包含多層旋塗多孔介電質的低k互連結構的製作方法
2023-07-18 09:46:06 2
專利名稱：包含多層旋塗多孔介電質的低k互連結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及高速微處理器、專用集成電路(ASICs)以及其它高速集成電路(ICs)的互連結構。本發明提供低介電常數(即低k)的互連結構，其具有強化的電路速度、精確的傳導電阻值以及降低的製造成本。本發明的結構和現有技術的傳統結構相比，具有較低的有效介電常數、改進了對金屬線電阻的控制，以及降低了製造成本。
背景技術：
已知許多具有約3.5或更小介電常數的低k介電質，加雙鑲嵌型銅(Cu)互連結構，舉例來說，請參見2000年6月5～7日，電機與電子工程師學會(IEEE)電子裝置學會，國際互連技術研討會，R.D.高伯特(Goldblatt)等，「帶低K介電質的高性能0.13微米(μm)銅BEOL技術」，第261～263頁。在現有技術的互連結構的製造期間，(在金屬填充與化學機械拋光(CMP)之後)成為金屬導體的溝槽深度，通常是不能充分地控制的，而此溝槽形成稱為微溝槽的形狀。圖1顯示含有微溝槽的先前互連結構的圖形表示。具體地說，圖1包括基板10、低k介電質12以及包含擴散阻擋填料16的金屬填充導體區域14。注意圖右手邊的金屬填充導體區域包含微溝槽18。
使用定時反應性離子蝕刻(RIE)過程來蝕刻溝槽，並以時間控制溝槽深度。通常，蝕刻速率與溝槽輪廓的形狀，皆隨著穿越晶片的溝槽寬度(特徵尺寸)變化，導致溝槽深度大的變化，進而導致金屬導體電阻的大的變化。這些蝕刻速率與特徵形狀的變化，可能隨著時間(天天)改變。
因為當擴散阻擋填料沉積於溝槽的粗糙表面上時，其具有弱的(薄的)位置，溝槽底部的粗糙形狀也產生可靠性的問題。對以上微溝槽問題的一般解決方法，包含使用額外的處理步驟，其提高了製造所需的低k介電質加銅(Cu)互連結構的整體生產成本。
而且，具有銅(Cu)與低k材料的互連結構的製造，通常必須使用旋塗塗布工具與更昂貴的等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)工具。混合工具組的使用，增加了設備的購置與維修成本，以及製造的原始時間。
鑑於現有技術的問題，有必要提供一新的、改進的製造低k介電質加金屬互連結構的方法，而此方法避免形成微溝槽。
發明內容
本發明的目的在於提供一種低k介電質加雙鑲嵌型的金屬互連結構，其中可以獲得金屬導體電阻的精確與均一的控制。
本發明的另一目的在於以不增加工藝成本情況下，提供金屬導體的形狀的精確控制，以改善可靠性。
本發明的進一步目的在於提供一種互連結構，其中金屬導體具有一實質上平坦的底部，亦即沒有微溝槽存在。
本發明的進一步目的在於提供一種低k介電質加金屬互連結構(具有金屬導體電阻的精確與均一的控制)，其系基於多層自旋塗布介電質層；因此避免了昂貴的真空式沉積工具的使用。
本發明的另一目的在於使用具有約3.5或更小的k的多孔介電質。
本發明藉由提供一種互連結構來達成這些與其它的目的，此一互連結構至少包含一多層的介電質與多層旋塗介電質內部的多個圖案化的金屬導體，其中多層的介電質以單一的自旋應用工具逐次地施加，然後在單一的步驟中固化。導體電阻上的控制是使用具有第二原子組成的掩埋的蝕刻終止層來獲得，其中終止層位於線與具有第一原子組成的多孔低k介電質的通路介電質層之間。本發明的互連結構亦包含一硬質掩模，其可輔助形成雙鑲嵌型的互連結構。從具有特定原子組成與其它可測值的多孔低k有機或無機材料的特定組中，選擇第一與第二組成，以獲得至少10至1，或更高的蝕刻選擇性。
