專(zhuān)利名稱(chēng)：平坦的金屬層間介電層或內(nèi)層介電層的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體的制造方法，特別是涉及一種平坦的金屬層間介電層或內(nèi)層介電層的制造方法。
在半導(dǎo)體制造過(guò)程中，在兩導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)之間通常以氧化物做為隔離絕緣體，導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)例如是內(nèi)連線(xiàn)(Interconnects)、控制柵(Control Gates)、浮置柵(Floating Gates)或介層插塞。而氧化物通常做為金屬層間介電絕緣體(Intermetal Dielectrics，IMD)或內(nèi)層絕緣體(Interlayer Dielectrics，ILD)。
對(duì)于后繼的工藝步驟而言，具有均勻平坦的IMD或ILD是非常重要的?，F(xiàn)有的一種用于IMD或ILD平坦化的方法為化學(xué)機(jī)械研磨法(Chemical-Mechanical Polishing，CMP)。然而，CMP會(huì)使殘留的IMD或LMD的厚度具有上下200nm的變化范圍，而經(jīng)CMP工藝后，IMD或ILD的變化范圍會(huì)使后續(xù)工藝中產(chǎn)生許多困難，例如在IMD或ILD中形成介層窗時(shí)，必須經(jīng)過(guò)過(guò)蝕刻(Overetching)才能實(shí)現(xiàn)，但由于過(guò)蝕刻會(huì)使得在下層金屬內(nèi)連線(xiàn)上的部分抗反射涂層(Antireflection Coatings，ARC)被蝕刻穿透，而導(dǎo)致高的介層插塞電阻或其他相關(guān)的問(wèn)題。另外，對(duì)于無(wú)邊界介層窗(Borderless Vias)而言，過(guò)蝕刻會(huì)導(dǎo)致形成未接著介層窗(Unlanded Vias)，造成后續(xù)沉積阻擋金屬的困難。
所以，需要一種新的制造方法，以制造平坦的金屬層間介電層以及內(nèi)層介電層。
因此本發(fā)明的目的，就是在于提供一種在基底上的下層金屬內(nèi)連線(xiàn)結(jié)構(gòu)上方形成金屬層間介電層或內(nèi)層介電層的制造方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中在進(jìn)行IMD或ILD的平坦化步驟時(shí)，因CMP工藝使得IMD或ILD的表面具有200nm的高低差，造成后續(xù)進(jìn)行形成介層窗工藝時(shí)，因過(guò)蝕刻而導(dǎo)致抗反射涂層被蝕刻穿透，形成較高的介層窗插塞電阻以及其他許多相關(guān)的問(wèn)題。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供一種平坦的金屬層間介電層或內(nèi)層介電層的制造方法，其步驟包括在基底上形成一層金屬層，接著在金屬層上形成一抗反射涂層，并在抗反射涂布上形成一硬掩模。對(duì)硬掩模、抗反射涂層以及金屬層構(gòu)圖，以形成金屬內(nèi)連線(xiàn)結(jié)構(gòu)。在金屬內(nèi)連線(xiàn)結(jié)構(gòu)上方形成一層第一介電層，接著在此第一介電層上進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨步驟，直到裸露出硬掩模層。繼之，在第一介電層與硬掩模上形成一層第二介電層。
為使本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明。附圖中

圖1至圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的一種平坦的金屬層間介電層或內(nèi)層介電層的制造方法的流程剖面圖；圖6顯示現(xiàn)有技術(shù)的介電層經(jīng)平坦化后的剖面圖；以及圖7顯示現(xiàn)有技術(shù)的介電層經(jīng)蝕刻工藝裸露出金屬線(xiàn)的剖面圖。
圖1至圖5所示，為根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的一種平坦的金屬層間介電層或內(nèi)層介電層的制造方法。
