專(zhuān)利名稱：用于低k或者超低k級(jí)間電介質(zhì)圖案轉(zhuǎn)移的結(jié)構(gòu)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要地涉及如國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖(International Technology Roadmap for Semiconductor, ITRS )所致力于的亞60nm 代半導(dǎo)體器件中的互連圖案的形成，該亞60nm代半導(dǎo)體器件包括 45nm節(jié)點(diǎn)、33nm節(jié)點(diǎn)和22nm節(jié)點(diǎn)的器件。更具體而言，本發(fā)明涉 及圖案化光刻抗蝕劑以及將抗蝕劑圖案轉(zhuǎn)移到硬掩模疊層、然后轉(zhuǎn) 移到低k (即具有范圍從約2.2到約3.5的介電常數(shù)k)或者超低k (即具有2.4以下的介電常數(shù)k)級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)以便在上述尺度內(nèi) 形成至少一個(gè)互連圖案。
背景技術(shù)：
在常規(guī)的互連圖案形成工藝中，首先將硬掩模層形成于其中將 要形成互連圖案的ILD層之上，然后將對(duì)光子束或者電子束敏感的 抗蝕劑層涂覆于硬掩模層的頂部上。利用光學(xué)光刻 (photolithography)或者電子束光刻來(lái)使抗蝕劑層成像，繼而將光 刻圖像顯影成抗蝕劑層中的對(duì)應(yīng)圖案。由于有機(jī)抗蝕劑層在圖像顯 影過(guò)程中的可破壞性，所以抗蝕劑圖案的縱橫比(即抗蝕劑圖案的 厚度或者高度與它的寬度之比)需要不大于約2:1。例如，對(duì)于60nm 抗蝕劑特征，最大抗蝕劑層厚度約為120nm?？刮g劑圖案的更高縱 橫比是后續(xù)圖案轉(zhuǎn)移所需要的，即更厚的抗蝕劑層為下覆層中的掩 蔽區(qū)域提供更多保護(hù)，但是它會(huì)在圖像顯影過(guò)程中造成抗蝕劑層中 所不希望的破壞。
從抗蝕劑層到ILD層的圖案轉(zhuǎn)移通常涉及到兩個(gè)步驟。首先， 圖案從抗蝕劑層轉(zhuǎn)移到硬掩模層中。硬掩模層執(zhí)行雙重功能，即一 方面它維持或者增強(qiáng)將要轉(zhuǎn)移的圖案的縱橫比而另一方面它為金屬布線的后續(xù)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)形成停止層。接著將圖案從硬掩 模圖案轉(zhuǎn)移到ILD層中。
在圖案轉(zhuǎn)移工藝過(guò)程中利用硬掩模層是因?yàn)橛袡C(jī)抗蝕劑材料不 適合于通過(guò)RIE將圖像直接轉(zhuǎn)移到ILD層中。因此，通過(guò)在與抗蝕 劑處理兼容的化學(xué)環(huán)境中將圖案首先從抗蝕劑層轉(zhuǎn)移到硬掩模層， 與抗蝕劑處理不兼容的專(zhuān)門(mén)選擇的化學(xué)物可以后續(xù)用于圖案化ILD 層，從而實(shí)現(xiàn)金屬布線更好的圖像分布和改善的縱橫比。
隨著互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件從90nm節(jié)點(diǎn)和65nm 節(jié)點(diǎn)持續(xù)縮放到45nm節(jié)點(diǎn)和更小節(jié)點(diǎn)，整體互連尺度相應(yīng)地從 105nm和80nm縮減到60nm和更小。整體尺度減少對(duì)抗蝕劑圖案的 尺度施加明顯限制。
一方面，半導(dǎo)體器件的整體尺度減小不僅造成互連圖案的線寬 減少而且造成在這樣的互連圖案之間的線間距減少。對(duì)于正性抗蝕 劑，抗蝕劑圖案的寬度取決于在將要形成的互連圖案之間的線間距。 因此，半導(dǎo)體器件的整體尺度減少造成抗蝕劑圖案的寬度減小。然 而如上文提到的那樣，抗蝕劑圖案的縱橫比(即抗蝕劑圖案的厚度 或者高度與它的寬度之比)需要維持在不大于約2:1，以便在圖像顯 影過(guò)程中防止抗蝕劑圖像破壞。因此，抗蝕劑厚度需要在亞60nm節(jié) 點(diǎn)器件中對(duì)應(yīng)地減少以便防止抗蝕劑層中的結(jié)構(gòu)破壞。
另 一方面，圖案化的抗蝕劑層必須具有充足厚度以便為下覆電 介質(zhì)層提供有效掩避并且防止下覆電介質(zhì)層的掩蔽區(qū)域在后續(xù)圖案 轉(zhuǎn)移過(guò)程中受損。通常，下覆電介質(zhì)層越厚，圖案轉(zhuǎn)移工藝所需時(shí) 間越久而圖案化的抗蝕劑必須越厚。
然而，互連縮放有數(shù)個(gè)不可縮放因素增加了 一個(gè)或者多個(gè)下覆 電介質(zhì)層的厚度。例如，在CMOS器件結(jié)構(gòu)中不同層的級(jí)間電介質(zhì) (ILD )材料通常被級(jí)間蓋層所覆蓋。這些級(jí)間蓋層用以維持ILD層 的結(jié)構(gòu)、處理和環(huán)境的整體性，并且它們各自具有不可縮放的范圍 從約300A到約500 A的層厚度。對(duì)于另一例子，在各ILD層中的金 屬布線通常形成于如下金屬襯墊之上，該金屬襯墊提供在金屬布線與ILD表面之間的良好粘合并且防止金屬布線氧化而且避免金屬離 子擴(kuò)散到ILD材料中。金屬襯墊具有也不可縮放的范圍從約IOOA 到約200 A的層厚度。對(duì)于又一例子，在各ILD層中的金屬布線需 要由如下互連蓋層來(lái)覆蓋，該互連蓋層用以密封金屬布線的頂表面 并且同時(shí)形成用于其上后續(xù)沉積附加層的底層?；ミB蓋層通常具有 也不可縮放的范圍從約300A到約500 A的層厚度。上文所述這樣的 不可縮放因素明顯限制下覆電介質(zhì)層深度的可能減少。為了抗蝕劑 圖案成功轉(zhuǎn)移到這樣相對(duì)厚的下覆電介質(zhì)層上，圖案化的抗蝕劑必 須具有充足厚度以經(jīng)受延長(zhǎng)的圖案化轉(zhuǎn)移工藝并且保護(hù)下覆電介質(zhì) 層的掩蔽區(qū)域。
一方面由整體半導(dǎo)體尺度的縮放而另 一方面由電介質(zhì)深度的不 可縮放因素對(duì)抗蝕劑圖案厚度施加的此類(lèi)限制又限制了對(duì)可以用于 將圖案從抗蝕劑層轉(zhuǎn)移到下覆ILD層的硬掩模結(jié)構(gòu)的可能選擇。
為了適應(yīng)對(duì)抗蝕劑圖案的厚度限制，兩種硬掩模結(jié)構(gòu)已經(jīng)被常 規(guī)地用于形成90nm節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，這兩種硬掩膜結(jié)構(gòu)包括基于TaN的 金屬硬掩模(MHM)結(jié)構(gòu)和包含幾乎無(wú)摩擦碳層(通常稱為NFC, 該NFC是商業(yè)上產(chǎn)自Japan Synthetic Rubber的氫化類(lèi)金剛石碳膜) 的基于低溫氧化物(基于LTO)的硬掩模結(jié)構(gòu)。