具體地說，本發明的雙鑲嵌型互連結構包括一基板，其具有形成於其上的圖案化的多層介電質，該圖案化的多層介電質包含藉由掩埋的蝕刻終止層彼此分離的第一與第二多孔低k介電質，該第一與第二多孔低k介電質具有第一組成；一拋光終止層，其形成於該第二多孔低k介電質上面的該圖案化的多層介電質上；及一金屬導體，其形成於該圖案化的多層介電質內。
在本發明的一具體實施例中，第一與第二多孔低k介電質是有機介電質，而掩埋的蝕刻終止層則是無機的低k介電質材料。在本發明的此一具體實施例中，無機的掩埋蝕刻終止層可以是多孔或非多孔的，其中優選的是無機掩埋蝕刻終止層。
在本發明的另一具體實施例中，第一與第二多孔低k介電質是低k無機介電質，或無機/有機混合的介電質，如甲基倍半矽氧烷(MSQ)，而該掩埋的蝕刻終止層則是有機低k介電質。在本發明的此一具體實施例中，有機的掩埋蝕刻終止層可以是多孔或非多孔的，其中優選的是非多孔的材料。
本發明的結構提供下列超越現有技術的互連結構的優點(i)金屬導體厚度與電阻的精確與均一的控制。
(ii)改善的可靠性，因為溝槽包含均勻厚度而無弱點的擴散阻擋填料。
(iii)在不增加生產成本，並減少真空式沉積工具的使用的情況下，獲得高度控制的金屬導體電阻。
本發明的另一方面涉及一種製造上述低k介電質加金屬導體互連結構的方法，其包括步驟(a)在基板表面上，形成多層旋塗介電質，該多層介電質包含藉由掩埋的蝕刻終止層彼此分離的第一與第二多孔低k介電質，該第一與第二多孔低k介電質具有第一組成，而該掩埋的蝕刻層則具有不同於該第一組成的第二組成；(b)在該多層旋塗介電質上形成一硬質掩模，該硬質掩模至少包含一拋光終止層，與位於該拋光終止層頂部的圖案化層；(c)在該硬質掩模中形成一開口，以便暴露該多層旋塗介電質的表面；(d)使用該硬質掩模作為蝕刻掩模，在該暴露出來的多層旋塗介電質的表面中，形成一溝槽級與通路級；(e)用至少一導體金屬填充該溝槽級與通路級；以及(f)將形成於該多層旋塗介電質的該拋光終止層上的該導體金屬填充物平面化。
在本發明的一具體實施例中，多層旋塗介電質在進行步驟(b)之前固化。在另一具體實施例中，其中硬質掩模亦包含旋塗介電質，而固化則發生於步驟(b)之後。
圖1是現有技術的互連結構的圖形表示，此一互連結構包含微溝槽，其具有形成於其中的粗糙的底部表面。
圖2-8是本發明的結構，經由本發明各種不同的處理步驟的剖面圖。
具體實施例方式
本發明提供由多層旋塗介電質所組成的低k互連結構，以及製造此一互連結構的方法，現在將參考本發明的附圖，詳細地敘述本發明。請注意在附圖中，相似與/或相應的組件用相似的參考數字來指示。
首先參考圖2，其說明使用於本發明中，用來製造本發明的互連結構的初始結構。具體地說，圖2中所說明的結構包括基板50，其具有形成於其上的多層旋塗介電質52。如圖所示，本發明的多層旋塗介電質包含第一低k介電質54、掩埋的蝕刻終止層56，以及第二低k介電質58。應注意的是，使用於本發明中的多層旋塗介電質，具有從約1.1至約3.5的有效介電常數，而其中優選的是從約1.4至3.0的有效介電常數。根據本發明，第一與第二低k介電質是多孔的有機或無機(包含無機/有機的混合)介電質。應注意的是第二低k介電質是其中將形成金屬線的區域，然而第一低k介電質則是其中形成金屬通路的區域。
如圖2所示，掩埋的蝕刻終止層位於第一與第二多孔低k介電質之間。此外，本發明所使用的第一與第二多孔低k介電質具有彼此相似的第一組成，而掩埋的蝕刻層則具有不同於該第一組成的第二組成。應注意的是本文中使用的「低k」一詞，指示具有約3.5或更小的介電常數的介電質材料，而其中以從約1.4至3.0的介電常數最佳。下文中，將詳細敘述組成多層旋塗介電質的每一層的成分。
