包含多层旋涂多孔介电质的低k互连结构制造技术

本发明专利技术提供一种不具微沟槽的低ｋ介电质金属半导体互连结构与形成该结构的方法。具体来说，上述结构是通过提供一互连结构来获得的，此一互连结构包括至少一种在单一自旋应用工具中持续施加，然后在单一步骤中固化的多层介电质材料，以及多层旋涂介电质内的多个图案化的金属导体。导体电阻的控制是通过使用掩埋的蚀刻终止层来获得的，此一掩埋的蚀刻终止层具有位于线与多孔低ｋ介电质的通路介电质层间的第二原子组成，而其中多孔低ｋ介电质具有第一原子组成。本发明专利技术的互连结构还包含一种辅助形成双镶嵌型的互连结构的硬质掩膜。从具有特定原子组成与其它测得值的多孔低ｋ有机或无机材料的特定组中，选择第一与第二组成，以获得至少１０至１，或更高的蚀刻选择性。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高速微处理器、专用集成电路(ASICs)以及其它高速集成电路(ICs)的互连结构。本专利技术提供低介电常数(即低k)的互连结构，其具有强化的电路速度、精确的传导电阻值以及降低的制造成本。本专利技术的结构和现有技术的传统结构相比，具有较低的有效介电常数、改进了对金属线电阻的控制，以及降低了制造成本。
技术介绍
已知许多具有约3.5或更小介电常数的低k介电质，加双镶嵌型铜(Cu)互连结构，举例来说，请参见2000年6月5～7日，电机与电子工程师学会(IEEE)电子装置学会，国际互连技术研讨会，R.D.高伯特(Goldblatt)等，“带低K介电质的高性能0.13微米(μm)铜BEOL技术”，第261～263页。在现有技术的互连结构的制造期间，(在金属填充与化学机械抛光(CMP)之后)成为金属导体的沟槽深度，通常是不能充分地控制的，而此沟槽形成称为微沟槽的形状。图1显示含有微沟槽的先前互连结构的图形表示。具体地说，图1包括基板10、低k介电质12以及包含扩散阻挡填料16的金属填充导体区域14。注意图右手边的金属填充导体区域包含微沟槽18。使用定时反应性离子蚀刻(RIE)过程来蚀刻沟槽，并以时间控制沟槽深度。通常，蚀刻速率与沟槽轮廓的形状，皆随着穿越晶片的沟槽宽度(特征尺寸)变化，导致沟槽深度大的变化，进而导致金属导体电阻的大的变化。这些蚀刻速率与特征形状的变化，可能随着时间(天天)改变。因为当扩散阻挡填料沉积于沟槽的粗糙表面上时，其具有弱的(薄的)位置，沟槽底部的粗糙形状也产生可靠性的问题。对以上微沟槽问题的一般解决方法，包含使用额外的处理步骤，其提高了制造所需的低k介电质加铜(Cu)互连结构的整体生产成本。而且，具有铜(Cu)与低k材料的互连结构的制造，通常必须使用旋涂涂布工具与更昂贵的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工具。混合工具组的使用，增加了设备的购置与维修成本，以及制造的原始时间。鉴于现有技术的问题，有必要提供一新的、改进的制造低k介电质加金属互连结构的方法，而此方法避免形成微沟槽。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低k介电质加双镶嵌型的金属互连结构，其中可以获得金属导体电阻的精确与均一的控制。本专利技术的另一目的在于以不增加工艺成本情况下，提供金属导体的形状的精确控制，以改善可靠性。本专利技术的进一步目的在于提供一种互连结构，其中金属导体具有一实质上平坦的底部，亦即没有微沟槽存在。本专利技术的进一步目的在于提供一种低k介电质加金属互连结构(具有金属导体电阻的精确与均一的控制)，其系基于多层自旋涂布介电质层；因此避免了昂贵的真空式沉积工具的使用。本专利技术的另一目的在于使用具有约3.5或更小的k的多孔介电质。本专利技术藉由提供一种互连结构来达成这些与其它的目的，此一互连结构至少包含一多层的介电质与多层旋涂介电质内部的多个图案化的金属导体，其中多层的介电质以单一的自旋应用工具逐次地施加，然后在单一的步骤中固化。导体电阻上的控制是使用具有第二原子组成的掩埋的蚀刻终止层来获得，其中终止层位于线与具有第一原子组成的多孔低k介电质的通路介电质层之间。本专利技术的互连结构亦包含一硬质掩模，其可辅助形成双镶嵌型的互连结构。从具有特定原子组成与其它可测值的多孔低k有机或无机材料的特定组中，选择第一与第二组成，以获得至少10至1，或更高的蚀刻选择性。