专利名称：金属镶嵌制程的去除光阻的方法
技术领域：
本发明有关一种半导体元件的金属镶嵌(Dual Damascene)的制造制程，且特别是有关于一种金属镶嵌制程的光阻层的移除方法。
(2)背景技术由于集成电路的半导体元件的集成度日益增加，使得晶片的表面无法提供足够的面积来制作所需的内连线时，为了配合金属氧化物半导体(Metal OxideSemiconductor；MOS)晶体管缩小后所增加的内连线需求，两层以上的金属层设计，便逐渐的成为许多集成电路所必需采用的方式。此外，在深次微米的制程中，由于集成电路的集成度不断增加，因此目前大多采用多层内连线(Multi-levelinterconnects)的立体架构，且常以内金属介电层(Inter-Metal Dielectric；IMD)作为隔离各金属内连线的介电材料。其中用来连接上下两层金属层的导线，在半导体工业上，称之为介层窗插塞(Via Plug)。通常于介电层中形成的开口，若是暴露出内连线中的基底元件，则称的为接触窗(contact hole)。
习知的制造介层洞和内连线的方法有两种，其中一种是介层洞和内连线分两步骤完成，即在金属层上方形成介电层，接着在介电层上方限定光阻层(Photoresist；PR)，然后利用蚀刻技术完成介层窗，并利用沉积法在此介层窗沉积导电材料以完成介层窗的制作，之后沉积并限定金属层，最后再沉积内金属介电层。传统形成金属内连线的制程，是分别以两次微影制程制作介层窗与金属内连线，因此需要繁琐的沉积与图案限定的步骤。然而，在深次微米(Sub-quartermicron)以下的半导体制程，因多层连线布局(Layout)更复杂，造成难以限定金属内连线的图案。
因此，目前又发展出另一种镶嵌式内连结线结构(Damascene interconnectstructure)。依据制程上的特性，可分为单层型(Single type)、双重型(Dualtype)与自我对准型(Self-aligned type)。金属镶嵌法(Damascene)是为一种在介电层中先蚀刻出金属内连线的沟渠，再填入金属当作内连线的方法，此法可使得金属内连线的制程不用蚀刻的步骤，而能将铜等不易蚀刻的金属引入半导体元件之中。因此在深次微米中制造内连线以此法为最佳的方式。
虽然金属镶嵌的技术是一种形成介层窗和内连线的技术，但由于习知的金属镶嵌技术在沟槽蚀刻后，会形成有机聚合物的残留物于光阻层的表面上。传统去除具有有机聚合物的残留物的光阻层的方法是为氧等离子体处理法，此方法虽然可有效地移除上述的光阻层，然而，却会造成沟槽的变形而形成弓状轮廓120的沟槽110，如图1所示。具有弓状轮廓的沟槽将弱化后续的阻障层与金属层的沉积能力。尤其是在铜/化学气相沉积型态的无机低介电镶嵌结构中，上述问题将会更为严重。
(3)发明内容本发明的目的是在于提供一种新的金属镶嵌制程的移除光阻层的方法，以便于提升后续制程的产率以及良率。
根据本发明的上述目的，本发明揭示了一种新的金属镶嵌制程的光阻层的去除方法。首先提供一半导体元件，其上覆盖形成一介电层。然后在介电层上方形成且限定一光阻层。随后，藉由光阻层当成一罩幕进行一蚀刻制程，并蚀穿介电层以形成介层洞，且在光阻层的表面上形成一聚合物层。之后，进行一两步骤移除制程移除光阻层上的聚合物层与光阻层。藉此，可维持沟槽轮廓，且可避免聚合物层的残留。
本发明是藉由两步骤去除制程完全移除光阻层上的有机聚合物以及光阻层，以避免残留有机聚合物与防止沟槽轮廓的变形。此外，本发明的两步骤去除制程是藉由一具有CF4的混合气体进行灰化制程，以便于先行移除光阻层上的有机聚合物。接着，再以另一具有氢气的混合气体进行另一灰化制程，以便于完全移除光阻层。所以，本发明可有效地提高制程上的良率与产率，并增加后续的阻障层与金属层的沉积能力以增加元件的再现性。因此，本发明能符合经济上的效益与产业上的利用性。所以，本方法能适用于半导体元件的深次微米的技术中。
为进一步说明本发明的目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。
(4)
图1是为传统的光阻层移除制程形成轮廓变形的示意图；图2A至图2D是为根据本发明的第一较佳实施例中，藉由两步骤移除光阻层制程以形成沟槽的制程剖面图；图3A至图3E是为根据本发明的第二较佳实施例中，藉由两步骤移除光阻层制程以形成双重金属镶嵌的制程剖面图；与图4A与图4E是为根据本发明的第三较佳实施例中，藉由两步骤移除光阻层制程以形成双重金属镶嵌的制程剖面图。
