专利名称：双金属镶嵌结构开口的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种集成电路中多重内连线(Multilevel Interconnects)的制造方法，且特别是涉及一种双金属镶嵌(Dual Damascene)的制造方法。
双金属镶嵌的技术，是一种介层窗和内连线同时形成的技术。其作法是在基底上先形成一层绝缘层，并将其平坦化后，再依照所需的金属导线的图案以及介层窗的位置，蚀刻绝缘层，以形成沟渠以及一介层开口。然后，再于基底上沉积一层金属层，使其填满沟渠与介层窗开口，以同时形成金属导线与介层窗。最后，再以化学机械研磨法(Chemical-Mechanical Polishing，CMP)将元件的表面平坦化，即完成双金属镶嵌的制作。
由于采用双金属镶嵌的方式，可以避免典型先形成介层窗再形成金属导线的方法在光刻工艺中所面临叠对误差(Overlay Error)与工艺偏差(ProcessBias)的问题，而使元件的可靠度增加，并且使工艺能力提升，因此，在元件高度集成化之后，双金属镶嵌已逐渐成为半导体工业所采用的一种技术。
为清楚说明双金属镶嵌的制造流程请参照
图1A至图1C，其所绘示为一种现有双金属镶嵌结构的制造流程剖面图。
首先，请参照图1A，在已形成有金属层102的基底100上形成一层介电层104。之后于介电层104上形成一图案化的光致抗蚀剂106，并裸露出部分介电层104。
然后，请参照图1B，以图案化光致抗蚀剂106(如图1A所示)为掩模，移除部分介电层104，直到裸露出部分金属层102，并且将介电层104转换成具有介层窗开口108的介电层104a。之后，移除图案化光致抗蚀剂106。接着，于基底100上方形成另一层图案化光致抗蚀剂110。
其后，请参照图1C，以图案化光致抗蚀剂110(如图1B所示)为掩模，移除部分介电层104a，以将介电层104a转换成具有介层窗开口108与导线沟渠112的介电层104b。而介层窗口108与导线沟渠112组成一双金属镶嵌结构开口114。继之，移除图案化光致抗蚀剂110。
在上述的方法中，需要进行两次的光致抗蚀剂覆盖步骤、两次的光刻腐蚀步骤及两次的去除光致抗蚀剂步骤，这也会使得工艺的步骤较为繁复。此外，在第二次于基底上方形成图案化光致抗蚀剂110时，会有部分光致抗蚀剂残留于介层窗口108中，因此容易于后续工艺中，影响在介层窗口中填入的导电物的导电性。
有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种双金属镶嵌结构开口的制造方法，适用于形成有一介电层的基底，此方法包括于介电层上形成具有第一开口的第一光致抗蚀剂层，其中第一开口裸露预定于介电层中形成介层窗的位置。之后，于基底上方形成一层缓冲层，接着，于第一光致抗蚀剂层上方形成具有第二开口的第二光致抗蚀剂层，其中第二开口裸露预定形成导线的位置，且第一开口与第二开口组成一金属内连线结构图案。接着，以第一与第二光致抗蚀剂层为掩模，于该介电层中形成具有介层窗开口与导线沟渠的一双金属镶嵌结构开口。
本发明中，由一第一光致抗蚀剂层与一之第二光致抗蚀剂层构成具有预定形成于介电层中的内连线结构，其中第一光致抗蚀剂层具有介层窗开口图案，而第二光致抗蚀剂层具有导线沟渠的图案，此一具有金属内连线结构的第一与第二光致抗蚀剂层，做为介电层的蚀刻掩模，以便在介电层中形成双金属镶嵌结构开口结构。
由于直接于两层光致抗蚀剂层中形成金属内连线结构(双金属镶嵌结构开口结构)，因此于后续于介电层中型成双金属镶嵌结构开口结构时，只需进行一次蚀刻及一次移除光致抗蚀剂的步骤，因此可以简化工艺。
此外，由于在第一与第二光致抗蚀剂层之间形成有一缓冲层，且此缓冲层具有亲水性的特性，因此可以防止在形成第二光致抗蚀剂层时，影响第一光致抗蚀剂层中的图案，此外，由于缓冲层具有亲水性，因此在形成第二光致抗蚀剂层并且曝光显影形成图案时，可以将未被第二光致抗蚀剂层覆盖的缓冲层经由显影剂的清洗而移除。
