TWI618147B

TWI618147B - 半導體裝置的製造方法

Info

Publication number: TWI618147B
Application number: TW106109113A
Authority: TW
Inventors: 陳宏豪; Hung Hao Chen; 張哲誠; Che Cheng Chang; 陳文棟; Wen Tung Chen; 劉又誠; Yu Cheng Liu; 曾鴻輝; Horng Huei Tseng
Original assignee: 台灣積體電路製造股份有限公司; Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2017-03-20
Publication date: 2018-03-11
Also published as: US10854505B2; TW201801185A; US11171040B2; CN107230660A; US20220059403A1; US20170278742A1; CN107230660B; US20190096747A1; US12272595B2

Abstract

一種半導體裝置的製造方法，包含：在介電層的上方，沉積罩幕層；圖形化罩幕層，以形成溝槽；塗覆圖形化的光阻，其具有在上述罩幕層的上方的部分；以及以圖形化的光阻作為蝕刻罩幕，蝕刻介電層，在介電層的頂部形成介層窗開口。上述方法更包含移除圖形化的光阻；以及蝕刻介電層以形成溝槽與介層窗開口，介層窗開口在溝槽下並連接溝槽，其中使用罩幕層作為附加的蝕刻罩幕來蝕刻介電層。形成於溝槽與介層窗開口的至少其中之一的聚合物，是使用包含氮與氬的製程氣體而移除。填充溝槽與介層窗開口，分別形成金屬線與介層窗。

Description

半導體裝置的製造方法

本揭露是關於半導體製程技術，特別是關於半導體裝置的製造方法。

超大型積體電路(Very Large Scale Integration；VLSI)等的高密度的積體電路，通常形成有多重金屬互連結構，作為三維導線結構。上述多重互連結構的目的，是為了適當地將高密度的一群裝置連接在一起。隨著集積度程度的增加，在金屬互連之間的寄生電容效應-會導致阻容遲滯(RC delay)與串音(cross talk)，有相對應地增加。為了減少寄生電容並增加金屬互連之間的傳導速度，通常使用低介電常數介電材料來形成層間介電(Inter-Layer Dielectric；ILD)層與金屬間介電(Inter-Metal Dielectric；IMD)層。

通常用以形成低介電常數相關結構的方案之一，是金屬硬罩幕(Metal Hard Mask；MHM)方案，其是形成一金屬硬罩幕以保護一低介電常數介電層，避免其受到化學機械研磨(Chemical Mechanical Polish；CMP)的傷害或污染。通常，在上述低介電常數介電層上形成一蓋層或一底部抗反射層，接下來則形成一金屬硬罩幕層。然後較好為使用光罩作為罩幕，將上述金屬硬罩幕層與上述蓋層圖形化。將圖形轉移至下方的低介電常數介電層以形成互連結構，且此製程通常包含在上述低介電常數介電層形成開口、以一導體材料填充上述開口以及進行化學機械研磨以將上述導體材料與上述金屬硬罩幕層平坦化。然後，移除上述金屬硬罩幕層。

在本揭露的某些實施例中，提供一種半導體裝置的製造方法，其包含：在一介電層的上方，沉積一罩幕層；圖形化上述罩幕層，以形成一第一罩幕溝槽；塗覆一圖形化的光阻，其具有一第一部分，上述第一部分在上述罩幕層的上方；以及使用上述圖形化的光阻作為一蝕刻罩幕，蝕刻上述介電層，在上述介電層的一頂部形成一第一介層窗開口。上述方法更包含移除上述圖形化的光阻；以及蝕刻上述介電層以形成一第一溝槽與一第一介層窗開口，上述第一介層窗開口在上述第一溝槽下並連接上述第一溝槽，其中使用上述罩幕層作為附加的蝕刻罩幕來蝕刻上述介電層。形成於上述第一溝槽與上述第一介層窗開口的至少其中之一的聚合物，是使用包含氮與氬的一製程氣體而移除。填充上述第一溝槽與上述第一介層窗開口，分別形成一金屬線與一介層窗。

在本揭露的其他實施例中，提供一種半導體裝置的製造方法，包含：在一金屬線的上方，形成一蝕刻停止層；在上述蝕刻停止層的上方，形成一低介電常數介電層；以及蝕刻上述低介電常數介電層，以在上述低介電常數介電層的一上部形成一溝槽、在上述低介電常數介電層的一下部形成一介層窗開口。使用含氮(N₂)與氬的一製程氣體進行處理，其中上述氮具有一第一流量，上述氬具有一第二流量，上述第一流量相對於上述第一流量與上述第二流量之和的比值為0.2與0.4之間。上述方法更包含蝕穿上述蝕刻停止層；以及填充上述第一溝槽與上述第一介層窗開口，以分別形成一金屬線與一介層窗。

