专利名称：微电子器件的双镶嵌互连的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种微电子器件，更具体地涉及一种微电子器件的双镶嵌互连(dual damascene interconnection)的制造方法。
背景技术：
随着微电子器件变得越来越有效和高度集成化，多层互连(interconnection)得到越来越广泛的应用。要得到包括多层互连的可靠器件，则应按平面形式形成每个互连层。因此，必定要用双镶嵌互连。
同时，在当今高度集成化的微电子器件中，设计规则已经减小到0.18μm以下，甚至达到90nm。这样小的设计规则必然会增大RC延迟、串扰和功耗。为了解决这些问题，应当用低k介电材料层形成层间电介质(interlayerdielectric)(ILD)。结果，大大增加了用低k ILD进一步开发双镶嵌互连的制造技术的需求。
双镶嵌互连制造方法已经公开在美国专利文献No.6057239，和P.Jiang等人的在J.Vac.Sci.Technol.A19(2001)p.1388中的文章中。但是，公开在美国专利文献No.6057239的方法是只用介电常数为4到4.3的氧化层形成的层间电介质(ILD)。
而且，当蚀刻并清洁沟槽时，蚀刻停止层也会被侵蚀而露出互连层，因此，损坏了互连的电特性。在由P.Jiang等人公开的方法中，在沟槽蚀刻之前，通过用有机填料填充通孔，例如底部抗反射层(ARL)，来防止电特性损坏。但是，由于有机填料和光致抗蚀剂图形都是具有小蚀刻速率的有机材料，所以在蚀刻ILD上形成的有机填料的过程中几乎可以除去光致抗蚀剂图形。因此，当蚀刻ILD形成最终沟槽时，光致抗蚀剂图形不能作为蚀刻掩模使用。为了防止出现这种问题，如图1A所示，在形成光致抗蚀剂图形22之前，用回蚀刻工艺(etchback process)蚀刻有机填料20，直到只在通孔19中保留有机填料20为止。但是，这种工艺非常复杂。此外，如图1B中虚线圆24所示，由于有机填料20与低k ILD18之间的蚀刻速度不同，低k ILD18没有被蚀刻而留在有机填料20上。留下的低k ILD18生成围栏(fence)26，如图1C所示。图1A和1B中，附图标记10指示衬底，12指示下层ILD，14指示下层互连，16指示蚀刻停止层。
为了防止出现围栏缺陷，如果用过蚀刻对有机填料20进行回蚀刻来使得以有机填料20填充通孔19的一部分，那么，高通孔密度区与低通孔密度区之间光致抗蚀剂层的厚度偏差变得非常大。结果，光刻工艺中焦点深度(depth of focus)(DOF)的余量减小。
而且，在形成光致抗蚀剂图形22的曝光过程中，碱性材料，例如胺，可以从IDL 18通过有机填料20扩散到光致抗蚀剂层，从而造成光致抗蚀剂毒化。
因而需要不损坏低k ILD电特性的可靠双镶嵌互连的制造方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种在低k层间电介质(ILD)中制造可靠的双镶嵌互连的方法。
本发明还提供一种制造无缺陷双镶嵌互连的方法。
按本发明的一个方面，提供一种制造双镶嵌互连的方法，包括(a)在衬底上形成介电常数为3.3或更小的混合介电层；(b)在介电层中形成通孔；(c)用无碳无机填料填充通孔；(d)部分蚀刻填充通孔的无机填料和介电层，形成沟槽，该沟槽连接通孔，并将在其中形成互连；(e)除去留在通孔中的无机填料；和(f)通过用互连材料填充沟槽和通孔来完成互连。
按本发明的另一方面，提供一种制造双镶嵌互连的方法，包括(a)在衬底上形成有机硅酸盐玻璃层；(b)在有机硅酸盐玻璃层中形成通孔；(c)用HSQ基填料填充通孔；(d)部分蚀刻填充通孔的HSQ基填料和有机硅酸盐玻璃层，形成沟槽，该沟槽连接通孔，并将在其中形成互连；(e)除去留在通孔中的HSQ基填料；和(f)通过用互连材料填充沟槽和通孔来完成互连。
优选用化学气相沉积(CVD)形成有机硅酸盐玻璃层。
