专利名称：具有规则镶嵌构造轮廓的制造方法
技术领域：
本发明有关一种内连线构造，特别是有关一种具有改善轮廓的镶嵌构造。
(2)背景技术对于低于0.25微米临界尺寸的半导体制程而言，由于使用传统铝金属的沉积及蚀刻制程以制造内连线有其困难存在，故须要使用一种所谓的镶嵌技术以制造内连线。另外，基于对低于此一临界尺寸的半导体元件性能的考虑，往往使用较低阻值的金属，如铜金属。低阻值的金属并无法以反应性离子蚀刻法进行内连线图案蚀刻。因此，使用铜做为内连线，增加对镶嵌制程的需求。
除了使用例如铜的低阻值金属外，亦结合铜导体与低介电常数介电层(介电常数值小于4)，以提高集成电路性能。在许多例子中，此些低介电常数介电层是为不相容于传统氧去光阻法或去光阻溶剂的旋涂高分子。故使得低介电常数介电层的图案蚀刻以形成镶嵌构造的渠沟及介层窗洞显得困难。
图1A至图1D是使用低介电常数介电层的单镶嵌制程的各种步骤截面示意图。在图1A中，低介电常数介电层如苯并环丁烯(benzocyclobutene)(BCB)、HSQ(hydrogen silsesquioxane)或FLARE未旋涂形成之前，一保护层12是先沉积于一具有多个导电体11的内连线层10上。通常使用保护层12以保护位于其下方的内连线层10不受到氧化或干蚀刻制程的腐蚀。一低介电常数介电层13是旋涂于保护层12上。之后，一盖层14沉积于低介电常数介电层13上。盖层14可以是以TEOS(tetra-ethyl-ortho-silicate)做为来源气体形成的一氧化物层或一多层盖层。此多层盖层可包含一底部TEOS-氧化物层、一中间氮化物层及一由有机底部抗反射镀层(organic bottom anti-reflective coating)形成的一顶层。接着，沉积一光阻层15于盖层14上。光阻层15显影后，经图案转移成具有所要求的图案，藉以蚀刻盖层14。盖层14的蚀刻气体配方是不同于低介电常数介电层13的蚀刻气体配方。
接着，使用氧去光阻法或适当溶液移除光阻层15，而得到图1B的构造。盖层14是使用作为硬罩幕以图案蚀刻低介电常数介电层13及保护层12，以形成具有渠沟16的单镶嵌构造。之后，移除盖层14，而得到图1C的构造。然而，在盖层14、低介电常数介电层13及保护层12的蚀刻制程期间，会有高分子生成物17产生并且残留在渠沟16周围。通常使用包含去离子水(H2O)及氢氟酸(HF)的混合溶液作为蚀刻溶液，施予一湿蚀刻制程于整个单镶嵌构造上，以移除高分子生成物17。由于保护层12及低介电常数介电层13的蚀刻选择比不同，经湿蚀刻以去除高分子生成物17后，其轮廓变得不佳，如图1D所示。此一不佳的镶嵌轮廓将不利于后续一导电性晶种层如铜晶种层的沉积，形成不连续的导电性晶种层及空洞(voids)于单镶嵌构造上，造成半导体元件不良。
使用低介电常数介电层的双重镶嵌制程步骤是例示于图2A至图2D。此双重镶嵌制程是蚀刻一渠沟及位于其下方的一介层窗洞于此低介电常数介电层中。形成此渠沟及介层窗洞的方法是采用阻挡层及光阻。图2A中，一保护层22，例如一氮化硅层，是沉积于内连线层20的导电体21如铜金属上。之后，沉积一第一低介电常数介电层23于保护层22上。介层窗洞将形成于第一低介电常数介电层23中。
接着，阻挡层24，例如是一二氧化硅层，是沉积于第一低介电常数介电层23上。以传统微影及适当的干蚀刻方法形成一介层窗洞25于阻挡层24中，如图2A所示。使用于介层窗洞图案蚀刻的光阻是以氧去光阻法移除。
参照图2B，一第二低介电常数介电层26是旋涂于阻挡层24及介层窗洞25上。第二低介电常数介电层26经旋涂及平坦化后，一渠沟将形成于其中。一硬罩幕27例如是一二氧化硅层是先沉积于第二低介电常数介电层27上。
接着，使用传统微影方法形成渠沟图案子一光阻层上(未示出)，此渠沟图案是与介层窗洞25对齐。之后，以硬罩幕27为蚀刻遮罩，对整个构造进行干蚀刻。此干蚀刻制程是仅蚀刻第二低介电常数介电层26及第一低介电常数介电层23，但并不蚀刻阻挡层24及保护层22。藉此一干蚀刻制程，同时形成一渠沟28及一介层窗洞29。
