專利名稱：金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)、其形成方法及金屬鑲嵌方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件的制造方法，特別是涉及一種金屬鑲嵌用的含金屬硬掩模層的堆棧結(jié)構(gòu)、其形成方法，以及對(duì)應(yīng)的金屬鑲嵌工藝，其可減少金屬硬掩模和其下方的介電層中的摻雜物之間的反應(yīng)。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，半導(dǎo)體元件的尺寸也不斷的縮小，而進(jìn)入深次微米(Deep Sub-Micron)的領(lǐng)域中。當(dāng)集成電路的集成度增加時(shí)，芯片的表面無(wú)法提供足夠的面積來(lái)制作所需的內(nèi)連線(Interconnect)，因此為了配合半導(dǎo)體元件縮小后所增加的內(nèi)連線，多層金屬內(nèi)連線的設(shè)計(jì)便成為超大規(guī)模集成電路技術(shù)所必須采用的方式。
在多層金屬內(nèi)連線的工藝中，通常需要較厚的光致抗蝕劑層以避免光致抗蝕劑層在介電層的蝕刻過(guò)程中過(guò)度消耗。然而，在曝光顯影時(shí)卻因?yàn)樗捎玫墓庠吹牟ㄩL(zhǎng)短，使得光致抗蝕劑層受到聚焦深度(Depth of Focus)的限制而無(wú)法將光掩模上的圖案正確地轉(zhuǎn)移到光致抗蝕劑上。
為了克服以上的問(wèn)題，目前采用的方法為在介電層形成之后，形成光致抗蝕劑層之前，先在介電層上形成一層金屬，在蝕刻介電層的過(guò)程中利用金屬和介電層之間具有高選擇比的特性，以金屬層作為蝕刻介電層的硬掩模層。如此，僅需要使用一層薄的光致抗蝕劑即可達(dá)到圖案完整轉(zhuǎn)移的目的。然而，在前述的方法中，介電層中的摻雜物和金屬層之間可能會(huì)發(fā)生反應(yīng)，從而影響工藝的成品率。例如，當(dāng)金屬硬掩模層含鈦且下方介電層摻氟時(shí)，鈦會(huì)與自介電層中擴(kuò)散出的氟反應(yīng)形成氟化鈦顆粒，而造成所謂的斜角缺陷(bevel defect)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種堆棧結(jié)構(gòu)的形成方法，以減少金屬硬掩模層和其下方的介電層中的摻雜物之間的反應(yīng)。
本發(fā)明的再一目的是提供一種金屬鑲嵌工藝，以減少金屬硬掩模層和其下方的介電層中的摻雜物之間的反應(yīng)。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種用以形成金屬鑲嵌的堆棧結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所提出的一種金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)的形成方法，是在基底上形成一層具有摻雜的介電層，之后，對(duì)此介電層進(jìn)行一處理步驟，以使介電層上表層的摻雜濃度低于上表層以外之處的摻雜濃度，其后，再于介電層上形成一層金屬硬掩模層。
此外，依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)的形成方法，還可以在金屬硬掩模層上形成一層絕緣硬掩模層。
本發(fā)明所提出的一種金屬鑲嵌工藝，在上述堆棧結(jié)構(gòu)形成之后，在金屬硬掩模層中形成溝槽圖案，然后在基底上形成一層具有介層窗開口圖案的光致抗蝕劑層。其后，以光致抗蝕劑層為蝕刻掩模去除部分的介電層，以使介層窗開口圖案轉(zhuǎn)移至介電層，而形成介層窗開口。之后，去除光致抗蝕劑層，再以金屬硬掩模層為蝕刻掩模去除部分介電層，以使其溝槽圖案轉(zhuǎn)移至介電層，而于介電層中形成溝槽。其后，在溝槽與介層窗開口中形成一層金屬層，再除去金屬硬掩模層。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述介電層的材料包括介電常數(shù)在4以下的低介電常數(shù)材料，如摻氟玻璃、摻碳玻璃等。金屬硬掩模層的材料選自于Ti、TiN、Ti/TiN、Ta、TaN、Ta/TaN、W、WN、W/WN所組成的族群至少其中之一。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述的處理步驟可以在介電層中形成厚度3-500埃的摻雜濃度較低的上表層。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，當(dāng)上述的介電層為摻氟玻璃時(shí)，上述的處理步驟使用含氧的等離子體，其氣體源選自于N2O、O2、O3、CO2所組成的族群中至少一種，此外，還可再通入氦氣。當(dāng)上述的介電層為摻碳玻璃時(shí)，上述處理步驟所使用的氣體源選自于He、Ar、CO2所組成的族群中至少一種。