在本揭露的另外的實施例中，提供一種半導體裝置的製造方法，包含：進行一第一光微影製程，以在一介電層形成一第一溝槽；進行一第二光微影製程，以在上述介電層形成一第二溝槽；以及使用上述介電層作為一第一蝕刻罩幕而蝕刻一硬罩幕層，將上述第一溝槽與上述第二溝槽延伸而進入上述硬罩幕層。上述方法更包含進行一第三光微影製程，以在上述硬罩幕層下的一低介電常數介電層的一上部形成一第一介層窗開口；進行一第四光微影製程，以在上述低介電常數介電層的上述上部形成一第二介層窗開口；以及使用上述硬罩幕層作為一第二蝕刻罩幕而蝕刻上述低介電常數介電層，以將上述第一溝槽與上述第二溝槽延伸而進入上述低介電常數介電層。上述第一介層窗開口與上述第二介層窗開口延伸而進入上述低介電常數介電層的一底部。上述方法更包含使用含氮(N₂)與氬的一製程氣體進行處理，以移除在上述第一溝槽、上述第二溝槽、上述第一介層窗開口與上述第二介層窗開口內的聚合物。

10‧‧‧晶圓

12‧‧‧半導體基底

14‧‧‧主動裝置

16‧‧‧(金屬間)介電層

18‧‧‧擴散阻障層

20‧‧‧含銅材料

22‧‧‧導體構件(金屬線)

24‧‧‧蝕刻停止層(介電層)

24A‧‧‧氮化鋁層

24B‧‧‧摻雜氧的碳化矽層

24C‧‧‧氧化鋁層

25‧‧‧金屬蓋

26‧‧‧(低介電常數)介電層

28‧‧‧抗反射層

30‧‧‧(硬)罩幕層

32‧‧‧抗反射層

36、44、52、60‧‧‧底層

38、46、54、62‧‧‧中間層

40、48、56、64‧‧‧上層

42、50、58、66‧‧‧開口

68、70‧‧‧溝槽

72‧‧‧聚合物

73‧‧‧區域

74‧‧‧處理

75‧‧‧製程反應室

76、78‧‧‧線

80‧‧‧導體介層窗

82‧‧‧導線

84‧‧‧襯墊層

86‧‧‧材料

88‧‧‧介電質的蝕刻停止層

200‧‧‧製程流程

202、204、206、208、210、212、214、216、218、220‧‧‧步驟

根據以下的詳細說明並配合所附圖式做完整揭露。應注意的是，根據本產業的一般作業，圖示並未必按照比例繪製。事實上，可能任意的放大或縮小元件的尺寸，以做清楚的說明。

第1圖是一剖面圖，顯示在某實施例中，形成金屬線及其下的介層窗的中間階段。

第2圖是一剖面圖，顯示在某實施例中，形成金屬線及其下的介層窗的中間階段。

第3圖是一剖面圖，顯示在某實施例中，形成金屬線及其下的介層窗的中間階段。

第4圖是一剖面圖，顯示在某實施例中，形成金屬線及其下的介層窗的中間階段。

第5圖是一剖面圖，顯示在某實施例中，形成金屬線及其下的介層窗的中間階段。

第6圖是一剖面圖，顯示在某實施例中，形成金屬線及其下的介層窗的中間階段。

第7圖是一剖面圖，顯示在某實施例中，形成金屬線及其下的介層窗的中間階段。

第8圖是一剖面圖，顯示在某實施例中，形成金屬線及其下的介層窗的中間階段。

第9圖是一剖面圖，顯示在某實施例中，形成金屬線及其下的介層窗的中間階段。

第10圖是一剖面圖，顯示在某實施例中，形成金屬線及其下的介層窗的中間階段。

第11圖是一剖面圖，顯示在某實施例中，形成金屬線及其下的介層窗的中間階段。

第12圖是一剖面圖，顯示在某實施例中，形成金屬線及其下的介層窗的中間階段。

第13圖是一剖面圖，顯示在某實施例中，形成金屬線及其下的介層窗的中間階段。

第14圖是一剖面圖，顯示在某實施例中，形成金屬線及其第15圖是一剖面圖，顯示在某實施例中，形成金屬線及其下的介層窗的中間階段。下的介層窗的中間階段。

第16圖是一剖面圖，顯示在某實施例中，形成金屬線及其下的介層窗的中間階段。

第17圖是繪示殘留的絲狀聚合物的數量與介層窗開口中的扭折(kink)的規模與一流量比值的函數關係，上述流量比值是氮的流量相對於氮與氬的總流量的比值。

第18圖是一流程圖，顯示某些實施例相關的用以形成一積體電路結構的製程流程，上述積體電路結構包含介層窗與金屬線，上述介層窗在上述金屬線下並連接上述金屬線。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。

此外，其與空間相關用詞。例如“在...下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的”及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。

