專利名稱：雙鑲嵌工藝中兩階段去除介層洞光阻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙鑲嵌(dual damascene)工藝，尤其是指一種應(yīng)用于部分介層洞(partial-via)雙鑲嵌工藝中采用兩階段(two-step)去除介層洞光阻(via photo)的方法，可以有效地避免碳耗竭(carbon-de pletion)以及導(dǎo)線溝渠變形。
背景技術(shù)：
銅雙鑲嵌(dual damascene)技術(shù)搭配低介電常數(shù)(low-k)介電層為目前所知的對(duì)于高積集度、高速(high-speed)邏輯集成電路芯片制造以及針對(duì)0.18微米以下的深次微米(deep sub-micro)半導(dǎo)體工藝中最佳的金屬內(nèi)連線解決方案。這是由于銅具有低電阻值(比鋁低30％)以及較佳的抗電遷(electromigration resistance)的特性，而低介電常數(shù)材料則可幫助降低金屬導(dǎo)線之間的RC延遲(RC delay)，由此可知，低介電常數(shù)材料搭配銅金屬雙鑲嵌內(nèi)連線技術(shù)在集成電路工藝中顯得日益重要。其中，低介電常數(shù)材料由最初的含氟二氧化硅(F-SiO2)、有機(jī)硅玻璃(organosilicate，OSG)，一直演變到目前的超低介電常數(shù)(Ultra low-k，ULK)材料(k＜2.5)。
如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，制作組件最小尺寸在90納米(nm)及以下的微影技術(shù)需使用到193nm光阻，而由于193nm光阻的蝕刻抵擋能力較差，為此，使用193nm光阻的雙鑲嵌工藝往往搭配使用含有金屬層的硬蝕刻屏蔽，以補(bǔ)光阻抗蝕刻能力的不足。金屬層的導(dǎo)入，使得去除光阻的蝕刻更加艱辛。這是由于光阻層上往往會(huì)有等離子體蝕刻所產(chǎn)生的金屬衍生物，需要用氧化力較強(qiáng)的氧氣等離子體去除，才能將底下的剩余光阻去除干凈，達(dá)到所要的表面潔凈度。而由于ULK材料的碳含量比重較高，氧化力較強(qiáng)的蝕刻等離子體會(huì)對(duì)其造成負(fù)面影響。由此可知，傳統(tǒng)的雙鑲嵌工藝已面臨新的挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步的改進(jìn)。
圖1至圖6顯示現(xiàn)有技術(shù)中利用193nm光阻所進(jìn)行的部分介層洞(partial-via)雙鑲嵌工藝六個(gè)主要階段的剖面示意圖。如圖1所示(階段1)，半導(dǎo)體基底(未顯示)上沉積一低介電常數(shù)(low-k)介電層1，接著依序形成碳化硅(SiC)層2、金屬層3、硅氧(silicon oxide)層4，以及抗反射底層(BARC，bottom anti-reflective coating)5。接著涂布193nm光阻6，并以微影工藝配合光罩(mask)在光阻6中定義出導(dǎo)線溝渠開口7。193nm光阻6是用以定義導(dǎo)線溝渠結(jié)構(gòu)，因此又將其稱為“溝渠光阻(TrenchPhoto)”。金屬層3可以是氮化鈦(TiN)或氮化鉭(TaN)。
如圖2所示(階段2)，繼續(xù)通過定義在溝渠光阻6內(nèi)的導(dǎo)線溝渠開口7向下蝕刻，在碳化硅層2、金屬層3以及硅氧層4所構(gòu)成的堆棧屏蔽中形成溝渠開口8，蝕刻并停止在碳化硅層2。然后，將溝渠光阻6去除。
接著，如圖3所示(階段3)，在溝渠開口8內(nèi)填入抗反射底層9，并在抗反射底層9上形成193nm光阻層10。由于193nm光阻層10是用以定義金屬內(nèi)連線中的介層洞(via)，因此又將其稱為“介層洞光阻(ViaPhoto)”。并于光阻層10中利用微影工藝定義介層洞(via)開口11。