基于TaN的MHM結(jié)構(gòu)包含各自執(zhí)行不同功能的層的復(fù)雜疊層。 首先，在抗蝕劑層之下直接提供基于硅的抗反射涂覆(SiARC)層以 在抗蝕劑成像步驟過(guò)程中吸收光刻光并且防止光反射回到抗蝕劑層 中。SiARC層還增強(qiáng)在TaNMHM層與抗蝕劑層之間的粘合。第二， 在SiARC層之下提供氮化物含量高的TaN層作為也為光學(xué)覆蓋提供 光學(xué)透明度的金屬硬掩模層。第三，在TaN層之下提供類(lèi)金剛石碳 (DLC)層作為CMP停止層。最后，可以通過(guò)基于原硅酸四乙酯 (TEOS )的工藝在ILD結(jié)構(gòu)之上形成可選的氧化物層以提供用于基 于TaN的MHM結(jié)構(gòu)的粘合增強(qiáng)層和用于ILD結(jié)構(gòu)的氧阻擋層。
在典型的基于TaN的圖案轉(zhuǎn)移工藝中，首先將抗蝕劑層涂敷到 SiARC層上、然后通過(guò)基于光子束或者電子束的光刻來(lái)顯影以在其中形成所需圖案。將抗蝕劑層中的圖案通過(guò)RIE技術(shù)轉(zhuǎn)移到SiARC 層、TaN MHM層和DLC層中。在RIE工藝過(guò)程中，抗蝕劑層^皮消 耗，并且SiARC/TaN-MHM/DLC疊層后續(xù)用作硬掩模以將圖案進(jìn)一 步轉(zhuǎn)移到ILD層中。
在圖案從SiARC/TaN-MHM/DLC硬掩才莫疊層轉(zhuǎn)移到ILD層的過(guò) 程中可能出現(xiàn)圖案損壞。由于TaN MHM層的厚度不足以在RIE工 藝過(guò)程中保護(hù)ILD層的掩蔽區(qū)域，所以在RIE工藝過(guò)程中添加高度 可聚合成分(比如CH3F)以防止TaNMHM層凈皮過(guò)快侵蝕。然而， 由于這樣的可聚合成分形成的聚合物層在將要轉(zhuǎn)移圖案的側(cè)壁上累 積從而造成轉(zhuǎn)移圖案的關(guān)鍵尺度(critical dimension, CD)明顯減少 以及轉(zhuǎn)移圖案的表面粗糙度增加?；赥aN的圖案轉(zhuǎn)移工藝所造成 的典型CD減少可能總計(jì)約25nm。 CD減小不僅明顯減少90nm節(jié)點(diǎn) 和65nm節(jié)點(diǎn)器件中金屬布線的有效尺寸而且造成45nm節(jié)點(diǎn)器件的 圖案轉(zhuǎn)移完全失敗。
解決CD減少問(wèn)題的一種普遍方式是增加線寬以便補(bǔ)償在RIE 工藝過(guò)程中出現(xiàn)的線寬減少。然而，增加的線寬就給定的器件密度 而言造成線間距對(duì)應(yīng)減少，而減少的線間距又造成抗蝕劑寬度減少 并且抗蝕劑縱橫比增加。因而，這一方式在45nm節(jié)點(diǎn)器件或者亞 45nm節(jié)點(diǎn)器件(其中器件密度很高)中不可避免地造成抗蝕劑破壞， 因此不能成為用于此類(lèi)器件的可行工藝補(bǔ)救。
基于LTO的硬掩模結(jié)構(gòu)也包含如下層的復(fù)雜疊層，這些層從上 到下包括用于抗反射和粘合增強(qiáng)的SiARC層、LTO硬掩模層和NFC 輔助圖案轉(zhuǎn)移層。在典型的基于LTO的圖案轉(zhuǎn)移工藝中，將抗蝕劑 層涂敷到SiARC層上并且通過(guò)基于光子束或者電子束的光刻來(lái)顯影 以在其中形成所需圖案。然后將抗蝕劑層中的圖案通過(guò)第一 RIE步 驟轉(zhuǎn)移到SiARC層和LTO硬掩模層中。隨后，將圖案通過(guò)第二RIE 步驟轉(zhuǎn)移到NFC層。
選擇NFC層的厚度使得SiARC/LTO/NFC疊層的組合厚度足以 用作在圖案轉(zhuǎn)移過(guò)程中保護(hù)下覆ILD層的掩蔽區(qū)域的硬掩模。由于NFC輔助圖案轉(zhuǎn)移層包含有機(jī)CH，所以它的去除通常需要基于氧的 RIE步驟。對(duì)于具有中等介電常數(shù)(k)到高k的稠密ILD材料，由 于這樣的稠密ILD材料抵御基于氧的RIE損壞，所以基于LTO/NFC 的圖案轉(zhuǎn)移工藝是適合的。然而，當(dāng)與低k或者超低k ILD材料一 起使用時(shí)，基于LTO/NFC的圖案轉(zhuǎn)移工藝可能造成明顯的圖案損壞 (這些損壞可能總計(jì)為轉(zhuǎn)移圖案關(guān)鍵尺度增加25nm)，因?yàn)榈蚹或 者超低kILD材料特別容易受基于氧的RIE的攻擊。
因此一直需要可以用于將抗蝕劑圖案轉(zhuǎn)移到低k或者超低k ILD 材料中的改進(jìn)圖案轉(zhuǎn)移方法和改進(jìn)硬掩模疊層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于傳送細(xì)節(jié)距的布線圖案的新穎方式。在本 發(fā)明中提供的由初始光刻圖案限定的初始關(guān)鍵尺度(CD)或者線寬 比目標(biāo)CD或者線寬小約10-15nm。減少的CD或者線寬造成線間距 增加以及抗蝕劑圖案的寬度增加。對(duì)應(yīng)地，可以明顯增加抗蝕劑圖 案的厚度(例如增加約40% )而不增加其縱橫比。換而言之，增加 抗蝕劑圖案的豎直預(yù)算而不增加抗蝕劑破壞的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)減少光刻 CD而獲得的抗蝕劑總厚度允許明顯簡(jiǎn)化硬掩模疊層。因此，本發(fā)明 提供一種新穎的硬掩模疊層，該硬掩模疊層僅包括用于將光刻圖案 從圖案化的抗蝕劑層轉(zhuǎn)移到低k或者超低k級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)的下方 氮化物(或者富含氮化物)掩模層和上方氧化物(或者富含氧化物) 掩模層。這樣的筒化硬掩模疊層對(duì)于將抗蝕劑圖案轉(zhuǎn)移到低k或者 超低k級(jí)間電介質(zhì)層和對(duì)于在其中形成超細(xì)和超高密度布線而言是 特別有用的。
可以在含氧蝕刻化學(xué)物用于硬掩模疊層反應(yīng)離子蝕刻(RIE)的 后續(xù)硬掩模開(kāi)口工藝過(guò)程中重新獲得起初減少的光刻CD。在蝕刻化 學(xué)物中的氧氣用以增加CD或者線寬以與目標(biāo)CD基本上相同，并且 它也用以在形成的開(kāi)口中實(shí)現(xiàn)較低的邊緣粗糙度。圖案化的抗蝕劑 層在硬掩模開(kāi)口工藝過(guò)程中被部分地消耗。隨后，在如下后續(xù)RIE工藝過(guò)程中對(duì)低k或者超低k ILD層進(jìn) 行開(kāi)口 ，在該后續(xù)RIE工藝過(guò)程中使用含氮的蝕刻化學(xué)物以實(shí)現(xiàn)低k 或者超低k ILD材料相對(duì)于抗蝕劑和硬掩模疊層的更高蝕刻選擇性。 抗蝕劑在后續(xù)RIE工藝過(guò)程中被完全地消耗，并且無(wú)需進(jìn)一步基于 氧的剝離來(lái)去除抗蝕劑。以這一方式，保護(hù)低k或者超低k ILD層 免受潛在氧損壞?？梢酝ㄟ^(guò)基于異丙醇(IPA)的清潔和漂洗步驟來(lái) 容易地去除主要包括斷裂碳氟組合物的RIE殘留物而不會(huì)造成CD 損失。