在各種例示的實施例中，是提供用以在積體電路的互連結構形成金屬線與介層窗(via)的一多重圖形化方法。以下敘述用以形成介層窗的中間階段，並討論某些實施例的某些變化。在各種圖式及敘述的實施例中，類似的元件會賦予類似的元件符號。

第1~16圖是一系列之剖面圖，顯示在某實施例中，形成金屬線及介層窗的中間階段。示於第1~16圖的步驟，亦示意性地繪示於第18圖所示的製程流程200中。

第1圖是顯示晶圓10的剖面圖，其中圖示的部分是晶圓10中的一裝置晶片的一部分。在本揭露的某些實施例中，晶圓10是一裝置晶圓，其具有例如電晶體及/或二極體等的複數個主動裝置，並可具有例如電容器、電感器、電阻器及/或類似構件等的複數個被動元件。

在本揭露的某些實施例中，晶圓10包含半導體基底12與形成於半導體基底12的一上表面的複數個構件。半導體基底12可以以結晶矽、結晶鍺、矽鍺(silicon germanium)及/或一III-V族化合物半導體形成，上述III-V族化合物半導體例如為GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP、GaInAsP或其他同類的III-V族化合物半導體。半導體基底12可以是塊矽基底(bulk silicon substrate)或一絕緣層上覆矽(Silicon-On-Insulator；SOI)基底。在半導體基底12中，可形成複數個淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation；STI)區(未繪示)，以將半導體基底12中的複數個主動裝置隔離。雖然未繪示於圖式，可形成複數個貫穿孔，使其延伸而進入半導體基底12，其中上述貫穿孔是用來使位於半導體基底12的相反側的構件相互連接。複數個主動裝置14-其可包含複數個電晶體，是形成在半導體基底12的上述上表面上。

繪示於第1圖的元件還有介電層16，其在後文會改稱為金屬間介電(Inter-Metal Dielectric；IMD層16。在本揭露的某些實施例中，金屬間介電層16是以一低介電常數(低k)介電材料形成，上述低介電常數介電材料所具有的介電常數(k值)是低於3.0、低於2.5或甚至更低。金屬間介電層16可以以Black Diamond(應用材料公司的一註冊商標)、一含碳的低介電常數介電材料、含氫倍半矽氧烷(Hydrogen SilsesQuioxane；HSQ)、甲基倍半矽氧烷(MethylSilsesQuioxane；MSQ)或其他同類材料形成。在本揭露的某些實施例中，形成金屬間介電層16的形成步驟包含：沉積含致孔劑(porogen)的介電材料；然後執行一熟化(curing)製程以驅動上述致孔劑，因此而留下來的金屬間介電層16會成為多孔質。

複數個導體構件22是形成在金屬間介電層16中。在本揭露的某些實施例中，導體構件22是金屬線，其各包含一擴散阻障層18與一含銅材料20，其中含銅材料20是在對應的擴散阻障層18的上方。擴散阻障層18可以以鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭或其他同類材料形成，且具有防止含銅材料20中的銅經擴散而進入金屬間介電層16的功能。在後文中，亦將導體構件22稱為金屬線22。導體構件22可具有一單鑲嵌結構(single damascene structure)、一雙鑲嵌結構(dual damascene structure)或可以是接觸插塞(contact plug)。在本揭露的某些實施例中，形成複數個金屬蓋25，分別作為個別金屬線22的頂部。金屬蓋25可以以鈷(Co)、CoWP、CoB、鎢(W)、鉭(Ta)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鐵(Fe)、上述之組合及/或上述之合金形成。

介電層24是形成於金屬間介電層16與金屬線22的上方。介電層24可用來作為一蝕刻停止層(Etch Stop Layer；ESL)，因此在後文中均將其稱為蝕刻停止層24。蝕刻停止層24可包含氮化物、一以碳-矽基底的材料(silicon-carbon based material)、一摻雜碳的氧化物(carbon-doped oxide；CDO)、氧碳化矽(silicon Oxy-Carbide；SiOC)、摻雜氧的碳化矽(Oxygen-doped Silicon Carbide；ODC)或摻雜氮的碳化矽(Nitrogen-Doped silicon Carbide；NDC)。蝕刻停止層24可以是以一均質材料形成的單一層，亦或是包含複數個介電質的副層(sub-layer)的一複合層。在本揭露的某些實施例中，蝕刻停止層24包含氮化鋁層(AlN)24A、在氮化鋁層24A的上方的一摻雜氧的碳化矽層24B以及在摻雜氧的碳化矽層24B的上方的氧化鋁(AlO_x)層24C。

一介電層26是形成於蝕刻停止層24的上方。在本揭露的某些例示的實施例中，介電層26是以一低介電常數介電層形成，而在後文稱為低介電常數介電層26。低介電常數介電層26可選擇使用與用以形成介電層16的材料的選項相同的族群之材料來形成。當從相同的材料選項的族群選擇時，介電層16、26的材料可以是相同、亦可以是互異。