在大部份例子中，低介电常数介电层的蚀刻化学对光阻的蚀刻速率接近于对低介电常数介电层的蚀刻速率。在蚀刻渠沟步骤完成时，渠沟形成光阻通常亦被完全蚀刻移除。之后，以不同的蚀刻化学移除保护层22，同时不使其它各层受到蚀刻气体破坏，以曝露出导电体21，与介层窗洞29相通，最后的构造如图2C所示。如同上文所提及的单镶嵌构造，在形成双重镶嵌构造的各种蚀刻制程期间，会有高分子生成物200产生并且残留在渠沟28及介层窗洞29的周围。通常使用包含去离子水(H2O)及氢氟酸(HF)的混合溶液做为蚀刻溶液，施予一湿蚀刻制程于整个双重镶嵌构造上，以移除高分子生成物200。由于保护层22、第一低介电常数介电层23、阻挡层24及第二低介电常数介电层26的蚀刻选择比不同，经湿蚀刻以去除高分子生成物200后，其轮廓变得不佳，如图2D所示。因此，双重镶嵌制程与单镶嵌制程面临相同的问题。
据此，亟待提供一种改善镶嵌构造的方法，其可克服习知技术的缺失，并且提高半导体元件的优良率。
(3)发明内容本发明的主要目的是提供一种具有规则镶嵌构造轮廓的制造方法，其是使用包含去离子水、氢氟酸及盐酸的一蚀刻溶液，施予一湿蚀刻制程于一镶嵌构造上，以改善其轮廓。
本发明的另一目的是提供一种具规则镶嵌构造轮廓的制造方法，其为一简单、方便及不昂贵的湿蚀刻制程，并不会增加额外的步骤于镶嵌制程中。
根据以上所述的目的，本发明提供一种具有规则镶嵌构造轮廓的制造方法。首先提供一具有一单镶嵌构造/双重镶嵌构造形成于其上方的底材。使用包含去离子水、氢氟酸及盐酸的一蚀刻溶液，施予一湿蚀刻制程于底材上。此蚀刻溶液使镶嵌构造中各层间，如保护层、介电层及阻挡层之间的蚀刻选择比大约1∶1。藉助本发明此一湿蚀刻制程，可获得一轮廓良好的镶嵌构造。
(4)
图1A至图1D是习知单镶嵌制程的各种步骤的截面示意图；图2A至图2D是习知双重镶嵌制程的各种步骤的截面示意图3A至图3D是本发明第一具体实施例的双重镶嵌制程的各种步骤的截面示意图；及图4是本发明提供的单镶嵌构造截面示意图。
(5)具体实施方式
本发明是提供一种具有规则镶嵌构造轮廓的制造方法。下面将参照附图对本发明进行详细说明。
参照图3A，是为本发明的第一具体实施例。首先提供一半导体构造30，其具有一形成于其上方的导电层31。半导体构造30可以是一由硅或锗形成的半导体底材或一习知的绝缘层上有硅构造。半导体底材30可进一步包含一或多层的绝缘层、介电层及/或导电层以及一或更多的半导体元件形成于其上。导电层31可包含一金属层，如一铜金属层，或是其它导电性材质层例如经掺杂的硅层。导电层31通常为一内连线层。
仍参照图3A，一保护层32是形成于导电层31上。保护层32可包含等离子体化学气相沉积的氮化物(plasma enhanced nitride)或氮化硅。第一介电层33是形成于保护层32上。第一介电层33可包含无机低介电常数介电材质，例如是二氧化硅、掺杂氢的二氧化硅、掺杂氟的二氧化硅及掺杂碳的二氧化硅，或可包含具有碳及氢的有机低介电常数介电材质。
继续参照图3A，一阻挡层34是形成于第一介电层33上。阻挡层34可包含氮化硅或等离子体化学气相沉积的氮化物。一第二介电层35是形成于阻挡层34上。第二介电层35可包含一无机低介电常数介电材质，例如是二氧化硅、掺杂氢的二氧化硅、掺杂氟的二氧化硅及掺杂碳的二氧化硅，或可包含具有碳及氢的有机低介电常数介电材质。一盖层36可选择性形成于第二介电层35上。盖层36可包含氮化硅。
参照图3B及图3C，第二介电层35、阻挡层34及第一介电层33是经图案蚀刻，以形成一介层窗洞37于保护层32上方及形成一渠沟38于阻挡层34上方。可以习知的各种方法执行图案蚀刻步骤。
如图3B所示，一第一光阻39是形成于盖层36上。第一光阻39具有一开口供形成一介层窗洞于盖层36上。盖层36、第二介电层35、阻挡层34及第一介电层33是经由第一光阻39的开口被蚀刻，以形成介层窗洞37。的后，第一光阻39是被移除。
包含氮化硅的盖层36可使用传统的氟碳等离子体蚀刻制程。包含有机低介电常数介电材质的第二介电层35可使用含氧等离子体蚀刻制程。此外，包含无机低介电常数介电材质如经掺杂或未经掺杂的二氧化硅的第二介电层35可使用氟碳等离子体反应性离子蚀刻法。包含等离子体化学气相沉积的氮化物或氮化硅的阻挡层34可使用传统的氟碳等离子体蚀刻制程。包含有机低介电常数介电材质的第一介电层33可使用含氧等离子体蚀刻制程。包含无机低介电常数介电材质如经掺杂或未经掺杂的二氧化硅的第一介电层33可使用氟碳等离子体反应性离子蚀刻法。