按本发明的另一方面，提供一种制造双镶嵌互连的方法，包括(a)在衬底上形成下层互连；(b)在下层互连上形成蚀刻停止层；(c)在蚀刻停止层上用化学气相沉积(CVD)形成有机硅酸盐玻璃层；(d)形成通过有机硅酸盐玻璃层的通孔，露出蚀刻停止层；(e)用HSQ基填料填充通孔；(f)用等离子体处理HSQ基填料的表面；(g)在用等离子体处理过的HSQ基填料的表面上形成抗反射层(ARL)；(h)部分蚀刻ARL、填充通孔的HSQ基填料和有机硅酸盐玻璃层，形成沟槽，该沟槽连接通孔，并将在其中形成互连；(i)除去留在通孔中的HSQ基填料；和(k)通过用互连材料填充沟槽和通孔完成互连。
通过更详细地描述附图中所示的本发明的优选实施例，本发明的前述和其它目的、特征和优点将变得更清楚，其中在全部附图中相同的附图标记表示相同的部件。附图没有必要按比例绘制，相反重点在于显示本发明的原理。图中图1A-1C是显示现有双镶嵌互连的现有制造方法的剖视图和扫描电子显微镜(SEM)照片；图2-13是显示按本发明一实施例的制造双镶嵌互连的方法的剖视图；图14A、14B、15A、16A、17A、17B、18和19是显示按本发明制造的测试样品的SEM照片；图15B和16B是显示按现有方法的对比样品的SEM照片；以及图20至24是显示按本发明制造的器件的电特性的曲线图。
具体实施例方式
按本发明，层间电介质(ILD)可以用混合低k介电材料(hybrid low-kdielectric material)构成。混合低k介电材料既有有机材料的优点也有无机材料的优点。混合低k介电材料显示出的低k特性类似有机材料。而且，由于混合低k介电材料具有由现有无机硅酸盐氧化物改性的结构，所以混合低k介电材料可以用现有的设备和工艺形成。而且混合低k介电材料的热稳定性类似无机材料。特别是，当用介电常数是3.3或更小的低k介电材料形成ILD时，能防止RC延迟，串扰和功耗可以减小到最小。
在本发明的实施例中，根据蚀刻的方法或条件，通孔填料可以用具有好的间隙填充特性和其蚀刻速度基本上等于低k ILD的蚀刻速度，或者相对于低k ILD具有高蚀刻选择性的材料形成。特别是，可以用无碳无机材料形成通孔填料，以使它可以按与ILD相同的蚀刻速度进行干蚀刻，和按比ILD的蚀刻速度快得多的蚀刻速度进行湿蚀刻。而且，通孔填料可以用可作为碱性材料(例如氮和胺)的阻挡层用的材料构成。在本发明的具体实施例中，可以形成通孔填料的材料包括光吸收材料，或光致抗蚀剂显影溶液的溶解抑制剂。因此，不会损坏保护下层互连的蚀刻停止层，防止了毒害光致抗蚀剂，改善了光刻工艺中的DOF余量，防止了对双镶嵌互连的电特性有负面影响的围栏缺陷。而且，不用增加沟槽的临界尺寸就能制造出耐用和可靠的双镶嵌互连。
本发明可以用于微电子器件，例如，高集成电路半导体器件、处理器、微电子机械(MEM)器件、光电器件和显示器件。特别是，本发明对于要求高速特性的器件特别有用，例如，中心处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、CPU和DSP的组合、专用集成电路(ASIC)、逻辑器件和SRAM。
此处，露出下层互连的开口叫做通孔，其中将要形成互连的区域叫做沟槽。以下以通孔在先的双镶嵌工艺为例说明本发明，其中，即使出现对位不准，通孔的尺寸也能保持恒定。
以下，参见图2到13描述按本发明实施例的制造双镶嵌互连的方法。
如图2所示，制备衬底100。衬底100上形成包括下层互连110的下层ILD 105。衬底100可以是例如硅衬底、绝缘体上硅(SOI)衬底、砷化镓衬底、硅锗衬底、陶瓷衬底、石英衬底、或用于显示器的玻璃衬底。衬底100上可以形成各种有源器件和无源器件。下层互连110可以用各种互连材料形成，例如铜、铜合金、铝和铝合金。由于铜具有低电阻，所以优选用铜形成下层互连110。而且，下层互连110的表面优选地得以平坦化。
参见图3，在形成有下层互连110的衬底100的表面上顺序叠置蚀刻停止层120、低k ILD130和保护层(capping layer)140，且在保护层140上形成光致抗蚀剂图形145以界定通孔。
