專利名稱：由二種旋涂式介電材料組成的混合式低k互連結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于高速微處理器、應(yīng)用特定集成電路(ASIC)及其它高速集成電路(IC)的互連結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可提供一種低介電常數(shù)(即低k值)的互連結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)具有增強的電路速度、熱循環(huán)期間的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、導(dǎo)體電阻精確數(shù)值、經(jīng)降低的制程成本，與改進的化學(xué)機械拋光(CMP)兼容的處理便捷性。此外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)與現(xiàn)在技術(shù)之傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)確相比具有較低的有效介電常數(shù)，以及對于金屬線路電阻的經(jīng)改進的控制。
背景技術(shù)：
現(xiàn)已知有許多雙鑲嵌型的超低k(即約3.5或更低)加銅(Cu)互連結(jié)構(gòu)；例如可參閱R.D.Goldblatt等人于2000年6月5-7日的IEEE電子裝置學(xué)會“國際互連技術(shù)會議”，標題“A High Performance 0.13μm Copper BOELTechnology with Low-k Dielectric”，講稿第261-263頁。這種現(xiàn)有技術(shù)的互連結(jié)構(gòu)含有無機性與有機性介電材料，用以作為中間層(interlevel)或內(nèi)層(intra-level)介電質(zhì)。相對于單鑲嵌或是減除性金屬結(jié)構(gòu)而言，雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的成本低，因而被廣泛接受。
通常，會存在四種與現(xiàn)有的雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)相關(guān)的基本問題，包括如下(i)對Cu線路厚度(即如溝槽深度)和電阻性的控制并不佳。
(ii)低k值介電材料的高熱膨脹系數(shù)(CTE)，這最終將會導(dǎo)致在熱循環(huán)處理過程中失效。
(iii)超低k值的介電質(zhì)無法經(jīng)化學(xué)機械拋光處理之后留存。
(iv)增加結(jié)構(gòu)的制造成本。
在現(xiàn)有技術(shù)的互連結(jié)構(gòu)的制造過程中，(在金屬填充與CMP后)會成為金屬線路導(dǎo)體的溝槽的深度，通常是不容易控制的，同時溝槽底部會具有粗糙的表面。而當對多孔性介電質(zhì)進行反應(yīng)離子蝕刻(RIE)時，此效果會益加惡化。計時性的反應(yīng)離子蝕刻(RIE)處理通常是被用來依照時間控制溝槽深度的方式來蝕刻溝槽。就特性尺寸(溝槽寬度)而言，蝕刻速率每日都會改變，并且在整個晶片上蝕刻速率也會改變，因此導(dǎo)致極大的溝槽深度變異性，而這又會造成金屬導(dǎo)體電阻的高度變化。溝槽底部的粗糙度會產(chǎn)生較高電容、金屬線路之間的泄漏電子流、串音、噪聲、功率散失且最終會使器件的性能和可靠性不佳。
對于前述問題的常見解決方法是增加額外的處理步驟，包括在一個單獨的等離子體增強化學(xué)氣相淀積(PECVD)工具中，淀積出一不連續(xù)的蝕刻停止層，從而將會提高制造所希望的低k加Cu互連結(jié)構(gòu)的成本。
另外，雙鑲嵌型的低k介電質(zhì)加Cu互連結(jié)構(gòu)在熱循環(huán)測試的過程中會失效，這是因為環(huán)繞于各通路孔的介電材料高CTE之故。此外，常用的多孔低k介電材料并無法通過CMP處理。反之，會傾向于在CMP處理過程中，將現(xiàn)有技術(shù)的多孔低k介電材料予以分層與去除。此外，現(xiàn)有技術(shù)的蝕刻停止層是由真空式PECVD淀積工具制成的，然而此等設(shè)備的購置與維修成本極為昂貴。
從而，根據(jù)如上現(xiàn)有技術(shù)中的各項問題，確實存在對于提供新的與經(jīng)改進的、從而可以克服前述缺點的雙鑲嵌型低k介電材料互連結(jié)構(gòu)的持續(xù)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明之一目的在于提供一種雙鑲嵌型低k介電加金屬導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)，其中可對于金屬導(dǎo)體電阻獲得精確與均勻控制，而無導(dǎo)體厚度的變異性。