如图3C所示，一第二光阻300是形成于盖层36上。第二光阻300具有一开口供形成一渠沟于所要求的位置处。使用上述的蚀刻制程，经由第二光阻300的开口蚀刻盖层36。接着，使用上述的蚀刻制程，蚀刻渠沟38于阻挡层34上的第二介电层35中。移除第二光阻300。接着，使用上述的蚀刻制程除去盖层36。于第二光阻300移除之前或之后，可以上述的蚀刻制程除去曝露于渠沟38及介层窗洞37下方的保护层32。最后的双重镶嵌构造如图2D所示。然而，在本发明中，阻挡层34可以省略，这样，第一介电层33及第二介电层35成为单一介电层。可使用计时或终点蚀刻制程(timed or endpointetch process)执行渠沟38的蚀刻步骤。
如上述技术背景所述，于形成双重镶嵌构造的各种蚀刻制程期间，会有高分子生成物产生及残留在介层窗洞37及渠沟38的周围。本发明提供一种湿蚀刻制程施予在此双重镶嵌构造上以除去蚀刻步骤后的高分子生成物。此湿蚀刻制程使用包含去离子水(ionized water)、盐酸(HCl)及氢氟酸(HF)的蚀刻溶液。去离子水、盐酸及氢氟酸是较佳以体积比例大约3000~100∶100~0∶1混合于此蚀刻溶液中。此蚀刻溶液使保护层32、第一介电层33、阻挡层34及第二介电层35之间的蚀刻选择比接近1∶1。因此，藉本发明的此一湿蚀刻制程除去高分子生成物时，可获得轮廓良好的双重镶嵌构造，无论蚀刻溶液的反应时间长短。本发明的此一湿蚀刻制程对产品优良率稳定性有相当大的帮助。
图4是本发明提供的另一种镶嵌构造，其是仅使用一介电层及一单一镶嵌开口形成的一单镶嵌构造。一保护层42是形成于位于半导体构造40上方的一导电层41上。一介电层43是形成于保护层42上。一选择性盖层(未示出)可形成于介电层43上。此选择性盖层及介电层43是经图案蚀刻以形成镶嵌开口44。之后，曝露于镶嵌开44下方的部份保护层42是经蚀刻移除，而得到图4的构造。选择性盖层、介电层43及保护层42可以上述的材质形成，并且以上述的蚀刻制程进行蚀刻。之后，施予上述本发明的湿蚀刻制程于此单镶嵌构造上，以移除镶嵌开口44周围的高分子生成物。此湿蚀刻制程使用包含去离子水(ionized water)、盐酸(HCl)及氢氟酸(HF)的蚀刻溶液，其使得单镶嵌构造的各层之间的蚀刻选择比接近1∶1。去离子水、盐酸及氢氟酸较佳以体积比例大约3000~100∶100~0∶1混合于蚀刻溶液中。经此一湿蚀刻制程之后，可得到一轮廓良好的单镶嵌构造。
虽然本发明的蚀刻溶液是施予在本发明提供的单镶嵌/双重镶嵌构造上，但此一蚀刻溶液亦可使用于其它镶嵌制程形成的镶嵌构造，以获得良好的镶嵌轮廓。
以上所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替换，均应包含在权利要求所限定的专利保护范围内。
权利要求
1.一种具有规则镶嵌构造轮廓的制造方法，其特征在于，包括提供一底材，该底材具有一形成于其上方的单镶嵌构造，其中该单镶嵌构造具有依次形成于该底材上方的一保护层及一介电层以及一介层窗洞穿透该介电层及该保护层；及施予一湿蚀刻制程于该底材上，该湿蚀刻制程是使用包含去离子水、盐酸及氢氟酸的一蚀刻溶液。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述的底材还包含一内连线层形成于该单镶嵌构造下方。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述的保护层包含等离子体化学气相沉积的氮化物。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述的保护层包含氮化硅。
5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述的介电层包含一有机低介电常数介电材质。
6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述的介电层包含一无机低介电常数介电材质。
7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述的蚀刻溶液的去离子水、盐酸及氢氟酸的一体积比例是大约3000～100∶100～0∶1。