概括而言，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)如下更厚的抗蝕劑層和更簡(jiǎn)易的硬 掩模疊層的使用，該抗蝕劑層提供了更高的抗蝕劑完整性并且減少 了抗蝕劑破壞的風(fēng)險(xiǎn)，而該硬掩模疊層用于將光刻圖案轉(zhuǎn)移到低k 或者超低k ILD層中而不會(huì)減少或者不會(huì)以別的方式損害在低k或 者超低kILD層中形成的最終圖案的CD。
在一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及一種用于在級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中形成 目標(biāo)關(guān)鍵尺度的互連圖案的方法，該方法包括
形成包括一個(gè)或者多個(gè)級(jí)間電介質(zhì)層的級(jí)間電介質(zhì)(ILD )結(jié)構(gòu)， 各級(jí)間電介質(zhì)層具有范圍從約1.5到約3.5的介電常數(shù)；
在ILD結(jié)構(gòu)之上形成硬掩模疊層，其中硬掩模疊層包括下方氮 化物掩模層和上方氧化物掩模層；
在硬掩模疊層之上形成抗蝕劑層；
圖案化抗蝕劑層以形成關(guān)鍵尺度比目標(biāo)關(guān)鍵尺度小約5nm到約 30nm的一個(gè)或者多個(gè)抗蝕劑開(kāi)口 ；
通過(guò)抗蝕劑開(kāi)口圖案化硬掩模疊層以形成一個(gè)或者多個(gè)硬掩模 開(kāi)口，其中硬掩模開(kāi)口具有目標(biāo)關(guān)鍵尺度；以及
通過(guò)硬掩模開(kāi)口圖案化ILD結(jié)構(gòu)以形成與硬掩模開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)并且 由此也具有目標(biāo)關(guān)鍵尺度的互連圖案。
除非另有指明，否則如這里使用的字眼"氮化物"通常是指沒(méi)有 或者具有其它添加物的氮化硅(SiNx)或者富含氮的氧氮化硅 (SiNxOy，其中x>y)。除非另有指明，否則如這里使用的字眼"氧
12化物，，通常是指沒(méi)有或者具有其它添加物的氧化硅(SiOx)或者富含 氧的氧氮化硅(SiNxOy，其中x<y)。
優(yōu)選地，通過(guò)使用含氧蝕刻化學(xué)物的第一反應(yīng)離子蝕刻(RIE) 步驟來(lái)圖案化硬掩模疊層，而通過(guò)使用含氮蝕刻化學(xué)物的第二 RIE 步驟來(lái)圖案化ILD結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，使用含氧 蝕刻化學(xué)物來(lái)執(zhí)行第一 RIE步驟，而使用含氮蝕刻化學(xué)物來(lái)執(zhí)行第 二 RIE步驟。圖案化的抗蝕劑層在第一 RIE步驟過(guò)程中被部分地消 庫(kù)毛、然后在第二 RIE步驟過(guò)程中^皮完全地消耗。因此，在ILD結(jié)構(gòu) 中形成互連圖案之后無(wú)需進(jìn)一步基于氧的抗蝕劑剝離步驟，并且可 以避免對(duì)ILD結(jié)構(gòu)的潛在氧損壞?？梢酝ㄟ^(guò)使用基于異丙醇(IPA) 的清潔和漂洗從互連圖案容易地去除RIE蝕刻殘留物。
優(yōu)選地通過(guò)使用電子束光刻來(lái)圖案化抗蝕劑層以形成減少的關(guān) 鍵尺度的抗蝕劑開(kāi)口。更優(yōu)選地，抗蝕劑開(kāi)口的關(guān)鍵尺度比范圍通 常從約20nm到約60nm的目標(biāo)關(guān)鍵尺度小約10nm至約20nm。對(duì)應(yīng) 地，可以使用相對(duì)厚的抗蝕劑層(例如優(yōu)選地具有范圍從約500 A 到約2000 A并且更優(yōu)選地從約1000 A到約1600 A的厚度)而不增
加抗蝕劑^5皮壞的風(fēng)險(xiǎn)。
優(yōu)選地，下方氮化物掩模層和上方氧化物掩模層各自具有范圍
從約100 A到約1000 A并且更優(yōu)選地從約250 A到約500 A的厚度。 一個(gè)或者多個(gè)級(jí)間電介質(zhì)層可以包括介電常數(shù)范圍從約1.5到 約3.5的低k或者超低k電介質(zhì)材料。優(yōu)選地，低k或者超低k電介 質(zhì)材料選自于無(wú)機(jī)電介質(zhì)材料、摻雜碳的氧化物、摻雜氟的氧化物、 氟硅玻璃(FSG)、電介質(zhì)聚合物、有機(jī)硅酸鹽材料、包含SiCOH 的電介質(zhì)材料、旋涂電介質(zhì)材料、多孔電介質(zhì)材料、非多孔電介質(zhì) 材料及其混合物或者組合物。優(yōu)選地但是并非必然地， 一個(gè)或者多 個(gè)級(jí)間電介質(zhì)層各自包括旋涂有機(jī)硅酸鹽超低k電介質(zhì)材料。
本發(fā)明的級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)還可以包括各自位于一個(gè)或者多個(gè)級(jí)
為10:1的一個(gè)或者多個(gè)級(jí)間蓋層。優(yōu)選地但是并非必然地，級(jí)間蓋層各自包括從有機(jī)倍半硅氧烷、氫化倍半硅氧烷、氫化-有機(jī)倍半硅 氧烷、硅氧烷、倍半硅氧烷、碳化硅及其混合物或者組合物中選擇 的一種或者多種材料。
在另一方面中，本發(fā)明涉及一種包括位于級(jí)間電介質(zhì)(ILD)結(jié) 構(gòu)之上的硬掩模疊層的結(jié)構(gòu)，其中ILD結(jié)構(gòu)包括各自具有范圍從約 1.5到約3.5的介電常數(shù)的一個(gè)或者多個(gè)ILD層，以及其中硬掩模疊 層包括下方氮化物掩模層和上方氧化物掩模層。
優(yōu)選地但是并非必然地，硬掩模疊層在其中包括延伸經(jīng)過(guò)下方 氮化物掩模層和上方氧化物掩模層的一個(gè)或者多個(gè)硬掩模開(kāi)口 ，以 及其中硬掩模開(kāi)口具有范圍從約20nm到約60nm的關(guān)鍵尺度。
更優(yōu)選地，該結(jié)構(gòu)還包括位于硬掩模疊層之上的圖案化的抗蝕 劑層。該圖案化的抗蝕劑層可以具有范圍從約500A到約2000A并 且更優(yōu)選地從約IOOOA到約1600A的厚度，而且它可以包括關(guān)鍵尺 度比硬掩模開(kāi)口的關(guān)鍵尺度小約5nm到約30nm的一個(gè)或者多個(gè)抗 蝕劑開(kāi)口 。
另外，ILD結(jié)構(gòu)包括與硬掩模開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)并且由此也具有范圍從 約20nm到約60nm的關(guān)鍵尺度的互連圖案。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí) 施例中，ILD結(jié)構(gòu)至少包括位于第二ILD層之上的第一ILD層。第 一 ILD層具有延伸經(jīng)過(guò)第一 ILD層并且與硬掩模開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)的一個(gè)或 者多個(gè)較寬的線開(kāi)口 ，而第二 ILD層在其中具有一個(gè)或者多個(gè)較窄 的過(guò)孔開(kāi)口 。
