双镶嵌工艺中两阶段去除介层洞光刻胶的方法技术

本发明专利技术涉及一种双镶嵌工艺中两阶段去除介层洞光阻的方法，可以避免导线沟渠变形。首先，第一步骤中以惰性气体（如氦气、氩气、氮气等）／四氟甲烷（ＣＦ↓［４］）等离子体对介层洞光阻进行反应时间小于２０秒的短时间接触。然后，在第二步骤中以还原性气体等离子体去除剩余的介层洞光阻，可避免对含碳量较高的低介电常数材料构成伤害。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种双镶嵌(dual damascene)工艺，尤其是指一种应用于部分介层洞(partial-via)双镶嵌工艺中采用两阶段(two-step)去除介层洞光阻(via photo)的方法，可以有效地避免碳耗竭(carbon-de pletion)以及导线沟渠变形。
技术介绍
铜双镶嵌(dual damascene)技术搭配低介电常数(low-k)介电层为目前所知的对于高积集度、高速(high-speed)逻辑集成电路芯片制造以及针对0.18微米以下的深次微米(deep sub-micro)半导体工艺中最佳的金属内连线解决方案。这是由于铜具有低电阻值(比铝低30％)以及较佳的抗电迁(electromigration resistance)的特性，而低介电常数材料则可帮助降低金属导线之间的RC延迟(RC delay)，由此可知，低介电常数材料搭配铜金属双镶嵌内连线技术在集成电路工艺中显得日益重要。其中，低介电常数材料由最初的含氟二氧化硅(F-SiO2)、有机硅玻璃(organosilicate，OSG)，一直演变到目前的超低介电常数(Ultra low-k，ULK)材料(k＜2.5)。如本领域的技术人员所知，制作组件最小尺寸在90纳米(nm)及以下的微影技术需使用到193nm光阻，而由于193nm光阻的蚀刻抵挡能力较差，为此，使用193nm光阻的双镶嵌工艺往往搭配使用含有金属层的硬蚀刻屏蔽，以补光阻抗蚀刻能力的不足。金属层的导入，使得去除光阻的蚀刻更加艰辛。这是由于光阻层上往往会有等离子体蚀刻所产生的金属衍生物，需要用氧化力较强的氧气等离子体去除，才能将底下的剩余光阻去除干净，达到所要的表面洁净度。而由于ULK材料的碳含量比重较高，氧化力较强的蚀刻等离子体会对其造成负面影响。由此可知，传统的双镶嵌工艺已面临新的挑战，需要进一步的改进。图1至图6显示现有技术中利用193nm光阻所进行的部分介层洞(partial-via)双镶嵌工艺六个主要阶段的剖面示意图。如图1所示(阶段1)，半导体基底(未显示)上沉积一低介电常数(low-k)介电层1，接着依序形成碳化硅(SiC)层2、金属层3、硅氧(silicon oxide)层4，以及抗反射底层(BARC，bottom anti-reflective coating)5。接着涂布193nm光阻6，并以微影工艺配合光罩(mask)在光阻6中定义出导线沟渠开口7。193nm光阻6是用以定义导线沟渠结构，因此又将其称为“沟渠光阻(TrenchPhoto)”。金属层3可以是氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN)。如图2所示(阶段2)，继续通过定义在沟渠光阻6内的导线沟渠开口7向下蚀刻，在碳化硅层2、金属层3以及硅氧层4所构成的堆栈屏蔽中形成沟渠开口8，蚀刻并停止在碳化硅层2。然后，将沟渠光阻6去除。接着，如图3所示(阶段3)，在沟渠开口8内填入抗反射底层9，并在抗反射底层9上形成193nm光阻层10。由于193nm光阻层10是用以定义金属内连线中的介层洞(via)，因此又将其称为“介层洞光阻(ViaPhoto)”。