專利名稱：形成開口于一高分子型介電層中的方法及其結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體元件制造方法，特別是涉及一種針對高分子型介電層而形成一鑲嵌開口的方法。
現有制造雙重金屬鑲嵌的技術，是一種介層窗和金屬導線同時形成的技術。在基底結構上先形成一層介電層，并將其平坦化后，再依照所需的金屬導線的圖案以及介層窗開口的位置，蝕刻介電層，以形成一水平溝渠和一垂直介層窗開口。然后，在基底結構上沉積一層導電層，使其填滿水平溝渠與垂直介層窗開口，最后，以化學機械研磨法(Chemical-MechanicalPolishing；CMP)將多余的導電層移除后，同時形成金屬導線與介層插塞(Via)，此即為一種雙重金屬鑲嵌的制造工藝。
上述傳統的介電層材料，例如以氧化硅而言，其介電常數一般都約在4以上。氧化硅的介電層材料于一般尺寸為0.25微米的制造工藝，是很適用的材料。當半導體集成電路元件的制造，面臨尺寸達到0.13微米以下的時代時，需求高傳導速度的邏輯元件制造工藝，高介電常數的介電材料已不適用。取代的是以低介電常數的介電材料，進行金屬鑲嵌的制造工藝。此處，低介電常數是針對介電常數小于4的材料而言。


圖1A與圖1B繪示一傳統形成開口于一介電層上的方法。
在圖1A中，一導電結構層102已形成于一基底100上。接著形成一介電層104，例如氧化硅介電層，于基底100上且覆蓋導電結構層102。
在圖1B中，一硬掩模層106形成于介電層104之上。利用一般光刻技術，硬掩模層106及介電層104被定義，以形成一雙鑲嵌開口108或一導線溝渠(line trench)110。雙鑲嵌開口108是包括下部分的介層開口(viaopening)，及上部分的導線溝渠。介層開口是用以連接下一層的導電結構層，而導線溝渠用以填入導電材料，形成內連線(interconnect)的導線部分。
雙鑲嵌開口108的開口結構，適合在元件集成度增加時的設計。但是若元件集成度增加時，高介電常數的介電材質，也跟著產生內連線結構的寄生電容，使得產品仍有缺陷。雖然傳統的介電材質中，有一些具有低介電常數，例如高分子型(polymer-based)的介電材料，但是因其硬度太低，不足以支撐內連線結構，無法有效地取代高介電常數的介電材料。因此高分子型的介電材料其應用性也有一些限制，不能廣泛應用于高積集度的產品中，例如小于0.13微米的制造工藝中。
有鑒于此，本發明提供一種形成一開口于一高分子型介電層中的方法。在本發明的方法中，高分子型介電層可以被有效地硬化，以確保內連線結構可以被高分子型介電層支撐。本發明特別利用熱處理以先均勻硬化高分子型介電層。于形成開口后又進行一局部硬化制造工藝，將被開口暴露的高分子型介電層的開口表面，再次硬化。如此可確保內連線結構。
本發明提供一種形成一開口于一高分子型介電層中的方法。本發明的方法包括提供一基底，此基底上已形成有一導電結構層，一高分子型介電層。進行一熱制造工藝以均勻硬化此高分子型介電層。形成一掩模層于高分子型介電層上。定義掩模層及高分子型介電層以形成一開口，其中開口暴露出此高分子型介電層的一表面。進行一局部硬化制造工藝，將高分子型介電層被開口暴露的表面局部硬化。
其中局部硬化制造工藝，包括利用高能量光，電子束或離子束的至少一照射源，進行局部硬化。而照射源入射于基底的方向，可以包括垂直或斜角入射，同時基底也可旋轉。
本發明提供一種于高分子型介電層中的一開口結構，該開口結構形成于一基底上。一熱硬化高分子型介電層覆蓋于該基底上，其中該熱硬化高分子型介電層具有一開口，暴露出該熱硬化高分子型介電層的一開口表面。一掩模層覆蓋于該熱硬化高分子型介電層，在該開口之外的表面。一照射硬化高分子型介電層，于暴露的該熱硬化高分子型介電層的該開口表面之上。
本發明包括一均勻熱硬化高分子型介電層為介電層主體，而被開口暴露的熱硬化高分子型介電層又有一經局部硬化的表面支撐。高分子型介電層的硬度，可有效支撐內連線結構。
為使本發明的上述目的、特征、和優點能更明顯易懂，下文特舉一優選實施例，并配合附圖作詳細說明。附圖中圖1A-1B繪示一傳統形成開口于一介電層上的方法；以及圖2A-2E繪示依照本發明，一種形成一開口于一高分子型介電層中的萬法。