在本揭露的某些例示的實施例中，一抗反射層(Anti-Reflective coating Layer；ARL)28、一罩幕層30與一抗反射層32是形成在低介電常數介電層26的上方。抗反射層28可以是一不含氮的抗反射層(Nitrogen-Free ARL；NFARL)，在某些例示的實施例中，可使用氧化物(不含氮)來形成抗反射層28。例如，不含氮的抗反射層28可以是使用電漿增益化學氣相沉積法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；PECVD)形成的氧化矽層。

罩幕層30是形成於抗反射層28的上方。在後文，亦將罩幕層30稱為硬罩幕層30。在某些實施例中，硬罩幕層30包含一金屬，其可以是一金屬氮化物的形式，例如為氮化鈦。硬罩幕層30可以是以例如氮化矽等的非金屬的氮化物、氧氮化矽等的非金屬的氧氮化物或其他同類材料形成。抗反射層32可進一步形成在硬罩幕層30的上方。抗反射層32亦可以是一不含氮的抗反射層，其可以以氧化矽等的氧化物形成，且可以是使用電漿增益化學氣相沉積法形成。

第1~7圖為一系列的剖面圖，顯示在本揭露的某些實施例中的抗反射層32與罩幕層30的圖形化的中間階段。抗反射層32與罩幕層30的圖形化，可藉由二道圖形化．二道蝕刻(two-patterning-two-etching；2P2E)製程來達成，其中二個相鄰的溝槽是使用不同的微影製程形成，因此可將相鄰的溝槽設置得彼此靠近，而不致遭受光學近接效應(optical proximity effect)的作用。

第1~4圖是顯示用以形成一第一溝槽的一第一光學．第一蝕刻(first-photo-first-etching)製程中的中間階段。其各自的步驟是繪示於第18圖所示的製程流程圖中的步驟202。在本揭露的某些例示的實施例中，在抗反射層32的上方，形成三層結構，上述三層結構包含：一底層(有時會將其稱為下層)36；一中間層38，在底層36的上方；以及一上層40，在中間層38的上方。在某些實施例中，是以光阻來形成底層36與上層40。中間層38可以以一無機材料形成，上述無機材料可以是一氮化物(例如氮化矽)、一氧氮化物(例如氧氮化矽)、一氧化物(例如氧化矽)或其他同類材料。相對於上層40與底層36，中間層38具有高蝕刻選擇性，因此，可以將上層40用來作為用以將中間層38圖形化的一蝕刻罩幕，並可以將中間層38用來作為用以將底層36圖形化的一蝕刻罩幕。將上層40圖形化而形成一開口42，其具有即將形成於低介電常數介電層26中的一金屬線的圖形。

接下來，請參考第2圖，使用已圖形化的上層40作為一蝕刻罩幕，蝕刻中間層38，因此將上層40的圖形轉移至中間層38。將中間層38蝕穿後，將底層36圖形化，其中是使用中間層38作為一蝕刻罩幕。在圖形化底層36的過程中，上層40則被消耗。中間層38被消耗，或是若未被完全消耗則被移除。結果的結構示於第3圖。

然後，使用底層36作為一蝕刻罩幕，蝕刻下層的抗反射層32，將此蝕刻製程稱為第一蝕刻製程。開口42因此延伸而進入抗反射層32，使硬罩幕層30的上表面曝露於開口42。在圖形化抗反射層32的過程中，底層36亦會消耗，即使其蝕刻速率低於中間層38(第2圖)與抗反射層32。因此，在完成抗反射層32的圖形化的時間，底層36的厚度減少。

在蝕刻之後，在一灰化製程(ashing process)，將包含光阻之殘留的底層36移除，其中在某些例示的實施例中，是使用氧來移除底層36。結果的結構是繪示於第4圖。

第5~7圖是顯示抗反射層32的圖形化中的一第二光學．第二蝕刻(second-photo-second-etching)製程，以形成一第二溝槽。其各自的步驟是繪示於第18圖所示的製程流程圖中的步驟204。在本揭露的某些實施例中，如第5圖所示，在抗反射層32的上方形成一第二三層結構。上述第二三層結構包含：一底層44；一中間層46，在底層44的上方；以及一上層48，在中間層46的上方。開口50是形成在已圖形化的上層48中。在某些實施例中，是以光阻來形成底層44與上層48。中間層46可以以一無機材料形成，上述無機材料可以是一氮化物(例如氮化矽)、一氧氮化物(例如氧氮化矽)、一氧化物(例如氧化矽)或其他同類材料。相對於上層48與底層44，中間層46具有高蝕刻選擇性，因此，可以將上層48用來作為用以將中間層46圖形化的一蝕刻罩幕，並可以將中間層46用來作為用以將底層44圖形化的一蝕刻罩幕。將上層48圖形化而形成開口50，其亦具有即將形成於低介電常數介電層26中的一金屬線的圖形。

