[發明專利]復合開口的形成方法及應用該方法的雙重金屬鑲嵌工藝

無效

• 申請號: 200710085886.4
• 申請日: 2007-03-08
• 公開（公告）號: CN101261954A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 馬宏
• 申請（專利權）人: 聯華電子股份有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/311
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 陶鳳波

技術領域

本發明涉及一種半導體工藝，且特別涉及一種復合開口的形成方法及應用該方法的雙重金屬鑲嵌工藝。

背景技術

隨著半導體元件集成度的提升，多重金屬內連線的使用愈來愈廣泛。通常，多重金屬內連線的金屬層的阻值愈低，則元件的可靠度愈高，元件的效能愈好。在金屬材料中，銅金屬的阻值低，非常適合用作多重金屬內連線，但，由于銅金屬難以傳統的光刻蝕刻技術來圖案化，因而發展出一種稱之為雙重金屬鑲嵌工藝。

雙重金屬鑲嵌工藝是一種在介電層中形成溝槽與通路開口，再回填金屬，以形成金屬導線與通路的技術。雙重金屬鑲嵌工藝的方法有許多種，有的是在介電層中先形成通路開口，再形成溝槽；有的則是先形成溝槽，再形成通路。

以先形成通路開口再形成溝槽方法來進行雙重金屬鑲嵌工藝時，在形成溝槽的蝕刻過程中，通路開口下方所對應的金屬層可能也會遭受蝕刻的破壞，而造成元件電性上的問題。

請參照圖1，為了避免通路開口下方所對應的金屬層102在形成溝槽的蝕刻過程中遭受蝕刻的破壞，目前已知的一種方法，是在介電層106中形成通路開口110之后，先在通路開口110中填入溝填層112，以避免通路開口110下方所對應的金屬層102遭受蝕刻的破壞。然而，此方法常會因為溝填層112的遮蔽效應(shadowing?effect)，而在后續蝕刻形成溝槽120之后，在通路開口110頂角110a處殘留柵欄(fence)狀的介電層106a，造成元件可靠度的問題。然而，要消除柵欄狀的介電層常面臨許多的困難。藉由調整溝填層的高度來避免柵欄狀介電層的形成是一種可以采行的方法，但是由于蝕刻均勻度不佳以及微負載效應(microloading?effect)的影響，在基底中心處的溝填層的厚度與基底邊緣處的溝填層的厚度，或是密集區域的溝填層的厚度與基底疏松區域的溝填層的厚度常有著極大的差異，使得工藝的空間(process?window)非常狹小。

另一方面，請參照圖2，若是為了避免在蝕刻的過程中形成柵欄狀的介電層，而采用在蝕刻過程中可以形成較少聚合物的蝕刻氣體來進行溝槽的蝕刻工藝，則溝槽120頂角120a處的介電層106會因為沒有聚合物的保護而遭受蝕刻劑的破壞，造成溝槽120頂角120a圓化的現象。當后續沉積的金屬層122填入此頂角圓化的溝槽之后，相鄰的兩個雙重金屬鑲嵌結構，可能會因此而橋接。

發明內容

本發明的目的是提供一種雙重金屬鑲嵌結構的制造方法，其可以避免溝槽頂角圓化的現象，防止相鄰的兩個雙重金屬鑲嵌結構發生橋接的現象。

本發明的又一目的是提供一種雙重金屬鑲嵌結構的制造方法，其可以避免形成柵欄狀的介電層。

本發明的再一目的是提供一種復合開口的形成方法，其可以避免寬開口頂角圓化現象且可避免窄開口頂角形成柵欄狀的凸起。

本發明提出一種雙重金屬鑲嵌工藝。此方法是在已形成襯層的基底上形成介電層，并在其中形成通路開口，裸露出基底上的襯層。接著，在通路開口中填入溝填層并在基底上形成阻抗層。之后，進行光刻與蝕刻工藝，以在介電層中形成溝槽，并使得留下的溝填層呈拱頂狀，其中在進行蝕刻工藝時，該溝填材料層的蝕刻速率大于該阻抗層的蝕刻速率。其后，去除溝填層、阻抗層與通路開口所裸露的襯層，再于溝槽與通路開口中形成導電層。

依照本發明實施例所述，上述的雙重金屬鑲嵌工藝中，在進行蝕刻工藝時，溝填層/阻抗層的蝕刻選擇比為3至1.1。

依照本發明實施例所述，上述的雙重金屬鑲嵌工藝中，在進行蝕刻工藝時，溝填層的蝕刻速率大于介電層的蝕刻速率。

依照本發明實施例所述，上述的雙重金屬鑲嵌工藝中，在進行蝕刻工藝時，溝填層/介電層的蝕刻選擇比為1.2至2。

依照本發明實施例所述，上述的雙重金屬鑲嵌工藝中，阻抗層的蝕刻速率大于介電層的蝕刻速率。

依照本發明實施例所述，上述的雙重金屬鑲嵌工藝中，在進行蝕刻工藝時的蝕刻氣體不含氧氣。

依照本發明實施例所述，上述的雙重金屬鑲嵌工藝中，在進行蝕刻工藝時所使用的氣體包括氟烴。

依照本發明實施例所述，上述的雙重金屬鑲嵌工藝中，在進行蝕刻工藝時所使用的氣體還包括載氣。

依照本發明實施例所述，上述的雙重金屬鑲嵌工藝中，在進行蝕刻工藝時所使用的氣體還包括調整氣體。依照本發明實施例所述，上述的雙重金屬鑲嵌工藝中，介電層的材質包括低介電常數材料。

依照本發明實施例所述，上述的雙重金屬鑲嵌工藝更包括在形成該通路開口之前，在介電層上形成頂蓋層。