此外，依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述的金屬鑲嵌工藝還可以在于金屬硬掩模層中形成溝槽圖案之前，于金屬硬掩模層上形成一絕緣硬掩模層，然后再于絕緣硬掩模層與金屬硬掩模層中形成該溝槽圖案。
本發(fā)明所提出的一種金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)，包括一基底、一介電層以及一金屬硬掩模層，其中介電層位于基底上，而金屬硬掩模層是位于介電層上。介電層具有摻雜，且介電層在其上表層處的摻雜濃度低于該上表層以外之處的摻雜濃度。
由于本發(fā)明可使介電層的上表層處的摻雜濃度低于上表層以外之處的摻雜濃度，因此，可以減少介電層中的摻雜物和上方金屬硬掩模層之間的反應(yīng)，而可減輕該反應(yīng)所造成的問(wèn)題。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1A至1C繪示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)的形成方法的剖面流程圖。
圖2A至2D繪示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的應(yīng)用上述堆棧結(jié)構(gòu)的金屬鑲嵌工藝的剖面流程圖。
簡(jiǎn)單符號(hào)說(shuō)明100基底110頂蓋層120介電層120a介電層的上表層130介電層的表面處理140金屬硬掩模層150絕緣硬掩模層160、180光致抗蝕劑層170溝槽圖案190接觸窗/介層窗圖案200接觸窗/介層窗開口210溝槽220金屬層具體實(shí)施方式
本發(fā)明的堆棧層的形成方法的具體實(shí)例，將配合圖1A至圖1C詳述如后。
請(qǐng)參照?qǐng)D1A，在基底100上形成一層介電層120。介電層120的材料例如是介電常數(shù)低于4的低介電常數(shù)材料，如摻氟的玻璃(FSG)或摻碳的玻璃(Si-O-C)。通常，在形成介電層120之前，在基底100上已具有一層頂蓋層110，其材料例如是氮化硅或氮氧化硅。
請(qǐng)參照?qǐng)D1B，在形成介電層120之后，進(jìn)行一個(gè)處理步驟130，以使介電層120的上表層120a的摻雜濃度降低。此處理步驟130例如是一個(gè)等離子體處理程序，以使介電層120的上表層120a之處的摻雜濃度低于上表層120a以外之處的摻雜濃度。在一實(shí)例中，介電層120的上表層120a的厚度為3～500埃。
在一實(shí)例中，當(dāng)上述的介電層為摻氟玻璃時(shí)，上述的處理步驟130使用含氧的等離子體，其氣體源優(yōu)選選自于N2O、O2、O3、CO2所組成的族群中至少一種，此外，還可再通入氦氣。在一實(shí)例中，當(dāng)上述的介電層120為摻碳玻璃時(shí)，上述處理步驟所使用的氣體源優(yōu)選選自于He、Ar、CO2所組成的族群中至少一種。
進(jìn)行此處理步驟130的條件依據(jù)所使用的機(jī)器的型式而有所不同。在一實(shí)例中，溫度控制在350～400℃，高頻射頻(HFRF)功率控制在100～1,500W，處理時(shí)間為10～60秒，含氧等離子體的氣體源為N2O，且其氣體流速控制在1,000～10,000sccm。
其后，請(qǐng)參照?qǐng)D1C，在介電層120的上表層120a上形成一金屬硬掩模層140。金屬硬掩模層140的材料選自于Ti、TiN、Ti/TiN、Ta、TaN、Ta/TaN、W、WN、W/WN所組成的族群至少其中之一。
再者，依照工藝的需要，還可在基底100上額外再形成一層絕緣硬掩模層150，其材料可以是使用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法(PECVD)所形成的氧化層。