本發(fā)明之另一目的在于提供一種強固性低k介電加金屬導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)，由于環(huán)繞通路孔的介電材料低CTE，從而在熱循環(huán)過程中保持穩(wěn)定。
本發(fā)明之進一步目的在于提供一種互連結(jié)構(gòu)，由于其結(jié)構(gòu)在CMP之后不會產(chǎn)生分層或其它失效問題而易于處理。
本發(fā)明之又進一步目的在于提供一種低k介電加金屬導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)，其不包含額外的處理步驟，從而不會顯著增加結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本。
本發(fā)明之又進一步目的在于提供一種低k介電加金屬導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)，其含有多層旋涂介電材料。
本發(fā)明之又進一步目的在于提供一種低k介電加金屬導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)，在其形成工藝中不必采用成本昂貴的真空式淀積工具。
本發(fā)明中可通過提供一種雙鑲嵌型金屬布線加低k介電互連結(jié)構(gòu)達到這些與其它目的及優(yōu)點，其中是將該導(dǎo)電金屬線路與通路孔建構(gòu)于一混合式低k介電結(jié)構(gòu)中，該結(jié)構(gòu)包含兩種旋涂式介電材料，它們具有不同原子成分，且這兩種旋涂式介電材料中至少之一是多孔的。這兩種應(yīng)用于構(gòu)成本發(fā)明混合式低k介電結(jié)構(gòu)的旋涂式介電材料，都具有一約2.6或更低的介電常數(shù)，且該混合結(jié)構(gòu)的各介電材料優(yōu)選地都具有從約1.2到約2.2范圍內(nèi)的k值。通過利用本發(fā)明混合式低k介電結(jié)構(gòu)，將能夠獲得對于金屬線路電阻(溝槽深度)的優(yōu)異控制而無須增加成本?？蛇_到此目的而不必利用掩埋式蝕刻停止層，如果有，則會形成于這兩種旋涂式介電材料之間。
根據(jù)本發(fā)明，該混合式低k介電結(jié)構(gòu)的旋涂式介電材料具有顯著差異的原子成分，可供控制導(dǎo)體的電阻，這是利用底部旋涂式介電材料(例如通路孔介電材料)作為對于頂部旋涂式介電材料(例如線路介電材料)的內(nèi)含式蝕刻停止層。
在本發(fā)明之一特點中，提供了一種互連結(jié)構(gòu)，包含一基板，而于其表面上具有圖案化的混合式低k介電材料，該圖案化的混合式低k介電材料具有一約2.6或更低的有效介電常數(shù)，并包含一底部旋涂式介電材料及一頂部旋涂式介電材料，其中該底部及頂部旋涂式介電材料具有不同的原子成分，且這兩種旋涂式介電材料中至少其一是多孔的；一拋光停止層，形成于該圖案化的混合式低k介電材料上；以及金屬導(dǎo)電區(qū)域，形成于該圖案化的混合式低k介電材料上。
本發(fā)明之另一特點是關(guān)于一種混合式低k介電材料，可適用于制作雙鑲嵌型的互連結(jié)構(gòu)。尤其是，本發(fā)明性混合介電材料含有一底部旋涂式介電材料及一頂部旋涂式介電材料，其中該底部及頂部旋涂式介電材料具有約2.6或更低的介電常數(shù)、不同的原子成分，并且這兩種介電材料中至少其一是多孔的。
本發(fā)明之進一步特點是關(guān)于一種用于形成前述互連結(jié)構(gòu)的方法。特別是，本發(fā)明的方法包含如下步驟(a)在一基板表面上形成混合式低k介電材料，該混合式低k介電材料具有一約2.6或更低的有效介電常數(shù)，并包含一底部旋涂式介電材料及一頂部旋涂式介電材料，其中該底部及頂部旋涂式介電材料具有不同的原子成分，且這兩種旋涂式介電材料中至少之一是多孔的；(b)在該混合式低k介電材料上形成一硬質(zhì)掩模，該硬質(zhì)掩模至少含有一拋光停止層；(c)在該硬質(zhì)掩模中形成一開口，以露出一部分該混合式低k介電材料；(d)利用該硬質(zhì)掩模作為一蝕刻掩模，在該混合式低k介電材料的露出部分形成一溝槽；(e)以至少一種導(dǎo)電金屬來填充該溝槽；及(f)對停止于該拋光停止層上的導(dǎo)電金屬予進行平面化。


1A-1G圖為經(jīng)過本發(fā)明各個處理步驟后的本發(fā)明互連結(jié)構(gòu)的剖視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將參照附圖詳細地說明本發(fā)明，本發(fā)明可提供一種適用于構(gòu)成雙鑲嵌型互連結(jié)構(gòu)的混合式介電材料。在此，可注意到附圖中相似及/或相應(yīng)的單元以類似參考編號來表示。
