[发明专利]双重金属镶嵌结构的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属内连线的制造方法，且特别涉及一种双重金属镶嵌结构的制造方法。

背景技术

随着半导体元件集成度的提升，多重金属内连线的使用愈来愈广。通常，多重金属内连线的金属层的阻值愈低，则元件的可靠度愈高，效能愈好。在金属材料中，铜金属的阻值低，非常适合用作多重金属内连线，但因铜金属难以传统的光刻蚀刻技术来图案化，故而发展出一种称之为双重金属镶嵌工艺。

双重金属镶嵌工艺是在介电层中形成沟槽与介电层窗开口，再回填金属，以形成金属导线与介电层窗的技术。图1A至图1C绘示已知一种双重金属镶嵌结构的制造方法的流程图。

请参照图1A，其作法是先在已形成金属层102且金属层102上已覆盖有衬层104的基底100上形成介电层106以及氮化硅层107，然后，进行光刻、蚀刻，以在氮化硅层107与介电层106中形成裸露出衬层104的介电层窗开口108。

之后，请参照图1B，进行光刻蚀刻，以在介电层106中形成与介电层窗开口108连通的沟槽110。接着，去除介电层窗开口108所裸露的衬层104。

其后，请参照图1C，在基底100上形成金属材料层，使其填入沟槽110与介电层窗开口108中并覆盖氮化硅层107的表面，然后，再以氮化硅层107为研磨终止层，进行化学机械抛光工艺，以去除氮化硅层107表面上的金属材料层，留下金属层112，以形成金属导线与介电层窗。

以上述方法形成双重金属镶嵌结构时，会衍生一些问题。请参照图1A～1B，在沟槽110的蚀刻过程中，由于介电层窗开口108所裸露的衬层104亦会受蚀刻剂破坏，使得金属层102裸露出来，造成元件电学上的问题。此外，在该蚀刻过程中，氮化硅层107及其下的介电层106也易受蚀刻剂破坏，使得沟槽110的顶角圆化。当后续金属层112填入此顶角圆化的沟槽110时，相邻两双重金属镶嵌结构即可能会桥接，如图2所示。

发明内容

本发明的目的就是在提供一种双重金属镶嵌结构的制造方法，其可以避免沟槽顶角圆化的现象，防止相邻的两个双重金属镶嵌结构发生桥接的现象。

本发明又一目的是提供一种双重金属镶嵌结构的制造方法，其可避免衬层在形成沟槽的蚀刻工艺中遭受蚀刻剂破坏。

本发明提出一种双重金属镶嵌结构的制造方法，此方法是先提供基底，此基底上已形成导体层，且导体层上已覆盖有衬层。接着，在衬层上依序形成介电层与金属硬掩模层。之后，图案化金属硬掩模层与介电层，以在介电层中形成介电层窗开口，裸露出衬层。其后，在介电层窗开口中填入沟填材料层，其高度介于介电层窗开口的深度的1/4至1/2之间。然后，图案化金属硬掩模层与介电层，以形成沟槽。之后，移除沟填材料层，再以金属硬掩模层为掩模，蚀刻去除介电层窗开口所裸露的衬层。其后，在介电层窗开口及沟槽中形成金属层，再去除金属硬掩模层。

依照本发明实施例所述，上述沟填材料层包括非感光型聚合物或感光型聚合物。

依照本发明实施例所述，上述沟填材料层的形成方法包括在介电层窗开口填入材料层，其高度大于预设高度，且此预设高度介于介电层窗开口深度的1/4至1/2之间；之后，进行回蚀刻，去除部分的材料层，使留下材料层的高度为该预设高度。

依照本发明实施例所述，上述图案化金属硬掩模层与介电层以形成沟槽的步骤以及移除沟填材料层的步骤包括在金属硬掩模层上形成图案化光刻胶层，然后，以图案化光刻胶层为掩模，蚀刻金属硬掩模层与介电层，以形成沟槽，之后，同时移除沟填材料层与图案化光刻胶层。

依照本发明实施例所述，上述在蚀刻金属硬掩模层与介电层的步骤中，在蚀刻介电层时，介电层对沟填材料层的蚀刻选择比为0.5至1.5之间。

依照本发明实施例所述，上述同时移除沟填材料层与图案化光刻胶层的方法包括氧等离子体灰化法。

依照本发明实施例所述，上述金属硬掩模层的材料包括钛、钽、钨、氮化钛、氮化钽、氮化钨及其组合所组成的族群。