專利名稱：金屬導線的蝕刻方法
技術領域：
本發明是有關于一種半導體芯片的后段制程，特別是有關一種以一非晶碳植入層(amorphous carbon doped layer)作為硬罩幕來蝕刻金屬導線的方法。
背景技術：
在半導體芯片的后段(back end of line；BEOL)制程中，在芯片中加上連接各組件與各層所需要的金屬系統的制程，稱為金屬化制程。上述的金屬化制程是包含形成一介電質層覆蓋一半導體基板、平坦化并圖形化上述介電質層以形成溝槽及/或介層窗、以及填充上述溝槽及/或介層窗以形成導線及/或介層窗插塞。然后執行一化學機械研磨(chemicalmechanical polishing)制程將上述半導體基板的表面作平坦化處理。
發展一具有高電子組件與內連線積集度、小尺寸、且功能強大的半導體芯片是目前的當務之急，意味著上述的內連線需要一線寬小于0.18nm(0.18μm)的金屬導線。而在130nm(0.13μm)以下的制程設計準則(design rule)中最關鍵的因素，是以一微影制程定義上述金屬導線的解析能力。在130nm(0.13μm)以下的微影制程所使用的光源是波長為不大于248nm的深紫外線雷射，而使用一介電質抗反射層(dielectricanti-reflection coating；DARC)與一厚度較薄的阻劑層的組合可以有效地增加微影制程中的小尺寸控制能力，并能夠提供所需要的分辨率。然而，傳統的金屬層例如Al、Ti、與TiN等，與深紫外線微影制程中所使用的阻劑材料的蝕刻選擇比(etch selectivity)都太小，而不足以單獨使用厚度較薄的阻劑層來蝕刻金屬導線。
于是，在上述金屬層上必須沉積一較能耐受蝕刻的物質，除了能夠在蝕刻例如反應離子蝕刻(reactive ion etching；RIE)時發揮其功能之外，并且能夠在圖形化(patterning)時提供較佳的抗反射性。硬罩幕材料，因為其在反應離子蝕刻中具有相當低的蝕刻速率，可在上述金屬層上沉積較薄的厚度，并因此可以更容易地使用較薄的阻劑罩幕將其圖形化。
發明內容
本發明的主要目的是提供一種金屬導線的蝕刻方法，用以在半導體后段制程中，以0.13μm或更小的制程蝕刻一金屬導線。
為達成本發明的上述目的，本發明是提供一種金屬導線的蝕刻方法，包括下列步驟提供一基板，上述基板具有一金屬層；于上述金屬層上形成一非晶碳植入層(amorphous carbon doped layer)；于上述非晶碳植入層上形成一阻劑層；圖形化上述阻劑層來定義一阻劑罩幕；蝕刻上述非晶碳植入層中未被上述阻劑罩幕覆蓋的部分而在上述非晶碳植入層定義一硬罩幕；剝除上述阻劑罩幕；以及蝕刻上述金屬層未被該硬罩幕覆蓋的部分，以形成一金屬導線。
圖1至圖8為一系列的剖面圖，是顯示本發明較佳實施例中以0.13μm或更小的制程蝕刻一金屬導線的步驟。
符號說明100-基板110-金屬層
110a-Ti/TiN層110b-Al層110c-Ti/TiN層112-金屬導線120-非晶碳植入層122-硬罩幕130-阻劑層132-阻劑罩幕136-抗反射層具體實施方式
為了讓本發明的上述和其它目的、特征、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下如圖1至圖8所示，為一系列的剖面圖，是顯示本發明較佳實施例中以0.13μm或更小的制程蝕刻一金屬層的步驟。本發明的金屬導線的蝕刻方法是包含形成一非晶碳植入層(amorphous carbon doped layer)作為硬罩幕來在上述金屬層中形成一金屬內連線。
首先，在圖1中是提供一具有組件區(未繪示于圖面)的基板100，基板100更可能包含一未完成的內連線(未繪示于圖面)于上述組件區之上。由于上述的組件區與未完成的內連線并非本發明的重要特征，因此并未繪示于圖面上來作詳細的敘述，以免在描述本發明時失焦。一金屬層110例如具有一Ti/TiN層110c層迭于一Al層110b上、而Al層110b層迭于一Ti/TiN層110a上的層迭結構的金屬層是沉積于基板100之上；而在制程世代走向0.18μm或更小時，在金屬層110的層迭結構中，Ti/TiN層110a的厚度通常為200-1000，Al層110b的厚度通常為3000-8000，Ti/TiN層110c的厚度通常為250-1000，且Al層110b通常更包含約0.5個重量百分比的濃度的Cu。
接下來，如圖2所示，以電漿增益化學氣相沉積(plasma enhancedchemical vapor deposition；PECVD)法，將一厚度為300-1000的非晶碳植入層120形成于金屬層110之上。在上述PECVD法中，是以一C3H6氣體作為前驅物(precursor)，以一頻率為380KHZ-13.56MHZ的射頻電場將上述C3H6氣體離子化后；在300℃-400℃的溫度下，使已離子化的碳粒子轟擊金屬層110，以在金屬層110上形成非晶碳植入層120。請注意非晶碳植入層120亦可在以下的圖形化步驟中作為一抗反射層。