現(xiàn)請參照圖1A，該圖說明了應(yīng)用于本發(fā)明中的初始結(jié)構(gòu)。詳細地說，如圖1A所示的結(jié)構(gòu)含有一基板10，其具有形成于其表面上的混合式低k介電質(zhì)12。該混合式低k介電質(zhì)包含一底部旋涂式介電材料14及一頂部旋涂式介電材料16。根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明混合式介電質(zhì)具有一約2.6或更低的有效介電常數(shù)，而尤以具備從約1.2到約2.2范圍內(nèi)之有效介電常數(shù)值為最佳。
運用于本發(fā)明的發(fā)明性混合式低k介電材料包含兩種旋涂式介電材料，它們具有不同的原子成分，且這兩種旋涂式介電材料中至少其一系屬多孔性，而尤以兩種旋涂式介電材料皆為多孔性為佳。可注意到該底部旋涂式介電材料系作為本互連結(jié)構(gòu)的通路孔層介電材料，而該頂部旋涂式介電材料系作為本互連結(jié)構(gòu)的線路層介電材料。此外，由于該混合式介電質(zhì)的有效介電常數(shù)約為2.6或更低，故該等旋涂式介電材料系由低k值(k為約2.6或更低)介電材料所制得。后文中將進一步提供關(guān)于此混合式低k介電材料的詳細說明。
本發(fā)明所采用之基板可包含任何于互連結(jié)構(gòu)中所常見的傳統(tǒng)材料。于是，例如，基板10可為介電材料(層間或?qū)觾?nèi))、布線層、粘結(jié)增進劑、半導(dǎo)體晶片或它們的任意組合。當采用半導(dǎo)體晶片作為基板時，該晶片可包括各種電路及/或構(gòu)成于其上的器件。
如前所述，混合式介電質(zhì)的各個薄層是利用傳統(tǒng)的旋涂鍍層處理步驟所構(gòu)成，這些步驟系屬業(yè)界廣知者，且在旋涂鍍層處理之后各薄層再加以熱平板烘烤處理，進行該處理的各項條件足以從該旋涂式介電層上及/或部份地跨連于該層而移除掉任何殘余的溶劑，藉此令該介電層成為非可溶性。
在本發(fā)明之一具體實施例中，該混合式結(jié)構(gòu)的底部旋涂式介電材料是一有機低k介電材料，其含有C、O及H。本發(fā)明中可采用的有機低k介電材料的例子，包括，但不限于，芳香熱固性聚合樹脂，如Dow ChemicalCompany按SiLK商標所出售之樹脂、Honeywell按Flare商標所出售之樹脂，或是來自其它廠商的類似樹脂與其它類似的有機介電材料?？勺⒁獾奖景l(fā)明采用的有機介電材料可以為，或者可以不是，多孔性。當采用多孔低k有機性介電材料時，該多孔有機性介電材料的孔洞大小可以變化，然而通常有機性介電材料會采用按從約5到約35％的體積百分比空隙率，而具有約1到約50納米(nm)的孔洞大小。
當?shù)撞啃渴浇殡娰|(zhì)是由有機性介電材料所組成時，頂部旋涂式介電質(zhì)是由無機性介電薄層所構(gòu)成。通常，在本發(fā)明中，該無機性介電薄層含有Si、O與H，或任選地含C。一種可運用于本發(fā)明的典型無機介電材料的例子，即為倍半硅氧烷(HOSP，Honetwell公司所出售之含硅質(zhì)無機物)。可適用于本發(fā)明的其他無機介電材料包括，但不限于，如下甲基倍半硅氧烷(MSQ)、原硅酸四乙酯(tetraethylorthosilane，TEOS)、氫化倍半硅氧烷(HSQ)、MSQ-HSQ共聚物、有機硅烷以及任何其它含硅材料。在本發(fā)明具體實施例中，可利用多孔性或非多孔性無機介電材料作為此頂部旋涂式介電材料。而該無機旋涂式介電材料的孔洞大小對于本發(fā)明雖并不具關(guān)鍵性，然本發(fā)明所采用的無機旋涂式介電材料的孔洞大小通常以按從約5到約80％的體積百分比孔隙率而為從約5到約500，且尤以按從約10到約50％的體積百分比孔隙率而為從約10到約200為宜。
在本具體實施例中，以采用多孔性無機頂部旋涂式介電材料以及非多孔性有機底部旋涂式介電材料為最佳。
在本發(fā)明另一具體實施例中，此亦屬較佳者，該底部旋涂式介電材料系一無機介電材料(多孔性或非多孔性)，而頂部旋涂式介電材料系一有機介電材料，此者可，或無須，為多孔性，其條件是此混合結(jié)構(gòu)中的兩種旋涂式介電材料至少其中一者為多孔性。應(yīng)注意到前文中有關(guān)于運用在本發(fā)明第一具體實施例中的有機與無機介電質(zhì)的類型的說明，亦同時適用于此具體實施例。從而，在此無須對其另加贅述。在本具體實施例中，最好是具有一多孔性有機頂部旋涂式介電材料以及多孔性無機底部旋涂式介電材料可屬極佳。
可注意到在將頂部介電材料旋涂于該底部介電材料上之前，可用傳統(tǒng)式的粘結(jié)增進劑對該底部旋涂式介電材料加以處理。粘結(jié)增進劑施用方式包括業(yè)界所眾知的傳統(tǒng)旋涂式處理。經(jīng)旋涂該粘結(jié)增進劑后即進行洗滌與烘烤步驟。此等洗滌與烘烤步驟可確保在于該底部旋涂式介電材料上形成頂部旋涂式介電材料之前，所有殘余的溶劑和非反應(yīng)性粘結(jié)增進劑都會被從該底部旋涂式介電材料上去除。