形成蚀刻停止层120以防止下层互连110的电特性在随后形成通孔的干蚀刻工艺和随后用于除去剩余的填料的湿蚀刻过程中受到损坏。因此，用相对其上形成的ILD 130具有高蚀刻选择性的材料形成蚀刻停止层120。优选用具有介电常数4到5的SiC、SiN、或SiCN形成蚀刻停止层120。考虑到整个ILD的介电常数，蚀刻停止层120要尽可能地薄，但是，它的厚度应足以真正起到蚀刻停止层的作用。
ILD 130用既具有有机材料优点又具有无机材料优点的混合低k介质材料形成。也就是说，用混合低k介电材料形成的ILD 130有低k特性，可以用现有的设备和工艺形成，且具有热稳定性。ILD 130用其介电常数为3.3或更小的混合材料形成，以防止下层互连110和双镶嵌互连之间的RC延迟，并使串扰和功耗减到最小。更优选地，用低k有机硅酸盐玻璃(organo silicateglass)(OSG)形成ILD 130。用低k OSG形成的ILD 130可以用化学气相沉积(CVD)形成，更具体地，可用等离子体增强的CVD(PECVD)形成。随着OSG层中碳含量的增加，OSG层的介电常数减小，但是热和机械性能降低。但是，如果用CVD形成OSG层，则可以调节OSG层中的碳含量，以适当控制OSG层的介电常数、以及热和机械性能。因而，用CVD法形成的OSG层适用于ILD 130。显然，可以通过现有的方法对用于利用CVD形成OSG层的源气体(例如碳源气体、硅源气体和氧源气体)、CVD室和形成条件(例如温度和时间条件)进行各种改变。用CVD形成OSG的方法可以是美国专利No.6,455,445、No.6,432,846、No.6,514,880、No.6,559,520、No.6,352,945、No.6,383,955和No.6,410,463、以及韩国专利No.0364053中所公开的现有方法，其全文在此参考引用，如本发明所充分公开那样。ILD130形成至3000到20000厚，优选6000到7000厚。但是，本领域技术人员可以将ILD 130形成至各种厚度。
同时，在用化学机械抛光(CMP)平坦化双镶嵌互连时，保护层140防止了ILD 130受到CMP损坏。于是，保护层140用SiO2、SiOF、SiON、SiC、SiN或SiCN形成。保护层140在随后的形成沟槽的光刻工艺中优选起抗反射层(ARL)的作用。因此，更优选用SiO2、SiON、SiC或SiCN形成保护层140。但是，如果通过控制CMP工艺可以防止对ILD 130的损坏，且在随后的工艺中形成抗反射材料层，则可以任选地省略保护层140的形成。
通过形成适合于248nm或更小的光源的光致抗蚀剂层，然后用确定通孔的光掩模进行曝光和显影工艺，形成光致抗蚀剂图形145。
参见图4，用光致抗蚀剂图形145作为蚀刻掩模干蚀刻(147)ILD 130，形成通孔150。用反应离子束蚀刻(RIE)工艺蚀刻ILD 130，该工艺采用主蚀刻气体(例如CxFy和CxHyFz)、惰性气体(例如Ar气)、以及任意地O2、N2和COx中的至少一种的混合物。这里，调节RIE条件，使得只是选择性地蚀刻ILD 130，而不蚀刻蚀刻停止层120。
参见图5，除去光致抗蚀剂图形145，且用通孔填料160填充通孔150。光致抗蚀剂图形145用H2基等离子体处理并用剥离器(stripper)除去。H2基等离子体是指由H2、N2/H2、NH3/H2、He/H2，或它们的混合物获得的等离子体。如果用广泛用于除去光致抗蚀剂图形的O2灰化来除去光致抗蚀剂图形145，那么，O2基等离子体会损坏具有有机特性的含碳ILD 130。因此，优选用H2基等离子体除去光致抗蚀剂图形145。
通孔填料160用具有良好间隙填充特性的材料形成。而且，通孔填料160与ILD 130的干蚀刻之比是约1∶1或4∶1或更小。而且，通孔填料160用在随后的湿蚀刻工艺中其蚀刻速度比ILD 130的蚀刻速度快的材料形成。优选地，通孔填料160用一种材料形成，该材料的性能使得通孔填料160与ILD 130的湿蚀刻之比是20∶1或更高。此外，在形成用于确定随后的沟槽的光致抗蚀剂图形的曝光工艺过程中，包含在ILD 130中的碱性材料，例如氮和胺，会扩散到光致抗蚀剂层中。因此，通孔填料160由能够防止碱性材料扩散进光致抗蚀剂层内的材料构成。也就是说，通孔填料160优选用干蚀刻速度大致等于ILD 130的干蚀刻速度的无碳无机材料形成，它是有机材料和无机材料的混合物，它的湿蚀刻速度远大于ILD 130的湿蚀刻速度。在前述条件下，无碳无机材料中最适合作通孔填料160的材料是氢倍半硅氧烷(HydrogenSilsesQuioxane)(HSQ)。