為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更了解本發(fā)明的堆棧層于金屬鑲嵌工藝的應(yīng)用，以下將以一實(shí)例來(lái)說(shuō)明，然其并非用以限制本發(fā)明。
請(qǐng)參照?qǐng)D2A，首先依照上述方法，于基底100上依序形成頂蓋層110、上表層120a的摻雜濃度低于他處的摻雜濃度的介電層120、金屬硬掩模層140以及絕緣硬掩模層150。接著，在絕緣硬掩模層150上形成一層光致抗蝕劑層160，此光致抗蝕劑層160具有溝槽圖案170。之后，進(jìn)行蝕刻工藝，將溝槽圖案170轉(zhuǎn)移至絕緣硬掩模層150以及金屬硬掩模層140。
其后，請(qǐng)參照?qǐng)D2B，去除光致抗蝕劑層160，再于絕緣硬掩模層150上形成另一層光致抗蝕劑層180，此光致抗蝕劑層180具有介層窗/接觸窗開口圖案190。之后，進(jìn)行蝕刻工藝，將介層窗/接觸窗開口圖案190轉(zhuǎn)移至介電層120，以形成一個(gè)介層窗/接觸窗開口200。
之后，請(qǐng)參照?qǐng)D2C，去除光致抗蝕劑層180，再以絕緣硬掩模層150以及金屬硬掩模層140為硬掩模，蝕刻介電層120，以形成溝槽210。之后，再移除介層窗/接觸窗開口200所裸露的頂蓋層110，以裸露出基底100。
其后，請(qǐng)參照?qǐng)D2D，于溝槽210以及介層窗/接觸窗開口200中填入一金屬層220。其形成方法可以在基底100上覆蓋一層金屬層如銅或鎢，再以化學(xué)機(jī)械研磨工藝磨除絕緣硬掩模層150上多余的金屬層。之后，再移除絕緣硬掩模層150以及金屬硬掩模層140。
另外，就前述金屬硬掩模層含鈦且下方介電層摻氟的特例而言，上述介電層的處理步驟可使介電層上表層處的摻氟濃度低于上表層以外之處的摻氟濃度。藉由介電層上表層的摻氟濃度的降低，即可減少氟和金屬硬掩模層中的鈦反應(yīng)形成的顆粒的數(shù)目，而可在金屬鑲嵌工藝中達(dá)到減少斜角缺陷的目的。
綜上所述，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，由于介電層上表層處的摻雜濃度低于上表層以外之處的摻雜濃度，故可減少介電層中的摻雜物(如碳、氟等)和上方金屬硬掩模層之間的反應(yīng)，而可減輕該反應(yīng)所造成的問(wèn)題。
雖然本發(fā)明以優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)的形成方法，包括在一基底上形成一介電層，該介電層中具有摻雜；對(duì)該介電層進(jìn)行一處理步驟，以使該介電層的一上表層的摻雜濃度低于該上表層以外之處的摻雜濃度；以及在該介電層上形成一金屬硬掩模層。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該金屬硬掩模層的材料選自于Ti、TiN、Ti/TiN、Ta、TaN、Ta/TaN、W、WN、W/WN所組成的族群至少其中之一。
3.如權(quán)利要求2所述的金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該介電層包括介電常數(shù)在4以下的低介電常數(shù)介電層。
4.如權(quán)利要求3所述的金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該低介電常數(shù)介電層的材料包括摻氟玻璃。
5.如權(quán)利要求4所述的金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該處理步驟使用含氧的等離子體，其氣體源選自于N2O、O2、O3、CO2所組成的族群中至少一種。
6.如權(quán)利要求5所述的金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該處理步驟所通入的氣體還包括氦氣(He)。
7.如權(quán)利要求3所述的金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該低介電常數(shù)介電層的材料包括摻碳玻璃。
8.如權(quán)利要求7所述的金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該處理步驟所使用的氣體源選自于He、Ar、CO2所組成的族群中至少一種。