請(qǐng)參照?qǐng)D1，首先提供一基底107，接著在基底107上形成一層金屬層101。雖然傳統(tǒng)上用于金屬內(nèi)連線(xiàn)結(jié)構(gòu)的金屬有很多種，但在本發(fā)明中，金屬層101的優(yōu)選材質(zhì)為鋁，而其厚度約為3000埃到10000埃之間。此金屬層101一般伴隨著蝕刻步驟，以形成用于連接不同元件或?qū)娐愤B接點(diǎn)的內(nèi)連線(xiàn)結(jié)構(gòu)。因此，在圖1中顯示金屬層101位于一基底上，此基底可以是硅基底或其他下層結(jié)構(gòu)，例如是一層金屬層間介電層，或一層內(nèi)層介電層。
接著，在金屬層101上形成Ti/TiN的抗反射涂層(Anti-reflection Coating，ARC)103。其中，ARC 103的優(yōu)選厚度約為T(mén)i/TiN＝0～200/300～2000埃。接著，在A(yíng)RC 103上形成一硬掩模105。此硬掩模105的優(yōu)選厚度約為50～2000埃左右，而其組成材質(zhì)包括薄金屬材質(zhì)，例如鎢、鈷、鉬、鉭、鈦、氮化鉭、硅化鎢、硅化鈦、鎢化鈦，或精選的介電材質(zhì)，例如氮化硅或氧化硅等材質(zhì)。
繼之，請(qǐng)參照?qǐng)D2，依照所欲形成的金屬內(nèi)連線(xiàn)圖形，將具有金屬層101、ARC 103以及硬掩模105的層疊結(jié)構(gòu)構(gòu)圖并蝕刻，且蝕刻直到裸露出基底107。顯而易見(jiàn)的，有許多蝕刻方法常用于蝕刻穿透硬掩模105、ARC 103以及金屬層101，其中優(yōu)選的蝕刻方法為各向異性蝕刻(AnisotropicEtch)，例如以反應(yīng)性離子進(jìn)行蝕刻。因此，本發(fā)明中所使用的限定圖形方法以及蝕刻步驟，可以利用現(xiàn)有技術(shù)的光刻工藝以及反應(yīng)性離子蝕刻工藝。必須注意的是，在圖2中所顯示的蝕刻圖案僅為一代表圖案。
接著參照?qǐng)D2，在基底107上以及之前所蝕刻形成的金屬內(nèi)連線(xiàn)結(jié)構(gòu)上方，形成一層第一介電層109，且此第一介電層109填滿(mǎn)金屬內(nèi)連線(xiàn)結(jié)構(gòu)之間的縫隙。其中，第一介電層109的材質(zhì)優(yōu)選的為縫隙填補(bǔ)介電材質(zhì)，例如旋涂式玻璃(Spin-On-Glass，SOG)、高密度等離子(HDP)氧化物、次壓化學(xué)氣相沉積(SACVD)的氧化物、含氟氧化物或低介電常數(shù)材質(zhì)。而第一介電層109的優(yōu)選厚度約為3000～10000埃之間。值得注意的是，由于金屬內(nèi)連線(xiàn)結(jié)構(gòu)造成的非均勻性，致使第一介電層109并不具有一平坦的表面。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D3，以硬掩模105為研磨終點(diǎn)，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical-Mechanical Polishing，CMP)步驟，除去位于硬掩模105上的部分第一介電層109。就所熟知的化學(xué)機(jī)械研磨技術(shù)來(lái)說(shuō)，化學(xué)機(jī)械研磨工藝中的困難之一，就是決定化學(xué)機(jī)械研磨的研磨終點(diǎn)。由于使用硬掩模105為研磨終點(diǎn)，因此在化學(xué)機(jī)械研磨工藝中控制研磨終點(diǎn)就比較容易，再者，在化學(xué)機(jī)械研磨工藝中所造成的厚度變化量也減少。
請(qǐng)參照?qǐng)D4，在第一介電層109以及硬掩模105上形成一層第二介電層111。第二介電層111的優(yōu)選材質(zhì)包括旋涂式玻璃、高密度等離子氧化物、次壓化學(xué)氣相沉積的氧化物、含氟氧化物或低介電常數(shù)材質(zhì)。且第二介電層111的厚度可視制造需要而決定，而其優(yōu)選的厚度約為3000～12000埃之間。由于利用兩相疊的介電層，因此覆蓋在上層的第二介電層111可以隨制造需要任意形成所需的厚度。此外，由于第二介電層111的下層具有平坦的表面，因此，第二介電層111具有十分平整的表面。