8.一种具有规则镶嵌构造轮廓的制造方法，其特征在于，包括提供一底材，该底材具有一双重镶嵌构造形成于其上方，其中，该双重镶嵌构造具有依次形成于该底材上方的一保护层及一介电层，一渠沟是形成于该介电层的一上部份及一介层窗洞与该渠沟连通并穿透该介电层的一下部份及该保护层；及施予一湿蚀刻制程于该底材上，该湿蚀刻制程是使用包含去离子水、盐酸及氢氟酸的一蚀刻溶液。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述的底材还包含一形成于该双重镶嵌构造下方的内连线层。
10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述的保护层包含等离子体化学气相沉积的氮化物。
11.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述的保护层包含氮化硅。
12.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述的介电层包含一有机低介电常数介电材质。
13.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述的介电层包含一无机低介电常数介电材质。
14.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述的蚀刻溶液的去离子水、盐酸及氢氟酸的一体积比例是大约3000～100∶100～0∶1。
15.一种具有规则镶嵌构造轮廓的制造方法，其特征在于，包括提供一底材，该底材具有一形成于其上方的双重镶嵌构造，其中，该双重镶嵌构造具有依次形成于该底材上方的一保护层、一第一介电层、一阻挡层及一第二介电层，一渠沟是形成于该阻挡层上的该第二介电层中，一介层窗洞与该渠沟连通并穿透该阻挡层、该第一介电层及该保护层；及施予一湿蚀刻制程于该底材上，该湿蚀刻制程是使用包含去离子水、盐酸及氢氟酸的一蚀刻溶液。
16.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的底材还包含一形成于该双重镶嵌构造下方的内连线层。
17.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的保护层包含等离子体化学气相沉积的氮化物。
18.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的保护层包含氮化硅。
19.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的第一介电层包含一有机低介电常数介电材质。
20.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的第一介电层包含一无机低介电常数介电材质。
21.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的阻挡层包含等离子体化学气相沉积的氮化物。
22.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的阻挡层包含氮化硅。
23.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的第二介电层包含一有机低介电常数介电材质。
24.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的第二介电层包含一无机低介电常数介电材质。
25.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述的蚀刻溶液的去离子水、盐酸及氢氟酸的一体积比例是大约3000～100∶100～0∶1。
全文摘要
一种具有规则镶嵌构造轮廓的制造方法，包括提供一底材，该底材具有一形成于其上方的单镶嵌构造，其中该单镶嵌构造具有依次形成于该底材上方的一保护层及一介电层以及一介层窗洞穿透该介电层及该保护层；及施予一湿蚀刻制程于该底材上，该湿蚀刻制程是使用包含去离子水、盐酸及氢氟酸的一蚀刻溶液。此蚀刻溶液使镶嵌构造中的各层之间的蚀刻选择比大约1∶1。藉助本发明方法可获得一轮廓良好的镶嵌构造。
文档编号H01L21/02GK1450626SQ0214693
公开日2003年10月22日 申请日期2002年10月25日 优先权日2001年10月31日
发明者洪任谷, 孙国维 申请人:联华电子股份有限公司