9.如權(quán)利要求1所述的金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該介電層的該上表層的厚度為3-500埃。
10.如權(quán)利要求1所述的金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)的形成方法，還包括于該金屬硬掩模層上形成一絕緣硬掩模層。
11.一種金屬鑲嵌方法，包括在一基底上形成一介電層，該介電層中具有摻雜；對(duì)該介電層進(jìn)行一處理步驟，以使該介電層的一上表層的摻雜濃度低于該上表層以外之處的摻雜濃度；在該介電層的表面上形成一金屬硬掩模層；在該金屬硬掩模層中形成一溝槽圖案；在該基底上形成一光致抗蝕劑層，其具有一介層窗開口圖案；以該光致抗蝕劑層為蝕刻掩模去除部分該介電層，以使該介層窗開口圖案轉(zhuǎn)移至該介電層，而形成一介層窗開口；去除該光致抗蝕劑層；以該金屬硬掩模層為蝕刻掩模去除部分該介電層，以使該溝槽圖案轉(zhuǎn)移至該介電層，而于該介電層中形成一溝槽；于該溝槽與該介層窗開口中形成一金屬層；以及移除該金屬硬掩模層。
12.如權(quán)利要求11所述的金屬鑲嵌方法，其中該金屬硬掩模層的材料選自于Ti、TiN、Ti/TiN、Ta、TaN、Ta/TaN、W、WN、W/WN所組成的族群至少其中之一。
13.如權(quán)利要求12所述的金屬鑲嵌工藝，其中該介電層包括介電常數(shù)在4以下的低介電常數(shù)介電層。
14.如權(quán)利要求13所述的金屬鑲嵌方法，其中該低介電常數(shù)介電層的材料包括摻氟玻璃。
15.如權(quán)利要求14所述的金屬鑲嵌方法，其中該處理步驟使用含氧的等離子體，其氣體源選自于N2O、O2、O3、CO2所組成的族群中至少一種。
16.如權(quán)利要求15所述的金屬鑲嵌方法，其中該處理步驟所通入的氣體還包括氦氣(He)。
17.如權(quán)利要求13所述的金屬鑲嵌方法，其中該低介電常數(shù)介電層的材料包括摻碳玻璃。
18.如權(quán)利要求17所述的金屬鑲嵌方法，其中該處理步驟使用含氧的等離子體，其氣體源選自于He、Ar、CO2所組成的族群中至少一種。
19.如權(quán)利要求11所述的金屬鑲嵌方法，其中該介電層的該上表層的厚度為3-500埃。
20.如權(quán)利要求11所述的金屬鑲嵌方法，還包括于該金屬硬掩模層中形成該溝槽圖案之前，于該金屬硬掩模層上形成一絕緣硬掩模層，而該溝槽圖案形成在該絕緣硬掩模層及該金屬硬掩模層中。
21.一種金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)，包括一基底；一介電層，位于該基底上，且具有摻雜，而該介電層的一上表層處的摻雜濃度低于該上表層以外之處的摻雜濃度；以及一金屬硬掩模層，位于該介電層上。
22.如權(quán)利要求21所述的金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)，其中該金屬硬掩模層的材料選自于Ti、TiN、Ti/TiN、Ta、TaN、Ta/TaN、W、WN、W/WN所組成的族群至少其中之一。
23.如權(quán)利要求22所述的金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)，其中該介電層包括介電常數(shù)在4以下的低介電常數(shù)介電層。
24.如權(quán)利要求23所述的金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)，其中該低介電常數(shù)介電層的材料包括摻氟玻璃或摻碳玻璃。
全文摘要
一種金屬鑲嵌用的堆棧結(jié)構(gòu)的形成方法，此方法在基底上形成一層摻雜的介電層，再對(duì)此介電層進(jìn)行一處理步驟，使其上表層的摻雜濃度低于上表層以外之處的摻雜濃度，之后，再于介電層上形成一金屬硬掩模層。由于介電層的上表層的摻雜濃度低于上表層以外之處的摻雜濃度，因此可以減少其摻雜物和相鄰的金屬硬掩模層之間的反應(yīng)。
文檔編號(hào)H01L21/768GK1885504SQ20051008133
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2005年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月24日
發(fā)明者林經(jīng)祥, 劉志建 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司