使用已圖形化的上層48作為一蝕刻罩幕，蝕刻中間層46，因此將上層48的圖形轉移至中間層46、底層44，然後進入抗反射層32。結果的結構示於第6圖。在圖形轉移後，移除殘留的底層44與中間層46(第5圖，如果有任一個殘留時)。殘留的底層44可在使用氧的一灰化製程移除。抗反射層32則因此包含開口42與50。

在一後續的步驟，如第7圖所示，使用已圖形化的抗反射層32作為一蝕刻罩幕，蝕刻罩幕層30，因此開口42與50延伸而進入罩幕層30。其各自的步驟是繪示於第18圖所示的製程流程圖中的步驟206。抗反射層28被曝露，且在蝕刻罩幕層30的過程中，是使用抗反射層28作為一蝕刻停止層。

第8~12圖是繪示用以形成介層窗圖形的二道圖形化．二道蝕刻製程。第8~10圖是繪示一第一介層窗圖形的形成。其各自的步驟是繪示於第18圖所示的製程流程圖中的步驟208。請參考第8圖，形成三層結構，其包含：一底層52、一中間層54以及一上層56。將上層56圖形化，而使上層56具有一開口58，其具有後續形成的介層窗的圖形。接下來，蝕刻中間層 54、底層52、抗反射層28及低介電常數介電層26，而開口58則延伸而進入低介電常數介電層26。結果的結構如第9圖所示。開口58的底部是在低介電常數介電層26的一上表面與一下表面之間的一中間高度(例如在中央)。在完成開口58的形成時，上層56與中間層54(第8圖)已被消耗。在例如一灰化製程，移除殘留的底層52，而結果的結構是示於第10圖。

第11與12圖是繪示一第二介層窗圖形的形成。其各自的步驟是繪示於第18圖所示的製程流程圖中的步驟210。請參考第11圖，形成三層結構，其包含：一底層60、一中間層62以及一上層64。底層60延伸而進入開口58(第10圖)。將上層64圖形化，而使上層64具有一開口66，其具有後續形成的介層窗的圖形。接下來，蝕刻中間層62、底層60、抗反射層28及低介電常數介電層26，而開口66則延伸而進入低介電常數介電層26。結果的結構如第12圖所示。開口66的底部亦是在低介電常數介電層26的一上表面與一下表面之間的一中間高度(例如在中央)。在完成開口66的形成時，上層64與中間層62(第11圖)已被消耗。在例如一灰化製程，移除殘留的底層52。

接下來，如第13圖所示，執行一異向性蝕刻以蝕刻低介電常數介電層26，其中是使用罩幕層30作為蝕刻罩幕。因此，形成溝槽68與70。上述蝕刻可使用一含氟氣體來執行，上述含氟氣體包含氟與碳，其中將氟用來作蝕刻，而碳具有保護介層窗開口58與66及溝槽68與70的側壁的功效。例如，用於上述蝕刻的製程氣體可包含C₄F₈及/或CF₄。在異向性蝕刻的過程中，開口58與66(第12圖)會進一步向下延伸至低介電常數介電層26的底部而形成介層窗開口，其仍分別被賦予58與66之元件符號。示於第13圖的各自的步驟是繪示於第18圖所示的製程流程圖中的步驟212。蝕刻停止層24被曝露於介層窗開口58與66，溝槽68與70所具有的底部，是在低介電常數介電層26的上述上表面與上述下表面之間的一中間高度。

然後對蝕刻停止層24作蝕刻，因此介層窗開口58與66延伸而進入蝕刻停止層24。在某些實施例中，蝕刻停止層24是部分被蝕刻，而例如氮化鋁層24A等的底層維持未被蝕穿的狀態，而例如氧化鋁層24C與摻雜氧的碳化矽層24B等的上層則被蝕穿。若殘留的氮化鋁層24A未被蝕穿，其優點在於可保護下層的金屬線22，使其免於遭受在後續的處理造成的可能的損傷。在替代性的實施例中，是將蝕刻停止層24蝕穿，而曝露出金屬線22。

第13圖示意性地顯示形成在溝槽68與70及介層窗開口58與66內的聚合物72，具體而言，聚合物72是形成在溝槽68與70及介層窗開口58與66的側壁上。聚合物72是將底層60(光阻)灰化與蝕刻低介電常數介電層26的副產品。在某些實施例中，聚合物72包含例如碳、氫及/或氟等的元素，且亦可包含鋁及/或銅。聚合物72可具有絲狀，黏著至溝槽68與70及介層窗開口58與66的側壁。聚合物72會對後續形成的金屬線的品質造成不良影響，且將會被移除。