本發明所使用的基板可以包含一般出現在互連結構中的傳統材料。所以，舉例來說，基板50可以是介電質(層間或層內)、布線層、粘結增進劑、半導體晶片，或其任何組合。當使用半導體晶片作為基板時，晶片可以包含形成於其上的各種電路與/或器件。
多層旋塗介電質的每一層，是利用本領域技術人員熟知的傳統旋塗塗布處理步驟形成的，而下列旋塗處理的每一層，則是放到加熱板烘烤過程中，其中此一過程是使用足以除去旋塗介電質上任何殘餘溶劑的條件進行的；然後在施加後續層期間，處理不能溶解的膜。加熱板烘烤通常在約攝氏90度至約攝氏500度的溫度中，實施約10至600秒。加熱板烘烤以約攝氏250度至約攝氏400度的溫度實施約60至300秒較佳。
在本發明的一具體實施例中，第一與第二低k介電質是包括碳(C)、氧(O)與氫(H)的有機介電質。舉例來說，本發明中使用的有機低k介電質的實例包含，但不受限於此，芳香族熱固性聚合物樹脂，舉例來說由道化學(Dow Chemical)公司以SiLK商標銷售的樹脂，荷尼威爾(Honeywell)以Flare商標銷售的樹脂，以及由其它供貨商銷售的類似樹脂，以及其它類似的有機介電質。應注意的是，使用於本發明的此一具體實施例中的有機介電質是多孔的。本發明中所使用的有機介電質的小孔尺寸，在約5至35％的孔隙體積百分比中，大約是1至約50納米。
當第一與第二低k介電質包括有機介電質時，掩埋的蝕刻終止層是由旋塗的無機介電質層或無機/有機的混合(即含矽介電質)組成的。在本發明中，無機介電質掩埋蝕刻終止層通常包括矽(Si)、氧(O)與氫(H)(碳(C)可以視情況存在)，並且具有約1.1至約5.5的介電常數，而其中以約2.0至3.2的介電常數較佳。可以用作掩埋的蝕刻終止層的無機介電質實例，包含，但不受限於此倍半矽氧烷(HOSP)(由哈尼威爾(Honeywell)銷售的含矽無機介電質)、原矽酸四乙酯(TEOS)、甲基倍半矽氧烷(MSQ)、氫倍半矽氧烷(HSQ)、MSQ-HSQ共聚物，有機矽烷與任何其它含矽的材料。在本發明的此一具體實施例中，多孔與非多孔的無機介電質可以用作掩埋的蝕刻終止層，而其中優選的是多孔的無機介電質。雖然無機的掩埋蝕刻終止層的孔隙尺寸對本發明不是緊要的，通常無機的掩埋蝕刻終止層在約5至80％的孔隙體積百分比中，具有約5至500埃的孔隙尺寸。無機的掩埋蝕刻終止層，以在約10至50％的孔隙體積百分比中，具有約10至200埃的孔隙尺寸更佳。
在本發明的另一具體實施例中，多層旋塗介電質的第一與第二多孔低k層，是多孔的低k無機介電質，而掩埋的蝕刻終止層，則可以是多孔或不是多孔的有機介電質材料。應注意的以上本發明的第一具體實施例中，關於此類有機與無機介電質的敘述，在此一具體實施例中也可以成立。因此，此處不需要進一步的敘述。
不論在本發明中使用哪一具體實施例，多層的第一多孔低k介電質層具有約500至約10,000埃的厚度，而其中以約900至約3000埃的厚度更佳。在掩埋的蝕刻終止層範圍中，該層通常具有約25至1500埃的厚度，而其中以約100至300埃的厚度更佳。另一方面，多層的第二多孔低k介電質層則具有約500至約10,000埃的厚度，其中以約1000至約3000埃的厚度更佳。
現在可以固化多層旋塗介電質了，或者是，如果硬質掩模是用旋塗介電質製成的，則多層旋塗介電質與硬質掩模可以在單一固化步驟中固化。後者是較佳的，既然其減少了整個程序中，處理工具與步驟的數目。下文中所提到的固化條件，亦應用於固化發生於硬質掩模形成之前的具體實施例中。
形成圖2所示的結構之後，硬質掩模60形成於多層旋塗介電質的最上表面，即第二低k介電質58的頂端。根據本發明，硬質掩模60至少包含拋光層62與圖案化層64。圖3中所示的硬質掩模，可以藉由傳統等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)過程來形成，或者以自旋塗布來形成每一層硬質掩模60則更佳。既然旋塗塗布減少了整個過程中使用的沉積工具的數目，因而降低了整體的製造成本，由其形成的層是較佳的。此外，雖然附圖中描繪硬質掩模中存在有兩層，硬質掩模可以包含超過兩層。