無論是在本發(fā)明中采用哪一具體實施例，該混合式低k介電質(zhì)的底部旋涂式介電材料薄層都會具有從約500到約10000的厚度，且尤以從約900到約3000的厚度為最佳。而就所涉及的頂部旋涂式介電材料薄層，通常具有從約500到約10000的厚度，且尤以從約1000到約3000的厚度為最佳。應(yīng)注意附圖中雖僅出現(xiàn)兩種旋涂式介電材料，然而在此可以預(yù)期額外的旋涂式介電材料層。
現(xiàn)可固化這個含有頂部及底部旋涂式介電材料之混合式低k介電質(zhì)，或者如果該硬質(zhì)掩模是由旋涂式介電材料所制得，則可于單一固化步驟內(nèi)固化該混合式介電質(zhì)與該硬質(zhì)掩模。后者可為較佳，這是由于如此可降低整個過程內(nèi)的處理步驟數(shù)目。后文所述之固化條件亦可適用于本具體實施例，其中會在構(gòu)成該硬質(zhì)掩模之前先進行固化。
在形成如圖1A所示結(jié)構(gòu)之后，該硬質(zhì)掩模18會形成在該混合式介電質(zhì)的最頂表面上，即該頂部旋涂式介電材料16上。根據(jù)本發(fā)明，該硬質(zhì)掩模18會至少包括一拋光停止層20與一圖案層22?？山迦鐐鹘y(tǒng)式PEVCD處理方法來構(gòu)成該硬質(zhì)掩模，如圖1B所示，或最好該硬質(zhì)掩模18的各層是由旋涂鍍層方式所構(gòu)成為佳。而由旋涂鍍層方式所構(gòu)成的各薄層會為較佳，這是因為它們可減少整個處理中所運用的淀積工具之數(shù)量；從而，減少了整體制造成本。并且，雖然附圖描繪了在該硬質(zhì)掩模中僅出現(xiàn)有兩個薄層，然而該硬質(zhì)掩模確實可含有兩個以上的薄層。
在構(gòu)成該硬質(zhì)掩模過程中所用的材料可改變，并且與它們朝向于直接置于底下的薄層的蝕刻選擇性有關(guān)。例如，本發(fā)明中所采用的圖案層是一朝向于其底置拋光停止層而具有高蝕刻選擇性的材料(約為10∶1或甚更高)。另一方面，該拋光停止層是一朝向于底置的頂部旋涂式介電材料而具有高蝕刻選擇性的材料，且此者的介電常數(shù)應(yīng)不致顯著地增加該混合式低k介電質(zhì)的有效介電常數(shù)。在鑲嵌處理過程中，在用來對該等金屬特性進行拋光的CMP處理中，該拋光停止層也會具有極可忽略的拋光速率。
因此，該圖案層可包括有機或無機介電材料，而該拋光停止層可含有無機或有機介電材料。各層的詳細性質(zhì)首先是根據(jù)該混合式低k介電質(zhì)之頂部旋涂式介電材料，然后再是依照該拋光停止層而定。例如，如果該頂部旋涂式介電材料是一有機介電材料，則該拋光停止層通常會是無機介電材料，而該圖案層通常則是由有機介電材料所構(gòu)成。該硬質(zhì)掩模的各層厚度可改變，且對于本發(fā)明非屬關(guān)鍵者。然而，通常該圖案層的厚度會是約100到約3000，而該拋光停止層的厚度通常則是約100到約1000。
在構(gòu)成該硬質(zhì)掩模，例如拋光停止層與圖案層，以及底部的旋涂式介電材料多重薄層之后，可利用本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知的傳統(tǒng)條件來進行單一固化步驟。若所有的介電材料皆由旋涂式介電材料所制成，則可進行此單一固化步驟。該固化步驟可包含一熱平板烘烤步驟或烘爐加熱。在本發(fā)明中，最好是利用含有烘爐烘烤的固化步驟為宜。雖然可改變用于固化的條件，不過通常會是按從約250℃到約500℃，時間為約30到約500秒的時段來進行加熱平板烘烤，而烘爐烘烤步驟則是按從約200℃到約500℃，時間為約15分鐘到約3.0小時的時段來進行。再次強調(diào)如果該硬質(zhì)掩模不是由旋涂式介電材料所組成，則可在硬質(zhì)掩模淀積之前先進行固化。此外，由于旋涂式硬質(zhì)掩模是針對于該具體實施例的，所以各附圖與后面的說明是針對于該具體實施例。然而可注意到這些附圖與后面的說明對于非旋涂鍍層的硬質(zhì)掩模仍為有效。
固化如圖1C中所示且標記為固化的混合式低k介電質(zhì)12’，含有固化的頂部旋涂式介電材料16’與固化的底部旋涂式介電材料14’，以及固化的硬質(zhì)掩模18’，其含有固化的拋光停止層20’與固化的圖案層22’。在固化該混合式低k介電質(zhì)與視需要該硬質(zhì)掩模之后，然后如圖1C所示的結(jié)構(gòu)會經(jīng)歷第一光刻與蝕刻處理，此者會在該經(jīng)固化的圖案層22’內(nèi)構(gòu)成各開口24；參見圖1D。詳細地說，會按如下方式來構(gòu)成如圖1D所示的結(jié)構(gòu)首先于該固化的圖案層上，利用本領(lǐng)域人員所熟知的傳統(tǒng)淀積處理過程，形成用以對該圖案層予以圖案化的光致抗蝕劑層(圖中未示出)。然后令該光致抗蝕劑露出于一輻射圖案，然后再利用傳統(tǒng)抗蝕劑顯影技術(shù)，令該圖案在該光致抗蝕劑層內(nèi)顯影。
