专利名称：填隙工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件(semiconductor device)工艺，且特别涉及一种填隙(gap-filling)工艺。
背景技术：
在半导体工艺中，填隙技术的应用十分广泛，凡是在半导体工艺所形成的开口中，以各种沉积方法将材料层填入开口的工艺，例如在浅槽隔离(Shallow Trench Isolation，STI)结构的槽中填入绝缘材料，在内层介电层结构(Inter-Layer Dielectric，ILD)的接触孔中填入导体层，在内金属介电层(Inter-Metal Dielectric，IMD)结构的通孔(介层窗)中填入导体层，或是在金属内连线的双重镶嵌(dual damascene)开口中填入导体层等，都可以视为填隙技术的应用。
请参照图1A至图1D，图1A至图1D所示为在现有的一种通孔先定义双重镶嵌(Via First Dual Damascene，VFDD)结构的制造方法中，使用填隙技术以于通孔开口中形成填隙材料层的工艺流程剖面图。
首先，请参照图1A，提供一衬底100。此衬底100具有一导线102。且于衬底100上依序形成有保护层104、介电层106、蚀刻终止层108、介电层110、顶盖层112，并且形成有开口以作为通孔开口114，且于通孔开口114底部暴露出保护层104。
接着，请参照图1B，在衬底100上形成一填隙材料层116以填满通孔开口114。
接着，请参照图1C，以抛光或回蚀刻的方法，去除多余的填隙材料层116至露出顶盖层112表面，以于通孔开口114中形成填隙材料层118。
接着，请参照图1D，在顶盖层112与填隙材料层118上形成底层抗反射层120(bottom anti-reflection coating layer，BARC layer)。
然而，上述在通孔开口114中形成填隙材料层118的工艺具有下述的问题
当填隙材料层116形成于衬底100上时，于通孔开口114处形成有下凹轮廓，然而，即使经由回蚀刻或抛光以形成填隙材料层118，此下凹轮廓依然存在，并使得后续形成于其上的底层抗反射层120与光致抗蚀剂层同样具有此下凹轮廓，而此不平坦的轮廓将会造成所谓的条纹(striation)现象，此条纹现象的产生将会使得光致抗蚀剂厚度的均匀性不好，临界尺寸(Critical Dimension，CD)的控制不佳与蚀刻后监测(After Etching Inspection，AEI)偏差等问题，而无法得到正确的图案。
此外，填隙材料层118可能会受到形成于其上的底层抗反射层120或是光致抗蚀剂层的破坏，亦即底层抗反射层120或是光致抗蚀剂层可能会与填隙材料层118互相混杂(Intermixed)，因而导致填隙材料损失(gap-mlingmaterial loss)，此结果同样会产生条纹现象，或是导致内金属介电层蚀刻后的图案轮廓不好，而同样不利于形成正确的图案。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一种填隙工艺，能够使填隙材料层具有良好的表面平坦特性，进而使得形成于其上的底层抗反射层或是光致抗蚀剂层也具有良好的表面平坦特性。
本发明的另一目的在于提出一种填隙工艺，能够保护填隙材料层不被底层抗反射层或是光致抗蚀剂层破坏而导致填隙材料损失，进而能够使填隙材料层乃至于底层抗反射层或是光致抗蚀剂层能够具有良好的表面平坦特性。
本发明提出一种填隙工艺，此填隙工艺提供已形成有介电层的一衬底，且于介电层中形成有开口。接着，于介电层上与开口形成填隙材料层，再去除部分填隙材料层至露出介电层表面。然后，对填隙材料层与介电层表面进行填隙材料处理工艺，去除部分填隙材料层与介电层，以使填隙材料层趋于平坦化。
