双重镶嵌结构的制造方法技术

一种双重镶嵌结构的制造方法，此方法的步骤如下：首先提供已形成导电层的基底，于此基底上依序形成第一介电层、第二介电层以及同时作为底层抗反射层的顶盖层。然后，定义顶盖层、第二介电层与第一介电层以形成暴露导电层的介层窗开口。接着，于顶盖层上形成一负光阻层，再图案化负光阻层以形成一开口。接着以负光阻层为罩幕，移除暴露的顶盖层与第二介电层以形成暴露第一介电层的沟渠，再移除负光阻层。然后，依序于沟渠与介层窗开口内形成共形的障碍层以及导体层，且导体层填满沟渠与介层窗开口。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是有关于一种半导体元件的多重内连线(Multi-LevelInterconnects)的制造方法，且特别是有关于一种双重镶嵌结构(DualDamascene)的制造方法。一般的双重镶嵌工艺包括介层窗自行对准双重镶嵌(Self-AlignedDual Damascene，SADD)、导线沟渠先定义双重镶嵌(Trench First DualDamascene，TFDD)、介层窗先定义双重镶嵌(Via First Dual Damascene，VFDD)等方式。请参照附图说明图1A至图1E，为公知一种介层窗先定义双重镶嵌结构的制造流程剖面图。首先，请参照图1A，在已形成有导线102的基底100上依序形成保护层104、介电层106、蚀刻中止层108、介电层110、顶盖层112以及底层抗反射层114。接着，再于底层抗反射层114上形成正光阻层116，并以微影成像技术图案化正光阻层116，以形成开口117，其定义出介层窗开口的位置。然后，以正光阻层116为罩幕移除部分底层抗反射层114、顶盖层112、介电层110、蚀刻中止层108以及介电层106，以形成暴露保护层104的一介层窗开口118。接着，请参照图1B，在移除正光阻层116与底层抗反射层114后，于基底100上形成一层沟填材料层120以填满介层窗开口118。然后进行一回蚀刻工艺，移除介层窗开口118以外的沟填材料层120。然后，依序于基底100上形成底层抗反射层122以及正光阻层124，再以微影成像技术将正光阻层124图案化以形成开口125，用以定义稍后将形成的沟渠的位置。接着，请参照图1C，以正光阻层124为罩幕，移除部分底层抗反射层122、顶盖层112以及介电层110以形成一沟渠126，同时也会移除部分沟填材料层120。然后，再去除正光阻层124以及底层抗反射层122。接着，请参照图1D，在移除沟填材料层120后，移除开口126所裸露的部分蚀刻中止层108以及介层窗开口118所裸露的部分保护层104，并暴露出基底100中的导线102的表面。接着，请参照图1E，在基底100上先形成一层共形的障碍层128，再于基底100上形成一层导体层130，以填满介层窗开口118与沟渠126。然后，再以化学机械研磨法进行平坦化，以去除介层窗开口118与沟渠126以外的多余的导体层130与障碍层128。在上述介层窗先定义双重金属镶嵌工艺中，需要在介层窗开口118中形成一沟填材料层120以防止正光阻层124残留于介层窗开口118中，进而防止介层窗插塞的阻值与元件的电阻电容延迟效应因残留的正光阻而升高。但是，在线宽紧缩至0.13微米或更小时，填沟物质即难以填入高宽比(Aspect Ratio)大于5的开口。而且，在移除沟填材料后，会有部分沟填材料残留在介层窗开口118与沟渠126间的转角(Corner)上而形成包围介层窗开口118的一栅状(Fence)结构132，所以在沉积障碍层128时，障碍层128会被栅状(Fence)结构截断而降低其障碍功能，并造成金属连线间不当的桥接，甚至使元件失效。