(5)具体实施方式
本发明在此所探讨的方向为一种具有高深宽比的沟槽蚀刻制程。为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的步骤或元件。显然地，本发明的施行并未限定于半导体元件的技艺者所熟习的特殊细节。另一方面，众所周知的制程步骤或元件并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。本发明的较佳实施例予以详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以广泛地施行在其他的实施例中，且本发明的范围不受限定，而是以权利要求书所限定专利保护范围为准。
参考图2A至图2D所示，在本发明的第一实施例中，首先提供一半导体底材200，其上覆盖形成一介电层210。然后，在介电层210上方形成且限定一光阻层220。接着，藉由光阻层220当成一蚀刻罩幕进行一蚀刻制程，并蚀穿介电层210以形成一沟槽240，且在光阻层220的表面上形成一聚合物层230。之后，进行两步骤移除制程去除光阻层210上的聚合物层230与光阻层220，其中，两步骤移除制程至少包括一聚合物移除制程与一光阻层移除制程。此外，聚合物移除制程至少包括一具有CF4的混合气体，以便于预先去除光阻层220上的聚合物层230，且光阻层移除制程至少包括具有氢气的混合气体，以便于保持沟槽240的轮廓。
参考图3A与图3B所示，在本发明的第二实施例中，首先提供一半导体底材300，且其上覆盖形成一第一介电层310，接着在第一内金属介电层310上依序覆盖形成一蚀刻终止层(Etching stop layer)320与一第二介电层330。在本实施例中，第一介电层310与第二介电层330的材质至少包括一具有低介电系数的无机材料。接着，在第二介电层330上方形成一第一光阻层340，并将此第一光阻层340限定出一欲形成深图案的区域。随后，藉由第一光阻层340当成一蚀刻罩幕进行深图案的干蚀刻制程，并依序蚀穿第二介电层330、蚀刻终止层320与第一介电层310，以形成一介层洞360，且形成一第一聚合物层350于第一光阻层340的表面上。
参考图3C与图3D所示，在本实施例中，进行一两步骤移除制程去除第一光阻层340上的聚合物层350与第一光阻层340，其中，两步骤移除制程至少包括首先进行一聚合物移除制程以预先移除第一光阻层340上的第一聚合物层350，其中，聚合物移除制程是藉由一具有CF4/O2的混合气体进行一灰化制程，且聚合物移除制程至少包括一温度约为30℃至60℃的范围；接着进行一光阻层移除制程以移除第一光阻层340，其中，光阻层移除制程是藉由一具有H2/O2的混合气体进行一灰化制程，且光阻层移除制程至少包括一温度约为30℃至60℃的范围。然后，在第二介电层330上方形成一第二光阻层370，接着将此第二光阻层370限定出一欲形成浅图案的区域，使得第二光阻层370曝露出介层洞360与第二介电层330的部分表面，且浅图案的水平尺寸比深图案的水平尺寸大。之后，藉由第二光阻层370当成一蚀刻罩幕进行浅图案的干蚀刻制程，并以蚀刻终止层320作为蚀刻终点，以移除第二介电层330所曝露的部分表面位置，并形成另一个水平尺寸更大的沟槽390与形成一第二聚合物层380于第二光阻层370的表面上。随后，进行上述的两步骤移除制程以移除第二光阻层370及其上的第二聚合物层380，并形成金属镶嵌的开口，如图3E所示。
参考图4A与图4B所示，在本发明的第三实施例中，首先提供一半导体底材400，且其上覆盖形成一第一无机介电层410，接着，在第一无机介电层410上依序覆盖形成一蚀刻终止层(Etching stop layer)420与一第二无机介电层430，其中，第一无机介电层410与第二无机介电层430的形成方法至少包括一化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition；CVD)。然后，在第二无机介电层430上方形成一第一光阻层440，并将此第一光阻层440限定出一欲形成浅图案的区域，且使得第一光阻层440曝露出第二无机介电层430的部分表面。随后，藉由第一光阻层440当成一蚀刻罩幕进行一浅图案的干蚀刻制程，且蚀刻第二无机介电层430直到终止层420为止，以形成一沟槽460。在干蚀刻制程完成后，形成一第一聚合物层450于第一光阻层440的表面上，其中，干蚀刻制程的蚀刻剂至少包括有机气体。