另外，可以藉由控制光致抗蚀剂层与介电层之间的蚀刻选择比以及光致抗蚀剂层的厚度，不论介电层中是否具有蚀刻终止层，都可以形成双金属镶嵌。
为使本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图作详细说明。附图中图1A至图1C绘示一种双金属镶嵌结构的制造流程剖面图。
图2A至图2C绘示依照本发明一优选实施例的一种双金属镶嵌结构的制造流程剖面图。
附图的标记说明100、200基底102金属层104、104a、104b、204、205介电层106、110图案化光致抗蚀剂108介层窗开口112导线沟渠开口114、214双金属镶嵌结构开口202 导电层204a蚀刻终止层210 第一光致抗蚀剂层210a下开口212 第二光致抗蚀剂层212a上开口214a介层窗开口214b导线沟渠开口214 金属镶嵌开口请参照图2A，在形成有导电层202的基底200上形成一层介电层204。其中，优选的是在此介电层204中，还形成有一层蚀刻终止层204a，此蚀刻终止层204a例如是以化学气相沉积法所形成的氮化硅层或氮氧化硅(SixOyNz)，而氮氧化硅在光源为深紫外线(DeepUV)时又可作为抗反射层。而介电层204包括以化学气相沉积法所形成的氧化硅层，优选的是Silk或Coral。
在形成有介电层204的基底200上方形成第一光致抗蚀剂层210。其中，第一光致抗蚀剂层210例如是正光致抗蚀剂或是负光致抗蚀剂。然而，由于负光致抗蚀剂相较于正光致抗蚀剂对于介电层具有更良好的附着力，特别是针对一些低介电系数的物质，因此优选的情况是在介电层204上形成一层负光致抗蚀剂。
于形成第一光致抗蚀剂层210之后再进行软烤(Soft Bake)的步骤。软烤的作用在于去除光致抗蚀剂中的溶剂、增加光致抗蚀剂的附着力以及增加后续步骤中所使用的显影剂对曝光与未曝光的光致抗蚀剂的选择性等等。接着，进行曝光以将预定于介电层204中形成介层窗开口的图案转移至第一光致抗蚀剂层210。
继之，进行曝光后烘烤(Post Exposure Bake)的步骤，并显影在第一光致抗蚀剂层210中形成下开口210a。在优选的情况下，使用负光致抗蚀剂形成的第一光致抗蚀剂层210于显影后，只有照光处的负光致抗蚀剂层才会残留。由于负光致抗蚀剂对于介电层的蚀刻选择率比起正光致抗蚀剂对于介电层的蚀刻选择率要高，因此负光致抗蚀剂层可以较薄，其厚度约为0.2至0.3微米之间，而这对增加显影的解析度(Resolution)及改善显影工艺裕度(Process Window)是有帮助的。
继之，于基底200上方形成一层缓冲层211。此缓冲层例如是具有亲水性的抗反射涂布(Hydrophilic anti-reflection coating)或是具有亲水性化学结构的材质。
请参照图2B，于缓冲层211上形成第二光致抗蚀剂层212，并接着进行软烤的步骤。之后，进行曝光以将预定于介电层204中形成导电沟渠的图案转移至第二光致抗蚀剂层212上。继之，进行曝光后烘烤、并且显影以再第二光致抗蚀剂层212中形成上开口212a，由于缓冲层211为具有亲水性的材质所组成，因此在进行第二光致抗蚀剂层212的显影步骤时，未被第二层光致抗蚀剂层覆盖的部分缓冲层211可以随着显影继之清洗一同移除。此一上开口212a与下开口210a组成金属内连线结构图案213。其中第二光致抗蚀剂层212可为一正光致抗蚀剂层或一负光致抗蚀剂层。
由于在第一光致抗蚀剂层210与第二光致抗蚀剂层212之间形成有一缓冲层211，因此可以避免于形成第二光致抗蚀剂层212的过程中，第一光致抗蚀剂层210与第二光致抗蚀剂层212产生相互混合作用(intermixingprocess)。
请参照图2C，调整第一光致抗蚀剂层210对介电层204的蚀刻选择率，以使介电层204的蚀刻速率大于第一光致抗蚀剂层210的蚀刻速率，以同时移除部分介电层204与第一光致抗蚀剂层210、第二光致抗蚀剂层212，此移除步骤例如是进行各向异性蚀刻，以将金属内连线结构图案213，也就是第一光致抗蚀剂层210的下开口210a图案以及第二光致抗蚀剂层的上开口212a图案，转移至介电层204中，以在介电层204中形成相对应的介层窗开口214a以及导线沟渠214b，介层窗开口214a以及导线沟渠214b组成双金属镶嵌结构开口，且介层窗开口214a裸露部分导电层202，而介电层204也转换成具有双金属镶嵌结构开口214的介电层205。