此外，通孔填料160优选包括光吸收材料或溶解抑制剂。抑制光致抗蚀剂显影溶液溶解的溶解抑制剂可以是本领域技术人员公知的材料。以下描述光吸收材料和溶解抑制剂的功能。在本发明中，HSQ基材料不仅是纯HSQ，而且还是含例如光吸收材料和/或溶解抑制剂的添加剂的HSQ。
用旋涂法形成通孔填料160，以完全填充通孔150。虽然可以用通孔填料160只填充通孔150，但是考虑到工艺余量控制，通孔填料160优选地形成在保护层140上至预定厚度。而且，按照DOF余量，优选是低通孔密度区中形成的通孔填料160的高度T1与高通孔密度区中形成的通孔填料160的高度T2之间的差为2000或更小。考虑到诸如涂层配方、通孔150之间的间隔、临界尺寸和通孔150的高度的变量，可以容易地控制HSQ基材料的厚度，且条件(T1-T2≤2000)可以容易地得到满足。
参见图6，用等离子体170处理通孔填料160的表面。等离子体170源自O2、H2、He、NH3、N2、Ar或它们的任何混合物，且在室温到500℃的温度进行等离子体处理1到120秒。通过等离子体处理使通孔填料160致密。而且，进行等离子体处理以防止光致抗蚀剂显影溶液溶解通孔填料160。因此，如果通孔填料160包含溶解抑制剂，那么就可以任选地省略等离子体处理。
参见图7，在用等离子体170处理过的通孔填料160上形成抗反射层(ARL)180。尽管可以用无机材料形成抗反射层(ARL)180，但是，为了以后容易除去，优选用有机材料形成抗反射层(ARL)180。用可以吸收波长为248nm、193nm或更短波长的光的抗反射材料，这些抗反射材料是本领域技术人员公知的，或者是美国专利申请No.10/400,029所公开的材料形成ARL 180，该美国专利申请由相同的受让人共同拥有且在此处全文参考引用，如本发明所充分公开那样。ARL 180形成至500到700厚。
参见图8，形成光致抗蚀剂层185，然后用界定沟槽的掩模200曝光。当从波长为248nm、193nm或更短波长的曝光光源发射的光穿过掩模200的透光区201并辐射到光致抗蚀剂层185上时，由包含在光致抗蚀剂层185的曝光区185b中的光酸产生剂(generator)产生酸H+。这里，设置在曝光区185b下面的ARL180防止了穿过光致抗蚀剂层185的光线反射回光致抗蚀剂层185。因此，如果通孔填料160包含光吸收材料，以防止光线反射，则可以任选地省略ARL 180的形成。曝光区185b中产生的酸H+水解光致抗蚀剂层185使其成为可溶解在显影溶液中的材料。在曝光工艺后，通过曝光后烘烤(post-exposure baking)(PEB)工艺使酸解变得更有效。在曝光工艺和PEB工艺中，通孔填料160起到对氮或胺的扩散阻挡层的作用。因此，由于用于蚀刻通孔150的蚀刻气体、以及用于除去界定通孔150的光致抗蚀剂图形(图4中的145)的等离子体工艺而留在ILD 130中的碱性材料，例如氮和胺，不能通过通孔填料160如虚线所示那样扩散，并且与曝光部分185b中产生的酸H+中和，这是由于通孔填料160起扩散阻挡层的作用，从而不会引起光致抗蚀剂中毒。
参见图9，形成光致抗蚀剂图形185a。当经过曝光后烘烤的光致抗蚀剂层185浸泡在四甲基氢氧化铵(tetramethyl ammonium hydroxide)显影液中时，只有曝光部分185b溶解在显影液中。于是，如图9所示，获得光致抗蚀剂图形185a。这里，由于设置在曝光部分185b下的ARL 180，通孔填料160不暴露在显影溶液中。如果通孔填料160用等离子体处理，或者包含溶解抑制剂，则即使没有ARL 180，通孔填料160也不会被显影溶液损坏。