参考图4C与图4D所示，在本实施例中，进行一两步骤移除制程去除第一光阻层440上的聚合物层450与第一光阻层440，其中，两步骤移除制程至少包括首先藉由一至少包括一CF4/O2的混合气体进行一第一灰化制程以预先移除第一光阻层440上的第一聚合物层450，其中，第一灰化制程至少包括温度约为30℃至60℃的范围；接着藉由具有H2/O2的混合气体进行一第二灰化制程以移除第一光阻层440，其中，第二灰化制程至少包括一温度约为30℃至60℃的范围。然后，在第二无机介电层430上方形成一第二光阻层470，接着将此第二光阻层470限定出一欲形成深图案的区域，使得第二光阻层470曝露出沟槽460中的蚀刻终止层420的部分表面，且浅图案的水平尺寸比深图案的水平尺寸大。之后，藉由第二光阻层470当成一蚀刻罩幕进行一深图案的干蚀刻制程，并依序蚀刻蚀刻终止层420与第一无机介电层410，且形成另一个水平尺寸较小的介层洞490。在干蚀刻制程完成后，一第二聚合物层480形成于第二光阻层470的表面上，其中，干蚀刻制程的蚀刻剂至少包括一有机气体。随后，进行上述的两步骤移除制程以移除第二光阻层470及其上的第二聚合物层480，并形成金属镶嵌的开口，如图4E所示。
如上所述，在本发明的实施例中，本发明可藉由两步骤去除制程完全移除光阻层上的有机聚合物以及光阻层，以避免残留有机聚个物与防止沟槽轮廓的变形。此外，本发明的两步骤去除制程是藉由一具有CF4的混合气体进行灰化制程，以便于先行移除光阻层上的有机聚合物，以避免有机化合物的残留。接着，再以一具有氢气的混合气体进行灰化制程，以便于完全移除光阻层且可防止沟槽变形。所以，本发明可有效地提高制程上的良率与产率，并增加后续的阻障层与金属层的沉积能力以增加元件的再现性。因此，本发明能符合经济上的效益与产业上的利用性。所以，本方法能适用于半导体元件的深次微米的技术中。
当然，本发明除了可能用在金属镶嵌的光阻层的去除制程上，也可能用在任何半导体元件的光阻层的移除制程上。而且，本发明藉由两步骤移除制程以完全去除有机化合物与避免轮廓变形，迄今仍未发展用在关于金属镶嵌制程方面。对深次微米的制程而言，本方法为一较佳可行的移除光阻层的制程。
显然地，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修正与差异。因此需要在其附加的权利要求项的范围内加以理解，除了上述详细的描述外，本发明还可以广泛地在其他的实施例中施行。
上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包括在下述申请专利范围内。
权利要求
1.一种用于沟槽制程的一光阻层的移除方法，其中，该沟槽制程提供一具有一介电层于其上的半导体底材底材，其特征在于，该光阻层的移除方法至少包括下列步骤形成一光阻层于该介电层上；藉由该光阻层当成一蚀刻罩幕进行一蚀刻制程，并蚀刻该介电层以形成一沟槽；进行一第一移除制程以去除部分的该光阻层；与进行一第二移除制程以去除该光阻层。
2.如权利要求1所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的介电层至少包括一具有低介电系数的无机材质。
3.如权利要求1所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的第一移除制程至少包括具有CF4的混合气体。
4.如权利要求3所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的具有该CF4的混合气体至少包括氧气。
5.如权利要求1所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的第一移除制程至少包括一灰化制程。
6.如权利要求1所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的第一移除制程至少包括30℃至60℃的温度范围。
7.如权利要求1所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的第二移除制程至少包括具有氢气的混合气体。
8.如权利要求7所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的具有该氢气的混合气体至少包括氧气。