并于光阻层10中利用微影工艺定义介层洞(via)开口11。继续，如图4所示(阶段4)，以介层洞光阻10为蚀刻屏蔽，通过介层洞开口11向下蚀刻抗反射底层9、碳化硅层2，一直蚀刻至部分的低介电常数(low-k)介电层1停止，形成“部分(partial)”介层洞开口12。之所以称为“部分”介层洞开口12是因为介层洞并未穿过整层的低介电常数(low-k)介电层1。随后进行到阶段5，以氧化力强的氧气等离子体去除剩下的介层洞光阻10以及介层洞光阻10表面上的金属衍生物，并去除抗反射底层9。然而，由于ULK等低介电常数材料的碳含量比重较高，长时间暴露在氧化力较强的氧气等离子体环境中，将对其造成所谓的碳耗竭(carbon-depleted)层13，如图5所示。请同时参阅图5以及图6，图6中所示的第六阶段是利用反应性离子蚀刻将硬屏蔽的沟渠及介层洞图案转移至低介电常数(low-k)介电层1。由于碳耗竭层13中的碳原子已在先前的光阻去除(photoresist stripping)步骤中被消耗掉，使得其结构松散，导致在后续的蚀刻步骤中产生导线沟渠结构扭曲变形(distortion)的现象。图6中的虚线即表示原先预计的导线沟渠结构位置及剖面轮廓，而实际上的导线沟渠结构位置则已经外扩变形。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种应用于部分介层洞(partial-via)双镶嵌工艺中采用两阶段(two-step)去除介层洞光阻(via photo)的方法，可以有效地避免碳耗竭(carbon-depletion)以及导线沟渠变形。为达上述目的，本专利技术提供的一种，包含有下列步骤提供一半导体基底，其上依序形成有介电层、形成于该介电层上的硬屏蔽层，以及设于该硬屏蔽层上的第一抗反射底层(BARC)，其中所述硬屏蔽层至少包含有一金属层；于第一抗反射底层上形成一沟渠光阻层，其具有导线沟渠开口暴露出部分的第一抗反射底层；通过所述导线沟渠开口蚀刻第一抗反射底层以及硬屏蔽层，以在硬屏蔽层蚀刻一凹陷沟渠；去除所述沟渠光阻层以及第一抗反射底层；沉积第二抗反射底层，并填满硬屏蔽层上的凹陷沟渠；于第二抗反射底层上形成一介层洞光阻层，其具有介层洞开口暴露出部分的第二抗反射底层；通过介层洞开口蚀穿第二抗反射底层、硬屏蔽层以及蚀刻部分介电层，以在介电层蚀刻一介层洞凹陷；以及以两阶段去除介层洞光阻层，包含有第一步骤以惰性气体/氟烷(fluorocarbon)离子体对该介层洞光阻进行反应时间小于20秒的短时间接触，然后，进行第二步骤以还原性(reducing)气体等离子体去除剩余的介层洞光阻。根据本专利技术的具体实施方案，所述硬屏蔽层还包含有碳化硅层以及硅氧层，而所述金属层夹于该碳化硅层以及硅氧层之间，该金属层可为氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN)所构成；所述沟渠光阻层或介层洞光阻层可分别为193nm光阻；所述惰性气体包含有氦气、氩气、氮气；所述氟烷优选包含有四氟甲烷(CF4)；所述还原性气体等离子体包含有氮气/氢气、氦气/氢气、氨气；所述介电层是由k＜2.5的超低介电常数(ULK)材料所构成。