對該抗蝕劑圖案顯影后，會在該硬質(zhì)掩模中形成開口24，藉以露出一部分底置拋光停止層。詳細地說，藉由傳統(tǒng)干式蝕刻處理來形成開口，此方式包括(但不僅限于)反應(yīng)-離子蝕刻(RIE)、等離子體蝕刻與離子束蝕刻。在這些各種干式蝕刻處理中，最好是利用含有氟基化學(xué)材料的RIE為佳。在此蝕刻步驟后，會利用本領(lǐng)域人員所熟知的傳統(tǒng)剝離處理，將經(jīng)圖案化的光致抗蝕劑從該結(jié)構(gòu)上剝離。由此第一光刻與蝕刻步驟所獲得的結(jié)構(gòu)可如圖1D所示。
在將該光致抗蝕劑從該結(jié)構(gòu)上剝離后，會將一新的光致抗蝕劑層(未未出)施加于圖1D所示的結(jié)構(gòu)。接著，再對此新的光致抗蝕劑層進行光刻與蝕刻處理，以于該結(jié)構(gòu)內(nèi)提供第二開口26，以露出經(jīng)固化的混合式低k介電質(zhì)12’的表面。此第二蝕刻步驟包括前述干式蝕刻處理其中一者。在這些各種干式蝕刻處理中，最好是利用含有氟基化學(xué)材料的RIE為佳。經(jīng)過可露出該經(jīng)固化的多層旋涂式介電材料的第二蝕刻步驟后，可利用傳統(tǒng)的剝離處理將第二光致抗蝕劑從該結(jié)構(gòu)上剝離，提供出一如圖1E所示的結(jié)構(gòu)。
在一較佳具體實施例中，于多孔性有機頂部介電材料的蝕刻過程中會耗失該第二抗蝕劑，藉此避免讓該底部無機多孔性介電材料曝露于潛在地具有損害性的抗蝕劑剝除等離子。
1F圖顯示將構(gòu)成于該硬質(zhì)掩模上的圖案傳送到該混合式低k介電質(zhì)上之后的結(jié)構(gòu)。特別是，可利用一種含有氧或還原性化學(xué)材料的干式蝕刻處理來進行此圖案傳送，如此可在該混合式介電質(zhì)中構(gòu)成溝槽28。根據(jù)本發(fā)明，該溝槽28可為一通路孔或線路或兩者。
在對該混合式介電質(zhì)進行圖案傳送后，對該溝槽填充以導(dǎo)電性金屬32并加平面化，藉此提供如圖1G所示的結(jié)構(gòu)。在填充該導(dǎo)電金屬之前，先在該溝槽中構(gòu)成一種視需要，但以此最宜，的襯墊材料30。在此所用的名詞“導(dǎo)電金屬”是指一種自含有如鋁(Al)、銅(Cu)、鎢(W)、銀(Ag)等常用于互連結(jié)構(gòu)的金屬。同時，亦涵蓋所述導(dǎo)電金屬的合金，即如Al-Cu。本發(fā)明中所采用之較佳金屬為銅?？衫脗鹘y(tǒng)的淀積處理，例如化學(xué)氣相淀積(CVD)、等離子體輔助CVD、鍍覆、濺射、化學(xué)溶液沉積與其它類似的淀積處理，來將金屬置于該溝槽內(nèi)。
應(yīng)用于本發(fā)明的選擇性襯墊材料包括任何可避免導(dǎo)電材料擴散到介電薄層內(nèi)的材料。這種襯墊材料的一些范例可包括，但不限于，如下TiN、TaN、Ti、Ta、W、WN、Cr、Nb與其它類似材料或它們組合?？衫帽绢I(lǐng)域人員所熟知的傳統(tǒng)淀積處理，像是CVD、等離子體輔助CVD、濺射、鍍覆與化學(xué)溶液淀積，將該襯墊材料形成于溝槽中。
在以導(dǎo)電材料填充該溝槽后，該結(jié)構(gòu)經(jīng)歷傳統(tǒng)的平面化過程，例如化學(xué)機械拋光(CMP)，去除拋光停止層上的任何導(dǎo)電性金屬。請注意，平面化步驟還去除硬質(zhì)掩模的圖案化層，而不是結(jié)構(gòu)中的拋光停止層。替代地，拋光停止層保留在結(jié)構(gòu)的表面上。因此，必須選擇介電常數(shù)相對低的拋光停止層以不增加互連結(jié)構(gòu)的有效介電常數(shù)。在本發(fā)明的處理步驟之后，可藉由重復(fù)地進行本發(fā)明各處理步驟，而在如圖1F所示的結(jié)構(gòu)上形成額外的通路孔及布線層。如此，可利用本發(fā)明方法來備制出其中包含有一或更多布線與通路孔層的互連結(jié)構(gòu)。
總體來說，本發(fā)明互連結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)的互連結(jié)構(gòu)相比具有如下優(yōu)點本發(fā)明結(jié)構(gòu)(即低k介電質(zhì)加金屬導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu))對于金屬導(dǎo)體電阻具有精準且均勻的控制性。
