专利名称：阻绝气体释放及凸出结构产生的双镶嵌方法
技术领域：
本发明系关于一种双镶嵌结构或介层窗的形成方法，特别是关于一种可防止气体产生以及防止侧壁表面粗糙的方法，利用在多孔材质沟渠的两侧壁面形成一层金属的阻障层，使得在沟渠的两侧壁面的粗糙面获得改善并消除凸起结构。
当集成电路的制程进入0.1微米的技术领域之后，多孔材质(介电常数介于2.0～2.5之间)的低介电常数材质被应用于铜制程之中。在集成电路的制程中，以低介电常数(K)小于2.5的多孔材质(porous)对于集成电路制程的整合是有利的。惟，目前制程所习用的介电材质，于双镶嵌结构的沟渠侧壁表面容易产生粗糙面，以及在后续热处理过程中释出气体。上述的溢出的气体将导致凸出状的结构或称蘑菇状结构(mushroom)形成于双镶嵌的沟渠中(参阅
图1)，而不利于后续的制程。造成气体喷出的主因可能为NH3于摄氏温度100-400度蒸发所导致。在沟渠的两侧壁亦产生的粗糙面，亦不利于后续膜层的覆盖。
本发明的一种阻绝气体释放及凸出结构产生的双镶嵌方法，包含形成第一蚀刻停止层于晶圆之上；形成第一介电层于该第一蚀刻停止层上；形成第二蚀刻停止层于该第一介电层上；形成第二介电层于该第二蚀刻停止层上；形成抗反射层于该第二介电层上；
形成沟渠于上述抗反射层、第二介电层、第二蚀刻停止层以及第一介电层之中；形成一金属阻障层于上述沟渠的表面以及该抗反射层之上；形成一开口于该金属阻障层、该抗反射层、第二介电层之中；以非等向性蚀刻制程蚀刻该金属阻障层，使其残留于该沟渠的表面；形成金属材质于上述第二蚀刻停止层及回填于该沟渠、开口以利于制作双镶嵌；及研磨该金属材质以形成双镶嵌结构。
上述方法是将抗反射层、第二低介电常数介电层、第二蚀刻停止层、第一低介电常数介电层蚀刻以形成一沟渠于上述膜层之中。之后，沉积一阻障层沿着沟渠的表面以及抗反射层之上。阻障层的材质可以采用金属膜层采用化学气相沉积法制作，材质可以选用Ta、TaN、TiN、WN、TiSiN。定义一光阻图案于阻障层上表面，其具有较宽的开口。再使用光阻图案为蚀刻罩幕，将阻障层、抗反射层、第二低介电常数介电层进行蚀刻，直到抵达第二蚀刻停止层为止以形成一开口。之后以干蚀刻去除水平表面上的阻障层，残留之膜层位于沟渠的侧壁表面。上述步骤一并去除位于沟渠底部的第一蚀刻停止层。一阻障层先行沉积于沟渠以及开口的表面，接续一导电层接着形成在阻障层上和回填于开口和沟渠内。此导电层一部分被化学机械研磨移除以达到平坦化，完成双镶嵌结构。
图2为本发明形成抗反射层、第二低介电常数介电层、第二蚀刻停止层、第一低介电常数介电层、第一低介电常数介电层堆叠膜层的剖面示意图。
图3为本发明形成沟渠于图2堆叠膜层中，以及形成金属阻障层于沟渠表面的剖面示意图。
图4为本发明形成开口的剖面示意图。
图5为本发明执行蚀刻步骤的剖面示意图。
图6为本发明形成金属双镶嵌结构后的剖面示意图。
图7为根据本发明的双镶嵌结构的电子显微镜照片，其中消除蘑菇状结构。
接着请参阅图3，藉由传统的微影制程，利用光阻为蚀刻罩幕，将抗反射层16、第二低介电常数介电层14、第二蚀刻停止层12、第一低介电常数介电层10蚀刻，以形成一沟渠18于上述膜层之中，再移除光阻，如图3所示。之后，沉积一阻障层20沿着沟渠18的表面以及抗反射层16之上。阻障层20的材质可以采用金属膜层采用化学气相沉积法制作，材质可以选用Ta、TaN、TiN、WN、TiSiN。此步骤可以保护沟渠18的侧壁以及平滑粗糙的侧壁表面。化学或物理气相沉积法形成的金属材质相较于氧化物具有较佳的阶梯覆盖(step coverage)，且可以利用金属层保留介层窗的临界尺寸。而一般使用氧化物亦造成临界尺寸的变化。例如当侧壁的氧化层的厚度达120埃以上，才能阻绝气体释放或凸出结构的产生。利用本发明的方式可以降至80埃以下。
再重新定义一光阻图案22于阻障层20上表面，其具有较宽的开口。再使用光阻图案22为蚀刻罩幕，将阻障层20、抗反射层16、第二低介电常数介电层14进行蚀刻，直到抵达第二蚀刻停止层12为止，如此，可转移沟渠图案24至膜层之中。接着，移除光阻图案22，如图4所示。