用來形成硬質掩模的材料可以變化，並且是依據其對直接鋪設於其下面的層的蝕刻選擇性。舉例來說，本發明中所使用的圖案化層，是具有對下面的拋光終止層高蝕刻選擇性(約10∶1，或更高)的材料。由於圖案化層在本發明的步驟(f)中被除去，此層的介電常數可以是高的。另一方面，拋光終止層則是具有對下面的多層旋塗介電質高蝕刻選擇性的的材料，而且其應該具有不明顯地增加多層旋塗介電質的有效介電常數的介電常數。
據此，圖案化層可以包含有機或無機的介電質，然而拋光終止層則包括無機或有機介電質。每一層的實際性質，首先將取決於多層旋塗介電質的第二低k介電質，然後取決於拋光終止層。在本發明的一具體實施例中，拋光終止層62與掩埋的蝕刻終止層56是由相同的材料組成的。
每一層硬質掩模的厚度可以變化，而且對本發明也不是緊要的。可是，圖案化層通常具有約100至約3000埃的厚度，而拋光終止層則是具有約100至約1000埃的厚度。
緊接於形成硬質掩模之後，拋光終止層與圖案化層，以及下面的多層旋塗介電質，經歷單一的固化步驟，而此一步驟是使用本領域技術人員所熟知的傳統條件來實施的。固化步驟可以包含加熱板烘烤步驟，或電爐加熱。在本發明中，以使用包含電爐烘烤的固化步驟較佳。雖然固化的條件可以變化，加熱板烘烤通常是在約攝氏250度至約攝氏500度的溫度，實施約30至約500秒的時間，而電爐烘烤步驟則是在約攝氏200度至約攝氏500度，實施約15分鐘至約3.0小時的時間。再次強調的是如果硬質掩模不是由旋塗介電質所組成，則固化可以在硬質掩模沉積之前發生。此外，由於旋塗的硬質掩模是較佳的，附圖與下列敘述是特別針對此一具體實施例的。然而，應注意的是，附圖與下列敘述對於不是旋塗塗布的硬質掩模也是有效的。
固化層顯示於圖4中，並標示為52』(固化的多層旋塗介電質)、62』(固化的拋光終止層)與64』(固化的圖案化層)。緊接於介電質多層與任選的硬質掩模的固化之後，圖3所示的結構，便經歷第一光刻與蝕刻過程，而於固化的圖案化層64』中形成開口66；請參見圖5。具體地說，依據下列來形成圖5中所示的結構首先，使用本領域技術人員所熟知的傳統沉積過程，於固化的圖案化層上，形成將用來圖案化圖案化層的光刻膠(圖式中未顯示)。接著，將光刻膠暴露於放射的圖案，其後使用傳統抗蝕顯影劑，於光刻膠中將圖案顯影。
在將抗蝕劑圖案顯影的後，開口66便形成於硬質掩模中，以便將下面的拋光終止層的一部份暴露出來。具體地說，開口是使用傳統幹法蝕刻過程來形成的，此一幹法蝕刻過程包含，但不受限於此反應性離子蝕刻(RIE)、等離子體蝕刻與離子束蝕刻。這些不同的幹法蝕刻過程中，以使用包含氟基的化學的反應性離子蝕刻(RIE)較佳。在此一蝕刻步驟之後，便利用本領域技術人員所熟知的傳統剝離過程，將圖案化的光刻膠從結構中剝離。從第一光刻與蝕刻步驟獲得的結構，顯示於圖5。
從結構剝離光刻膠之後，便對圖5中所示的結構施加新的光刻膠(未顯示)。接著，新的光刻膠經歷光刻與蝕刻，以便於結構中提供第二開口68，其中此一開口將固化的多層旋塗介電質52』的表面暴露出來。第二蝕刻步驟包含前述幹法蝕刻過程之一。在這些不同的幹法蝕刻過程中，以使用包含氟基的化學的反應性離子蝕刻(RIE)較佳。緊接於將固化的多層旋塗介電質暴露出來的第二蝕刻之後，便使用傳統剝離過程，將第二光刻膠從結構上剝離，而提供如圖6所示的結構。
圖7顯示在硬質掩模中形成圖案之後的結構，被轉移到多層旋塗介電質。具體地說，在多層旋塗介電質中形成溝槽70的圖案轉移，是使用包含氧或還原化學的幹法蝕刻過程來實施。根據本發明，溝槽70可以是通路或線，或兩者。