图10显示沟槽190的形成。用光致抗蚀剂图形185作蚀刻掩模顺序蚀刻ARL180、通孔填料160和保护层140，然后蚀刻ILD 130和通孔填料160到预定深度，由此形成沟槽190。在ILD 130与通孔填料160的蚀刻比是1∶1，或4∶1或更小的条件下干蚀刻沟槽190。因而可以避免围栏缺陷(见图1)，并且由于通孔填料160的一部分仍然留在通孔150中，所以它可以防止蚀刻停止层120被蚀刻而损坏下层互连110。如果用OSG形成ILD 130且用HSQ基材料形成通孔填料160，则它们都具有无机材料的特性。因此，如果用主蚀刻气体(例如CxFy和CxHyFz)、惰性气体(例如Ar气体)、以及O2、N2和COx中的任选地至少一种的混合物来进行RIE处理，则能满足蚀刻沟槽190的前述条件。
图11是所得结构的剖视图，从该结构中除去了光致抗蚀剂图形185a和剩余的通孔填料160。在沟槽190的蚀刻完成后，用由H2、N2/H2、NH3/H2、He/H2或它们的混合物获得的H2基等离子体除去光致抗蚀剂图形185a。然后，除去通孔填料160，从而形成双镶嵌互连区195，它包括通孔150和沟槽190。通孔填料160用湿蚀刻工艺除去。在ILD 130只是轻微地被蚀刻和仅通孔填料160被选择性地除去，即通孔填料160与ILD 130的湿蚀刻比是20∶1或更高的条件下进行用于除去通孔填料160的湿蚀刻工艺。而且，通孔填料160相对于蚀刻停止层120应具有蚀刻选择性。在ILD 130具有有机特性时，通孔填料160和蚀刻停止层120用无机材料形成。因此，为了满足该条件，通过采用对有机材料具有高选择性的蚀刻剂的湿蚀刻除去通孔填料160。特别是，如果用HSQ基材料形成通孔填料160，用OSG形成ILD130，并用SiC(N)形成蚀刻停止层120，那么，可以在用去离子水(DIW)稀释的HF溶液中、或者在作为NH4、HF和去离子水的混合物的缓冲氧化蚀刻剂(BOE)中湿蚀刻通孔填料160。优选地，稀释的HF溶液之比为100(DIW)∶1(HF)、或更高。于是，HSQ基材料与OSG与SiC(N)的蚀刻比可大于100∶1∶1。此外，在除去通孔填料160的过程中可以防止ILD 130的蚀刻，以精确控制沟槽190的临界尺寸。
由相同受让人共同拥有的韩国专利申请No.2002-57192给出了通孔蚀刻、沟槽蚀刻和湿蚀刻的详细说明，该申请在此全文参考引用，如本发明充分公开那样。
参见图12，蚀刻通孔150中露出的蚀刻停止层120直到露出下层互连110为止，由此完成双镶嵌互连区195。刻蚀蚀刻停止层120，使得不影响下层互连110，且只选择性地除去蚀刻停止层120。
参见图13，在双镶嵌互连区195上形成导电层，然后对其平坦化，从而形成双镶嵌互连210。用铝、钨、铜或其合金形成导电层，优选用铜形成导电层，因为铜的电阻小。而且导电层可以是扩散阻挡层和主互连层的叠层，或者可以通过公知的方法以各种其他形式形成导电层。
显然，参见图2到13描述的通孔在先的双镶嵌工艺(via-first dualdamascene process)可以用于沟槽在先的双镶嵌工艺(trench-first dualdamascene process)。
参见以下的实验示例更详细地描述本发明。此处，显然本发明不受这些实验示例的限制。
以下的实验示例在制造具有嵌入的1.1μm26Tr-SRAM的90nm设计规则逻辑器件的双镶嵌互连的工艺中获得。
实验示例1用SiC(k＝5.0)形成蚀刻停止层，用CVD OSG(k＝2.9)形成厚度为7000的ILD，形成直径为0.132μm的通孔。然后，用旋涂法形成用于通孔填料的HSQ(FOXTMof DOW Corning Corp.)。图14A和14B是显示其中填充有HSQ通孔填料的测试样品的剖视图的SEM照片。参见图14A和14B，可看出HSQ具有良好的间隙填充特性，而且是在OSG层上按平面形式形成的。而且，在低通孔密度区形成的HSQ层的厚度T1(图14A)与在高通孔密度区形成的HSQ层的厚度T2(图14B)之间的差为2000或更小。
