专利名称：内连线结构的双嵌工艺的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种半导体工艺，且特别是有关于一种用以制造内连线(interconnect)结构的改良式双嵌工艺。
该内连线成形的双嵌工艺包括1、首先蚀刻一条沟道(trench)在第一介电层中。
2、利用金属(如铝或铜)填充该沟道。
3、利用化学机械研磨法(CMP)移除沟道上额外的金属。
在双嵌工艺中分别于第一与第二介电层制作出复数个介层窗与沟道的图样，且以金属填满该些介层窗(via)与沟道，之后再以化学机械研磨法移除过量的金属，致使该金属仅在该些孔洞与沟道之中存在。
该双嵌工艺的最主要的优点是在于能排除金属蚀刻的需求，该项优点是重要的，尤其对难以借传统电浆蚀刻图案化的铜金属来说。第二个优点则是能排除介电沟填能力的需求对企业来说是大的挑战，尤其是结构向小尺寸迈进的同时。
图1A至图1G为公知一种双嵌制作内连线结构的流程说明图。
图1A说明一种光阻图案化制备内连线结构的方法，另定义一介层窗图案在一第一光阻层中。该结构包括有基材2，薄介电层4(如二氧化硅)，与涂布在二氧化硅层4上的第一光阻层6。第一光罩层8用来定义一介层窗图案在光阻层6中。
图1B说明以已知的微影成相技术将该第一光罩层8的介层窗图案7形成于光阻层6中后的局部内连线结构。
图1C说明二氧化硅层4经蚀刻后得到与介层窗图案7相同的介层窗10，之后再移除光阻层6的局部内连线结构。
图1D说明一种制备内连线结构由有沟道图案的第二光阻层12制备。
图1E说明以已知的微影成相技术将第二光罩层11的沟道图案13形成于光阻层12中后的局部内连线结构。
图1F说明二氧化硅层4经蚀刻后得到与沟道图案13相同的沟道14的局部内连线结构。
图1G说明移除光阻层12后的局部内连线结构。经由这方法金属可以沉积于介层窗10与沟道14之中。
图1A至图1G说明的工艺步骤中需要有两个光阻层6，12及两个光罩8，11，额外地需要两种个别的蚀刻工艺步骤。(图1C与图1F)不幸地，这些额外的工艺步骤增加了费用，工艺循环的时间，及增加工艺的误差性。
此外，随着组件尺寸的缩小，层与层间对准控制(如工艺中的光罩数)的重要性随之增加。相对地，减少光罩层使用的数量能使对准误差问题降低，致使层与层间对准控制能力将增加至令人满意的结果。
本发明的目的就是在提供一种内连线结构的双嵌工艺，且可于该介层窗与沟道形成的过程中减少工艺步骤数。
本发明的另一目的是提供一种内连线结构的双嵌工艺，且可于该介层窗与沟道形成的过程中减少光阻层与光罩的需求数。
本发明的再一目的是提供一种内连线结构的双嵌工艺，且可利用一单一光阻层及单一光罩层来降低过去使用复数个光罩的对准问题。
本发明的再另一目的是提供一种内连线结构的双嵌工艺，且可利用一单一光阻层及单一光罩层来同时形成介层窗图案与沟道图案。
基于上述的目的，提出一种可克服先前所讨论的不利条件的双嵌工艺，以提供一种内连线结构制造方法。
为了完成本发明的目的，所以提出一种内连线结构的双嵌工艺。该内连线结构有一介电层，且一光阻层形成于其上。本发明的方法系借着已形成沟道图案与介层窗图案的光阻层来对介电层蚀刻出一沟道与一介层窗，且将该沟道图案与介层窗图案移转至介电层中。
依据本发明的一个实例，一个单一的光罩可用来将沟道图案与介层窗图案形成于光阻层中。该单一光罩包括有一具有一第一透光系数的沟道定义部分，以在光阻中定义做为沟道的图案，且包括有一具有一第二透光系数的介层窗定义部分，以在光阻中定义做为介层窗的图案。该第一透光系数与第二透光系数可各包括了不同相位。