而且，上述填隙材料处理工艺包括对介电层与填隙材料层进行一回蚀刻工艺。
而且，在进行上述填隙材料处理工艺之后，还可以对填隙材料层进行等离子体处理、紫外光固化或化学浸渍，以使填隙材料层表面形成保护层。
由上述可知，由于本发明对填隙材料层进行一道填隙材料处理工艺，以使填隙材料层的表面趋于平坦化，因此后续形成的沉积层也能够具有良好的平坦特性，而有利于在后续的光刻蚀刻工艺得到正确的图案。
而且，由于本发明是在填隙材料层表面形成保护层，因此能够避免后续形成的底层抗反射层或光致抗蚀剂层伤害到填隙材料层，故而所形成的填隙材料层乃至于底层抗反射层或光致抗蚀剂层也能够维持良好的平坦特性，同样有助于在后续的光刻蚀刻工艺中得到正确的图案。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施例，并配合附图，作详细说明如下，图中图1A至图1D所示为在现有一种通孔先定义双重镶嵌结构的制造方法中，在通孔开口中形成填隙材料层的填隙工艺流程剖面图；图2A至图2E所示为本发明优选实施例的在一种通孔先定义双重镶嵌结构的制造方法中，在通孔开口中形成填隙材料层的填隙工艺流程剖面图；以及图3A至图3B所绘示为本发明另一优选实施例的一种在通孔先定义双重镶嵌结构的制造方法中，在通孔开口中形成填隙材料层的填隙工艺流程剖面图。
附图中的附图标记说明如下100、200衬底102、202导线104、204保护层106、110、206、210介电层108、208蚀刻终止层112、212、212a顶盖层114、214通孔开口116、118、216、218、218a填隙材料层120、222、228底层抗反射层220、224填隙材料处理工艺226保护层
具体实施例方式
请参照图2A至图2E，以对本发明优选实施例的一种在通孔先定义双重镶嵌结构的制造方法中，在通孔开口中形成填隙材料层的填隙工艺做说明。
首先，请参照图2A，提供一衬底200(为简化起见，衬底200内的器件并未绘出)。此衬底200具有一导线202。且于衬底200上依序形成有保护层204、介电层206、蚀刻终止层208、介电层210、顶盖层212，并且于介电层206、蚀刻终止层208、介电层210、顶盖层212形成有通孔开口214，且于通孔开口214底部暴露出保护层204。
其中，保护层204、蚀刻终止层208与顶盖层212的材料例如是氮化硅，形成方法例如是化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)。
介电层206与介电层210的材料例如是低介电常数材料包括含氟硅玻璃(Fluorinated Silicate Glass，FSG)、未掺杂硅玻璃(Undoped Silicate Glass，USG)、聚亚芳香基醚((Poly(Arylene Ether)，SiLK)、氟化聚亚芳香基醚(Fluorinated Poly(Arylene Ether)，FLARE)与氢化硅倍半氧化物(HydrogenSilsesquioxane，HSQ)等。形成介电层206与介电层210的方法例如是旋涂法或化学气相沉积法。
接着，请参照图2B，在衬底200上形成一填隙材料层216以填满通孔开口214，其中此填隙材料层216的材料例如是I线(I-line)光致抗蚀剂、深紫外光(Deep Ultra Violet，DUV)光致抗蚀剂或是底层抗反射层等，且形成填隙材料层216的方法例如是使用旋涂法，并且，如图2B所示，填隙材料层216于通孔开口214处会形成一下凹轮廓。