实验示例2按与实验示例1相同的方式形成HSQ层，然后在HSQ层上顺序形成有机ARL和用于KrF的光致抗蚀剂。用波长是248nm的曝光光源进行曝光工艺，用四甲基氢氧化铵显影液进行显影工艺，从而形成界定沟槽的光致抗蚀剂图形。结果，制成测试样品。
通过直接在HSQ层上形成界定沟槽的光致抗蚀剂图形，制成对比样品。
图15A是测试样品的SEM照片，图15B是对比样品的SEM照片。图15A和图15B证实，通过形成有机ARL获得可靠的光致抗蚀剂图形。
实验示例3按与实验示例1相同的方式形成HSQ层，HSQ层的表面用等离子体处理，且形成有机ARL。然后，在有机ARL层上涂覆用于KrF的光致抗蚀剂。用波长是248nm的曝光光源进行曝光工艺，且用四甲基氢氧化铵显影液进行显影工艺，由此形成界定沟槽的光致抗蚀剂图形。结果，制成测试样品。
通过取代HSQ层将有机ARL用于通孔填料并形成光致抗蚀剂图形来制成对比样品。
图16A是测试样品的SEM照片，图16B是对比样品的SEM照片。参见图16A，HSQ通孔填料起到对于例如胺的碱性材料的扩散阻挡层的作用，使得可以形成可靠的光致抗蚀剂图形。相反，参见图16B，当有机ARL用作通孔填料时，碱性材料扩散并中和了光致抗蚀剂层中的酸H+，从而形成受到损坏的光致抗蚀剂图形。
实验示例4按与实验示例3相同的方式形成光致抗蚀剂图形，且通过用CxFy主蚀刻气体进行干蚀刻处理而使得蚀刻比HSQ∶OSG为1∶1来形成沟槽。于是制成测试样品。图17A和17B是测试样品的SEM照片。图17A是沿沟槽的宽度截取的剖视图，17B是沿沟槽的长度截取的剖视图。参见图17A和17B，可以看出，在双镶嵌区域中形成了良好的沟槽外形，且尽管出现了约50％的过蚀刻，但是HSQ通孔填料可靠地保护了SiC蚀刻停止层。
实验示例5按与实验示例4相同的方式形成沟槽，用按500(DIW)∶1(HF)的比例稀释的HF溶液除去留在通孔中的HSQ层。因此制成测试样品。图18是测试样品的SEM照片。参见图18，HSQ层已完全除去，且形成了具有良好外形和所需临界尺寸的耐用和可靠的双镶嵌区，而没有产生围栏。
实验示例6按与实验示例1-5相同的制造测试样品的方法形成双镶嵌区，用典型的铜互连制造工艺在双镶嵌区中形成铜互连。双镶嵌互连制造工艺重复两次或更多次，从而形成具有嵌入式1.1μm26Tr-SRAM的90nm设计规则(design rule)逻辑器件的9级双镶嵌互连。图19是该逻辑器件的SEM照片。图19证实，按本发明方法能制造出具有精细设计规则的无缺陷且可靠的器件。
实验示例7测量实验示例6中制造的器件的电特性。图20到24显示出测试结果。
参见图20和21，从图中看出，制成的双镶嵌结构具有良好的通孔电阻特性。
参见图22，可看出，即使所得的器件在400℃的温度退火6小时，通孔电阻特性也不会下降。
在另一方法中，按与实验示例6相同的方式形成器件，其不同之处在于互连的线路和间隔分别变成0.14μm和0.12μm。图23显示出互连的片电阻和漏电流的测量结果。
参见图23，片电阻和漏电流处于良好状态。
图24显示按实验示例6制造的器件的RC值和其中用SiN形成蚀刻停止层且用SiOF形成ILD的器件的RC值。
参见图24，当如本发明这样用SiC形成蚀刻停止层和用OSG形成ILD时，与其中用SiN形成蚀刻停止层且用SiOF形成ILD的现有器件相比，RC值减小约20％。
按本发明，用低k介电材料形成ILD，使得防止了RC延迟，并且可将串扰和功耗减到最小。而且用混合低k介电材料形成ILD，用无碳无机材料形成通孔填料。结果，覆盖下层互连的蚀刻停止层受到保护，防止了光致抗蚀剂中毒，改善了光刻工艺中的DOF的余量，防止了会对双镶嵌互连的电特性造成负面影响的围栏，且可以使沟槽的宽度和临界尺寸保持不变。
尽管已经参照优选例具体显示和描述了本发明，但是本领域技术人员应了解，在不脱离所附权利要求书所界定的本发明的精神和范围的前提下，本发明在形式和细节上还会有各种变化。
权利要求