緊接於圖案轉移到多層旋塗介電質之後，便以導體金屬74填充與平面化溝槽，以便提供圖8所示的結構。一種選擇性但是較佳的填充材料72，可以在填充導體金屬之前，於溝槽中形成。本文中所使用「導體金屬」一詞指示一種金屬，其選自鋁(Al)、銅(Cu)、鎢(W)、銀(Ag)與其它類似的金屬，這些金屬通常使用於互連結構中。在此，也可以使用這些導體金屬的合金，如銅鋁(Al-Cu)。使用於本發明中的較佳的金屬是銅。利用傳統沉積過程，如化學氣相沉積(CVD)、等離子體輔助化學氣相沉積、電鍍、濺射、化學溶液沉積與其它類似的沉積過程，於溝槽中形成金屬。
本發明中所使用的選擇性的填充材料，包含任何防止導體金屬擴散到介電質層中的材料。一些此等填料的實例，包含，但不受限於此氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、氮化鎢(WN)、鉻(Cr)、鈮(Nb)與其它包含其組合的類似的材料。填充材料可以利用本領域技術人員所熟知的傳統沉積過程於溝槽中形成，此一沉積過程包含化學氣相沉積(CVD)、等離子體輔助化學氣相沉積、濺射、電鍍、化學溶液沉積。
以導體金屬填充溝槽之後，此一結構便經歷傳統平坦化過程，如化學機械拋光(CMP)，此一平坦化過程除去拋光終止層上面的任何導體金屬。請注意，此一平坦化步驟也從結構中除去硬質掩模的圖案化層，但是沒有除去拋光終止層。結果是拋光終止層保留在結構的表面上。因為此一緣故，選擇具有稍微低的介電常數的拋光終止層是必要的，以便不增加互連結構的有效介電常數。
緊接於本發明的處理步驟之後，可以藉由重複本發明的處理步驟，在圖8所示的結構上面形成額外的通路或布線層。因此，可以使用本發明的方法來製備其中包含一個或更多個線或通路層的互連結構。
提供下列實例以說明本發明的方法，以及顯示其一些優點。
實例在此一實例中，準備並使用SiLK/HOSP/SiLK/HOSP介電質疊層來形成一互連結構。具體地說，在此一實例中，使用裸的8英寸Si晶片作為基板。通過在丙二醇單甲醚醋酸酯(PGMEA)中，對晶片施加2.5重量百分比的有機矽烷粘結增進劑溶液，以粘結增進劑來處理此一晶片，緊接著以約每分鐘3000轉旋轉30秒。晶片接著被放到加熱板上，並於約攝氏100度烘烤約90秒。此一烘烤將粘結增進劑的反應，提升到晶片的表面。冷卻至室溫之後，以丙二醇單甲醚醋酸酯(PGMEA)清洗具有粘結增進劑的晶片，以除去多餘的粘結增進劑。此一晶片以約30毫升(ml)的丙二醇單甲醚醋酸酯(PGMEA)洗滌，然後以約每分鐘3000旋轉約30秒。
緊接著此一清洗之後，晶片在攝氏100度的加熱板上烘烤約1分鐘，以使溶劑乾燥。冷卻至室溫之後，便施加第一層低k介電質(SiLK)。SiLK溶液是放在晶片上，而此一晶片以約每分鐘3000轉旋轉約30秒。在自旋之後，晶片被放到攝氏100度的加熱板上一分鐘，以部分乾燥溶劑。其接著被傳送到攝氏400度的加熱板，並烘烤約2分鐘。此一時間與溫度足以使所得的SiLK膜不能溶解。
在冷卻之後，晶片被送迴旋塗器。施加HOSP溶液到晶片上，並以每分鐘3000轉旋轉約30秒，其中HOSP溶液已被稀釋，以於約每分鐘3000轉的轉速，獲得約50納米的膜厚度。在自旋之後，此一晶片被放到攝氏100度的加熱板上約1分鐘，以部分乾燥溶劑。接著，其被移至攝氏400度的加熱板上2分鐘，以部分交聯薄膜。此一時間與溫度足以使膜不能溶解。
接著允許晶片冷卻，並送迴旋塗器。對第一層施加第二層SiLK。SiLK被施加到晶片上，而此一晶片以約每分鐘3000轉旋轉約30秒。此一晶片被放到攝氏100度的加熱板上一分鐘，緊接著放到攝氏400度的加熱板上約2分鐘。