为了让本发明的上述和其它优点、特征能明显易懂，将于提到专利说明与配合所附图式，做详细说明。
图面说明本发明通过不特定的实例并配合所附图式来描述。除非要表示不同，否则提及相同的部分在不同图中会有相同的数字与符号。
图1A至图1G的局部的图式说明传统双嵌工艺制作内连线结构的步骤。
图2至图7的局部的图式说明本发明一实例制作内连线结构的步骤。
图8说明一种本发明于图3中所说明的光罩的俯视图。
图9说明一种由图8的光罩9’-9’穿越线所得的侧视图。
附图标记说明2基材4介电层6第一光阻层7，60介层窗图案8第一光罩层10，78介层窗11第二光罩层12第二光阻层13，59沟道图案14，74沟道30基底34，44绝缘层38第一蚀刻停止层48第二蚀刻停止层54光阻层
58图案64光罩70隔离区80金属层84，88侧边隔离区94，98定义隔离区本发明将通过双重金属化工艺来描述。金属化重数变化的技术很明显地是一种寻常的技术，且本发明同样地应用单重与多重的设备。然而，本发明也毫无困难的应用其它已知的寻常技术与内连线结构。
图2至图6的局部的图式说明本发明一实例制作内连线结构的步骤。
图2说明一种光阻54沉积之后的局部内连线结构。该结构包括了基底30，一个第一绝缘层34沉积在基底30中，一个第一蚀刻停止层38沉积在第一绝缘层34中，一个第二绝缘层44沉积在第一蚀刻停止层38中，接着是一个第二蚀刻停止层48。
基底30可由一种半导体材料，如硅或砷化镓(GaAs)，制成一个半导体基底，或一个介电层由绝缘材料形成。当基底30是一个半导体基底时，该基底30可包括晶体管、半导体及其它已知的半导体组件。当基底30是一个介电层时，基底30可以包括介层窗与提供内连线与低结构(未显示)的结合电路间电传导的接点(未显示)。
第一绝缘层34与第二绝缘层44不限定由介电层所构成，例如二氧化硅。第一蚀刻停止层38与第二蚀刻停止层48不限定为氮化硅层。该些绝缘层34，44与蚀刻停止层38，48可以使用传统的技术来沉积，如旋涂式沉积(SOD)或化学气相沉积(CVD)。
一个光阻层54涂布在该第二蚀刻停止层48。举一个例子来说，该光阻层54的厚度可由0.4μm至2.0μm。这个厚度与传统的光阻层相同。就本发明来说是使用一个包括有沟道图案与介层窗图案的一单一光阻层54。
图3说明一种光阻层54有一清晰的图案58之后的局部内连线结构。图案58系利用一单一光罩64与已知的微影技术形成于光阻54中。
就本发明来说该图案58包括了一沟道图案59与介层窗图案60两者。传统的工艺中，每个图案是利用分离的光阻，换句话来说，一光阻包括沟道图案且第二个光阻包括介层窗图案。此外，先前的技术限制每个光阻仅能有一个单一的图案。
再依本发明来说是使用一单一光罩64来确立光阻54中的沟道图案59与介层窗图案60。该光罩64包括以不同的透光系数或不同相位转移于光阻中产生不同厚度的图案。例如，光阻54在介层窗图案60下的厚度是极微的或零，而光阻54在沟道图案59下的厚度则为0.2μm至1.5μm的范围之中。该光罩64在之后提及图7与图8时会再加以详述。
图4说明该沟道74被蚀刻出一隔离区(portion)70之后的局部内连线结构。一个第一种化学蚀刻特别用来蚀刻第二蚀刻停止层48与第二绝缘层44以确立出隔离区70。该蚀刻到第一蚀刻停止层38即停止。如果没有移去光阻来保护该第一蚀刻停止层38，本蚀刻必然对该第一蚀刻停止层38有选择性。(如该化学蚀刻无法移除该第一蚀刻停止层38或只对该第一蚀刻停止层38有极小的影响)例如，就实例来说，一个以氟化碳为基础的化学法或具氟碳基的反应性离子蚀刻(RIE)就不会显著攻击该氮化硅层38以用来蚀刻二氧化硅层44。