1.一种制造双镶嵌互连的方法，该方法包括(a)在衬底上形成介电常数为3.3或更小的混合介电层；(b)在介电层中形成通孔；(c)用无碳无机填料填充通孔；(d)部分蚀刻填充通孔的无机填料和介电层，形成沟槽，该沟槽连接通孔，并且将在该沟槽中形成互连；(e)除去通孔中剩余的无机填料；以及(f)通过用互连材料填充沟槽和通孔来完成互连。
2.按权利要求1的方法，还包括，在步骤(a)之前在衬底上形成下层互连；以及在下层互连上形成蚀刻停止层。
3.按权利要求2的方法，其中，用SiC、SiN和SiCN中的至少一种形成蚀刻停止层。
4.按权利要求1的方法，其中，介电常数为3.3或更小的混合介电层为有机硅酸盐玻璃层。
5.按权利要求1的方法，其中，介电常数为3.3或更小的混合介电层用化学气相沉积法形成。
6.按权利要求1的方法，还包括，在步骤(b)之前在介电常数为3.3或更小的混合介电层上形成保护层，其中，在步骤(b)中，在保护层和介电层中形成通孔。
7.按权利要求6的方法，其中，保护层用抗反射材料形成。
8.按权利要求6的方法，其中，用SiO2、SiOF、SiON、SiC、SiN和SiCN中的至少一种形成保护层。
9.按权利要求2的方法，其中步骤(b)包括在介电层上形成光致抗蚀剂图形以定义该通孔；以及通过用光致抗蚀剂图形作为蚀刻掩模干蚀刻该介电层来形成露出蚀刻停止层的该通孔。
10.按权利要求1的方法，其中，无碳无机填料是HSQ基填料。
11.按权利要求1的方法，其中，无碳无机填料还包括光吸收材料和/或用于光致抗蚀剂显影溶液的溶解抑制剂。
12.按权利要求1的方法，还在步骤(d)之前包括下列步骤中的至少一个(i)用等离子体处理无碳无机填料的表面；(ii)在无碳无机填料表面上形成抗反射层；以及(iii)用等离子体处理无碳无机填料的表面，并在等离子体处理过的无碳无机填料的表面上形成抗反射层。
13.按权利要求12的方法，其中，等离子体由O2、H2、He、NH3、N2、Ar、或其任意混合物获得。
14.按权利要求12的方法，其中，抗反射层是有机抗反射层。
15.按权利要求14的方法，其中，抗反射层形成至约500到700厚。
16.按权利要求1的方法，其中，步骤(d)包括在无机填料上形成光致抗蚀剂图形以限定沟槽；通过利用光致抗蚀剂图形作为蚀刻掩模进行干蚀刻使得无机填料与介电层的蚀刻比为4∶1或更小来形成沟槽；以及除去光致抗蚀剂图形。
17.按权利要求16的方法，其中，干蚀刻用CxFy或CxHyFz作主蚀刻气体，并且光致抗蚀剂图形的去除采用H2基等离子体。
18.按权利要求1的方法，其中，步骤(e)包括湿蚀刻，使得无机填料与介电层的蚀刻比是20∶1或更高。
19.按权利要求18的方法，其中，湿蚀刻采用稀释的HF，或者NH4F、HF和去离子水的混合物。
20.按权利要求1的方法，其中，在步骤(f)中，互连是铜互连。
21.一种制造双镶嵌互连的方法，该方法包括(a)在衬底上形成有机硅酸盐玻璃层；(b)在有机硅酸盐玻璃层中形成通孔；(c)用HSQ基填料填充通孔；(d)部分蚀刻填充通孔的HSQ基填料和有机硅酸盐玻璃层，形成沟槽，该沟槽连接通孔，且该沟槽中将形成互连；(e)除去留在通孔中的HSQ基填料；以及(f)通过用互连材料填充沟槽和通孔来完成互连。
22.按权利要求21的方法，其中，在步骤(a)中，用化学气相沉积法形成有机硅酸盐玻璃层。
23.按权利要求21的方法，在步骤(a)之前还包括在衬底上形成下层互连；以及在下层互连上形成蚀刻停止层。
24.按权利要求23的方法，其中，用SiC、SiN和SiCN中的至少一种形成蚀刻停止层。
25.按权利要求21的方法，在步骤(b)之前还包括在有机硅酸盐玻璃层上形成保护层。
26.按权利要求25的方法，其中，保护层由抗反射材料形成。
27.按权利要求25的方法，其中，用SiO2、SiOF、SiON、SiC、SiN和SiCN中的至少一种形成保护层。
28.按权利要求23的方法，其中，步骤(b)包括在有机硅酸盐玻璃层上形成光致抗蚀剂图形来界定通孔；以及通过用光致抗蚀剂图形作为蚀刻掩模干蚀刻有机硅酸盐玻璃层来形成露出蚀刻停止层的通孔。