可獲得高度受控的金屬導(dǎo)體電阻而無須增加處理成本，且減少真空基淀積工具的使用。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)在一熱循環(huán)中是穩(wěn)定的(通路孔的電阻不會顯著變化)，在一較佳具體實施例中，此循環(huán)是因環(huán)繞于該通路孔附近的多孔性無機介電材料的低CTE所產(chǎn)生。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)可承受傳統(tǒng)的CMP處理，因在另一較佳具體實施例中，繞于金屬線路附近具有較為強固的有機多孔性介電材料。
此外，在一較佳具體實施例中，本發(fā)明方法可讓兩組介電材料，特別是該底部多孔性無機介電材料，避免曝露于具損害性的抗蝕劑剝離等離子體。
盡管對本發(fā)明是按其較佳具體實施例示出與描述的，然而對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，應(yīng)知悉確可進行前述和其它對于其形式與細節(jié)變動，而仍無虞悖離本發(fā)明精神與范圍。從而，本發(fā)明并不受限于所說明及描述的精確形式及細節(jié)，而應(yīng)落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種互連結(jié)構(gòu)，包含一基板，而于其表面上形成有經(jīng)圖案化的混合式低k介電材料，該經(jīng)圖案化的混合式低k介電材料具有一約2.6或更低的有效介電常數(shù)，并包含一底部旋涂式介電材料及一頂部旋涂式介電材料，其中該底部及頂部旋涂式介電材料具有不同的原子成分，且這兩種旋涂式介電材料中至少其一是多孔的；一拋光停止層，形成于該圖案化的混合式低k介電材料上；以及金屬導(dǎo)電區(qū)域，形成于該圖案化的混合式低k介電材料中。
2.如權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述混合式低k介電材料的有效介電常數(shù)為從約1.2到約2.2。
3.如權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述旋涂式介電材料都是多孔介電材料。
4.如權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述頂部旋涂式介電材料是一無機介電材料，而所述底部旋涂式介電材料是一有機介電材料。
5.如權(quán)利要求4所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述頂部無機介電材料是多孔的。
6.如權(quán)利要求5所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述頂部無機介電材料在從約5到約80％的體積百分比孔隙率下具有從約5到約500的孔洞大小。
7.如權(quán)利要求4所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述無機介電材料包括Si、O與H以及選擇性地包括C。
8.如權(quán)利要求7所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述無機介電材料為HOSP、MSQ、TEOS、HSQ、MSQ-HSQ共聚物，有機硅烷或任何其它含Si材料。
9.如權(quán)利要求4所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述有機介電材料包括C、O及H。
10.如權(quán)利要求9所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述有機介電材料包括芳香熱固性聚合樹脂。
11.如權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述頂部旋涂式介電材料為一有機介電材料，而該底部旋涂式介電材料為一無機介電材料。
12.如權(quán)利要求11所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述頂部有機介電材料是多孔的。
13.如權(quán)利要求12所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述頂部有機介電材料在從約5到約35％的體積百分比孔隙率下具有從約1到約50納米(nm)的孔洞大小。
14.如權(quán)利要求11所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述有機介電材料包括C、O及H。
15.如權(quán)利要求14所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述有機介電材料包括芳香熱固性聚合樹脂。
16.如權(quán)利要求11所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述無機介電材料包括Si、O與H以及選擇性地包括C。
