改善双镶嵌蚀刻轮廓的方法技术

本发明专利技术提供一种改善双镶嵌蚀刻轮廓的方法，具体为一种改善双镶嵌结构中蚀刻轮廓的方法，包括：提供一半导体基底，其中包括一介电绝缘层以及一覆盖其上的硬掩膜层；在硬掩膜层上形成一顺应性的非晶态碳层；形成一沟槽开口，至少延伸穿过非晶态碳层的厚度；形成一双镶嵌结构，其中包括一介层窗，延伸穿过硬掩膜层及穿过部分介电绝缘层，以及一沟槽形成在介层窗之上的，最后将双镶嵌开口以金属材料填满。本发明专利技术所述改善双镶嵌蚀刻轮廓的方法，能有效预防介层窗侧壁上的损害、避免光致抗蚀剂及介层窗污染的问题，以及简化制程步骤以改善制造流程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于一种集成电路中多层结构半导体元件的制造方法，特别有关一种在双镶嵌制程中改善蚀刻轮廓及流程的方法。
技术介绍
随着对超大型集成电路高密度及高效能的需求逐渐增加，伴随而来的是对内连接技术水平提升的要求，当元件尺寸不断缩小时，内连接技术将越难满足低电阻及内连接电容特性，特别是当元件尺寸缩小至65纳米(nm)之下。在形成双镶嵌结构时，制程困难度随着元件尺寸的降低而提高。举例来说，当元件尺寸缩小时，由于制程容许度降低，在形成硬掩膜(hardmask)、抗反射层以及介层窗插塞时传统材料的性能将扮演关键性的角色。除此之外残留材料或不良的蚀刻轮廓所造成的缺陷，会在元件尺寸缩小时产生较大的影响。在现有技术中有两种较普遍的双镶嵌制程，其中一种就是所谓的先做介层窗(via-first)制程，其中先在金属间介电层中蚀刻出介层窗，接着再进行沟槽的蚀刻。先做介层窗制程需要两次显影步骤分别形成介层窗及沟槽，而在先做介层窗制程中会产生介层窗污染(via poison)的问题，其中包括在蚀刻沟槽时，光致抗蚀剂会与介层窗侧壁互相反应，以及蚀刻制程对介层窗侧壁造成损害。为了解决上述问题，提出了许多不同的方法，利用保护性的树脂材料，在沟槽蚀刻前形成一介层窗插塞，来保护介层窗的侧壁借以改善沟槽蚀刻轮廓。然而，当沟槽尺寸逐渐缩小时以及使用低介电常数材料当作金属间介电层时，树脂介层窗插塞的使用会产生新的问题，包括移除介层窗插塞的困难度增加造成较小的介层窗尺寸、树脂会与低介电常数材料反应，特别会与一些有机的低介电常数材料反应，以及在沟槽蚀刻时对蚀刻轮廓的干扰。除此之外，树脂介层窗插塞会污染蚀刻腔体对较小的元件尺寸危害更加严重。另一种双镶嵌制程为自对准双镶嵌制程，该制程主要是利用金属间介电层上的双硬掩膜层，首先将第一硬掩膜层图案化产生沟槽，接着在第二硬掩膜层上图案化及蚀刻穿过金属间介电层产介层窗。成功完成自对准双镶嵌制程的关键在于用来图案化产生沟槽的硬掩膜材料，例如一般利用化学气相沉积产生的氮化物当作硬掩膜，该氮化物在显影制程中会与深紫外线(DUV)光致抗蚀剂互相反应，产生残留的聚合物造成所谓的光致抗蚀剂污染。残留的聚合物缺陷非常难移除，而且会提高导线的电阻，另一方面，也会干扰金属填入的制程，因此降低元件的效能及可靠度。除此之外，光致抗蚀剂污染也会在蚀刻腔体中造成无法接受的污染程度，使得在蚀刻制程中基底上产生严重的微粒污染。因此在大尺寸集成电路制程中需要一种改善的双镶嵌制程来避免现有技术中所产生的缺点，以提高元件效能、可靠度及产能。
技术实现思路