接下來，如圖3所示，阻劑層130是以例如旋轉涂布法等方法形成于非晶碳植入層120上。視需要可在阻劑層130的頂層或底層形成一抗反射層136；抗反射層136可與非晶碳植入層120一起在以下的圖形化的過程中減少光的反射。而在本發明的較佳實施例中，抗反射層136是位于阻劑層130的底層。
接下來，如圖4所示，以一波長為不大于248nm的光源例如為一深紫外線激光束圖形化阻劑層130，形成阻劑層開口134并形成阻劑罩幕132。其中阻劑罩幕132是在蝕刻抗反射層136與非晶碳植入層120時作為罩幕之用。
接下來，如圖5所示，以一含氧電漿蝕刻阻劑層開口134下方的抗反射層136與非晶碳植入層120，形成硬罩幕開口124；而未被蝕刻的非晶碳植入層120則成為硬罩幕122，而在蝕刻硬罩幕開口124下方未被硬罩幕122遮蔽的金屬層110時，作為硬罩幕之用。
接下來，如圖6所示，將阻劑罩幕132剝除，以曝露出硬罩幕122。
接下來，如圖7所示，在10mT-150mT的氣壓、以100瓦-1500瓦的功率，以反應離子蝕刻(reactive ion etching；RIE)，使用氧氣(O2)、氮氣(N2)、或含氟氣體例如CF4蝕刻金屬層110中在硬罩幕開口124下方、未被硬罩幕122覆蓋的部分。在蝕刻金屬層110時，抗反射層136亦被移除，而硬罩幕層122即發揮其作為蝕刻罩幕的功能，將一線寬為0.13μm或更小的預定圖形轉移至金屬層110，而形成一具有0.13μm或更小的線寬的金屬導線112。
最后，如圖8所示，以氧氣將硬罩幕122灰化(ashing)，以暴露出金屬層112。
與習知技術比較，本發明的優點是可以降低在金屬導線的線寬以形成一高密度的金屬內連線。本發明是可以將上述在金屬導線的線寬降低至0.13μm以下，是達成上述本發明的主要目的。
權利要求
1.一種金屬導線的蝕刻方法，包括下列步驟提供一基板，該基板具有一金屬層；于該金屬層上形成一非晶碳植入層(amorphous carbon dopedlayer)；于該非晶碳植入層上形成一阻劑層；圖形化該阻劑層來定義一阻劑罩幕；蝕刻該非晶碳植入層中未被該阻劑罩幕覆蓋的部分而在該非晶碳植入層定義一硬罩幕；剝除該阻劑罩幕；以及蝕刻該金屬層未被該硬罩幕覆蓋的部分，以形成一金屬導線。
2.根據權利要求1所述的金屬導線的蝕刻方法，其中該金屬層更包含一第一Ti/TiN層、一Al層、與一第二Ti/TiN層，其中該Al層是于該第一Ti/TiN層上，且該第二Ti/TiN層是于該Al層上。
3.根據權利要求2所述的金屬導線的蝕刻方法，其中該Al層更包含大體為0.5個重量百分比的濃度的Cu。
4.根據權利要求2所述的金屬導線的蝕刻方法，其中該第一Ti/TiN層的厚度為200-1000、該Al層的厚度為3000-8000、該第二Ti/TiN層的厚度為250-1000。
5.根據權利要求1所述的金屬導線的蝕刻方法，其中該非晶碳植入層的厚度為300-1000。
6.根據權利要求1所述的金屬導線的蝕刻方法，更包含在形成該非晶碳植入層之后，形成一抗反射層。
7.根據權利要求1所述的金屬導線的蝕刻方法，其中該阻劑罩幕是以一波長為不大于248nm的光源來圖形化該阻劑層而形成。
8.一種金屬導線的蝕刻方法，包括下列步驟提供一基板，該基板具有一金屬層，其中該金屬層更包含一第一Ti/TiN層、一Al層、與一第二Ti/TiN層，其中該Al層是于該第一Ti/TiN層上，且該第二Ti/TiN層是于該Al層上；于該金屬層上形成厚度為300-1000的一非晶碳植入層(amorphous carbon doped layer)；于該非晶碳植入層上形成一阻劑層；以一波長為不大于248nm的光源圖形化該阻劑層來定義一阻劑罩幕；蝕刻該非晶碳植入層中未被該阻劑罩幕覆蓋的部分而在該非晶碳植入層定義一硬罩幕；剝除該阻劑罩幕；蝕刻該金屬導線未被該硬罩幕覆蓋的部分，以形成一金屬導線；以及灰化(ashing)該硬罩幕，以暴露該金屬導線。
9.根據權利要求8所述的金屬導線的蝕刻方法，其中該第一Ti/TiN層的厚度為200-1000、該Al層的厚度為3000-8000、該第二Ti/TiN層的厚度為250-1000。
10.根據權利要求8所述的金屬導線的蝕刻方法，更包含在形成該非晶碳植入層之后，形成一抗反射層。
全文摘要
本發明揭示一種金屬導線的蝕刻方法，包括下列步驟提供一基板，上述基板具有一金屬層；于上述金屬層上形成一非晶碳植入層(amorphous carbon doped layer)；于上述非晶碳植入層上形成一阻劑層；圖形化上述阻劑層來定義一阻劑罩幕；蝕刻上述非晶碳植入層中未被上述阻劑罩幕覆蓋的部分而在上述非晶碳植入層定義一硬罩幕；剝除上述阻劑罩幕；以及蝕刻上述金屬層未被該硬罩幕覆蓋的部分，以形成一金屬導線。
文檔編號H01L21/02GK1553486SQ0313636
公開日2004年12月8日 申請日期2003年6月2日 優先權日2003年6月2日
發明者聶俊峰, 王清帆, 鄭豐緒, 陳振隆 申請人:矽統科技股份有限公司