同时，本专利技术提供了一种部分介层洞(partial-via)双镶嵌工艺，包含有下列步骤提供一半导体基底，其上依序形成有介电层、形成于该介电层上的硬屏蔽层，以及设于该硬屏蔽层上的第一抗反射底层(BARC)，其中所述硬屏蔽层至少包含有一金属层；于第一抗反射底层上形成第一光阻层，其具有一导线沟渠开口暴露出部分的第一抗反射底层；通过所述导线沟渠开口蚀刻第一抗反射底层以及硬屏蔽层，以在硬屏蔽层蚀刻一凹陷沟渠；去除第一光阻层以及第一抗反射底层；沉积第二抗反射底层，并填满硬屏蔽层上的凹陷沟渠；于第二抗反射底层上形成第二光阻层，其具有一介层洞开口暴露出部分的第二抗反射底层；通过所述介层洞开口蚀穿第二抗反射底层、硬屏蔽层以及蚀刻部分介电层，以在介电层蚀刻一介层洞凹陷；以惰性气体/四氟甲烷(CF4)等离子体对所述第二光阻进行反应时间小于20秒的短时间接触清洗；接着以还原性气体等离子体完全去除剩余的介层洞光阻；以及进行一干蚀刻工艺，经由介层洞凹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双镶嵌工艺中两阶段去除介层洞光阻的方法，包含有下列步骤：提供一半导体基底，其上依序形成有介电层、形成于该介电层上的硬屏蔽层，以及设于该硬屏蔽层上的第一抗反射底层，其中所述硬屏蔽层至少包含有一金属层；于第一抗反射底层上形成 一沟渠光阻层，其具有导线沟渠开口可暴露出部分的第一抗反射底层；通过所述导线沟渠开口蚀刻第一抗反射底层以及硬屏蔽层，以在硬屏蔽层蚀刻一凹陷沟渠；去除所述沟渠光阻层以及第一抗反射底层；　沉积第二抗反射底层，并填满硬屏蔽层 上的凹陷沟渠；于第二抗反射底层上形成一介层洞光阻层，其具有介层洞开口暴露出部分的第二抗反射底层；通过介层洞开口蚀穿第二抗反射底层、硬屏蔽层以及蚀刻部分介电层，以在介电层蚀刻一介层洞凹陷；以及以两阶段去除介层洞光阻层， 包含有第一步骤：以惰性气体／氟烷等离子体对该介层洞光阻进行反应时间小于２０秒的短时间接触，然后，进行第二步骤：以还原性气体等离子体去除剩余的介层洞光阻。

【技术特征摘要】
1.一种双镶嵌工艺中两阶段去除介层洞光阻的方法，包含有下列步骤提供一半导体基底，其上依序形成有介电层、形成于该介电层上的硬屏蔽层，以及设于该硬屏蔽层上的第一抗反射底层，其中所述硬屏蔽层至少包含有一金属层；于第一抗反射底层上形成一沟渠光阻层，其具有导线沟渠开口可暴露出部分的第一抗反射底层；通过所述导线沟渠开口蚀刻第一抗反射底层以及硬屏蔽层，以在硬屏蔽层蚀刻一凹陷沟渠；去除所述沟渠光阻层以及第一抗反射底层；沉积第二抗反射底层，并填满硬屏蔽层上的凹陷沟渠；于第二抗反射底层上形成一介层洞光阻层，其具有介层洞开口暴露出部分的第二抗反射底层；通过介层洞开口蚀穿第二抗反射底层、硬屏蔽层以及蚀刻部分介电层，以在介电层蚀刻一介层洞凹陷；以及以两阶段去除介层洞光阻层，包含有第一步骤以惰性气体/氟烷等离子体对该介层洞光阻进行反应时间小于20秒的短时间接触，然后，进行第二步骤以还原性气体等离子体去除剩余的介层洞光阻。2.如权利要求1所述的双镶嵌工艺中两阶段去除介层洞光阻的方法，其中所述硬屏蔽层还包含有碳化硅层以及硅氧层，而所述金属层夹于该碳化硅层以及硅氧层之间。3.如权利要求1所述的双镶嵌工艺中两阶段去除介层洞光阻的方法，其中所述金属层为氮化钛或氮化钽所构成。4.如权利要求1所述的双镶嵌工艺中两阶段去除介层洞光阻的方法，其中所述沟渠光阻层为193nm光阻。5.如权利要求1所述的双镶嵌工艺中两阶段去除介层洞光阻的方法，其中所述介层洞光阻层为193nm光阻。6.如权利要求1所述的双镶嵌工艺中两阶段去除介层洞光阻的方法，其中所述惰性气体包含有氦气、氩气、氮气。7.如权利要求1所述的双镶嵌工艺中两阶段去除介层洞光阻的方法，其中所述氟烷包含有四氟甲烷。8.如权利要求1所述的双镶嵌工艺中两阶段去除介层洞光阻的方法，其中所述还原性气体等离子体包含有氮气/氢气、氦气/氢气、氨气。9.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴至宁，连文良，李忠儒，李美龄，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]