17.如權(quán)利要求16所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述無機介電材料為HOSP、MSQ、TEOS、HSQ、MSQ-HSQ共聚物，有機硅烷或任何其它含Si的材料。
18.如權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述粘結(jié)增進劑形成于該底部旋涂式介電材料與該頂部旋涂式介電材料之間。
19.如權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述拋光停止層為一無機介電材料。
20.如權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述拋光停止層為一有機介電材料。
21.如權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述金屬導(dǎo)體區(qū)域含有至少一種選自Al、Cu、Ag、W及其合金的導(dǎo)電金屬。
22.如權(quán)利要求21所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述導(dǎo)電金屬為Cu。
23.如權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述金屬導(dǎo)體區(qū)域進一步含有一襯墊材料。
24.如權(quán)利要求23所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述襯墊材料選自TiN、TaN、Ta、Ti、W、WN、Cr、Nb以其混合物。
25.如權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述基板可為一介電材料、一金屬區(qū)域、一粘結(jié)增進劑、一半導(dǎo)體晶片或它們的任意組合。
26.一種混合式低k介電材料，可適用于制作雙鑲嵌型的互連結(jié)構(gòu)，包含一底部旋涂式介電材料及一頂部旋涂式介電材料，其中該底部及頂部旋涂式介電材料具有一約2.6或更低的介電常數(shù)、不同的原子成分，且所述旋涂式介電材料中至少之一為多孔的。
27.一種用于形成互連結(jié)構(gòu)的方法，該方法包含以下步驟(a)在一基板表面上形成一混合式低k介電材料，該混合式低k介電材料具有一約2.6或更低的有效介電常數(shù)，并包含一底部旋涂式介電材料及一頂部旋涂式介電材料，其中該底部及頂部旋涂式介電材料具有不同的原子成分，且這兩種旋涂式介電材料中至少之一為多孔的；(b)在該混合式低k介電材料上形成一硬質(zhì)掩模，該硬質(zhì)掩模至少含有一拋光停止層；(c)在該硬質(zhì)掩模中形成一開口，以露出一部分該混合式低k介電材料；(d)利用該硬質(zhì)掩模作為一蝕刻掩模，在該混合式低k介電材料的露出部分中形成一溝槽；(e)以至少一種導(dǎo)電金屬來填充該溝槽；以及(f)將停止于該拋光停止層的導(dǎo)電金屬予以平面化。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述旋涂式介電材料兩者皆為多孔性介電材料。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述頂部旋涂式介電材料為一無機介電材料，而該底部旋涂式介電材料則為一有機介電材料。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述頂部無機介電材料為多孔的。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述頂部無機介電材料在從約5到約80％的體積百分比孔隙率下具有從約5到約500的孔洞大小。
32.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述無機介電材料包括Si、O與H以及選擇性地包括C。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中所述無機介電材料為HOSP、MSQ、TEOS、HSQ、MSQ-HSQ共聚物，有機硅烷或任何其它含Si的材料。
34.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述有機介電材料包括C、O及H。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中所述有機介電材料包括芳香熱固性聚合樹脂。