本發(fā)明的其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將從以下7〉開(kāi)內(nèi)容和所附權(quán)利 要求中變得更完全地清楚。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的位于級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)之上 的氧化物/氮化物硬掩模疊層的橫截面圖。
圖2-圖6圖示了用于通過(guò)使用圖1中所示氧化物/氮化物硬掩模 疊層在級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中形成單級(jí)金屬互連的單大馬士革工藝的示例步驟。
圖7-圖11圖示了用于通過(guò)使用圖1中所示氧化物/氮化物硬掩模 疊層在級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中在上級(jí)形成金屬線而在下級(jí)形成金屬過(guò)孔 的雙大馬士革工藝的示例步驟。
具體實(shí)施例方式
在以下描述中闡述比如特定結(jié)構(gòu)、部件、材料、尺度、處理步 驟和技術(shù)這樣的諸多具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而， 本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到?jīng)]有這些具體細(xì)節(jié)也可以實(shí)施本發(fā)明。在 其它實(shí)例中沒(méi)有具體描述公知結(jié)構(gòu)或者處理步驟以免使本發(fā)明難以理解。
將理解到，當(dāng)作為層、區(qū)域或者襯底的單元稱為在其它單元上/ 之上時(shí)，它可以直接地在其它單元上或者也可以存在中間單元。對(duì) 照而言，當(dāng)單元稱為直接地在其它單元上/之上時(shí)，不存在中間單元。 也將理解到，當(dāng)單元稱為在其它單元下/之下時(shí)，它可以直接地在其 它單元下或者也可以存在中間單元。對(duì)照而言，當(dāng)單元稱為直接地 在其它單元下/之下時(shí)，不存在中間單元。
本發(fā)明提供 一 種使用特別適合于將光刻抗蝕劑圖案轉(zhuǎn)移到亞 45nm節(jié)點(diǎn)CMOS器件中低k或者超低k ILD結(jié)構(gòu)的筒易硬掩模疊層 結(jié)構(gòu)的新穎光刻和蝕刻方法。
圖1示出了包括在ILD結(jié)構(gòu)10之上形成的下方氮化物掩模層 16和上方氮化物掩模層18的硬掩模疊層結(jié)構(gòu)。
下方氮化物掩模層16包括氮化硅(SiNx)或者富含氮的氧氮化 硅(SiNxOy，其中x〉y)。下方氮化物掩模層16在上方氧化物層18 的沉積過(guò)程中保護(hù)ILD結(jié)構(gòu)IO免受氧化。它也用以在后續(xù)CMP工 藝過(guò)程中作為CMP停止層。優(yōu)選地，氮化物掩模層16具有范圍從 約100A到約1000 A并且更優(yōu)選地從約300 A到約700 A的厚度。 可以通過(guò)比如物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等 離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)和化學(xué)溶液沉積這樣的常規(guī)氮
15化物沉積工藝，在ILD結(jié)構(gòu)IO之上容易地沉積氮化物掩模層16。
上方氧化物掩模層18包括氧化硅(SiOj或者富含氧的氧氮化 硅(SiNxOy，其中x<y)。氧化物掩模層18為其上將要形成的對(duì)光 子束或者電子束敏感的抗蝕劑層(未示出)提供良好粘合表面，并 且它防止下方氮化物掩模層16中的氮化物有害于抗蝕劑。優(yōu)選地， 上方氧化物掩模層18具有范圍從約IOOA到約1000 A并且更優(yōu)選地 從約300 A到約700 A的厚度。可以通過(guò)比如物理氣相沉積(PVD)、 化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)和 化學(xué)溶液沉積這樣的常^L氮化物沉積工藝，在ILD結(jié)構(gòu)IO之上容易 地沉積上方氧化物掩模層18。
ILD結(jié)構(gòu)10可以包括具有或者沒(méi)有ILD蓋層的任何數(shù)目的ILD 層。圖1中所示具體實(shí)施例包含第一和第二 ILD層12A和12B以及 第一和第二 ILD蓋層14A和14B。然而容易理解到，不以任何方式 限制ILD結(jié)構(gòu)10所含ILD層和ILD蓋層的具體數(shù)目。
第一和第二 ILD層12A和12B可以包括介電常數(shù)范圍從約2.2 到約3.5的低k電介質(zhì)材料或者介電常數(shù)范圍從約1.5到約3.0的超 低k電介質(zhì)材料。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第一和第二ILD層12A和12B 各自包括一種或者多種超低k電介質(zhì)材料，這些材料包括但不限于 無(wú)機(jī)電介質(zhì)、基于SiCOH的電介質(zhì)組合物、摻雜碳的氧化物、摻雜 氟的氧化物、氟硅玻璃(FSG)、電介質(zhì)聚合物和有機(jī)硅酸鹽材料。 可以通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)或者通過(guò)旋涂方法 來(lái)沉積這樣的超低k電介質(zhì)材料。PECVD超低k電介質(zhì)材料的具體 例子包括但不限于產(chǎn)自Applied Materials的Black Diamond 多孔 SiCOH (BDII、 BDIII)、產(chǎn)自Novellus Systems的Coral 和產(chǎn)自 ASM的Aurora ULK和ELK。 S走涂超^f氐k電介質(zhì)材4牛層的具體例 子包括但不限于旋涂SiCOH材料，比如聚曱基硅氧烷、硅氧烷和 產(chǎn)自Japan Synthetic Rubber ( JSR)的5109、 5117、 5525、 5530。產(chǎn) 自 Trikon Technologies的稱為Orion 的材料和產(chǎn)自 ShipleyCompany的稱為Zircon 的材料也可以用于形成第一和第二 ILD層 12A和12B。特別地優(yōu)選產(chǎn)自JSR的稱為5109的旋涂有機(jī)硅酸鹽材料。
取而代之，低k有機(jī)電介質(zhì)材料也可以用于形成第一和第二 ILD 層12A和12B,比如商標(biāo)為SiLKTM或者多孔SiLK 的產(chǎn)自Dow Chemical Co.的商業(yè)可用的基于多孔或者非多孔有機(jī)聚合物的低k電 介質(zhì)材泮牛、產(chǎn)自Honeywell Electronic Materials的GX-3T和GX畫(huà)3p 材料、聚芳醚等。
第一和第二ILD層12A和12B的厚度可以范圍^v約600A到約 5000A?？梢愿鶕?jù)具體應(yīng)用要求在這樣寬的范圍內(nèi)選擇第一和第二 1LD層12A和12B的具體厚度。優(yōu)選地但是并非必然地，第一和第 二ILD層12A和12B各自具有范圍從約500A到約1000A并且更優(yōu) 選地從約700A到900A的厚度。