接着，请参照图2C，去除多余的填隙材料层216以于通孔开口214中形成填隙材料层218。其中去除多余填隙材料层216的方法例如是使用化学机械抛光法或是回蚀刻法，并抛光或回蚀刻至露出顶盖层212表面为止。由图2C可知，即使经由抛光或回蚀刻填隙材料层216，于填隙材料层218的表面仍然可能会具有下凹轮廓。
接着，请参照图2D，对顶盖层212与填隙材料层218进行一填隙材料处理工艺220，以形成顶盖层212a与填隙材料层218a以平坦化填隙材料层21 8的表面。其中填隙材料处理工艺220例如是对顶盖层212与填隙材料层218再进行一回蚀刻工艺，将下凹轮廓两侧的部分顶盖层212与填隙材料层218去除，以形成顶盖层212a与填隙材料层218a，使得填隙材料层218a的表面趋近于平坦。
接着，请参照图2E，在填隙材料层218a与顶盖层212a上形成底层抗反射层222，其中底层抗反射层222的材料例如是有机底层抗反射涂膜材料包括聚酰亚胺(Polyimide)，形成底层抗反射层222的方法例如是旋涂法。由于后续形成双重金属镶嵌结构的工艺与现有方法相同，因此在此不再赘述。
在上述优选实施例中，为使顶盖层212能够在经由填隙材料处理工艺220，亦即回蚀刻工艺后依然保持其特性，也可以在形成顶盖层212时形成较现有为厚的厚度，如此在经由填隙材料处理工艺220的处理之后，不仅能够得到平坦化的填隙材料层218a，也能够使顶盖层212a维持原有的功能。
本发明除了上述优选实施例外，还具有其它的实施型态。图3A至图3B所示为本发明另一优选实施例的一种在通孔先定义双重镶嵌结构的制造方法中，在通孔开口中形成填隙材料层的填隙工艺流程剖面图。其中图3A接续上述优选实施例的图2D进行，并且于图3A与图3B中，与图2A至图2D相同的构件使用相同的附图标记并省略其说明。
首先，请参照图3A，在对顶盖层212与填隙材料层218进行一填隙材料处理工艺220之后，再对填隙材料层218a进行一填隙材料处理工艺224，以于填隙材料层218a的表面形成一保护层226，以保护填隙材料层218a不被后续形成的底层抗反射层或光致抗蚀剂层攻击。其中填隙材料处理工艺224例如是使用等离子体处理、UV固化(UV cure)或是化学浸渍(chemicalimmersion)等方法。
接着，请参照图3B，在填隙材料层218a的保护层226与顶盖层212a上形成底层抗反射层228，其中底层抗反射层228的材料例如是有机底层抗反射涂膜材料包括聚酰亚胺，形成底层抗反射层228的方法例如是旋涂法。同样地，由于后续形成双重金属镶嵌结构的工艺与现有方法相同，因此在此不再赘述。
并且，在图2C的回蚀刻或是抛光填隙材料层216的步骤中，如果能够得到具有足够平坦度的填隙材料层218的话，本实施例亦可以省略图2D的填隙材料处理工艺220，而接续图2C进行填隙材料处理工艺224，以于填隙材料层218a的表面形成保护层，再进行后续的步骤。
而且，在本发明上述的所有实施例中，使用双镶嵌工艺来说明，然而本发明并不限于此，还可以应用于其它在开口中填入填隙材料层的工艺，例如可以应用于形成通孔、接触孔、导线(槽)亦或是浅槽隔离结构等各种工艺。
综上所述，由于本发明对填隙材料层进行一道例如使用回蚀刻方法的填隙材料处理工艺，以将填隙材料层的下凹轮廓处两侧的填隙材料层与顶盖层(亦或是介电层)削除，因此填隙材料层的表面能够趋于平坦，从而使得后续形成的底层抗反射层或其它材料层能够具有良好的平坦特性，以能够在后续的光刻蚀刻工艺得到正确的图案。
此外，由于本发明对填隙材料层表面进行填隙材料处理以于填隙材料层表面形成保护层，因此能够避免后续形成的底层抗反射层或光致抗蚀剂层伤害到填隙材料层以造成填隙材料的损失，所以所形成的填隙材料层乃至于底层抗反射层或光致抗蚀剂层亦能维持良好的平坦特性，从而能够在后续的光刻蚀刻工艺得到正确的图案。
