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的阻絕氣體釋放及凸出結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的雙鑲嵌方法，其特征在于其中該阻障層系利用化學(xué)氣相沉積法形成。
全文摘要
阻絕氣體釋放及凸出結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的雙鑲嵌方法，包含蝕刻抗反射層、第二低介電常數(shù)介電層、第二蝕刻停止層、第一低介電常數(shù)介電層以形成一溝渠于上述膜層之中。之后，沉積一阻障層沿著溝渠的表面以及抗反射層之上。定義一光阻圖案于阻障層上表面，再使用光阻圖案為蝕刻罩幕，將阻障層、抗反射層、第二低介電常數(shù)介電層進(jìn)行蝕刻，直到抵達(dá)第二蝕刻停止層為止以形成一開口。之后以干蝕刻去除水平表面上的阻障層，一并去除溝渠底部的第一蝕刻停止層。一阻障層先行沉積于溝渠以及開口的表面，一導(dǎo)電層接著形成在阻障層上和回填于開口和溝渠內(nèi)。此導(dǎo)電層一部分被化學(xué)機(jī)械研磨移除以達(dá)到平坦化，使得在溝渠的兩側(cè)壁面的粗糙面獲得改善并消除凸起結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1452234SQ02105710
公開日2003年10月29日 申請(qǐng)日期2002年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月12日
發(fā)明者蔡明興, 林俊成, 眭曉林, 余振華 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司