ILD蓋層14A和14B可以由提供相對(duì)于ILD層12A和12B的蝕 刻選擇性至少為10:1的一種或者多種材料形成。適當(dāng)材料包括但不 限于有機(jī)倍半硅氧烷、氫化倍半硅氧烷、氫化-有機(jī)倍半硅氧烷、硅 氧烷、倍半硅氧烷、碳化硅及其混合物或者組合物。可以用于形成 ILD蓋層14A和14B的商用材料包括HOSP、 HOSP BESt、 AP6000、 Ensemble 、 Etch Stop、 Ensemble Hard Mask等。
優(yōu)選地，ILD蓋層14A和14B包括從四甲基環(huán)四硅氧烷 (TMCTS)、八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)、衍生環(huán)三硅氧烷、衍 生環(huán)五硅氧烷、乙基取代的環(huán)硅氧烷和衍生硅氧烷中選擇的一種或 者多種材料。更優(yōu)選地，ILD蓋層14A和14B包括OMCTS。
第一和第二 ILD蓋層可以各自具有范圍從約50A到約600A、更 優(yōu)選地從約100A到約500A并且最優(yōu)選地從約250A到約350A的厚 度。
注意，ILD蓋層14A和14B在本發(fā)明的級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中是可 選的。當(dāng)通過(guò)可以經(jīng)受CMP工藝的適當(dāng)材料來(lái)形成ILD層12A和 12B而無(wú)明顯石茱形效果時(shí)，本發(fā)明的級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)可以基本上由沒(méi)有蓋層的ILD層構(gòu)成。
本發(fā)明所提供的氧化物/氮化物硬掩模疊層是與現(xiàn)有技術(shù)的基于
TaN或者基于LTO/NFC的硬掩模疊層相比明顯更簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)。
圖2-圖6圖示了用于通過(guò)使用圖1中所示氧化物/氮化物硬掩模疊層在級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中形成單級(jí)金屬互連的單大馬士革工藝的實(shí)
例步驟。
先參照?qǐng)D2,該圖示出了在氧化物掩模層18的上表面之上形成具有一個(gè)或者多個(gè)開(kāi)口的圖案化的抗蝕劑層20。先通過(guò)在氧化物掩模層18的上表面之上沉積對(duì)光子束或者電子束敏感的抗蝕劑材料的勻厚層、繼而通過(guò)常規(guī)基于光子束或者電子束的光刻和抗蝕劑顯影步驟來(lái)形成圖案化的抗蝕劑層20。可以用于形成本發(fā)明的圖案化的
中是公知的、因此這里不具體加以描述。如圖2中所示，抗蝕劑層20優(yōu)選地被圖案化以形成關(guān)鍵尺度(CD)比將要形成的互連圖案中的目標(biāo)CD更小的抗蝕劑開(kāi)口 ?？刮g劑開(kāi)口的減少的CD允許抗蝕劑層20具有比常規(guī)抗蝕劑層增加約40%的厚度。優(yōu)選地，本發(fā)明的抗蝕劑層20具有范圍從約500A到約2000A并且更優(yōu)選地從約IOOOA到1600A的厚度。
作為用于在通?！嚼粲糜?5nm節(jié)點(diǎn)器件中的OMCT ILD結(jié)構(gòu)中形成線寬50nm而節(jié)距為100nm的互連圖案的本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選例子，提供厚度各自約為500A的氧化物和氮化物硬掩模層18和16。厚度約為1200A的低k OMCT ILD 10位于氧化物和氮化物硬掩才莫層之下。對(duì)電子束敏感的抗蝕劑材料、優(yōu)選為KRS抗蝕劑材料(即縮酮抗蝕劑系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一種激活能量低的化學(xué)放大抗蝕劑材料，該抗蝕劑材料基于受縮酮保護(hù)的聚羥基苯乙烯并且對(duì)深超紫外線和電子束均敏感)涂敷于氧化物和氮化物硬掩模層之上以形成抗蝕劑層20。 KRS抗蝕劑材料對(duì)電子束和深超紫外線光均具有敏感性并且可以用來(lái)在單個(gè)抗蝕劑層中提供中等分辨率(〉100nm)和細(xì)分辨率(<100nm)的成<象。
18然后使用電子束來(lái)圖案化KRS抗蝕劑層20以形成線寬為35nm而節(jié)距為lOOnm的抗蝕劑圖案。KRS抗蝕劑層20優(yōu)選地具有約1600A的厚度，該厚度明顯大于就50nm的線寬和lOOnm的節(jié)距而言約為IOOOA的常規(guī)最大KRS抗蝕劑厚度。常規(guī)的IOOOA KRS抗蝕劑對(duì)于IOOOA ( 500A氧化物和500A氮化物)的硬掩模疊層18和16以及1200A的OMCT ILD 10的后續(xù)RIE圖案化而言是不夠的。然而，當(dāng)抗蝕劑光刻CD從50nm減少到35nm時(shí)，如在本發(fā)明中那樣KRS抗蝕劑厚度可以增加到1600A從而為硬掩模18和16以及ILD 10的后續(xù)圖案化提供充足厚度。
如圖3中所示，然后執(zhí)行第一反應(yīng)離子蝕刻(RIE)步驟以形成經(jīng)過(guò)氧化物掩模層18和氮化物掩模層16的一個(gè)或者多個(gè)硬掩模開(kāi)口 2、由此暴露第一 ILD蓋層14A的上表面。優(yōu)選地但是并非必然地，使用含氧蝕刻化學(xué)物來(lái)執(zhí)行第一 RIE步驟。
對(duì)于上述具體例子，可以在最高功率為200W而最低功率為100W的處理?xiàng)l件下以及利用如下處理氣流、使用LAM 4250 XL工具通過(guò)第一反應(yīng)離子蝕刻(RIE)步驟來(lái)對(duì)500A氧化物和500A氮化物的硬掩模層18和16進(jìn)行開(kāi)口
CHF3: 20sccm
CF4: 60sccm
02: lOsccm
Ar: 平衡。
氧氣用以將硬掩模開(kāi)口 2的CD從35nm打開(kāi)到50nm、由此將起初減少的光刻CD恢復(fù)回到目標(biāo)CD。
隨后，執(zhí)行第二 RIE步驟以形成經(jīng)過(guò)ILD結(jié)構(gòu)10的一個(gè)或者多個(gè)開(kāi)口 4、即如圖4中所示在第一 ILD層12A中或者在第一和第二ILD層12A和12B二者中形成開(kāi)口 4。優(yōu)選地，使用氮蝕刻化學(xué)物執(zhí)行該第二 RIE步驟。
對(duì)于上述具體例子，可以在最高功率為500W而最低功率為400W的處理?xiàng)l件下以及利用如下處理氣流、使用LAM 4250 XL工具通過(guò)第二 RIE步驟來(lái)對(duì)1200A的ILD/OMCT結(jié)構(gòu)10進(jìn)行開(kāi)口 C4F8: 3sccmCHF3: 10sccmN2: 100sccm02: 8sccmAn 平衡。