为达成上述目的，本专利技术提供一种改善双镶嵌制程中蚀刻轮廓的方法。在本专利技术提供一种，提供一半导体基底，包括一延伸穿过介电绝缘层及介电绝缘层上硬掩膜层的介层窗；形成一顺应性的非晶态碳层于硬掩膜层上，并填满介层窗；将非晶态碳层上的光致抗蚀剂层图案化形成沟槽开口图案；利用干式蚀刻制程形成双镶嵌开口，再以金属材料填满双镶嵌开口。在本专利技术还提供一种，提供一半导体基底，包括一介电绝缘层及一覆盖于介电绝缘层上的硬掩膜层；形成一顺应性的非晶态碳层于硬掩膜层上；形成一沟槽开口，延伸穿过至少该非晶态碳层的厚度；形成一双镶嵌开口，包括形成一沟槽开口于一介层窗开口之上，沟槽开口延伸穿过硬掩膜层及部分介电绝缘层；以金属将窗镶嵌开口填满。本专利技术所述的，该介层窗开口图案包括一介层窗开口，延伸穿过该硬掩膜层以及该介电绝缘层，且该介层窗开口形成在该非晶态碳层之前。本专利技术所述的，该非晶态碳层的形成步骤包括以非晶态碳层填满该介层窗开口。本专利技术所述的，形成该双镶嵌开口更包括一移除步骤，将该介层窗开口中的该非晶态碳层移除。本专利技术所述的，该移除步骤包括一等离子灰化制程，该等离子灰化制程中等离子源气体包括氧气及氢气。本专利技术所述的，更包括移除该介层窗开口底部的一蚀刻停止层。本专利技术所述的，该硬掩膜层择自由氮化硅、氮氧化硅、碳化硅或碳氧化硅所组成的族群。本专利技术所述的，在形成该双镶嵌开口之前更包括形成一有机底层抗反射层于具有该沟槽开口图案的该非晶态碳层上；图案化一介层窗开口于该有机底层抗反射层上的一第二光致抗蚀剂层；形成该介层窗开口，延伸穿过部分介电绝缘层；以及移除该第二光致抗蚀剂层及该有机底层抗反射层。本专利技术所述的，该硬掩膜层包括未掺杂硅酸盐玻璃。本专利技术所述的，该非晶态碳层在形成该双镶嵌开口之前为最上层结构。本专利技术所述的，该介电绝缘层包括一低介电常数层，择自由碳掺杂氧化硅、有机硅酸盐玻璃以及氟硅玻璃所形成的群组。本专利技术所述的，该低介电常数层的介电常数约低于3。本专利技术所述，能有效预防介层窗侧壁上的损害、避免光致抗蚀剂及介层窗污染的问题，以及简化制程步骤以改善制造流程。附图说明图1A至图1G为本专利技术第一实施例双镶嵌结构制程步骤的截面图；图2A至图2D为本专利技术第二实施例双镶嵌结构制程步骤的截面图；图3为本专利技术实施例的制程流程图。具体实施例方式为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图示，作详细说明如下虽然本专利技术的双镶嵌内连接线制程特别适用于0.13微米以下的制程，其中包括65纳米以下的制程，但也可是用于较大尺寸的集成电路制程。本专利技术能有效预防介层窗侧壁上的损害、避免光致抗蚀剂及介层窗污染的问题，以及简化制程步骤以改善制造流程。本专利技术的制造方法亦可应用至一具有中间蚀刻停止层的双镶嵌制程，中间蚀刻停止层形成在介层窗及沟槽间，但会造成额外的电容。较佳在双镶嵌结构为使用一单层的介电绝缘层，其中较佳为一低介电常数材料。图1A至图1G显示本专利技术的第一实施例的截面图。图1A显示一导电部分10，例如铜，其上具有第一蚀刻停止层12，包括氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅或上述组合，一般大多使用碳化硅当作蚀刻停止层。第一蚀刻停止层12使用传统的化学气相沉积法进行沉积，较佳是利用等离子加强(PECVD)化学气相沉积法或高密度等离子辅助化学气相沉积(HDP-CVD)，依据元件特性及尺寸设计沉积厚度100埃至500埃。