冷卻至室溫之後，晶片被送迴旋塗器。接著施加兩層硬質掩模如下。施加一層HOSP。對晶片施加HOSP溶液，接著晶片以每分鐘3000轉旋轉約30秒，其中HOSP溶液已被稀釋，以於約每分鐘3000轉的轉速，獲得約500埃的膜厚度。此一晶片接著以約攝氏100度的加熱板烘烤約1分鐘，以及約攝氏400度烘烤約2分鐘。
包含上述各層的固化的晶片，被放進等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)反應器中，並且於約攝氏350度沉積一層500埃的氮化矽，以及於約攝氏350度沉積一層1200埃的二氧化矽(SiO2)。
接著實施本發明中所敘述的光刻與蝕刻過程。然後使用工業中已知的標準過程方法(以填料，然後銅(Cu)，填充蝕刻溝槽與通路開口，而銅以化學機械拋光過程(CMP)平面化)，完成雙鑲嵌結構。
在最後的化學機械拋光過程(CMP)期間，氮化矽層遺留在結構中，而沉積在上面的二氧化矽(SiO2)層則被除去了。
雖然已經明確地展示，並以與其有關的較佳具體實施例敘述本發明，本領域技術人員應了解，可以作前述與其它的形式與細節上改變，而不脫離本發明的精神與範圍。因此，希望本發明不受限於所敘述與所說明的確切形式與細節，而是屬於延伸申請專利範圍的範圍。
權利要求
1.一種互連結構，包括一基板，其具有形成於其上的圖案化的多層介電質，該圖案化的多層介電質包含通過掩埋的蝕刻終止層彼此分離的第一與第二多孔低k介電質，該第一與第二多孔低k介電質具有第一組成，而該掩埋的蝕刻層則具有不同於第一組成的第二組成；一拋光終止層，其形成於該圖案化的多層旋塗介電質上的該第二多孔低k介電質上面；以及一金屬導體，其形成於該圖案化的多層介電質內。
2.如權利要求1的互連結構，其中該第一與第二多孔低k介電質是有機介電質，而掩埋的蝕刻終止層是無機的低k介電質材料或無機/有機混合的材料。
3.如權利要求2的互連結構，其中該第一與第二多孔低k有機介電質，在約5至約35％的孔隙體積百分比中，具有約1至約50納米的孔隙尺寸。
4.如權利要求2的互連結構，其中該無機低k介電質掩埋蝕刻終止層是多孔的。
5.如權利要求4的互連結構，其中該無機多孔低k介電質蝕刻終止層，在約5至約80％的孔隙體積百分比中，具有約5至約500埃的孔隙尺寸。
6.如權利要求2的互連結構，其中該第一與第二多孔低k有機介電質包括碳(C)、氧(O)與氫(H)。
7.如權利要求6的互連結構，其中該第一與第二多孔低k有機介電質是芳香族熱固性聚合物樹脂。
8.如權利要求2的互連結構，其中該無機的掩埋蝕刻終止層包括矽(Si)、氧(O)與氫(H)，並任選地包括碳(C)。
9.如權利要求8的互連結構，其中該無機的掩埋蝕刻終止層包括HOSP、MSQ、TEOS、HSQ、MSQ-HSQ共聚物、有機矽烷，或任何其它含矽的材料。
10.如權利要求1的互連結構，其中該第一與第二多孔低k介電質是低k無機介電質，而該掩埋的蝕刻終止層是有機的低k介電質。
11.如權利要求10的互連結構，其中該第一與第二多孔低k無機介電質，在約5至約80％的孔隙體積百分比中，具有約5至約500埃的孔隙尺寸。
12.如權利要求10的互連結構，其中該有機低k介電質的掩埋蝕刻終止層是多孔的。
13.如權利要求12的互連結構，其中該有機多孔低k介電質的蝕刻終止層，在約5至約35％的孔隙體積百分比中，具有約1至約50納米的孔隙尺寸。
14.如權利要求10的互連結構，其中該有機介電質的蝕刻終止層包括碳(C)、氧(O)與氫(H)。
15.如權利要求14的互連結構，其中該有機介電質的蝕刻終止層是芳香族熱固性聚合物樹脂。
16.如權利要求1 的互連結構，其中該第一與第二多孔低k無機層包括矽(Si)、氧(O)與氫(H)，並且任選地包括碳(C)。