附圖標號說明100，200基底102，202導電結構層104 高介電常數介電層106，206掩模層108，208雙鑲嵌結構開口110，210線溝渠(line trench)204，204′ 高分子型介電層212，214，216，218 照射光源220 基底旋轉機制高分子型的介電材料一般可由熱處理而硬化。熱處理硬化可以使高分子型的介電材料均勻硬化，其可使用爐管或加熱板的方式進行。高分子型的介電材料經熱硬化后即可進行定義以形成所需的開口，但是其硬度仍可能不足以支撐內連線結構，局部再硬化可確保內連線結構的機械強度。以下以較詳細的例子作為說明。
圖2A-2E繪示依照本發明，一種形成一開口于一高分子型介電層中的方法。在圖2A中，有一基底200。基底200可以有已形成的元件(未示于圖)的硅基底。也可以例如是形成有一導電結構層202，例如內連線(interconnect)結構層于其上的基底。接著形成一高分子型(polymer-based)介電層204，形成于基底200上且覆蓋導電結構層202。高分子型介電層204形成之后，其硬度還沒達到可應用的程度。因此先進行一熱處理，藉由例如爐管或加熱板，先將高分子型介電層204均勻硬化。
高分子型介電層204也可經由足夠能量的光源，例如紫外光或是激光照射而硬化，另外也可利用電子束或離子束照射而硬化。但是光、電子束或離子束照射硬化，因材料吸收特性，不易達到均勻硬化的目的，造成材料表層及內部的硬化程度有差別，因此只能達到局部硬化的功效。對整個高分子型介電層204而言，上述照射硬化并不適用。本發明特別以結合熱均勻硬化及照射局部硬化，有效達到硬化效果，詳細描述于后。
在圖2B中，當高分子型介電層204經熱均勻硬化后，已有相當程度可進行微影蝕刻，以定義出設計的開口。介電層開口一般包括，接觸窗(contactopening)，介層窗(via opening)，連線溝渠(line trench)，或雙鑲嵌結構開口(dualdamascene opening)，隨實際需要可形成于高分子型介電層204之中。圖2B中以雙鑲嵌結構開口208與連線溝渠210為例，形成于高分子型介電層204之中。雙鑲嵌結構開口208的下部分為一介層窗或一接觸窗，暴露出下層的導線結構層202。另外，一掩模層206也可配合使用，用以形成開口。這些定義形成開口的光刻技術，為本領域的技術人員所熟知的，不再詳述。而定義形成開口的光刻技術也與本發明硬化高分子型介電層204的技術無直接關系。本發明相容于任何開口的定義。
高分子型介電層204雖然已經由熱處理均勻硬化，為了更確保開口的強度，本發明繼續利用局部硬化技術，強化開口周邊的高分子型介電層204表面。在圖2C中，一照射源214以約垂直于基底200的方向入射。此時，被開口208，210暴露的高分子型介電層204表面，因照射源214照射，高分子型介電層204的開口表面被硬化成一照射硬化層212，此時高分子型介電層204沒有被照射硬化的部分以204′表示。
上述照射光源，可以是一高能量光源，例如紫外光或激光，具有足夠能量使高分子型介電材料吸收，以局部硬化高分子型介電材料的表層。另外，照射光源也可以包括電子或離子束。
另外，圖2C中的照射源214的安排，也不是唯一的方法。圖2D中，采用至少二照射源216，分別以個別的一斜角入射于基底200。圖2D中僅以二照射源216為例，以一斜角入射。圖2E中，除了照射源也可配合基底200的旋轉而實現。例如使用一單一照射源218，以一斜角入射。此時可以一旋轉機制220，旋轉基底200。如此也可達到照射效果。
本發明的方法，一般而言可應用到以高分子型介電材料的開口形成，特別是金屬雙鑲嵌結構的制造工藝中。
本發明以低介電常數的高分子型介電材料作為介電層，可有效降低內連線結構的寄生電容。
本發明，利用熱處理，先均勻硬化高分子型介電材料的主體，再以照射方式，局部硬化高分子型介電層，被暴露的表面。
本發明采用的照射源，可以包括一單一照射源，或多個照射源。照射源可以一垂直方式入射于基底，或個別以一角度，入射于基底。
本發明的基底，于進行局部硬化時，也可配合照射源，進行旋轉。