图5说明介层窗78形成之后的局部内连线结构。一个不同形式或与第一种化学相同的第二种化学可以被用来蚀刻穿第一蚀刻停止层38与第一绝缘层34。
图6说明任何过量或剩余的光阻54被剥除之后的局部内连线结构。之后以已知的技术将一种具传导性的金属80(包括但不限于铜、铝或钨)以沉积方式填充介层窗78与沟道74，并表示于图7中。金属沉积技术可利用物理气相沉积法(PVD)、电镀法或化学气相沉积法(CVD)。适当的附着/阻碍层与根源层(如铜源由铜电镀而来)如所周知的在主体金属沉积之前沉积。额外的具传导性材料在进行下一个工艺前可使用已知的技术如化学机械研磨法(CMP)或回蚀技术移除。特别是当金属回蚀时会致使金属的上表面与第二蚀刻停止层48的上表面形成一平面。
图8说明一种本发明于图3中所说明的光罩64的俯视图。图9说明一种由图8的光罩64的9’-9’穿越线所得的侧视图。就本发明来说是使用一个单一的光阻层54及一个单一光罩64在光阻层54中建立图案。借着使用该单一光罩64，本发明(1)节省工艺时间与费用，(2)改良工艺的效率，以及(3)避免在工艺中的两个或是更多的光罩所带来的对准误差问题。因此可以用于量产上。
就实例来说，光罩64包括两个不透光的侧边隔离区84，88。该些侧边隔离区84，88各有一个透光指数或系数为0％。(即没有光穿透该些隔离区)该光罩64也包括一条定义隔离区94的沟道来确立在光阻54的沟道图案，以及一个定义隔离区98的介层窗来确立在光阻54的界层图案。
一条定义隔离区94的沟道有第一透光系数如范围在20％至80％。一个定义隔离区98的介层窗有第二透光系数如为100％或略低于100％。透光系数(也可以归属为透光指数)是以百分比来表示且可归属为光穿过光罩的隔离区的量。
光罩中不同隔离区也可有不同的相转移。例如，一条定义隔离区94的沟道有第一相位如范围在0度至180度。该相位是以度来表示且可归属为光穿过光罩的隔离区的相转移量。
本发明可理解地修正为(1)仅在两个不同光罩64隔离区之间的透光指数；(2)仅在该不同光罩64隔离区的相位；(3)或该不同光罩64隔离区的透光指数与相位。本发明为了配合特殊用途可选择性改变参数以建立一图案在光阻54中。沟道图案59与介层窗图案60两者形成在光阻54中是重要的。就实例来说，沟道图案59与介层窗图案60两者是同时形成在光阻54中的。
就实例来说，在一定义隔离区94的沟道与一定义隔离区98的介层窗之间不同的透光指数与相位会造成穿过图案58的光阻54的厚度发生变化。换句话说，一定义隔离区98的介层窗用来建立介层窗图案60，以及一定义隔离区94的沟道用来建立沟道图案59。一较高的透光指数会有较多光穿透光罩64的隔离区，然而暴露在隔离区94或98之下的光阻54的隔离区有较多的光并与暴露较少光的光阻54的隔离区相较之下减低光阻54的厚度。该直接在介层窗图案60之下的光阻54的厚度(在本例中，该光阻54是没有或有极小的厚度)比直接在沟道图案59之下的光阻54的厚度来的薄。相对地，本发明可使用不同的透光指数、相位，或两者皆不同以选择性控制同样图案在光阻54中的厚度。
如此，本发明中的单一光罩64与方法允许图1A至图1G的工艺的所有步骤最小化。例如，本发明可实际使图1C、图1D和图1E的步骤变成不需要，以节省工艺时间。