在第二RIE步驟過(guò)程中附加的100sccm氮?dú)庠黾恿?ILD結(jié)構(gòu)10相對(duì)于抗蝕劑20以及硬掩模層18和16的RIE選擇性。KRS抗蝕劑層20在第一 RIE步驟過(guò)程中被部分地消耗而在第二 RIE步驟過(guò)程中被完全地消耗。對(duì)應(yīng)地，無(wú)需附加的基于氧的抗蝕劑剝離步驟以去除KRS抗蝕劑20。代之以使用基于異丙醇(IPA)的溶劑來(lái)漂洗掉RIE殘留物。因此可以防止對(duì)ILD結(jié)構(gòu)10的潛在氧損壞。
另外，在第二RIE步驟過(guò)程中僅去除氧化物掩模層18的上部，而充足厚度的余留氧化物掩模層在第二 RIE步驟之后仍然存在。以這一方式，可以在余留氧化物掩模層上形成附加抗蝕劑層用于對(duì)ILD結(jié)構(gòu)10的雙大馬士革處理。
可選地，傳導(dǎo)襯墊或者阻擋層(未示出)可以沉積在第一 ILD層12A中開(kāi)口 4的暴露表面上?？梢允褂贸Ｒ?guī)沉積工藝來(lái)形成這一傳導(dǎo)襯墊，例如化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、濺射、鍍覆、蒸發(fā)或者化學(xué)溶液沉積。傳導(dǎo)襯墊可以是如氮化鉭(TaN )的難熔金屬氮化物和如鉭(Ta)的難熔金屬這樣的雙層。也可以使用TiN、 WN、 W、 Re、 Ru和類(lèi)似金屬材并牛?？蛇x地，可以添加Si以形成線性三元金屬合金如TiSiN。
然后如圖5中所示在整個(gè)結(jié)構(gòu)之上沉積勻厚金屬材料層22、繼而平坦化以去除過(guò)量金屬材料以及氧化物/氮化物掩模層18和16、由此如圖6中所示在第一ILD層12A的開(kāi)口中形成金屬互連24。
通過(guò)圖2-圖6所示單大馬士革工藝而形成的金屬互連24可以包括相對(duì)寬的金屬線或者相對(duì)窄的金屬過(guò)孔。金屬互連層24可以包括從金屬、金屬合金、金屬硅化物和金屬氮化物中選擇的任何一個(gè)或者多個(gè)適當(dāng)?shù)膫鲗?dǎo)材料。優(yōu)選地，金屬互連層24包括一種或者多種金屬成分，這些成分包括但不限于W、 Cu、 Al、 Ag、 Au及其混合物和合金。高度優(yōu)選的互連金屬是Cu。也可以使用基于Cu的合金，比如Cu-Ti和Cu-Sn合金。
使用常規(guī)平坦化工藝如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝來(lái)執(zhí)行勻厚金屬層22的平坦化以及氧化物/氮化物掩模層18和16的去除。如圖6中所示，在平坦化之后金屬互連24的上表面與第一級(jí)間蓋層14A的上表面近似地共面。
隨后可以在互連24的上表面之上沉積擴(kuò)散阻擋/蝕刻停止層(未示出)以完成互連級(jí)。擴(kuò)散阻擋/蝕刻停止層可以由能夠防止金屬離子從金屬互連24擴(kuò)散到其上將要形成的下一 ILD層中的任何適當(dāng)絕緣材料組成。優(yōu)選地但是并非必然地，擴(kuò)散阻擋/蝕刻停止層包括從SiN、 SiCN和SiC中選擇的非晶態(tài)合金以及此類(lèi)材料的氫化形式。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，通過(guò)圖7-圖11所示雙大馬士革工藝在不同的ILD層中形成包括金屬線和金屬過(guò)孔這二者的金屬互連。
具體而言，在圖4中的第二 RIE步驟3之后，如圖7中所示，在整個(gè)結(jié)構(gòu)之上沉積對(duì)光子束或者電子束敏感的附加抗蝕劑材料層
抗蝕劑顯影步驟以圖案化附加抗蝕劑材料層26并且在其中限定與先前由圖案化的第一抗蝕劑層20限定的相對(duì)較窄的過(guò)孔開(kāi)口 6B不同的相對(duì)較寬的線開(kāi)口 6A。
優(yōu)選地執(zhí)行第三RIE步驟以延伸線開(kāi)口 6A和過(guò)孔開(kāi)口 6B這二者。因此如圖9中所示，線開(kāi)口 6A向下延伸經(jīng)過(guò)氧化物/氮化物掩模層18和16、可選的第一ILD蓋層14A和第一ILD層12A,而過(guò)孔開(kāi)口 6B向下延伸經(jīng)過(guò)可選的第二ILD蓋層14B和第二ILD層14B并且在下覆的ILD蓋層14C上停止。當(dāng)ILD結(jié)構(gòu)10未包含任何ILD蓋層時(shí)，過(guò)孔開(kāi)口 6B于是在第二 ILD層12B之下的附加ILD層(未示出)上停止。第三RIE步驟還消耗附加抗蝕劑層26以及消耗氧化物掩模層18的至少一部分從而獲得圖10中所示結(jié)構(gòu)。
21如圖10和圖11中所示，然后執(zhí)行金屬沉積和平坦化步驟以在
第一 ILD層12A中形成相對(duì)寬的金屬線24A而在第二 ILD層12B中形成相對(duì)窄的金屬過(guò)孔24B。金屬線和金屬過(guò)孔24A和24B可以由從金屬、金屬合金、金屬硅化物和金屬氮化物中選擇的相同或者不同一種或者多種傳導(dǎo)材料組成。優(yōu)選地，金屬線和金屬過(guò)孔24A和24B包括一種或者多種金屬成分，這些金屬成分包括但不限于W、Cu、 Al、 Ag、 Au及其混合物和合金。高度優(yōu)選的互連金屬是Cu。也可以使用基于Cu的合金如Cu-Ti和Cu-Sn合金。擴(kuò)散阻擋/蝕刻停止層(未示出)也可以沉積在金屬線24A的上表面之上以完成互連級(jí)。
盡管圖1-圖11示例地展示了根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施例的數(shù)個(gè)示例硬掩模結(jié)構(gòu)和使用這樣的示例硬掩模結(jié)構(gòu)在ILD層中形成互連圖案的示例處理步驟，但是清楚的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地修改這樣的硬掩模結(jié)構(gòu)以及處理步驟以便適應(yīng)于與以上描述一致的具體應(yīng)用要求。例如，盡管上文在硬掩模疊層中圖示了單個(gè)氧化物掩模層和單個(gè)氮化物掩模層，但是清楚的是如果需要?jiǎng)t本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地修改這樣的硬掩模疊層以提供附加氧化物/氮化物掩模層或者其它材料層。因此應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明不限于上文說(shuō)明的具體實(shí)