17.如權利要求16的互連結構，其中該第一與第二多孔低k無機層包括HOSP、MSQ、TEOS、HSQ、MSQ-HSQ共聚物、有機矽烷，或任何其它含矽的材料。
18.如權利要求1的互連結構，其中該第一與第二多孔低k介電質具有約1.1至約3.5的介電常數。
19.如權利要求18的互連結構，其中該介電常數為從約1.4至約3.0。
20.如權利要求1的互連結構，其中該多層旋塗介電質具有約3.5或更少的有效介電常數。
21.如權利要求1的互連結構，其中該基板是一介電質、布線層、粘結增進劑，及其組合的半導體晶片。
22.如權利要求1的互連結構，其中該基板是一半導體晶片，其具有一粘結增進劑層形成於其上。
23.如權利要求1的互連結構，其中該拋光終止層是由與掩埋的蝕刻終止層相同的材料所組成的。
24.如權利要求1的互連結構，其中該拋光終止層是一旋塗低k無機或有機介電質。
25.如權利要求1的互連結構，其中該金屬導體由鋁(Al)、銅(Cu)、鎢(W)、銀(Ag)，或其合金所組成。
26.如權利要求1的互連結構，其中該金屬導體由銅(Cu)所組成。
27.如權利要求1的互連結構，進一步包括一填充材料，其於該金屬導體的沉積之前，形成於該圖案化的多層旋塗介電質的內部。
28.如權利要求27的互連結構，其中該填充材料由氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、氮化鎢(WN)、鉻(Cr)、鈮(Nb)，或其組合所組成。
29.如權利要求1的互連結構，其中該導體金屬系一導體通路、導體線，或導體通路與線。
30.一種製造低k介電質加金屬導體互連結構的方法，包括步驟(a)在基板表面上，形成多層旋塗介電質，該多層旋塗介電質包含通過掩埋的蝕刻終止層彼此分離的第一與第二多孔低k介電質，該第一與第二多孔低k介電質具有第一組成，而該掩埋的蝕刻層則具有不同於該第一組成的第二組成；(b)在該多層旋塗介電質上形成一硬質掩模，該硬質掩模至少包含一拋光終止層，與位於該拋光終止層頂部的圖案化層；(c)在該硬質掩模中形成一開口，以便暴露該多層旋塗介電質的表面；(d)使用該硬質掩模作為蝕刻掩模，在該暴露出來的多層旋塗介電質表面中，形成一溝槽；(e)用至少一導體材料填充該溝槽；以及(f)將形成於該多層旋塗介電質的該拋光終止層上的該導體金屬填充物平面化。
31.如權利要求30的方法，其中該多層旋塗介電質是通過自旋塗布，逐次施加該多層的每一層來形成的，其中在每一旋塗塗布步驟之後，進行加熱板烘烤處理步驟，以使旋塗層上殘餘的溶劑乾燥，而使旋塗層不能溶解。
32.如權利要求30的方法，其中該多層旋塗介電質是在進行步驟(a)之後固化的。
33.如權利要求32的方法，其中該固化是一加熱板烘烤固化步驟，其於約攝氏250度至約攝氏500度的溫度，處理約30至約500秒。
34.如權利要求32的方法，其中該固化是一電爐固化步驟，其於從約攝氏200度至約攝氏500度的溫度，處理約15分鐘至約3.0小時。
35.如權利要求30的方法，其中該硬質掩模是通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)來形成的。
36.如權利要求30的方法，其中該硬質掩模是通過旋塗塗布來形成的。
37.如權利要求30的方法，其中該硬質掩模包括旋塗介電質，而固化則發生於步驟(b)之後。
38.如權利要求30的方法，其中步驟(d)包含兩個光刻與蝕刻步驟。
39.如權利要求38的方法，其中該蝕刻步驟包含一幹法蝕刻過程，其選自反應性離子蝕刻(RIE)、離子束蝕刻，或等離子體蝕刻。
40.如權利要求38的方法，其中該蝕刻步驟包括其中使用氟基化學的反應性離子蝕刻(RIE)。
41.如權利要求30的方法，其中步驟(d)包含氧，或還原氣體式蝕刻過程。