綜上所述，雖然本發明已結合一優選實施例揭露如上，然而其并非用以限定本發明，本領域的技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，可作出各種更動與潤飾，因此本發明的保護范圍應當視后附的權利要求范圍所界定者為準。
權利要求
1.一種形成開口于一高分子型介電層中的方法，該方法包括提供一基底；形成一高分子型介電層于該基底上；進行一熱處理，以硬化該高分子型介電層；定義該高分子型介電層，以形成一開口，該開口暴露出該高分子型介電層的一部分表面；以及進行一局部硬化制造工藝，再次硬化該高分子型介電層被暴露的該部分表面。
2.如權利要求1所述的形成開口于一高分子型介電層中的方法，其中該定義該高分子型介電層的步驟，包括形成一掩模層于該高分子型介電層上，且與該高分子型介電層一起被定義。
3.如權利要求1所述的形成開口于一高分子型介電層中的方法，其中該開口包括一介層窗，一導線溝渠，及一雙鑲嵌結構開口三者擇其一。
4.如權利要求1所述的形成開口于一高分子型介電層中的方法，其中該進行一局部硬化制造工藝步驟，包括利用一照射源，照射該高分子型介電層被暴露的該部分表面。
5.如權利要求4所述的形成開口于一高分子型介電層中的方法，其中使用的該照射源包括一光源，具有足夠能量以硬化高分子型介電材料。
6.如權利要求4所述的形成開口于一高分子型介電層中的方法，其中使用的該照射源包括一紫外光及激光二者其一。
7.如權利要求4所述的形成開口于一高分子型介電層中的方法，其中使用的該照射源包括一電子束及一離子束二者其一。
8.如權利要求4所述的形成開口于一高分子型介電層中的方法，其中該照射源包括一單一照射源并且以大致垂直方向入射于該基底。
9.如權利要求4所述的形成開口于一高分子型介電層中的方法，其中該照射源包括一單一照射源以一斜角入射于該基底，且該基底被旋轉。
10.如權利要求4所述的形成開口于一高分子型介電層中的方法，其中該照射源包括多個照射源分別以一入射角入射于該基底。
11.如權利要求10所述的形成開口于一高分子型介電層中的方法，其中該些照射源包括兩個照射源，分別以一斜角入射該基底。
12.如權利要求1所述的形成開口于一高分子型介電層中的方法，其中該提供一基底的步驟中，該基底包括一導電結構層于該基底的上部。
13.一種于高分子型介電層中的一開口結構，該開口結構包括一基底；一熱硬化高分子型介電層覆蓋于該基底上，其中該熱硬化高分子型介電層具有一開口，暴露出該熱硬化高分子型介電層的一開口表面；一掩模層覆蓋于該熱硬化高分子型介電層，于該開口之外的表面；以及一局部硬化高分子型介電層，于暴露的該熱硬化高分子型介電層的該開口表面部位。
14.如權利要求13所述的高分子型介電層中的一開口結構，其中該開口結構包括一介層窗，一導線溝渠，及一雙鑲嵌結構開口三者擇其一。
15.如權利要求13所述的高分子型介電層中的一開口結構，其中該局部硬化高分子型介電層包括一紫外光硬化高分子型介電層。
16.如權利要求13所述的高分子型介電層中的一開口結構，其中該局部硬化高分子型介電層包括一激光硬化高分子型介電層。
17.如權利要求13所述的高分子型介電層中的一開口結構，其中該局部硬化高分子型介電層包括一光硬化高分子型介電層。
18.如權利要求13所述的高分子型介電層中的一開口結構，其中該局部硬化高分子型介電層包括一電子束硬化高分子型介電層。
19.如權利要求13所述的高分子型介電層中的一開口結構，其中該局部硬化高分子型介電層包括一離子束硬化高分子型介電層。
20.如權利要求13所述的高分子型介電層中的一開口結構，其中該基底包括一導電結構層于該基底的上部分。
全文摘要
一種形成一開口于一高分子型介電層中的方法。此方法包括提供一基底，此基底上已形成有一導電結構層，一高分子型介電層。進行一熱制造工藝以均勻硬化此高分子型介電層。形成一掩模層于基底上。定義掩模層及高分子型介電層以形成一開口，其中開口暴露出此高分子型介電層的一表面。進行一局部硬化制造工藝，將高分子型介電層被開口暴露的表面局部硬化。其中局部硬化制造工藝，包括利高能量光，電子束或離子束的照射源，進行局部硬化。
文檔編號H01L21/70GK1391266SQ0112117
公開日2003年1月15日 申請日期2001年6月11日 優先權日2001年6月11日
發明者陳學忠, 陳東郁, 劉志建, 林慶福 申請人:聯華電子股份有限公司