此外，公知技术中定义介层窗开口118时是以正光阻层116为罩幕，直接移除底层抗反射层114、顶盖层112、介电层110、蚀刻中止层108以及介电层106直到暴露保护层104为止。然而，由于连续蚀刻两层介电层所需的蚀刻深度很大，因此正光阻层116需要有相当的厚度才能用来定义介层窗开口118，而造成光阻的成本增加，且较厚的正光阻层116也会产生微影工艺质量变差以及剥落或掉落的问题。此外，公知技术使用的低介电常数材料必须有低于3的介电常数，例如是气相沉积高分子(Vapor-Phase Deposition Polymers，VPDP)、旋涂式介电质(Spin-on Dielectric，SOD)或旋涂式玻璃(Spin-on Glass，SOG)等，其致密性、硬度与机械强度(Mechanical Strength)都较小，所以在受到应力作用时，容易因为介层窗开口的存在而造成介层窗结构的变形(Deformation)，进而形成薄弱点(Weak Point)并造成缺陷，且影响元件合格率。本专利技术的另一目的为提出一种，可以增加关键尺寸(Critical Dimension，CD)的一致性，并减少光阻的成本及增加工艺裕度。本专利技术的再一目的为提出一种，可防止介层窗开口的变形。根据上述目的，本专利技术提出一种，此方法是在已形成一导电层的基底上依序形成一保护层、一第一介电层、一蚀刻中止层、一第二介电层与作为底层抗反射层的一顶盖层。接着定义顶盖层与第二介电层，以形成暴露蚀刻中止层的第一开口，用以定义一介层窗开口的位置。然后，于顶盖层上形成具有一第二开口的一图案化负光阻层，用以定义一沟渠的位置。接着移除第二开口所暴露的顶盖层，并移除第一开口所暴露的蚀刻中止层，再移除第二开口所暴露的第二介电层以形成一沟渠，同时移除第一开口所暴露的第一介电层以形成一介层窗开口。然后，移除介层窗开口所暴露的保护层。然后移除负光阻层，再依序于沟渠与介层窗开口内形成一共形的障碍层以及一导体层，且导体层填满沟渠与介层窗开口。另外，本专利技术还可采用先定义介层窗开口的方式，在已形成导电层的基底上依序形成一第一介电层、一第二介电层与一底层抗反射层。接着定义底层抗反射层、第二介电层与第一介电层以形成暴露导电层的一介层窗开口。于底层抗反射层上形成一负光阻层，图案化该负光阻层以形成一开口。然后，以负光阻层为罩幕，移除开口所暴露的抗反射层与第二介电层以形成暴露第一介电层的一沟渠。然后移除负光阻层，再于沟渠与介层窗开口内形成共形的一障碍层及其上的一导体层，且导体层填满沟渠与介层窗开口。由于本专利技术利用负光阻定义沟渠图案，而在沟渠区域的未曝光负光阻层可以显影液移除，所以不会造成光阻残留。因此，采用本方法时不需要在介层窗开口中形成沟填材料层，即可维持可接受的电阻电容延迟(RC Delay)特性，同时也因为不形成沟填材料层，故不会在介层窗开口与沟渠的转角上形成栅状结构，而可防止金属连线间不当的桥接及元件失效。此外，本专利技术所提方法之一是利用局部蚀刻工艺定义复合低介电常数材料的双重镶嵌结构，并使用抗蚀刻能力比公知技术所使用的正光阻强的负光阻，因此负光阻层的厚度不需要太厚，而可以增加关键尺寸的一致性，并可减少成本以及增加工艺裕度。而且使用结构较为致密的低介电常数材料作为双重金属镶嵌结构的介电层，以防止介层窗开口结构的变形。另外，直接利用顶盖层作为定义介层窗开口以及沟渠的底层抗反射层，因此不需要另外于顶盖层上形成底层抗反射层，可以减少成本。图2A与图2F是依照本专利技术一实施例的双重镶嵌结构的制造流程剖面图。