之后以干蚀刻去除水平表面上的阻障层20，残留之膜层位于沟渠18的侧壁表面，如图5所示。上述步骤一并去除位于沟渠18底部的第一蚀刻停止层8以暴露出底层金属6。参阅图6，一阻障层26可以先行沉积于沟渠18以及开口24的表面，接续一导电材料28接着形成在阻障层26上和回填于开口24和沟渠18内。此导电材料28一部分被化学机械研磨移除以达到平坦化，完成双镶嵌结构。上述的导电材料28可以使用铜材质制作。本发明的优点可以防止气体的释出以及凸出结构的形成，可防止沟渠侧壁表面粗糙，参阅图7。换言之，本发明以化学或物理气相沉积法沉积一金属阻障层，以覆盖介电质的多孔材质壁面，其阶梯覆盖的效果较电桨增强气相沉积(PECVD)的氧化物为佳，且将原本粗糙的壁面平滑化。
本发明以较佳实施例说明如上，而熟悉此领域技艺者，在不脱离本发明的精神范围内，当可作些许更动润饰，其专利保护范围由权利要求书界定。
权利要求
1.一种阻绝气体释放及凸出结构产生的双镶嵌方法，其特征在于，该方法包含形成第一蚀刻停止层于晶圆之上；形成第一介电层于该第一蚀刻停止层上；形成第二蚀刻停止层于该第一介电层上；形成第二介电层于该第二蚀刻停止层上；形成抗反射层于该第二介电层上；形成沟渠于上述抗反射层、第二介电层、第二蚀刻停止层以及第一介电层之中；形成一金属阻障层于上述沟渠的表面以及该抗反射层之上；形成一开口于该金属阻障层、该抗反射层、第二介电层之中；以非等向性蚀刻制程蚀刻该金属阻障层，使其残留于该沟渠的表面；形成金属材质于上述第二蚀刻停止层及回填于该沟渠、开口以利于制作双镶嵌；及研磨该金属材质以形成双镶嵌结构。
2.根据权利要求1所述的阻绝气体释放及凸出结构产生的双镶嵌方法，其特征在于在形成该金属材质之前，更包含形成一阻障层于该沟渠以及该开口的表面。
3.根据权利要求1所述的阻绝气体释放及凸出结构产生的双镶嵌方法，其特征在于其中该金属阻障层系为TaN化学气相沉积层。
4.根据权利要求1所述的阻绝气体释放及凸出结构产生的双镶嵌方法，其特征在于其中该金属阻障层系为TiN化学气相沉积层。
5.根据权利要求1所述的阻绝气体释放及凸出结构产生的双镶嵌方法，其特征在于其中该金属阻障层系为WN化学气相沉积层。
6.根据权利要求1所述的阻绝气体释放及凸出结构产生的双镶嵌方法，其特征在于其中该金属阻障层系为TiSiN化学气相沉积层。
7.根据权利要求1所述的阻绝气体释放及凸出结构产生的双镶嵌方法，其特征在于其中该金属阻障层系为Ta化学气相沉积层。
8.根据权利要求1所述的阻绝气体释放及凸出结构产生的双镶嵌方法，其特征在于其中该第二蚀刻停止层系选自由氮化矽(SiN)、碳化矽(SiC)、氮碳化矽(SiCN)和氮碳氧化矽(SiOCN)所组成的群组中。
9.根据权利要求2所述的阻绝气体释放及凸出结构产生的双镶嵌方法，其特征在于其中该阻障层系利用物理气相沉积法形成。
10.根据权利要求2所述的阻绝气体释放及凸出结构产生的双镶嵌方法，其特征在于其中该阻障层系利用化学气相沉积法形成。
全文摘要
阻绝气体释放及凸出结构产生的双镶嵌方法，包含蚀刻抗反射层、第二低介电常数介电层、第二蚀刻停止层、第一低介电常数介电层以形成一沟渠于上述膜层之中。之后，沉积一阻障层沿着沟渠的表面以及抗反射层之上。定义一光阻图案于阻障层上表面，再使用光阻图案为蚀刻罩幕，将阻障层、抗反射层、第二低介电常数介电层进行蚀刻，直到抵达第二蚀刻停止层为止以形成一开口。之后以干蚀刻去除水平表面上的阻障层，一并去除沟渠底部的第一蚀刻停止层。一阻障层先行沉积于沟渠以及开口的表面，一导电层接着形成在阻障层上和回填于开口和沟渠内。此导电层一部分被化学机械研磨移除以达到平坦化，使得在沟渠的两侧壁面的粗糙面获得改善并消除凸起结构。
文档编号H01L21/70GK1452234SQ02105710
公开日2003年10月29日 申请日期2002年4月12日 优先权日2002年4月12日
发明者蔡明兴, 林俊成, 眭晓林, 余振华 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司