虽然本发明是描述关于双嵌工艺，本发明可以用来增加整体效率，减少费用、工艺时间以及任何使用两个或更多的光罩来建立介层窗与沟道的制程的层与层间对准问题。
在前面的详述中，本发明已以一特殊的实例来描述出来。然而，在不脱离本发明的精神和范围内，可以做各种明显的改进与变型。相对地，该说明与图式着重在说明的意义限定意义来的大。
再者，结构的详述与所提供结构的制法也许会改变与也许需要或不需要依照实际材料来选择该结构的各隔离区，且知道该材料的工艺所需的强度与限制。其它未提供的详述是已知的或确定为一般人所熟知的技术，刻意省略是为了避免混淆本发明的性质。本发明的方法与结构的变更是可预期，只要以不违反本发明在权利要求书中界定的精神和范围为准。
权利要求
1.一种内连线结构的双嵌工艺，其特征在于包括下列步骤(a)于一基底上沉积一第一绝缘层；(b)在该第一绝缘层上沉积一第二绝缘层；(c)在该第二绝缘层上沉积一光阻层；以及(d)在该光阻层中形成一沟道图案与一介层窗图案。
2.如权利要求1所述的内连线结构的双嵌工艺，其特征在于其中步骤(d)更包括使用一单一光罩，同时在光阻层中形成该沟道图案与该介层窗图案。
3.如权利要求2所述的内连线结构的双嵌工艺，其特征在于更包括使用该单一光罩包括有一具有第一透光系数的沟道定义部分，以在该光阻中定义做为该沟道图案，且包括有一具有第二透光系数的介层窗定义部分，以在该光阻中定义做为该介层窗图案。
4.如权利要求3所述的内连线结构的双嵌工艺，其特征在于其中该单一光罩的第一透光系数的范围从0％至100％，第二透光系数则是100％。
5.如权利要求3所述的内连线结构的双嵌工艺，其特征在于其中该具有第一透光系数的沟道定义部分，以在该光阻中定义做为该沟道图案，包括一第一相位，且该具有第二透光系数的介层窗定义部分，以在该光阻中定义做为该介层窗图案，包括一第二相位。
6.如权利要求5所述的内连线结构的双嵌工艺，其特征在于其中该第一相位的范围由0度到180度，该第二相位则是0度。
7.如权利要求1所述的内连线结构的双嵌工艺，其特征在于其中该第一绝缘层的沉积步骤，更包括在该第一绝缘层之上的一第一蚀刻停止层的沉积步骤；以及该第二绝缘层沉积在该第一蚀刻停止层之上。
8.如权利要求7所述的内连线结构的双嵌工艺，其特征在于其中该第二绝缘层的沉积步骤，更包括该第二绝缘层之上的一第二蚀刻停止层的沉积步骤。
9.如权利要求8所述的内连线结构的双嵌工艺，其特征在于更包括在该第二蚀刻停止层中蚀刻一沟道；以及在该第二绝缘层中蚀刻该沟道。
10.如权利要求9所述的内连线结构的双嵌工艺，其特征在于更包括在该第一蚀刻停止层中蚀刻一介层窗；以及在该第一绝缘层中蚀刻该介层窗。
11.如权利要求10所述的内连线结构的双嵌工艺，其特征在于更包括移除任何多余的光阻；以及填充一种具传导金属至该介层窗与该沟道中。
12.如权利要求11所述的内连线结构的双嵌工艺，其特征在于更包括研磨该传导金属致使该传导金属的顶面与该第二蚀刻停止层的顶面成一平面。
13.一种利用一单一光阻层在一介电层中形成一沟道与一介层窗的内连线结构的双嵌工艺的蚀刻方法，其特征在于包括(a)形成一沟道图案与一介层窗图案在该光阻层中；以及(b)转移该沟道图案与该介层窗图案至该介电层中。
14.如权利要求13所述的内连线结构的双嵌工艺的蚀刻方法，其特征在于其中步骤(a)包括使用一单一光罩在该光阻层中形成该沟道图案与该介层窗图案。
15.如权利要求14所述的内连线结构的双嵌工艺的蚀刻方法，其特征在于其中步骤(a)更包括同时在该光阻层中形成该沟道图案与该介层窗图案。