繼續(xù)，如圖4所示(階段4)，以介層洞光阻10為蝕刻屏蔽，通過介層洞開口11向下蝕刻抗反射底層9、碳化硅層2，一直蝕刻至部分的低介電常數(shù)(low-k)介電層1停止，形成“部分(partial)”介層洞開口12。之所以稱為“部分”介層洞開口12是因?yàn)榻閷佣床⑽创┻^整層的低介電常數(shù)(low-k)介電層1。
隨后進(jìn)行到階段5，以氧化力強(qiáng)的氧氣等離子體去除剩下的介層洞光阻10以及介層洞光阻10表面上的金屬衍生物，并去除抗反射底層9。然而，由于ULK等低介電常數(shù)材料的碳含量比重較高，長(zhǎng)時(shí)間暴露在氧化力較強(qiáng)的氧氣等離子體環(huán)境中，將對(duì)其造成所謂的碳耗竭(carbon-depleted)層13，如圖5所示。
請(qǐng)同時(shí)參閱圖5以及圖6，圖6中所示的第六階段是利用反應(yīng)性離子蝕刻將硬屏蔽的溝渠及介層洞圖案轉(zhuǎn)移至低介電常數(shù)(low-k)介電層1。由于碳耗竭層13中的碳原子已在先前的光阻去除(photoresist stripping)步驟中被消耗掉，使得其結(jié)構(gòu)松散，導(dǎo)致在后續(xù)的蝕刻步驟中產(chǎn)生導(dǎo)線溝渠結(jié)構(gòu)扭曲變形(distortion)的現(xiàn)象。圖6中的虛線即表示原先預(yù)計(jì)的導(dǎo)線溝渠結(jié)構(gòu)位置及剖面輪廓，而實(shí)際上的導(dǎo)線溝渠結(jié)構(gòu)位置則已經(jīng)外擴(kuò)變形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種應(yīng)用于部分介層洞(partial-via)雙鑲嵌工藝中采用兩階段(two-step)去除介層洞光阻(via photo)的方法，可以有效地避免碳耗竭(carbon-depletion)以及導(dǎo)線溝渠變形。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供的一種雙鑲嵌工藝中兩階段去除介層洞光阻的方法，包含有下列步驟提供一半導(dǎo)體基底，其上依序形成有介電層、形成于該介電層上的硬屏蔽層，以及設(shè)于該硬屏蔽層上的第一抗反射底層(BARC)，其中所述硬屏蔽層至少包含有一金屬層；于第一抗反射底層上形成一溝渠光阻層，其具有導(dǎo)線溝渠開口暴露出部分的第一抗反射底層；通過所述導(dǎo)線溝渠開口蝕刻第一抗反射底層以及硬屏蔽層，以在硬屏蔽層蝕刻一凹陷溝渠；去除所述溝渠光阻層以及第一抗反射底層；沉積第二抗反射底層，并填滿硬屏蔽層上的凹陷溝渠；于第二抗反射底層上形成一介層洞光阻層，其具有介層洞開口暴露出部分的第二抗反射底層；通過介層洞開口蝕穿第二抗反射底層、硬屏蔽層以及蝕刻部分介電層，以在介電層蝕刻一介層洞凹陷；以及以兩階段去除介層洞光阻層，包含有第一步驟以惰性氣體/氟烷(fluorocarbon)離子體對(duì)該介層洞光阻進(jìn)行反應(yīng)時(shí)間小于20秒的短時(shí)間接觸，然后，進(jìn)行第二步驟以還原性(reducing)氣體等離子體去除剩余的介層洞光阻。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，所述硬屏蔽層還包含有碳化硅層以及硅氧層，而所述金屬層夾于該碳化硅層以及硅氧層之間，該金屬層可為氮化鈦(TiN)或氮化鉭(TaN)所構(gòu)成；所述溝渠光阻層或介層洞光阻層可分別為193nm光阻；所述惰性氣體包含有氦氣、氬氣、氮?dú)?；所述氟烷?yōu)選包含有四氟甲烷(CF4)；所述還原性氣體等離子體包含有氮?dú)?氫氣、氦氣/氫氣、氨氣；所述介電層是由k＜2.5的超低介電常數(shù)(ULK)材料所構(gòu)成。