具体地说，本专利技术的双镶嵌型互连结构包括一基板，其具有形成于其上的图案化的多层介电质，该图案化的多层介电质包含藉由掩埋的蚀刻终止层彼此分离的第一与第二多孔低k介电质，该第一与第二多孔低k介电质具有第一组成；一抛光终止层，其形成于该第二多孔低k介电质上面的该图案化的多层介电质上；及一金属导体，其形成于该图案化的多层介电质内。在本专利技术的一具体实施例中，第一与第二多孔低k介电质是有机介电质，而掩埋的蚀刻终止层则是无机的低k介电质材料。在本专利技术的此一具体实施例中，无机的掩埋蚀刻终止层可以是多孔或非多孔的，其中优选的是无机掩埋蚀刻终止层。在本专利技术的另一具体实施例中，第一与第二多孔低k介电质是低k无机介电质，或无机/有机混合的介电质，如甲基倍半硅氧烷(MSQ)，而该掩埋的蚀刻终止层则是有机低k介电质。在本专利技术的此一具体实施例中，有机的掩埋蚀刻终止层可以是多孔或非多孔的，其中优选的是非多孔的材料。本专利技术的结构提供下列超越现有技术的互连结构的优点(i)金属导体厚度与电阻的精确与均一的控制。(ii)改善的可靠性，因为沟槽包含均匀厚度而无弱点的扩散阻挡填料。(iii)在不增加生产成本，并减少真空式沉积工具的使用的情况下，获得高度控制的金属导体电阻。本专利技术的另一方面涉及一种制造上述低k介电质加金属导体互连结构的方法，其包括步骤(a)在基板表面上，形成多层旋涂介电质，该多层介电质包含藉由掩埋的蚀刻终止层彼此分离的第一与第二多孔低k介电质，该第一与第二多孔低k介电质具有第一组成，而该掩埋的蚀刻层则具有不同于该第一组成的第二组成；(b)在该多层旋涂介电质上形成一硬质掩模，该硬质掩模至少包含一抛光终止层，与位于该抛光终止层顶部的图案化层；(c)在该硬质掩模中形成一开口，以便暴露该多层旋涂介电质的表面；(d)使用该硬质掩模作为蚀刻掩模，在该暴露出来的多层旋涂介电质的表面中，形成一沟槽级与通路级；(e)用至少一导体金属填充该沟槽级与通路级；以及(f)将形成于该多层旋涂介电质的该抛光终止层上的该导体金属填充物平面化。在本专利技术的一具体实施例中，多层旋涂介电质在进行步骤(b)之前固化。在另一具体实施例中，其中硬质掩模亦包含旋涂介电质，而固化则发生于步骤(b)之后。附图说明图1是现有技术的互连结构的图形表示，此一互连结构包含微沟槽，其具有形成于其中的粗糙的底部表面。图2-8是本专利技术的结构，经由本专利技术各种不同的处理步骤的剖面图。具体实施例方式本专利技术提供由多层旋涂介电质所组成的低k互连结构，以及制造此一互连结构的方法，现在将参考本专利技术的附图，详细地叙述本专利技术。请注意在附图中，相似与/或相应的组件用相似的参考数字来指示。首先参考图2，其说明使用于本专利技术中，用来制造本专利技术的互连结构的初始结构。具体地说，图2中所说明的结构包括基板50，其具有形成于其上的多层旋涂介电质52。如图所示，本专利技术的多层旋涂介电质包含第一低k介电质54、掩埋的蚀刻终止层56，以及第二低k介电质58。应注意的是，使用于本专利技术中的多层旋涂介电质，具有从约1.1至约3.5的有效介电常数，而其中优选的是从约1.4至3.0的有效介电常数。根据本专利技术，第一与第二低k介电质是多孔的有机或无机(包含无机/有机的混合)介电质。应注意的是第二低k介电质是其中将形成金属线的区域，然而第一低k介电质则是其中形成金属通路的区域。如图2所示，掩埋的蚀刻终止层位于第一与第二多孔低k介电质之间。此外，本专利技术所使用的第一与第二多孔低k介电质具有彼此相似的第一组成，而掩埋的蚀刻层则具有不同于该第一组成的第二组成。应注意的是本文中使用的“低k”一词，指示具有约3.5或更小的介电常数的介电质材料，而其中以从约1.4至3.0的介电常数最佳。下文中，将详细叙述组成多层旋涂介电质的每一层的成分。本专利技术所使用的基板可以包含一般出现在互连结构中的传统材料。所以，举例来说，基板50可以是介电质(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种互连结构，包括：一基板，其具有形成于其上的图案化的多层介电质，该图案化的多层介电质包含通过掩埋的蚀刻终止层彼此分离的第一与第二多孔低ｋ介电质，该第一与第二多孔低ｋ介电质具有第一组成，而该掩埋的蚀刻层则具有不同于第一组成的第二组成 ；一抛光终止层，其形成于该图案化的多层旋涂介电质上的该第二多孔低ｋ介电质上面；以及一金属导体，其形成于该图案化的多层介电质内。

【技术特征摘要】