第14圖顯示用以移除聚合物72的一例示的處理74。其各自的步驟是繪示於第18圖所示的製程流程圖中的步驟214。在某些實施例中，是在製程反應室75執行聚合物72的移除，製程反應室75是用於乾蝕刻。因此，製程反應室75可以是可使其內部產生真空的一反應室。用以移除聚合物72的製程氣體包含氮(N₂)與氬，從此製程氣體產生電漿。在處理的過程中，上述製程氣體的壓力可在約10mTorr與約100mTorr之間的範圍。晶圓10的溫度可在約20℃與約80℃之間的範圍。氮的流量(flow rate)可在約10sccm與約500sccm之間的範圍。氬的流量可在約10sccm與約500sccm之間的範圍。電源電壓(source voltage)可以在約200伏特與約1300伏特之間的範圍。偏壓可以在約10伏特與100伏特之間的範圍。

第17圖是顯示藉由調整氮與氬的流量而獲得的實驗結果。X軸是代表氮的比例，其是氮的流量相對於氮與氬的總流量的比值。氮的比例可表示為FR(N₂)/(FR(N₂)+FR(Ar))，其中FR(N₂)是氮的流量，而FR(Ar)是氬的流量。左側的Y軸是代表殘留的絲狀的聚合物72(第14圖)的計數(數量)。右側的Y軸是代表形成於介層窗開口58與66(第15圖)中的扭折(kink)的規模。第15圖是示意性地顯示扭折發生之處，其中摻雜氧的碳化矽層24B之在區域73的部分被蝕刻時，會在區域73形成底切(undercut)，其被稱為摻雜氧的碳化矽層24B中的扭折。因此，扭折會造成難以填充介層窗開口58與66的問題，故不佳。

在第17圖中，線76代表殘留的絲狀聚合物72的數量與氮的比例的函數關係，而線76是對應於左側的Y軸。絲狀聚合物72的數量，是在用以移除複數個試樣晶圓中的絲狀聚合物的處理之後測量。絲狀聚合物72的數量是隨著氮的比例的增加而減少。反過來說，當氮的比例高，則移除較多的絲狀聚合物72。當氮的比例增加至約百分之二十或更高，絲狀聚合物72的數量會減少至在製造規格可允收的值。

線78是代表扭折的嚴重性與氮的比例的函數關係，而線78是對應於右側的Y軸。線78亦是從試樣晶圓獲得。右側的Y軸是代表摻雜氧的碳化矽層24B的扭折的規模，其意義是在摻雜氧的碳化矽層24B中的橫向底切距離。扭折的規模是隨著氮的比例的減少而減少。當氮的比例降至約百分之四十或更低，扭折的規模就減低至在製造規格可允收的值。反過來說，若氮的比例過高，則摻雜氧的碳化矽層24B的底切將變得更嚴重。

一起考慮線76與78顯示的情況，發現當氮的比例在約百分之二十與約百分之四十之間的範圍時，殘留的絲狀聚合物的數量低，而且扭折可忽視，二者都在規格內。因此，在第14圖所示的移除聚合物的步驟，將氮的比例調整在約百分之二十與約百分之四十之間。

在本揭露的某些實施例，在可在一乾蝕刻反應室執行的上述移除聚合物的步驟之後，執行一溼蝕刻步驟，其目的在完全移除聚合物72(如果有任何殘留的聚合物72)，如第14圖所示。其各自的步驟是繪示於第18圖所示的製程流程圖中的步驟216。在本揭露的某些實施例，使用一HF溶液來執行上述溼蝕刻。移除聚合物以後的晶圓10，是繪示於第15圖。

若未在上述處理之後將氮化鋁層24A蝕穿，則執行一附加的蝕刻以蝕穿氮化鋁層24A，曝露出下層的金屬線22。其各自的步驟是繪示於第18圖所示的製程流程圖中的步驟 218。第16圖是顯示分別在介層窗開口58與66(第15圖)中形成導體介層窗80(包含80A與80B)。導線82(包含82A與82B)亦形成於溝槽68與70(第15圖)中。其各自的步驟是繪示於第18圖所示的製程流程圖中的步驟220。導體介層窗80與導線82可包含襯墊層(liner)84，例如為擴散阻障層、黏著層或其他類似構件。襯墊層84可以以鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭或其他替代材料形成。導體介層窗80與導線82更包含一材料86，材料86是以一導體材料形成，上述導體材料例如為銅、銅合金、銀、金、鎢、鋁或其他同類材料。在某些實施例中，導體介層窗80與導線82的形成包含：執行一共形式的沉積以形成襯墊層84；沉積銅或銅合金的一薄層的種子層；以及例如經由電鍍、非電化學鍍、沉積或其他同類製程，以材料(金屬)86填充介層窗開口58與66及溝槽68與70的剩餘部分。可執行例如化學機械研磨(Chemical Mechanical Planarization；CMP)等的一平坦化製程，以夷平導線82的表面，並從低介電常數介電層26的上表面移除多餘的導體材料。罩幕層30與抗反射層28(第15圖)亦被移除。在後續的步驟中，形成一介電質的蝕刻停止層88，並可以在介電質的蝕刻停止層88的上方形成更多的低介電常數介電層、導線及導體介層窗(未繪示)。