36.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述頂部旋涂式介電材料為一有機介電材料，而該底部旋涂式介電材料為一無機介電材料。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述頂部有機介電材料為多孔的。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述頂部有機介電材料在從約5到約35％的體積百分比孔隙率下具有從約1到約50納米(nm)的孔洞大小。
39.如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述有機介電材料包括C、O及H。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述有機介電材料包括芳香熱固性聚合樹脂。
41.如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述無機介電材料包括Si、O與H以及選擇性地包括C。
42.如申請專利范圍第41項所述之方法，其中所述無機介電材料為HOSP、MSQ、TEOS、HSQ、MSQ-HSQ共聚物，有機硅烷或任何其它含Si的材料。
43.如權(quán)利要求27所述的方法，其中還包含在形成該頂部旋涂式介電材料之前，在該底部旋涂式介電材料上形成一粘結(jié)增進劑。
44.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述混合式低k介電質(zhì)是通過循序的旋涂式鍍覆處理形成的，其中在各個連續(xù)旋涂處理后，會對該旋涂層進行熱平板烘烤處理。
45.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述混合式低k介電質(zhì)會在步驟(a)后，但在步驟(b)前，加以固化。
46.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述混合式低k介電質(zhì)會在步驟(b)之后加以固化。
47.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述硬質(zhì)掩模是由旋涂鍍覆方式制成的。
48.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述步驟(c)包括兩個光刻與蝕刻步驟。
49.如權(quán)利要求48所述的方法，其中所述蝕刻步驟選自反應(yīng)-離子蝕刻(RIE)、等離子體蝕刻與離子束蝕刻。
50.如權(quán)利要求49所述的方法，其中所述RIE含有氟基化學(xué)材料。
51.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述步驟(d)含有氧或還原性蝕刻處理。
52.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述溝槽包括一通路孔、線路或兩者。
53.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述步驟(e)包括選自以下的淀積處理化學(xué)氣相淀積(CVD)、等離子體輔助CVD、濺射、鍍層及化學(xué)溶液淀積。
54.如權(quán)利要求27所述的方法，其中還包含在填充該導(dǎo)電金屬之前，在該溝槽內(nèi)淀積一襯墊材料。
55.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述步驟(f)包括化學(xué)機械拋光處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種雙鑲嵌型的金屬布線加低k介電質(zhì)的互連結(jié)構(gòu)，其中將該導(dǎo)電金屬線路與通路孔形成在一混合式低k(介電常數(shù))介電質(zhì)內(nèi)，它包含兩種旋涂式介電材料，具有不同原子成分，且這兩種旋涂式介電材料中至少之一為多孔的。這兩種應(yīng)用于構(gòu)成本發(fā)明混合式低k介電質(zhì)的旋涂式介電材料，各具有一約2.6或更低的介電常數(shù)，且該混合結(jié)構(gòu)的各介電材料各以具有從約1.2到約2.2范圍內(nèi)的k值為佳。藉由利用本發(fā)明混合式低k介電質(zhì)，將能夠獲得對于金屬線路電阻(溝槽深度)的優(yōu)異控制而無須另增成本?？蛇_到此項目的而不必利用掩埋式蝕刻停止層，若存在，則形成在這兩種旋涂式介電材料之間。
文檔編號H01L21/312GK1518762SQ01822901
公開日2004年8月4日 申請日期2001年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月28日
發(fā)明者S·M·蓋茨, J·C·赫德里克, 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, 赫德里克 申請人:國際商業(yè)機器公司