同時(shí)，本發(fā)明提供了一種部分介層洞(partial-via)雙鑲嵌工藝，包含有下列步驟提供一半導(dǎo)體基底，其上依序形成有介電層、形成于該介電層上的硬屏蔽層，以及設(shè)于該硬屏蔽層上的第一抗反射底層(BARC)，其中所述硬屏蔽層至少包含有一金屬層；于第一抗反射底層上形成第一光阻層，其具有一導(dǎo)線溝渠開口暴露出部分的第一抗反射底層；通過所述導(dǎo)線溝渠開口蝕刻第一抗反射底層以及硬屏蔽層，以在硬屏蔽層蝕刻一凹陷溝渠；去除第一光阻層以及第一抗反射底層；沉積第二抗反射底層，并填滿硬屏蔽層上的凹陷溝渠；于第二抗反射底層上形成第二光阻層，其具有一介層洞開口暴露出部分的第二抗反射底層；通過所述介層洞開口蝕穿第二抗反射底層、硬屏蔽層以及蝕刻部分介電層，以在介電層蝕刻一介層洞凹陷；以惰性氣體/四氟甲烷(CF4)等離子體對(duì)所述第二光阻進(jìn)行反應(yīng)時(shí)間小于20秒的短時(shí)間接觸清洗；接著以還原性氣體等離子體完全去除剩余的介層洞光阻；以及進(jìn)行一干蝕刻工藝，經(jīng)由介層洞凹陷蝕刻介電層。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，所述硬屏蔽層還包含有碳化硅層以及硅氧層，而所述金屬層是夾于該碳化硅層以及硅氧層之間，該金屬層可為氮化鈦(TiN)或氮化鉭(TaN)所構(gòu)成；所述第一光阻層或第二光阻層可分別為193nm光阻；所述介電層優(yōu)選是由超低介電常數(shù)(ULK，k＜2.5)材料所構(gòu)成；所述惰性氣體包含有氦氣、氬氣、氮?dú)猓凰鲞€原性氣體等離子體包含有氮?dú)?氫氣、氦氣/氫氣、氨氣。
本發(fā)明提供的雙鑲嵌工藝中兩階段去除介層洞光阻的方法，可避免對(duì)含碳量較高的低介電常數(shù)材料構(gòu)成傷害，以有效地避免碳耗竭以及導(dǎo)線溝渠變形。


圖1至圖6分別為現(xiàn)有技術(shù)利用193nm光阻進(jìn)行的雙鑲嵌工藝中六個(gè)階段的剖面示意圖。
圖7為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例方法的示意圖。
圖中符號(hào)說明1介電層2碳化硅層3金屬層4硅氧層5抗反射底層6光阻7導(dǎo)線溝渠開口8溝渠開口 9抗反射底層 10介層洞光阻11介層洞開口 12介層洞開口 13碳耗竭層具體實(shí)施方式
為使閱讀者能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)結(jié)合附圖參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明，然而所述附圖及說明僅供參考，并非用來對(duì)本發(fā)明加以限制。
請(qǐng)參閱圖7中的(a)及(b)，為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例方法的示意圖。本發(fā)明的雙鑲嵌工藝與前述傳統(tǒng)雙鑲嵌工藝同樣可大致區(qū)分為六個(gè)階段，本發(fā)明的雙鑲嵌工藝的階段1至階段4與前述傳統(tǒng)雙鑲嵌階段1至階段4步驟相同，因此不再贅述。本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例方法僅以階段4至階段5開始說明，而相同組件也沿用同樣的符號(hào)或編號(hào)。
首先，如圖7中(a)所示，利用193nm光阻(介層洞光阻)10為蝕刻屏蔽，進(jìn)行干蝕刻，向下蝕刻抗反射底層9、碳化硅層2，一直蝕刻至部分的介電層1停止，形成介層洞開口(partial via opening)12。依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，金屬層3為氮化鈦(TiN)或氮化鉭(TaN)所構(gòu)成。介電層1可以為CVD型摻碳硅氧層(CVD-type carbon-doped silicon oxide)、應(yīng)用材料公司(Applied Materials Co.)的低介電常數(shù)黑鉆(black diamond)或類似的超低介電常數(shù)(ULK)材料。