本揭露的實施例具有某些有幫助的特徵。藉由使用氮與氬而施以一處理，可將肇因於光阻層的灰化與介電層的蝕刻的聚合物移除。藉由調整氮的比例，不僅僅是可以更有效率地移除上述聚合物，亦可以在上述介層窗開口實質上不生成扭折，而改善介層窗開口的填充。

在上述實施例之半導體裝置的製造方法中，在移除上述聚合物的過程中，氮的流量(flow rate)相對於氮與氬的總流量之氮的比例，較好是在約百分之二十與約百分之四十之間。

在上述實施例之半導體裝置的製造方法中，較好為：移除上述聚合物時，上述第一介層窗開口延伸至一蝕刻停止層的一頂部中，且上述半導體裝置的製造方法是在移除上述聚合物之後，更包含蝕穿上述蝕刻停止層的一底部，以露出原本在上述蝕刻停止層的上述底部下的上述金屬線。

在上述實施例之半導體裝置的製造方法中，較好為：上述蝕刻停止層的上述底部包含氮化鋁，上述蝕刻停止層的上述頂部包含氧化鋁。

在上述實施例之半導體裝置的製造方法中，較好為更包含在使用氮與氬移除上述聚合物之後，施行一溼蝕刻以進一步移除上述聚合物。

在上述實施例之半導體裝置的製造方法中，較好為更包含在上述介電層的頂部形成一第二介層窗開口，其中上述第一介層窗開口與上述第二介層窗開口較好是在一雙重圖形化製程(double-patterning process)形成。

在上述實施例之半導體裝置的製造方法中，較好為：上述圖形化的光阻更包含一第二部分，在蝕刻上述介電層以形成上述第一介層窗開口時，上述第二部分是填入上述第二介層窗開口。

在上述實施例之半導體裝置的製造方法中，較好為更包含在上述罩幕層形成一第二罩幕溝槽，其中上述第一罩幕溝槽與上述第二罩幕溝槽是在一雙重圖形化製程形成，且上述圖形化的光阻更包含複數個第三部分，在蝕刻上述介電層以形成上述第一介層窗開口時，上述第三部分是填入上述第一罩幕溝槽與上述第二罩幕溝槽。

在本揭露的其他實施例中，提供一種半導體裝置的製造方法，包含：在一金屬線的上方，形成一蝕刻停止層；在上述蝕刻停止層的上方，形成一低介電常數介電層；以及蝕刻上述低介電常數介電層，以在上述低介電常數介電層的一上部形成一溝槽、在上述低介電常數介電層的一下部形成一介層窗開口。使用含氮(N₂)與氬的一製程氣體進行處理，其中上述氮具有一第一流量，上述氬具有一第二流量，上述第一流量相對於上述第一流量與上述第二流量之和的比值為約0.2與約0.4之間。上述方法更包含蝕穿上述蝕刻停止層；以及填充上述第一溝槽與上述第一介層窗開口，以分別形成一金屬線與一介層窗。

在上述實施例之半導體裝置的製造方法中，較好為：形成上述蝕刻停止層包含沉積一第一層與在上述第一層的上方沉積一第二層，其中上述第一層與上述第二層是以不同材料形成，進行上述處理時，蝕穿上述第二層而未蝕穿上述第一層。

在上述實施例之半導體裝置的製造方法中，沉積上述第一層較好是包含沉積氮化鋁層，沉積上述第二層較好是包含沉積一摻雜氧的碳化矽(Oxygen-doped Silicon carbide；ODC)層。

在上述實施例之半導體裝置的製造方法中，形成上述蝕刻停止層較好是更包含在上述摻雜氧的碳化矽層的上方形成氧化鋁層。

在上述實施例之半導體裝置的製造方法中，較好為：進行上述處理時，將上述金屬線曝露於上述製程氣體。

在上述實施例之半導體裝置的製造方法中，較好是在為了真空而配置的一反應室進行上述處理。

在上述實施例之半導體裝置的製造方法中，較好為：上述溝槽是使用一硬罩幕層作為蝕刻罩幕而形成，且進一步對上述硬罩幕層進行上述處理。

在上述實施例之半導體裝置的製造方法中，較好為：上述氮具有一第一流量，上述氬具有一第二流量，上述第一流量相對於上述第一流量與上述第二流量之和的比值為約0.2與約0.4之間。

在上述實施例之半導體裝置的製造方法中，較好為更包含：在上述低介電常數介電層下形成一蝕刻停止層，其中上述處理是對上述蝕刻停止層的一下層的一上表面進行，且上述第一介層窗開口與上述第二介層窗開口穿透上述蝕刻停止層的一上層；以及移除上述蝕刻停止層之被處理後的上述下層。