US 2001-2-28 09/795,4311.一种互连结构，包括一基板，其具有形成于其上的图案化的多层介电质，该图案化的多层介电质包含通过掩埋的蚀刻终止层彼此分离的第一与第二多孔低k介电质，该第一与第二多孔低k介电质具有第一组成，而该掩埋的蚀刻层则具有不同于第一组成的第二组成；一抛光终止层，其形成于该图案化的多层旋涂介电质上的该第二多孔低k介电质上面；以及一金属导体，其形成于该图案化的多层介电质内。2.如权利要求1的互连结构，其中该第一与第二多孔低k介电质是有机介电质，而掩埋的蚀刻终止层是无机的低k介电质材料或无机/有机混合的材料。3.如权利要求2的互连结构，其中该第一与第二多孔低k有机介电质，在约5至约35％的孔隙体积百分比中，具有约1至约50纳米的孔隙尺寸。4.如权利要求2的互连结构，其中该无机低k介电质掩埋蚀刻终止层是多孔的。5.如权利要求4的互连结构，其中该无机多孔低k介电质蚀刻终止层，在约5至约80％的孔隙体积百分比中，具有约5至约500埃的孔隙尺寸。6.如权利要求2的互连结构，其中该第一与第二多孔低k有机介电质包括碳(C)、氧(O)与氢(H)。7.如权利要求6的互连结构，其中该第一与第二多孔低k有机介电质是芳香族热固性聚合物树脂。8.如权利要求2的互连结构，其中该无机的掩埋蚀刻终止层包括硅(Si)、氧(O)与氢(H)，并任选地包括碳(C)。9.如权利要求8的互连结构，其中该无机的掩埋蚀刻终止层包括HOSP、MSQ、TEOS、HSQ、MSQ-HSQ共聚物、有机硅烷，或任何其它含硅的材料。10.如权利要求1的互连结构，其中该第一与第二多孔低k介电质是低k无机介电质，而该掩埋的蚀刻终止层是有机的低k介电质。11.如权利要求10的互连结构，其中该第一与第二多孔低k无机介电质，在约5至约80％的孔隙体积百分比中，具有约5至约500埃的孔隙尺寸。12.如权利要求10的互连结构，其中该有机低k介电质的掩埋蚀刻终止层是多孔的。13.如权利要求12的互连结构，其中该有机多孔低k介电质的蚀刻终止层，在约5至约35％的孔隙体积百分比中，具有约1至约50纳米的孔隙尺寸。14.如权利要求10的互连结构，其中该有机介电质的蚀刻终止层包括碳(C)、氧(O)与氢(H)。15.如权利要求14的互连结构，其中该有机介电质的蚀刻终止层是芳香族热固性聚合物树脂。16.如权利要求1 的互连结构，其中该第一与第二多孔低k无机层包括硅(Si)、氧(O)与氢(H)，并且任选地包括碳(C)。17.如权利要求16的互连结构，其中该第一与第二多孔低k无机层包括HOSP、MSQ、TEOS、HSQ、MSQ-HSQ共聚物、有机硅烷，或任何其它含硅的材料。18.如权利要求1的互连结构，其中该第一与第二多孔低k介电质具有约1.1至约3.5的介电常数。19.如权利要求18的互连结构，其中该介电常数为从约1.4至约3.0。20.如权利要求1的互连结构，其中该多层旋涂介电质具有约3.5或更少的有效介电常数。21.如权利要求1的互连结构，其中该基板是一介电质、布线层、粘结增进剂，及其组合的半导体晶片。22.如权利要求1的互连结构，其中该基板是一半导体晶片，其具有一粘结增进剂层形成于其上。23.如权利要求1的互连结构，其中该抛光终止层是由与掩埋的蚀刻终止层相同的材料所组成的。24.如权利要求1的互连结构，其中该抛光终止层是一旋涂低k无机或有机介电质。25.如权利要求1的互连结构，其中该金属导体由铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、银(Ag)，或其合金所组成。26.如权利要求1的互连结构，其中该金属导体由铜(Cu)所组成。27.如权利要求1的互连结构，进一步包括一填充材料，其于该金属导体的沉积之前，形成于该图案化的多层旋涂介电质的内部。28.如权利要求27的互连结构，其中该填充材料由氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、氮化钨(WN)、铬(Cr)、铌(Nb)，或其组合所组成。29.如权利要求1的互连结构，其中该导体金属系一导体通路、导体线，或导体通路与线。30.一种制造低k介电质加金属导体互连结构的方法，包括步骤(a)在基板表面上，形成多层旋涂介电质，该多层旋涂介电质包含通过掩埋的蚀刻终止层彼此分离的第一与第二多孔低k介电质，该第一与第二多孔低k介电质具有第一组成，而该掩埋的蚀刻层则具有不同于该第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：SM盖茨，JC赫德里克，SV尼塔，S普鲁肖特哈曼，CS蒂贝格，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]