接著，相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)中以氧氣等離子體進(jìn)行對(duì)剩余介層洞光阻10的灰化(ashing)去除，本發(fā)明為避免傳統(tǒng)技術(shù)中氧氣等離子體對(duì)暴露的介電層1構(gòu)成碳耗竭的問題，則改為兩步驟進(jìn)行光阻灰化去除首先，以惰性氣體(如氦氣、氬氣、氮?dú)獾?/四氟甲烷(CF4)等離子體對(duì)剩余介層洞光阻10以及抗反射底層9進(jìn)行短時(shí)間的接觸。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，以200sccm氬氣(Ar)/5-10sccm四氟甲烷的組合為例，其反應(yīng)時(shí)間小于20秒(sec)，優(yōu)選約為10秒。利用四氟甲烷等離子體可以有效去除沉淀于剩余介層洞光阻10表面上的金屬衍生物。若反應(yīng)時(shí)間拉長(zhǎng)至超過20秒，則四氟甲烷(CF4)等離子體對(duì)介電層1開始有碳耗竭的顧慮。此外，本實(shí)施例優(yōu)選使用四氟甲烷，因?yàn)槠渌細(xì)涞姆闅怏w(如CHF3、CH2F2等)可能會(huì)形成高分子殘留物。接著，以還原性氣體等離子體，例如氮?dú)?氫氣、氦氣/氫氣或氨氣繼續(xù)去除剩余的介層洞光阻10。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選具體實(shí)施方案，從圖7所示(a)到(b)的過程中可包括兩個(gè)步驟步驟一，可選用Ar/CF4等離子體對(duì)剩余介層洞光阻10以及抗反射底層9進(jìn)行短時(shí)間的接觸，反應(yīng)時(shí)間小于20秒；步驟二選用N2/H2等離子體繼續(xù)去除剩余的介層洞光阻10。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明的內(nèi)容所做的均等變化與修飾，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種雙鑲嵌工藝中兩階段去除介層洞光阻的方法，包含有下列步驟提供一半導(dǎo)體基底，其上依序形成有介電層、形成于該介電層上的硬屏蔽層，以及設(shè)于該硬屏蔽層上的第一抗反射底層，其中所述硬屏蔽層至少包含有一金屬層；于第一抗反射底層上形成一溝渠光阻層，其具有導(dǎo)線溝渠開口可暴露出部分的第一抗反射底層；通過所述導(dǎo)線溝渠開口蝕刻第一抗反射底層以及硬屏蔽層，以在硬屏蔽層蝕刻一凹陷溝渠；去除所述溝渠光阻層以及第一抗反射底層；沉積第二抗反射底層，并填滿硬屏蔽層上的凹陷溝渠；于第二抗反射底層上形成一介層洞光阻層，其具有介層洞開口暴露出部分的第二抗反射底層；通過介層洞開口蝕穿第二抗反射底層、硬屏蔽層以及蝕刻部分介電層，以在介電層蝕刻一介層洞凹陷；以及以兩階段去除介層洞光阻層，包含有第一步驟以惰性氣體/氟烷等離子體對(duì)該介層洞光阻進(jìn)行反應(yīng)時(shí)間小于20秒的短時(shí)間接觸，然后，進(jìn)行第二步驟以還原性氣體等離子體去除剩余的介層洞光阻。
2.如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌工藝中兩階段去除介層洞光阻的方法，其中所述硬屏蔽層還包含有碳化硅層以及硅氧層，而所述金屬層夾于該碳化硅層以及硅氧層之間。
3.如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌工藝中兩階段去除介層洞光阻的方法，其中所述金屬層為氮化鈦或氮化鉭所構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌工藝中兩階段去除介層洞光阻的方法，其中所述溝渠光阻層為193nm光阻。