最后請(qǐng)參照?qǐng)D5，以硬掩模105為蝕刻終點(diǎn)，限定并蝕刻穿透第二介電層111，以形成介層窗(在圖5中未標(biāo)示出)。
本發(fā)明可以使TiN層103的厚度縮減至最小，為達(dá)到此效果，必須注意化學(xué)機(jī)械研磨平坦化方法提供約介于±200nm之間的相對(duì)厚度變化。請(qǐng)參照?qǐng)D6，圖中所示為現(xiàn)有技術(shù)的一種介電層覆蓋于金屬線(xiàn)上的剖面圖。其中，介于兩金屬線(xiàn)表面與介電層表面之間的厚度為d1與d2，而其二者之差值約為0.4μm。在后續(xù)進(jìn)行介電層蝕刻時(shí)(請(qǐng)參照?qǐng)D7)，其中一金屬線(xiàn)上方的TiN層會(huì)比另一金屬線(xiàn)上方的TiN層較快裸露出來(lái)，因此，蝕刻步驟將會(huì)繼續(xù)進(jìn)行TiN層的蝕刻。為了保護(hù)TiN層不會(huì)被完全蝕刻掉，所以將TiN層制作成厚度較大以補(bǔ)償因介電層厚度不均勻造成TiN層過(guò)蝕刻的結(jié)果。然而在本發(fā)明中，由于使用一層硬掩模，因此可以控制TiN層的厚度較薄。
雖然本發(fā)明已結(jié)合一優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，但是其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作出各種更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由后附權(quán)利要求界定。
權(quán)利要求
1.一種在一基底上的一下層金屬內(nèi)連線(xiàn)結(jié)構(gòu)上方形成金屬層間介電層或內(nèi)層介電層的方法，其包括在該基底上形成一金屬層；在該金屬層上形成一抗反射涂層；在該抗反射涂層上形成一硬掩模；對(duì)該金屬層、該抗反射涂層以及該硬掩模構(gòu)圖，以形成該金屬內(nèi)連線(xiàn)結(jié)構(gòu)；在該金屬內(nèi)連線(xiàn)結(jié)構(gòu)上方形成一第一介電層；在該第一介電層上進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨步驟，直到裸露出該硬掩模；以及在該第一介電層以及該硬掩模上形成一第二介電層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成該第二介電層之后還包括以硬掩模為蝕刻終點(diǎn)，在該第二介電層上進(jìn)行蝕刻介層窗的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該硬掩模的材質(zhì)由鎢、鈷、鉬、鉭、鈦、氮化鉭、硅化鎢、硅化鈦、鎢化鈦、氮化硅或氧化硅材質(zhì)中選擇使用。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一介電層與該第二介電層的材質(zhì)由旋涂式玻璃、高密度等離子氧化物、次壓化學(xué)氣相沉積的氧化物、含氟氧化物或低介電常數(shù)材質(zhì)中選擇使用。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該抗反射涂層的材質(zhì)包括氮化鈦。
全文摘要
一種在一基底上的一下層金屬內(nèi)連線(xiàn)結(jié)構(gòu)上方形成金屬層間介電層或內(nèi)層介電層的方法包括:在該基底上形成一金屬層;在金屬層上形成一抗反射涂層;在抗反射涂層上形成一硬掩模;對(duì)金屬層、抗反射涂層以及硬掩模構(gòu)圖,以形成該金屬內(nèi)連線(xiàn)結(jié)構(gòu);在該金屬內(nèi)連線(xiàn)結(jié)構(gòu)上方形成一第一介電層;在該第一介電層上進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨步驟,直到裸露出該硬掩模;以及在該第一介電層以及該硬掩模上形成一第二介電層。
文檔編號(hào)H01L21/31GK1248059SQ98121448
公開(kāi)日2000年3月22日 申請(qǐng)日期1998年10月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月17日
發(fā)明者林慶福 申請(qǐng)人:世大積體電路股份有限公司