接着在蚀刻停止层12上形成一介电层14也就是所谓的金属间介电层，较佳是以低介电常数材料来形成，包括碳掺杂氧化硅、有机硅酸盐玻璃(OSG)、氟硅玻璃(FSG)或上述组合。低介电常数金属间介电层是利用化学气相沉积形成，较佳是利用等离子加强(PECVD)化学气相沉积法或高密度等离子辅助化学气相沉积(HDP-CVD)，依据设计沉积500埃至3000埃。一般来说金属间介电层材料较佳为有机硅酸盐玻璃，例如黑钻石(blackdiamond)，金属间介电层14其介电常数低于3.2，较佳是低于2.8。于金属间介电层14上最好再形成一介电抗反射层16(DARC)，可当作蚀刻硬掩膜，较佳是使用一无机材料，例如氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅。沉积一适当厚度的介电抗反射层16来降低曝光时的光反射，介电抗反射层16一般利用传统的沉积方法，例如高密度等离子辅助化学气相沉积、等离子加强化学气相沉积或低压化学气相沉积(LPCVD)。在介电抗反射层上较佳在再形成一有机底层抗反射层18A(BARC)，例如已曝光的负光致抗蚀剂或非光反应性的有机树脂，其具有吸收图案化波长的光波的特性，接着形成一光致抗蚀剂层19A，较佳为一深紫外线(DUV)光致抗蚀剂，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善双镶嵌蚀刻轮廓的方法，其特征在于，所述改善双镶嵌蚀刻轮廓的方法包括下列步骤：　提供一半导体基底，包括一介电绝缘层及一覆盖于该介电绝缘层上的一硬掩膜层；形成一顺应性的非晶态碳层于该硬掩膜层上；形成一沟槽开口，至 少穿过该非晶态碳层；形成一双镶嵌开口，包括形成该沟槽开口于一介层窗开口图案之上，该沟槽开口延伸穿过该硬掩膜层及部分介电绝缘层；以及以金属材料将该双镶嵌开口填满。

【技术特征摘要】
US 2005-3-8 11/075,7771.一种改善双镶嵌蚀刻轮廓的方法，其特征在于，所述改善双镶嵌蚀刻轮廓的方法包括下列步骤提供一半导体基底，包括一介电绝缘层及一覆盖于该介电绝缘层上的一硬掩膜层；形成一顺应性的非晶态碳层于该硬掩膜层上；形成一沟槽开口，至少穿过该非晶态碳层；形成一双镶嵌开口，包括形成该沟槽开口于一介层窗开口图案之上，该沟槽开口延伸穿过该硬掩膜层及部分介电绝缘层；以及以金属材料将该双镶嵌开口填满。2.根据权利要求1所述的改善双镶嵌蚀刻轮廓的方法，其特征在于，该介层窗开口图案包括一介层窗开口，延伸穿过该硬掩膜层以及该介电绝缘层，且该介层窗开口形成在该非晶态碳层之前。3.根据权利要求2所述的改善双镶嵌蚀刻轮廓的方法，其特征在于，该非晶态碳层的形成步骤包括以非晶态碳层填满该介层窗开口。4.根据权利要求3所述的改善双镶嵌蚀刻轮廓的方法，其特征在于，形成该双镶嵌开口更包括一移除步骤，将该介层窗开口中的该非晶态碳层移除。5.根据权利要求4所述的改善双镶嵌蚀刻轮廓的方法，其特征在于，该移除步骤包括一等离子灰化制程，该等离子灰化制程中等离子源气...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈政谷，季明华，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]