因而所有這樣的其它修改、變化、應(yīng)用和實(shí)施例將視為在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于在級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中形成目標(biāo)關(guān)鍵尺度的互連圖案的方法，所述方法包括形成包括一個(gè)或者多個(gè)級(jí)間電介質(zhì)層的級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)，各級(jí)間電介質(zhì)層具有范圍從約1.5到約3.5的介電常數(shù)；在所述級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)之上形成硬掩模疊層，其中所述硬掩模疊層包括下方氮化物掩模層和上方氧化物掩模層；在所述硬掩模疊層之上形成抗蝕劑層；圖案化所述抗蝕劑層以形成關(guān)鍵尺度比所述目標(biāo)關(guān)鍵尺度小約5nm到約30nm的一個(gè)或者多個(gè)抗蝕劑開(kāi)口；通過(guò)所述抗蝕劑開(kāi)口圖案化所述硬掩模疊層以形成一個(gè)或者多個(gè)硬掩模開(kāi)口，其中所述硬掩模開(kāi)口具有所述目標(biāo)關(guān)鍵尺度；以及通過(guò)所述硬掩模開(kāi)口圖案化所述級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)以形成與所述硬掩模開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)并且由此也具有所述目標(biāo)關(guān)鍵尺度的互連圖案。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)使用含氧蝕刻化學(xué)物 的第一反應(yīng)離子蝕刻(RIE)步驟來(lái)圖案化所述硬掩模疊層，以及其 中通過(guò)使用含氮蝕刻化學(xué)物的第二 RIE步驟來(lái)圖案化所述級(jí)間電介 質(zhì)結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述圖案化的抗蝕劑層在 所述第一 RIE步驟過(guò)程中^L部分地消^^而在所述第二 RIE步驟過(guò)程 中被完全地消耗。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中在所述第二 RIE步驟過(guò)程 中僅去除所述硬掩模疊層的所述上方氧化物掩模層的上部。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述含氧蝕刻化學(xué)物和所 述含氮蝕刻化學(xué)物包括從CHF3、 C4Fg和CF4中選擇的處理氣體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括通過(guò)使用基于異丙醇 (IPA)的清潔和漂洗來(lái)去除RIE殘留物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)使用電子束光刻來(lái)圖案化所述抗蝕劑層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述抗蝕劑開(kāi)口的關(guān)4建尺度比所述目標(biāo)關(guān)鍵尺度小約10nm至約20nm。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述目標(biāo)關(guān)鍵尺度的范圍 從約20nm到約60亂
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述抗蝕劑層具有范圍 從約500 A到約2000 A的厚度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述下方氮化物掩模層和所述上方氧化物掩模層各自具有范圍從約ioo A到約iooo A的厚度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述下方氮化物掩模層 和所述上方氧化物掩模層各自具有范圍從約300 A到約700 A的厚度。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu) 中的所述一個(gè)或者多個(gè)級(jí)間電介質(zhì)層各自包括從無(wú)機(jī)電介質(zhì)材料、 摻雜碳的氧化物、摻雜氟的氧化物、氟硅玻璃(FSG)、電介質(zhì)聚合 物、有機(jī)硅酸鹽材料、包含SiCOH的電介質(zhì)材料、旋涂電介質(zhì)材料、 多孔電介質(zhì)材料、非多孔電介質(zhì)材料及其混合物或者組合物中選擇 的一種或者多種材料。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)還 包括各自位于所述一個(gè)或者多個(gè)級(jí)間電介質(zhì)層之一上并且各自相對(duì) 于所述級(jí)間電介質(zhì)層的蝕刻選擇性至少為10:1的一個(gè)或者多個(gè)級(jí)間
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述一個(gè)或者多個(gè)級(jí)間 蓋層各自包括從有機(jī)倍半硅氧烷、氫化倍半硅氧烷、氫化-有機(jī)倍半 硅氧烷、硅氧烷、倍半硅氧烷、碳化硅及其混合物或者組合物中選 擇的一種或者多種材料。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括用金屬材料填充所述 級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中的所述互連圖案、繼而平坦化以在所述級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中形成金屬互連。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)至 少包括位于第二級(jí)間電介質(zhì)層之上的第 一 級(jí)間電介質(zhì)層，以及其中 所述級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)的圖案化包括在所述第 一 級(jí)間電介質(zhì)層中形成一個(gè)或者多個(gè)較寬的線開(kāi)口而在所述第二級(jí)間電介質(zhì)層中形成一個(gè) 或者多個(gè)較窄的過(guò)孔開(kāi)口的雙大馬士革工藝。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述雙大馬士革工藝包括通過(guò)所述硬掩模開(kāi)口圖案化所述第一級(jí)間電介質(zhì)層以形成延伸 經(jīng)過(guò)所述第一級(jí)間電介質(zhì)層的一個(gè)或者多個(gè)較窄的過(guò)孔開(kāi)口 ；在所述硬掩模疊層之上形成附加抗蝕劑層而在所述第一級(jí)間電 介質(zhì)層中形成所述一個(gè)或者多個(gè)較窄的過(guò)孔開(kāi)口 ；圖案化所述附加抗蝕劑層以形成延伸經(jīng)過(guò)所述附加抗蝕劑層的 一個(gè)或者多個(gè)較寬的線開(kāi)口 ；以及通過(guò)蝕刻來(lái)延伸所述較窄的過(guò)孔開(kāi)口和所述較寬的線開(kāi)口 ，其 中所述較窄的過(guò)孔開(kāi)口向下延伸經(jīng)過(guò)所述第二級(jí)間電介質(zhì)層，以及 其中所述較寬的線開(kāi)口向下延伸經(jīng)過(guò)所述硬掩模疊層和所述第一級(jí) 間電介質(zhì)層。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括用金屬材料填充所述 第一級(jí)間電介質(zhì)層中的所述一個(gè)或者多個(gè)較寬的線開(kāi)口和所述第二 級(jí)間電介質(zhì)層中的所述一個(gè)或者多個(gè)較窄的過(guò)孔開(kāi)口 、繼而平坦化 以在所述第一級(jí)間電介質(zhì)層中形成金屬線而在所述第二級(jí)間電介質(zhì) 層中形成金屬過(guò)孔。