9.如权利要求1所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的第二移除制程至少包括一灰化制程。
10.如权利要求1所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的第二移除制程至少包括30℃至60℃的温度范围。
11.一种形成镶嵌结构的光阻层的移除方法，该镶嵌结构包括一半导体底材底材，其中，该半导体底材上依序具有一第一介电层、一蚀刻终止层与一第二介电层，其特征在于，该光阻层的移除方法至少包括下列步骤形成一第一光阻层于该第二介电层上，并暴露一第一图案区于该第二介电层上；藉由该第一光阻层当成一蚀刻罩幕进行一第一蚀刻制程，并依序蚀穿该第二介电层、该蚀刻终止层与该第一介电层直到该半导体底材为止，以形成一第一沟槽，且在该第一蚀刻制程完成后形成一第一聚合物层于该第一光阻层的表面上；进行一第一移除制程以去除该第一光阻层上的该第一聚合物层；进行一第二移除制程以去除该第一光阻层；形成一第二光阻层于该第二介电层上，并暴露出一第二图案区于该第一沟槽与该第二介电层上；藉由该第二光阻层当成一蚀刻罩幕与该蚀刻终止层作为一蚀刻终点进行一第二蚀刻制程直到该蚀刻终止层为止，以形成一第二沟槽，且在该第二蚀刻制程完成后形成一第二聚合物层于该第二光阻层的表面上；进行该第一移除制程以移除该第二光阻层上的该第二聚合物层；与进行该第二移除制程以移除该第二光阻层。
12.如权利要求11所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的第一介电层至少包括一具有低介电系数的无机材质。
13.如权利要求11所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的第二介电层至少包括一具有低介电系数的无机材质。
14.如权利要求11所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的第一蚀刻制程至少包括一干蚀刻制程。
15.如权利要求11所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的第一移除制程至少包括一具有CF4的混合气体。
16.如权利要求15所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的具有该CF4的混合气体至少包括氧气。
17.如权利要求11所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的第一移除制程至少包括一灰化制程。
18.如权利要求11所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的第一移除制程至少包括30℃至60℃的温度范围。
19.如权利要求11所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的第二移除制程至少包括具有氢气的混合气体。
20.如权利要求19所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的具有该氢气的混合气体至少包括氧气。
21.如权利要求11所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的第二移除制程至少包括一灰化制程。
22.如权利要求11所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的第二移除制程至少包括30℃至60℃的温度范围。
23.如权利要求11所述的光阻层的移除方法，其特征在于，所述的第二蚀刻制程至少包括一干蚀刻制程。
全文摘要
本发明揭示一种新的金属镶嵌制程的光阻层的去除方法。本发明的方法包括首先提供一半导体元件，其上覆盖形成一介电层(Inter－metal dielectric)。然后在介电层上方形成且限定一光阻层。随后，藉由光阻层当成一罩幕进行一蚀刻制程，并蚀穿介电层以形成介层洞，且在光阻层的表面上形成一聚合物层。之后，进行两步骤移除制程以移除光阻层上的聚合物层与光阻层。藉此，可维持沟槽轮廓，且可避免聚合物层的残留。
文档编号H01L21/768GK1431687SQ0213220
公开日2003年7月23日 申请日期2002年8月27日 优先权日2002年1月7日
发明者吴至宁 申请人:联华电子股份有限公司