5.如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌工藝中兩階段去除介層洞光阻的方法，其中所述介層洞光阻層為193nm光阻。
6.如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌工藝中兩階段去除介層洞光阻的方法，其中所述惰性氣體包含有氦氣、氬氣、氮?dú)狻?br> 7.如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌工藝中兩階段去除介層洞光阻的方法，其中所述氟烷包含有四氟甲烷。
8.如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌工藝中兩階段去除介層洞光阻的方法，其中所述還原性氣體等離子體包含有氮?dú)?氫氣、氦氣/氫氣、氨氣。
9.如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌工藝中兩階段去除介層洞光阻的方法，其中所述介電層是由k＜2.5的超低介電常數(shù)材料所構(gòu)成。
10.一種部分介層洞雙鑲嵌工藝，包含有下列步驟提供一半導(dǎo)體基底，其上依序形成有介電層、形成于該介電層上的硬屏蔽層，以及設(shè)于該硬屏蔽層上的第一抗反射底層，其中所述硬屏蔽層至少包含有一金屬層；于第一抗反射底層上形成第一光阻層，其具有一導(dǎo)線溝渠開口暴露出部分的第一抗反射底層；通過所述導(dǎo)線溝渠開口蝕刻第一抗反射底層以及硬屏蔽層，以在硬屏蔽層蝕刻一凹陷溝渠；去除第一光阻層以及第一抗反射底層；沉積第二抗反射底層，并填滿硬屏蔽層上的凹陷溝渠；于第二抗反射底層上形成第二光阻層，其具有一介層洞開口暴露出部分的第二抗反射底層；通過所述介層洞開口蝕穿第二抗反射底層、硬屏蔽層以及蝕刻部分介電層，以在介電層蝕刻一介層洞凹陷；以惰性氣體/四氟甲烷等離子體對(duì)所述第二光阻進(jìn)行反應(yīng)時(shí)間小于20秒的短時(shí)間接觸清洗；接著以還原性氣體等離子體完全去除剩余的介層洞光阻；以及進(jìn)行一干蝕刻工藝，經(jīng)由介層洞凹陷蝕刻介電層。
11.如權(quán)利要求10所述的部分介層洞雙鑲嵌工藝，其中所述硬屏蔽層還包含有碳化硅層以及硅氧層，而所述金屬層是夾于該碳化硅層以及硅氧層之間。
12.如權(quán)利要求10所述的部分介層洞雙鑲嵌工藝，其中所述金屬層為氮化鈦或氮化鉭所構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求10所述的部分介層洞雙鑲嵌工藝，其中所述第一光阻層為193nm光阻。
14.如權(quán)利要求10所述的部分介層洞雙鑲嵌工藝，其中所述第二光阻層為193nm光阻。
15.如權(quán)利要求10所述的部分介層洞雙鑲嵌工藝，其中所述介電層是由k＜2.5的超低介電常數(shù)材料所構(gòu)成。
16.如權(quán)利要求10所述的部分介層洞雙鑲嵌工藝，其中所述惰性氣體包含有氦氣、氬氣、氮?dú)狻?br> 17.如權(quán)利要求10所述的部分介層洞雙鑲嵌工藝，其中所述還原性氣體等離子體包含有氮?dú)?氫氣、氦氣/氫氣、氨氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙鑲嵌工藝中兩階段去除介層洞光阻的方法，可以避免導(dǎo)線溝渠變形。首先，第一步驟中以惰性氣體(如氦氣、氬氣、氮?dú)獾?/四氟甲烷(CF
文檔編號(hào)H01L21/768GK1691306SQ200410037530
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2004年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月28日
發(fā)明者吳至寧, 連文良, 李忠儒, 李美齡 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司