附图标记说明100、200基底102、202导线104、204保护层108、208蚀刻中止层 106、110、206、210介电层112、212顶盖层114、122底层抗反射层116、124正光阻层117、125、216、218、222、223开口118、219介层窗开口126、223沟渠120沟填材料层128、224障碍层130、226导体层132栅状结构214光阻层220负光阻层请参照图2A，首先提供一基底200(为简化起见，基底200内的元件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双重镶嵌结构的制造方法，其特征为：该方法包括： 提供一基底，该基底具有一导电层； 依序于该基底上形成一保护层、一第一介电层、一蚀刻中止层、一第二介电层与同时作为一底层抗反射层的一顶盖层； 定义该顶盖层与该第二介电层，以形成暴露该蚀刻中止层的表面的第一开口，用以定义一介层窗开口的位置； 于该顶盖层上形成一图案化负光阻层，该图案化负光阻层具有一第二开口，用以定义一沟渠的位置； 移除该第二开口所暴露的该顶盖层，并移除该第一开口所暴露的该蚀刻中止层； 移除该第二开口所暴露的该第二介电层以形成该沟渠，同时移除该第一开口所暴露的该第一介电层以形成该介层窗开口； 移除该介层窗开口所暴露的该保护层； 移除该负光阻层；以及 于该沟渠与该介层窗开口内形成共形的一障碍层及其上的一导体层，该导体层填满该沟渠与该介层窗开口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种双重镶嵌结构的制造方法，其特征为该方法包括提供一基底，该基底具有一导电层；依序于该基底上形成一保护层、一第一介电层、一蚀刻中止层、一第二介电层与同时作为一底层抗反射层的一顶盖层；定义该顶盖层与该第二介电层，以形成暴露该蚀刻中止层的表面的第一开口，用以定义一介层窗开口的位置；于该顶盖层上形成一图案化负光阻层，该图案化负光阻层具有一第二开口，用以定义一沟渠的位置；移除该第二开口所暴露的该顶盖层，并移除该第一开口所暴露的该蚀刻中止层；移除该第二开口所暴露的该第二介电层以形成该沟渠，同时移除该第一开口所暴露的该第一介电层以形成该介层窗开口；移除该介层窗开口所暴露的该保护层；移除该负光阻层；以及于该沟渠与该介层窗开口内形成共形的一障碍层及其上的一导体层，该导体层填满该沟渠与该介层窗开口。2.如权利要求1所述的双重镶嵌结构的制造方法，其特征为该第一介电层的材料选自含氟硅玻璃与未掺杂硅玻璃所组成族群的其中之一。3.如权利要求2所述的双重镶嵌结构的制造方法，其特征为形成该第一介电层的方法包括等离子体增进化学气相沉积法或高密度等离子体化学气相沉积法。4.如权利要求1所述的双重镶嵌结构的制造方法，其特征为该第一介电层的材料选自聚亚芳香基醚、氟化聚亚芳香基醚与氢化硅倍半氧化物所组成族群的其中之一。5.如权利要求4所述的双重镶嵌结构的制造方法，其特征为形成该第一介电层的方法包括旋转涂布法或化学气相沉积法。6.如权利要求1所述的双重镶嵌结构的制造方法，其特征为该第二介电层的材料选自含氟硅玻璃与未掺杂硅玻璃所组成族群的其中之一。7.如权利要求6所述的双重镶嵌结构的制造方法，其特征为形成该第二介电层的方法包括等离子体增进化学气相沉积法或高密度等离子体化学气相沉积法。8.如权利要求1所述的双重镶嵌结构的制造方法，其特征为该第二介电层的材料选自聚亚芳香基醚、氟化聚亚芳香基醚与氢化硅倍半氧化物所组成族群的其中之一。9.如权利要求8所述的双重镶嵌结构的制造方法，其特征为形成该第二介电层的方法包括旋转涂布法或化学气相沉积法。10.如权利要求1所述的双重镶嵌结构的制造方法，其特征为该顶盖层的材料包括氮氧化硅。11.如权利要求10所述的双重镶嵌结构的制造方法，其特征为形成该顶盖层的方法包括化学气相沉积法。12.一种双重镶嵌结构的制造方法，其特征为该方法包括提供一基底，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄义雄，黄俊仁，洪圭钧，张景旭，
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]