20. —種包括位于級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)之上的硬掩模疊層的結(jié)構(gòu)， 其中所述級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)包括各自具有范圍從約1.5到約3.5的介電 常數(shù)的 一 個(gè)或者多個(gè)級(jí)間電介質(zhì)層，以及其中所述硬掩模疊層包括 下方氮化物掩模層和上方氧化物掩模層。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的結(jié)構(gòu)，其中所述下方氮化物掩模層 和所述上方氧化物掩模層各自具有范圍從約100 A到約1000 A的厚度。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的結(jié)構(gòu)，其中所述下方氮化物掩模層 和所述上方氧化物掩模層各自具有范圍從約300 A到約700 A的厚度。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的結(jié)構(gòu)，其中所述硬掩模疊層在其中 包括延伸經(jīng)過(guò)所述下方氮化物掩模層和所述上方氧化物掩模層的一 個(gè)或者多個(gè)硬掩模開(kāi)口 ，以及其中所述硬掩模開(kāi)口具有范圍從約 20nm到約60nm的關(guān)鍵尺度。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的結(jié)構(gòu)，還包括位于所述硬掩模疊層 之上的圖案化的抗蝕劑層，其中所述圖案化的抗蝕劑層具有范圍從 約500A到約2000A的厚度，以及其中所述圖案化的抗蝕劑層包括 關(guān)鍵尺度比所述硬掩模開(kāi)口的關(guān)鍵尺度小約5nm到約30nm的一個(gè) 或者多個(gè)抗蝕劑開(kāi)口 。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的結(jié)構(gòu)，其中所述級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)包 括與所述硬掩模開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)并且由此也具有范圍從約20nm到約60nm 的關(guān)鍵尺度的互連圖案。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的結(jié)構(gòu)，其中所述級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)至 少包括位于第二級(jí)間電介質(zhì)層之上的第 一 級(jí)間電介質(zhì)層，其中所述 第一級(jí)間電介質(zhì)層具有延伸經(jīng)過(guò)所述第一級(jí)間電介質(zhì)層并且與所述 硬掩模開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)的一個(gè)或者多個(gè)較寬的線開(kāi)口 ，其中所述第二級(jí)間 電介質(zhì)層在其中具有一個(gè)或者多個(gè)較窄的過(guò)孔開(kāi)口。
27. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的結(jié)構(gòu)，其中在所述級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu) 中的所述一個(gè)或者多個(gè)級(jí)間電介質(zhì)層各自包括從無(wú)機(jī)電介質(zhì)材料、 摻雜碳的氧化物、摻雜氟的氧化物、氟硅玻璃(FSG)、電介質(zhì)聚合 物、有機(jī)硅酸鹽材料、包含SiCOH的電介質(zhì)材料、旋涂電介質(zhì)材料、 多孔電介質(zhì)材料、非多孔電介質(zhì)材料及其混合物或者組合物中選擇 的一種或者多種材料。
28. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的結(jié)構(gòu)，其中所述級(jí)間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)還 包括各自位于所述一個(gè)或者多個(gè)級(jí)間電介質(zhì)層之一上并且各自相對(duì)于所述級(jí)間電介質(zhì)層的蝕刻選擇性至少為10:1的一個(gè)或者多個(gè)級(jí)間
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的結(jié)構(gòu)，其中所述一個(gè)或者多個(gè)級(jí)間 蓋層各自包括從有機(jī)倍半硅氧烷、氫化倍半硅氧烷、氫化-有機(jī)倍半 硅氧烷、硅氧烷、倍半硅氧烷、碳化硅及其混合物或者組合物中選 擇的一種或者多種材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在低k或者超低k(即具有范圍從約1.5到約3.5的介電常數(shù))級(jí)間電介質(zhì)(ILD)材料中形成互連圖案的改進(jìn)方法和結(jié)構(gòu)。具體而言，起初使用減少的光刻關(guān)鍵尺度(CD)(即與目標(biāo)CD相比)來(lái)形成厚度增加的圖案化的抗蝕劑層，這又允許將包括下方氮化物掩模層和上方氧化物掩模層的簡(jiǎn)單硬掩模疊層用于后續(xù)的圖案轉(zhuǎn)移。接著通過(guò)使用含氧化學(xué)物的第一反應(yīng)離子蝕刻(RIE)工藝來(lái)圖案化該硬掩模疊層以形成具有與目標(biāo)CD基本上相同的恢復(fù)CD的硬掩模開(kāi)口。然后通過(guò)使用含氮化學(xué)物的第二RIE工藝來(lái)圖案化ILD材料以形成具有目標(biāo)CD的互連圖案。
文檔編號(hào)H01L21/4763GK101553907SQ200780015761
公開(kāi)日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2007年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月8日
發(fā)明者G·W·吉布森, J·J·布克奇戈內(nèi)諾, M·B·羅思韋爾, R·R·于 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司