16.如权利要求14所述的内连线结构的双嵌工艺的蚀刻方法，其特征在于更包括该单一光罩包括有一具有第一透光系数的沟道定义部分，以在该光阻中定义做为该沟道图案，且包括有一具有第二透光系数的介层窗定义部分，以在该光阻中定义做为该介层窗图案。
17.如权利要求16所述的内连线结构的双嵌工艺的蚀刻方法，其特征在于其中该单一光罩的第一透光系数的范围从0％至100％，第二透光系数则是100％。
18.如权利要求16所述的内连线结构的双嵌工艺的蚀刻方法，其特征在于其中该具有第一透光系数的沟道定义部分，以在该光阻中定义做为该沟道图案，包括一第一相位，且该具有第二透光系数的介层窗定义部分，以在该光阻中定义做为该介层窗图案，包括一第二相位。
19.如权利要求18所述的内连线结构的双嵌工艺的蚀刻方法，其特征在于其中该第一相位范围由0度到180度，该第二相位则是0度。
20.如权利要求13所述的内连线结构的双嵌工艺的蚀刻方法，其特征在于更包括完整地蚀刻该沟道图案在该介电层中。
21.如权利要求20所述的内连线结构的双嵌工艺的蚀刻方法，其特征在于更包括完整地蚀刻该介层窗图案在该介电层中。
22.如权利要求21所述的内连线结构的双嵌工艺的蚀刻方法，其特征在于更包括移除任何多余的该光阻；以及填充一传导金属至该介层窗与该沟道中。
23.如权利要求22所述的内连线结构的双嵌工艺的蚀刻方法，其特征在于更包括研磨该传导金属致使该传导金属的顶面与该第二蚀刻停止层的顶面成一平面。
24.一种内连线结构的双嵌工艺，其特征在于包括(a)沉积一光阻在一制造结构之上，该制造机构有一第一绝缘层与一第二绝缘层；(b)利用一单一光罩在该光阻中确定一沟道图案与一介层窗图案；(c)在该第一绝缘层与第二绝缘层中完整地蚀刻该沟道图案与该介层窗图案。
25.如权利要求24所述的内连线结构的双嵌工艺，其特征在于其中步骤(b)更包括使用一单一光罩包括有一具有第一透光系数的沟道定义部分，以在该光阻中定义做为该沟道图案，且包括有一具有第二透光系数的介层窗定义部分，以在该光阻中定义做为该介层窗图案。
26.一种单一光罩，用来蚀刻一沟道图案与一介层窗图案，其特征在于包括一沟道定义部分，具有一第一透光系数以定义沟道图案；以及一介层窗定义部分，具有一第二透光系数以定义介层窗图案。
27.如权利要求26所述的该单一光罩，其特征在于其中该第一透光系数的范围从0％至100％，该第二透光系数则是100％。
28.如权利要求26所述的该单一光罩，其特征在于其中该沟道定义部分包括一第一相位，及该介层窗定义部分包括一第二相位。
29.如权利要求28所述的该单一光罩，其特征在于其中该第一相位范围由0度到180度，该第二相位则是0度。
全文摘要
一种使用双嵌工艺制造内连线结构的方法。该内连线结构具有一介电层,且一光阻层形成于其上。本发明的方法系通过在光阻层中形成沟道图案与介层窗图案,且将该沟道图案与介层窗图案移转至介电层中,以在介电层中蚀刻出一沟道与一介层窗。只使用一单一光罩就可在光阻层中形成沟道图案与介层窗图案。该单一光罩包括有一具有一第一透光系数的沟道定义部分,以在光阻中定义做为沟道的图案,且包括有一具有一第二透光系数的介层窗定义部分,以在光阻中定义做为介层窗的图案。该第一与第二透光系数可各包括不同光的相位。
文档编号H01L21/70GK1379461SQ0110952
公开日2002年11月13日 申请日期2001年3月30日 优先权日2001年3月30日
发明者张文彬 申请人:华邦电子股份有限公司