达到如图2C所示的蚀刻结构，优选的是利用形成于介电层204中的蚀刻终止层204a为蚀刻终点，以增加蚀刻工艺裕度，亦或是在介电层204中没有形成蚀刻终止层的情况下，精确控制(Fine Tune)第一光致抗蚀剂层210以及第二光致抗蚀剂层212的厚度来控制蚀刻结果。
本发明利用于图案化的第一光致抗蚀剂层上，依序形成隔离用的缓冲层以及图案化的第二光致抗蚀剂层，也就是于介电层204上形成具有上开口以及下开口的金属内连线结构图案213的光致抗蚀剂层，之后只需调整蚀刻选择比，经由一次蚀刻步骤，而可以将光致抗蚀剂中金属内连线结构图案213转移至介电层204中形成双金属镶嵌结构开口214。由于蚀刻的次数只有一次，因此可以简化工艺。此外，藉由控制光致抗蚀剂层与介电层之间的蚀刻选择比，可以控制所形成的内连线在介电层中的深度。以及在不论是否具有蚀刻终止层的情形下，都能以一次的蚀刻步骤，在介电层中形成双金属镶嵌介层窗。
此外，由于在第一与第二光致抗蚀剂层之间形成有一缓冲层，且此缓冲层具有亲水性的特性，因此可以防止在形成第二光致抗蚀剂层时，影响第一光致抗蚀剂层中的图案，此外，由于缓冲层具有亲水性，因此在形成第二光致抗蚀剂层并且曝光显影形成图案时，可以将未被第二光致抗蚀剂层覆盖的缓冲层经由显影剂的清洗而移除。
由上述本发明优选实施例可知，应用本发明具有下列优点(1)形成双金属镶嵌介层窗时，可以连续地进行涂布光致抗蚀剂物质以及曝光的步骤，并且只进行一次蚀刻及一次移除光致抗蚀剂的步骤，因此可以简化工艺。
(2)可以藉由控制光致抗蚀剂层与介电层之间的蚀刻选择比以及光致抗蚀剂层的厚度，来掌握内连线的深度以及不论介电层中是否具有蚀刻终止层，都可以形成双金属镶嵌。
(3)由于负光致抗蚀剂对于介电层的蚀刻选择率比起正光致抗蚀剂对于介电层的蚀刻选择率要高，因此负光致抗蚀剂层可以较薄，而这对增加显影的解析度及改善显影工艺裕度是有帮助的。而且在深宽比较大的情况下，使用较薄的负光致抗蚀剂层对正光致抗蚀剂的残留也有改善。
(4)在第一与第二光致抗蚀剂层之间形成有一缓冲层，可以防止在形成第二光致抗蚀剂层时，影响第一光致抗蚀剂层中的图案，此外，由于缓冲层具有亲水性，因此在形成第二光致抗蚀剂层并且曝光显影形成图案时，可以将未被第二光致抗蚀剂层覆盖的缓冲层经由显影剂的清洗而移除。
虽然本发明已结合一优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当由后附的权利要求所界定。
权利要求
1.一种双金属镶嵌结构开口的制造方法，适用于一基底，该基底上形成有一介电层，此方法包括于该介电层上形成一第一光致抗蚀剂层，该第一光致抗蚀剂层具有一第一开口，其中该第一开口裸露预定于该介电层中形成一介层窗开口的一位置；于该基底上方形成一缓冲层；于该缓冲层上形成一第二光致抗蚀剂层，该第二光致抗蚀剂层具有一第二开口，其中该第二开口裸露预定形成一导线沟渠的一位置，而该第一开口与第二开口组成一金属内连线结构图案；以及以该第一与该第二光致抗蚀剂层为掩模，于该介电层中形成具有一介层窗开口与一导线沟渠的一双金属镶嵌结构开口。
2.如权利要求1所述的双金属镶嵌结构开口的制造方法，其中该第一光致抗蚀剂层包括一负光致抗蚀剂。
3.如权利要求1所述的双金属镶嵌结构开口的制造方法，其中该第二光致抗蚀剂层包括一负光致抗蚀剂。
4.如权利要求1所述的双金属镶嵌结构开口的制造方法，其中该第二光致抗蚀剂层包括一正光致抗蚀剂。
5.如权利要求1所述的双金属镶嵌结构开口的制造方法，其中该第一光致抗蚀剂层包括一正光致抗蚀剂。
6.如权利要求1所述的双金属镶嵌结构开口的制造方法，其中形成该第一光致抗蚀剂层之后还包括进行一曝光后烘烤的步骤。