42.如權利要求30的方法，其中該溝槽是線、通路，或其組合。
43.如權利要求30的方法，其中該溝槽填充包含一沉積過程，此一過程選自化學氣相沉積(CVD)、等離子體輔助化學氣相沉積、電鍍、濺射或化學溶液沉積。
44.如權利要求30的方法，其中在進行步驟(e)之前，於該溝槽中形成填充材料。
45.如權利要求30的方法，其中步驟(f)包含化學機械拋光。
46.如權利要求30的方法，其中該第一與第二多孔低k介電質是有機介電質，而掩埋的蝕刻終止層則是無機的低k介電質材料，或是無機/有機混合的材料。
47.如權利要求46的方法，其中該第一與第二多孔低k有機介電質，在約5至約35％的孔隙體積百分比中，具有約1至約50納米的孔隙尺寸。
48.如權利要求46的方法，其中該無機低k介電質的掩埋蝕刻終止層是多孔的。
49.如權利要求48的方法，其中該無機多孔低k介電質蝕刻終止層，在約5至約80％的孔隙體積百分比中，具有約5至約500埃的孔隙尺寸。
50.如權利要求46的方法，其中該第一與第二多孔低k有機介電質包括碳(C)、氧(O)與氫(H)。
51.如權利要求50的方法，其中該第一與第二多孔低k有機介電質是芳香族熱固性聚合物樹脂。
52.如權利要求46的方法，其中該無機的掩埋蝕刻終止層包括矽(Si)、氧(O)與氫(H)，以及任選地包括碳(C)。
53.如權利要求52的方法，其中該無機的掩埋蝕刻終止層包括HOSP、MSQ、TEOS、HSQ、MSQ-HSQ共聚物、有機矽烷，或任何其它含矽的材料。
54.如權利要求30的方法，其中該第一與第二多孔低k介電質是低k無機介電質，而該掩埋的蝕刻終止層則是有機的低k介電質。
55.如權利要求54的方法，其中該第一與第二多孔低k無機介電質，在約5至約80％的孔隙體積百分比中，具有約5至約500埃的孔隙尺寸。
56.如權利要求54的方法，其中該有機低k介電質的掩埋蝕刻終止層是多孔的。
57.如權利要求56的方法，其中該有機多孔低k介電質的蝕刻終止層，在約5至約35％的孔隙體積百分比中，具有約1至約50納米的孔隙尺寸。
58.如權利要求56的方法，其中該有機介電質的蝕刻終止層包括碳(C)、氧(O)與氫(H)。
59.如權利要求58的方法，其中該有機介電質的蝕刻終止層是芳香族熱固性聚合物樹脂。
60.如權利要求56的方法，其中該第一與第二多孔低k無機層包括矽(Si)、氧(O)與氫(H)，並選擇性地包括碳(C)。
61.如權利要求60的方法，其中該第一與第二多孔低k無機層包括HOSP、MSQ、TEOS、HSQ、MSQ-HSQ共聚物、有機矽烷，或任何其它含矽的材料。
全文摘要
本發明提供一種不具微溝槽的低k介電質金屬半導體互連結構與形成該結構的方法。具體來說，上述結構是通過提供一互連結構來獲得的，此一互連結構包括至少一種在單一自旋應用工具中持續施加，然後在單一步驟中固化的多層介電質材料，以及多層旋塗介電質內的多個圖案化的金屬導體。導體電阻的控制是通過使用掩埋的蝕刻終止層來獲得的，此一掩埋的蝕刻終止層具有位於線與多孔低k介電質的通路介電質層間的第二原子組成，而其中多孔低k介電質具有第一原子組成。本發明的互連結構還包含一種輔助形成雙鑲嵌型的互連結構的硬質掩模。從具有特定原子組成與其它測得值的多孔低k有機或無機材料的特定組中，選擇第一與第二組成，以獲得至少10至1，或更高的蝕刻選擇性。
文檔編號H01L23/532GK1505834SQ01822603
公開日2004年6月16日 申請日期2001年12月4日 優先權日2001年2月28日
發明者S·M·蓋茨, J·C·赫德裡克, S·V·尼塔, S·普魯肖特哈曼, C·S·蒂貝格, S M 蓋茨, 尼塔, 承ぬ毓 , 蒂貝格, 赫德裡克 申請人:國際商業機器公司