29.按权利要求21的方法，其中，HSQ基填料还包括光吸收材料和/或用于光致抗蚀剂显影溶液的溶解抑制剂。
30.按权利要求21的方法，在步骤(d)之前还包括下列步骤中的至少一个(i)用等离子体处理HSQ基填料的表面；(ii)在HSQ基填料的表面上形成抗反射层；以及(iii)用等离子体处理HSQ基填料的表面，然后在等离子体处理过的HSQ基填料的表面上形成抗反射层。
31.按权利要求30的方法，其中，等离子体由O2、H2、He、NH3、N2、Ar、或其任意混合物获得。
32.按权利要求30的方法，其中，抗反射层是有机抗反射层。
33.按权利要求32的方法，其中，抗反射层形成至约500到700厚。
34.按权利要求21的方法，其中，步骤(d)包括在HSQ基填料上形成光致抗蚀剂图形，以限定沟槽；通过用光致抗蚀剂图形作为蚀刻掩模进行干蚀刻使得HSQ基填料与有机硅酸盐玻璃层的蚀刻比是4∶1或更小来形成沟槽；以及除去光致抗蚀剂图形。
35.按权利要求34的方法，其中，干蚀刻用CxFy或CxHyFz作主蚀刻气体，且光致抗蚀剂图形的去除采用H2基等离子体。
36.按权利要求21的方法，其中，步骤(e)包括湿蚀刻，使得HSQ基填料与有机硅酸盐玻璃层的蚀刻比是20∶1或更高。
37.按权利要求36的方法，其中，湿蚀刻采用稀释的HF，或NH4F、HF和去离子水的混合物。
38.按权利要求21的方法，其中，在步骤(f)中，互连为铜互连。
39.一种制造双镶嵌互连的方法，该方法包括(a)在衬底上形成下层互连；(b)在下层互连上形成蚀刻停止层；(c)在蚀刻停止层上用化学气相沉积法形成有机硅酸盐玻璃层；(d)通过有机硅酸盐玻璃层形成露出蚀刻停止层的通孔；(e)用HSQ基填料填充通孔；(f)用等离子体处理HSQ基填料的表面；(g)在等离子体处理过的HSQ基填料的表面上形成抗反射层；(h)部分蚀刻抗反射层、填充通孔的HSQ基填料和有机硅酸盐玻璃层以形成沟槽，该沟槽连接通孔，其该沟槽中将形成互连；(i)除去留在通孔中的HSQ基填料；以及(k)通过用互连材料填充沟槽和通孔来完成互连。
40.按权利要求39的方法，其中，用SiC、SiN和SiCN中的至少一种形成蚀刻停止层。
41.按权利要求39的方法，在步骤(d)之前，还包括在有机硅酸盐玻璃层上形成保护层。
42.按权利要求41的方法，其中，保护层由抗反射材料形成。
43.按权利要求41的方法，其中，由SiO2、SiOF、SiON、SiC、SiN和SiCN中的至少一种形成保护层。
44.按权利要求39的方法，其中，HSQ基填料还包括光吸收材料和/或用于光致抗蚀剂显影溶液的溶解抑制剂。
45.按权利要求39的方法，其中，等离子体由O2、H2、He、NH3、N2、Ar、或其任意混合物获得。
46.按权利要求39的方法，其中，抗反射层是有机抗反射层。
47.按权利要求46的方法，其中，抗反射层形成至约500到700厚。
48.按权利要求39的方法，其中，步骤(h)包括在抗反射层上形成光致抗蚀剂图形以界定沟槽；通过用光致抗蚀剂图形作为蚀刻掩模进行干蚀刻使得HSQ基填料与有机硅酸盐玻璃层的蚀刻比是4∶1或更小来形成沟槽；以及除去光致抗蚀剂图形。
49.按权利要求48的方法，其中，干蚀刻用CxFy或CxHyFz作主蚀刻气体，且光致抗蚀剂图形的去除采用H2基等离子体。
50.按权利要求39的方法，其中，步骤(i)包括湿蚀刻，使得HSQ基填料与有机硅酸盐玻璃层的蚀刻比是20∶1或更高。
51.按权利要求50的方法，其中，湿蚀刻采用稀释的HF，或NH4F、HF和去离子水的混合物。
52.按权利要求39的方法，其中，在步骤(k)中，互连为铜互连。
全文摘要
本发明提供一种制造双镶嵌互连的方法。在介电常数为3.3或更小的混合介电层中形成双镶嵌区，且用无碳无机材料作为通孔填料。本发明改善了双镶嵌互连的电特性，并具有最小的缺陷。
文档编号H01L23/522GK1495879SQ0314707
公开日2004年5月12日 申请日期2003年7月24日 优先权日2002年7月24日
发明者李敬雨, 李守根, 朴玩哉, 金在鹤 申请人:三星电子株式会社