7.如权利要求1所述的双金属镶嵌结构开口的制造方法，其中形成该第二光致抗蚀剂层之后还包括进行一曝光后烘烤的步骤。
8.如权利要求1所述的双金属镶嵌结构开口的制造方法，其中该缓冲层包括一亲水性的抗反射涂布。
9.如权利要求1所述的双金属镶嵌结构开口的制造方法，其中该缓冲层包括一具有亲水性化学结构的材质。
10.一种双金属镶嵌结构开口的制造方法，其适用于一基底，该基底上形成有一介电层，此方法包括于该介电层上依序形成具有一第一开口的一第一光致抗蚀剂层以及具有一第二开口的一第二光致抗蚀剂，其中该第一开口与该第二开口组成一具有一第一介层窗开口以及一第一导线沟渠的一内连线结构图案；以及以该第一光致抗蚀剂层及该第二光致抗蚀剂层为掩模，将该内连线结构图案转移至该介电层中，以于介电层中形成一具有相对应于该第一介层窗开口与该第一导线沟渠的一第二介层窗开口与一第二导线沟渠的一双金属镶嵌结构开口。
11.如权利要求10所述的双金属镶嵌结构开口的制造方法，其中该第一光致抗蚀剂层与该第二光致抗蚀剂层之间形成有一缓冲层。
12.如权利要求11所述的双金属镶嵌结构开口的制造方法，其中该缓冲层包括一亲水性的抗反射涂布。
13.如权利要求11所述的双金属镶嵌结构开口的制造方法，其中该缓冲层包括一具有亲水性化学结构的材质。
14.如权利要求10所述的双金属镶嵌结构开口的制造方法，其中该第一光致抗蚀剂层包括一正光致抗蚀剂。
15.如权利要求10所述的双金属镶嵌结构开口的制造方法，其中该第二光致抗蚀剂层包括一正光致抗蚀剂。
16.如权利要求10所述的双金属镶嵌结构开口的制造方法，其中该第二光致抗蚀剂层包括一负光致抗蚀剂。
17.如权利要求10所述的双金属镶嵌结构开口的制造方法，其中该第二光致抗蚀剂层包括一负光致抗蚀剂。
18.一种图案化光致抗蚀剂的制造方法，其适用于在一介电层中形成双金属镶嵌结构开口，此方法包括于该介电层上形成一第一光致抗蚀剂层；进行一第一软烤工艺；进行一第一曝光工艺；进行一第一曝光后烘烤工艺；进行一第一显影工艺，以在该第一光致抗蚀剂层中形成一第一开口，其中该第一开口裸露预定于该介电层中形成一介层窗开口的一位置；于该介电层上方形成一缓冲层；于该缓冲层上，形成一第二光致抗蚀剂层；进行一第二软烤工艺；进行一第二曝光工艺；进行一第二曝光后烘烤工艺；以及进行一第二显影工艺，以在该第二光致抗蚀剂层中形成一第二开口，并且移除部分未被该第二光致抗蚀剂层覆盖的缓冲层，其中该第二开口裸露预定于该介电层中形成一导线沟渠的一位置，而该第一开口与第二开口组成一金属内连线结构图案。
19.如权利要求18所述的图案化光致抗蚀剂的制造方法，其中该第一光致抗蚀剂层包括一正光致抗蚀剂。
20.如权利要求18所述的图案化光致抗蚀剂的制造方法，其中该第二光致抗蚀剂层包括一正光致抗蚀剂。
21.如权利要求18所述的图案化光致抗蚀剂的制造方法，其中该第二光致抗蚀剂层包括一负光致抗蚀剂。
22.如权利要求18所述的图案化光致抗蚀剂的制造方法，其中该第二光致抗蚀剂层包括一负光致抗蚀剂。
23.如权利要求18所述的图案化光致抗蚀剂的制造方法，其中该缓冲层包括一亲水性的抗反射涂布。
24.如权利要求18所述的图案化光致抗蚀剂的制造方法，其中该缓冲层包括一具有亲水性化学结构的材质。
全文摘要
一种双金属镶嵌结构开口的制造方法,适用于形成有一介电层的基底,此方法包括:于介电层上形成具有第一开口的第一光致抗蚀剂层,其中第一开口裸露预定于介电层中形成介层窗的位置。之后,于基底上方形成一层缓冲层,接着,于第一光致抗蚀剂层上方形成具有第二开口的第二光致抗蚀剂层,其中第二开口裸露预定形成导线的位置,且第一开口与第二开口组成一金属内连线结构图案。接着,以第一与第二光致抗蚀剂层为掩模,于该介电层中形成具有介层窗开口与导线沟渠的一双金属镶嵌结构开口。
文档编号H01L21/302GK1353455SQ0013397
公开日2002年6月12日 申请日期2000年11月13日 优先权日2000年11月13日
发明者黄义雄, 黄俊仁 申请人:联华电子股份有限公司