虽然本发明已以一优选实施例公开如上，但是其并非用以限定本发明，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可作些许的更改与润饰，因此本发明的保护范围应当以所附权利要求所确定的为准。
权利要求
1.一种填隙工艺，包括提供一衬底，于该衬底上形成有一介电层，且于该介电层中形成有一开口；于该介电层上与该开口形成一填隙材料层；去除部分该填隙材料层至露出该介电层表面；以及对该填隙材料层与该介电层表面进行一填隙材料处理工艺，以去除部分该介电层与该填隙材料层，并使该填隙材料层较平坦化。
2.如权利要求1所述的填隙工艺，其中该填隙材料处理工艺包括对该介电层与该填隙材料层进行一回蚀刻工艺。
3.如权利要求1所述的填隙工艺，其中于进行该填隙材料处理工艺之后，还包括对该填隙材料层进行选自等离子体处理、紫外光固化与化学浸渍所组成的组中的一种，以于该填隙材料层表面形成一保护层。
4.如权利要求1所述的填隙工艺，其中去除部分该填隙材料层的方法包括选自回蚀刻工艺与化学机械抛光工艺所组成的组中的一种。
5.如权利要求1所述的填隙工艺，其中该填隙材料层包括选自I线光致抗蚀剂、深紫外光光致抗蚀剂与底层抗反射层所组成的组中的一种。
6.如权利要求1所述的填隙工艺，其中形成该填隙材料层的方法包括旋涂法。
7.如权利要求1所述的填隙工艺，其中在对该填隙材料层与该顶盖层表面进行该填隙材料处理工艺之后，还在该填隙材料层与该顶盖层上形成一底层抗反射层。
8.如权利要求1所述的填隙工艺，其中该开口包括选自通孔开口、接触孔开口、槽、双重镶嵌开口所组成的组中的一种。
9.一种填隙工艺，适用于制造一双重镶嵌结构，包括提供一衬底；于该衬底上依序形成一保护层、一第一介电层、一蚀刻终止层、一第二介电层与一顶盖层；于该第一介电层、该蚀刻终止层、该第二介电层与该顶盖层中形成一通孔开口；在该顶盖层上与该通孔开口形成一填隙材料层；去除部分该填隙材料层至露出该顶盖层表面；以及对该填隙材料层与该顶盖层表面进行一填隙材料处理工艺，以去除部分该介电层与该填隙材料层，并使该填隙材料层较平坦化。
10.如权利要求9所述的填隙工艺，其中该填隙材料处理工艺包括对该顶盖层与该填隙材料层进行一回蚀刻工艺。
11.如权利要求9所述的填隙工艺，其中在进行该填隙材料处理工艺之后，还包括对该填隙材料层进行选自等离子体处理、紫外光固化与化学浸渍所组成的组中的一种，以于该填隙材料层表面形成一保护层。
12.如权利要求9所述的填隙工艺，其中去除部分该填隙材料层的方法包括选自回蚀刻工艺与化学机械抛光工艺所组成的组中的一种。
13.如权利要求9所述的填隙工艺，其中形成该填隙材料层的方法包括旋涂法。
14.如权利要求9所述的填隙工艺，其中该填隙材料层包括选自I线光致抗蚀剂、深紫外光光致抗蚀剂与底层抗反射层所组成的组中的一种。
15.如权利要求9所述的填隙工艺，其中在对该填隙材料层与该顶盖层表面进行该填隙材料处理工艺之后，还在该填隙材料层与该顶盖层上形成一底层抗反射层。
全文摘要
一种填隙工艺，此填隙工艺提供一个已形成有介电层的衬底，且于介电层中形成有开口。接着，于介电层上与开口中形成填隙材料层，再去除部分填隙材料层至露出介电层表面。然后，对填隙材料层与介电层表面进行填隙材料处理工艺，以使填隙材料层表面能够趋于平坦化，进而使得后续形成于其上的底层抗反射层或其它材料层能够具有良好的平坦特性。
文档编号H01L21/311GK1503319SQ02156380
公开日2004年6月9日 申请日期2002年12月18日 优先权日2002年11月20日
发明者翁俊仁, 陈瓀懿, 潘鸿赐, 李秋德, 吴德源, 林嘉祥, 严永松, 林嘉祺, 曾盈崇 申请人:联华电子股份有限公司