在上述實施例之半導體裝置的製造方法中，較好是更包含以導體材料填充上述第一溝槽、上述第二溝槽、上述第一介層窗開口與上述第二介層窗開口。

在上述實施例之半導體裝置的製造方法中，上述處理較好是進一步對上述硬罩幕層的一上表面進行。

前述內文概述了許多實施例的特徵，使本技術領域中具有通常知識者可以從各個方面更佳地了解本揭露。本技術領域中具有通常知識者應可理解，且可輕易地以本揭露為基礎來設計或修飾其他製程及結構，並以此達到相同的目的及/或達到與在此介紹的實施例等相同之優點。本技術領域中具有通常知識者也應了解這些相等的結構並未背離本揭露的發明精神與範圍。在不背離本揭露的發明精神與範圍之前提下，可對本揭露進行各種改變、置換或修改。

200‧‧‧製程流程

202、204、206、208、210、212、214、216、218、220‧‧‧步驟

Claims

一種半導體裝置的製造方法，包含：在一介電層的上方，沉積一罩幕層；圖形化該罩幕層，以形成一第一罩幕溝槽；塗覆一圖形化的光阻，該圖形化的光阻具有一第一部分，該第一部分在該罩幕層的上方；蝕刻該介電層；蝕刻該介電層以形成一第一溝槽與一第一介層窗開口，該第一介層窗開口在該第一溝槽下並連接該第一溝槽，其中使用該罩幕層作為一附加的蝕刻罩幕來蝕刻該介電層；使用包含氮與氬的一製程氣體，移除形成於該第一溝槽與該第一介層窗開口的至少其中之一的一聚合物；以及填充該第一溝槽與該第一介層窗開口，以分別形成一第一金屬線與一第一介層窗。
如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置的製造方法，其中在移除該聚合物的過程中，氮的流量(flow rate)相對於氮與氬的總流量之氮的比例，是在百分之二十與百分之四十之間。
如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置的製造方法，更包含在該介電層的頂部形成一第二介層窗開口，其中該第一介層窗開口與該第二介層窗開口是在一雙重圖形化製程(double-patterning process)形成。
如申請專利範圍第3項所述之半導體裝置的製造方法，其中該圖形化的光阻更包含一第二部分，在蝕刻該介電層以形成該第一介層窗開口時，該第二部分是填入該第二介層窗開口。
如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置的製造方法，更包含在該罩幕層形成一第二罩幕溝槽，其中該第一罩幕溝槽與該第二罩幕溝槽是在一雙重圖形化製程形成，且該圖形化的光阻更包含複數個第三部分，在蝕刻該介電層以形成該第一介層窗開口時，該些第三部分是填入該第一罩幕溝槽與該第二罩幕溝槽。
一種半導體裝置的製造方法，包含：在一金屬線的上方，形成一蝕刻停止層；在該蝕刻停止層的上方，形成一低介電常數介電層；蝕刻該低介電常數介電層，以在該低介電常數介電層的一上部形成一溝槽、在該低介電常數介電層的一下部形成一介層窗開口；使用含氮與氬的一製程氣體進行處理，其中該氮具有一第一流量，該氬具有一第二流量，該第一流量相對於該第一流量與該第二流量之和的比值為0.2與0.4之間；蝕穿該蝕刻停止層；以及填充該第一溝槽與該第一介層窗開口，以分別形成一金屬線與一介層窗。
如申請專利範圍第6項所述之半導體裝置的製造方法，其中該溝槽是使用一硬罩幕層作為蝕刻罩幕而形成，且進一步對該硬罩幕層進行該處理。
一種半導體裝置的製造方法，包含：進行一第一光微影製程，以在一介電層形成一第一溝槽；進行一第二光微影製程，以在該介電層形成一第二溝槽；使用該介電層作為一第一蝕刻罩幕而蝕刻一硬罩幕層，將該第一溝槽與該第二溝槽延伸而進入該硬罩幕層；進行一第三光微影製程，以在該硬罩幕層下的一低介電常數介電層的一上部形成一第一介層窗開口；進行一第四光微影製程，以在該低介電常數介電層的該上部形成一第二介層窗開口；使用該硬罩幕層作為一第二蝕刻罩幕而蝕刻該低介電常數介電層，以將該第一溝槽與該第二溝槽延伸而進入該低介電常數介電層，其中該第一介層窗開口與該第二介層窗開口延伸而進入該低介電常數介電層的一底部；以及使用含氮與氬的一製程氣體進行處理，以移除在該第一溝槽、該第二溝槽、該第一介層窗開口與該第二介層窗開口內的聚合物。
如申請專利範圍第8項所述之半導體裝置的製造方法，其中該氮具有一第一流量，該氬具有一第二流量，該第一流量相對於該第一流量與該第二流量之和的比值為0.2與0.4之間。
如申請專利範圍第8項所述之半導體裝置的製造方法，更包含以導體材料填充該第一溝槽、該第二溝槽、該第一介層窗開口與該第二介層窗開口。