[发明专利]用于金属层和有机的金属层间层的双镶嵌方法

说明书

本发明涉及集成电路器件的制造，更确切地说，涉及一种将电路各元件连接成为集成电路的方法。

在集成电路的制造中，当在硅片中引入各个构成其电路元件的不同导电率的区域以后，需要将这些元件相互连接起来。通常的做法是在硅片表面形成一定图形的金属层和层间介质层。典型地这些层也需要通孔和沟槽，金属层通过这些通孔和沟槽相互连接或者与硅片表面连接。

随着集成电路越来越密集，将金属层之间的杂散电容保持在较低水平非常重要。这就希望使用具有低介电常数的金属层间介质层，例如有机物层。各种不含硅的有机材料，例如非晶形碳氟化合物，聚对苯二甲基，和聚芳基醚被认为是首选。由于这类物质不象通常用作层间介质层的硅化物和氮化物，不包含硅，因此它们在氧等离子体中是可腐蚀的。这就引起了问题，因为氧等离子体的使用是剥除残留的光刻胶和抗反射涂层的选用方法，光刻胶和抗反射涂层广泛用于各层刻图所用的光刻工艺。因此为了连续地使用氧等离子体完成该目的，经常重要的是使用硬掩模在该有机金属层间层介质上刻通孔和沟槽的图形，其中“硬掩模”是那种在起掩模作用时很少被腐蚀的掩模。

本发明特别应用于能够形成层间层的双镶嵌方法。《国际半导体》(Semiconductor International)1997年第8期第79-82页发表的“Makingthe Move to Dual Damascene Processing”一文对双镶嵌方法有详细的描述，此处引用该文作为参考文件。如该文所述，双镶嵌方法首先在一个平面的介质层上腐蚀一个沟槽，然后用第一种金属例如铝或者铜填充该沟槽以形成相互间的连接线。填充以后，对金属和介质层进行平面化，通常是用化学机械抛光(CMP)。双镶嵌方法还包括第二金属层，在该层，除沟槽之外，还腐蚀一组孔(通孔)并填充。这些金属层通常由一个介质层进行分离，称为金属层间介质(IMD，intermetal dielectric)。由于需要两层金属层，所以层间介质层至少需要两个台阶。通常由对IMD的多次刻图和腐蚀完成。

双镶嵌方法的主要优点在于不需要腐蚀构成相互间连接的金属层。另一个优点在于它不需要介质的缝隙填充，第三个优点在于避免了光刻制版重叠误差，有可能取得较高的互连接封装密度。

本发明提供一种双镶嵌方法，它使用有机的金属层间介质(IMD)和被刻图成为包括至少一对台阶的硬掩模，然后将多台阶图形转移到IMD。此外，在IMD被掩盖的情况下，用于控制IMD腐蚀的多台阶图形首先被完全形成在硬掩模上。另外，在此方法中，抗反射涂层(ARC)的清理和光刻胶(PR)的剥除在IMD的主腐蚀之前完成，从而除了主腐蚀之外，IMD绝不会暴露于有可能浸蚀它的氧等离子体中。

本发明还提供一种制造集成电路的方法，特别是使用有机层间介质的集成电路，该方法如下：首先，在一个半导体芯片上沉积一层需要被刻图的层间介质；然后该层上覆盖一层较厚的适合于作硬掩模的物质；接着，在不露出层间介质层的情况下，在硬掩模上腐蚀出需要在层间介质层上腐蚀的多级图形；然后对芯片进行覆盖层腐蚀，即基本上完成对金属间介质上的多级图形的腐蚀；然后在图形中填充金属；最后将金属深抛光。通常硬掩模是氧化硅层，或者氮化硅层与氧化硅层的双层。在后一种情况，氮化硅层的作用是阻止腐蚀，从而将所需要的图形的第一步的腐蚀限制在氮化硅层，以保证层间介质层不暴露。此外，在最后的腐蚀中，最好使介质层的腐蚀比硬掩模快，从而最初在硬掩模上形成的图形的结构当被形成在金属间介质上时是扩大的。

通常工件是一个最终将被切割成一个个单独芯片的较大晶片，在每个芯片中包括一个或多个集成电路。

从一个特定的方面来看，本发明提出一种制造半导体集成电路的方法，它包括：制备一个即将制备导电连接的半导体工件；在该工件的上表面制备一层金属层间介质；在层间介质层上淀积一层硬掩模材料；在硬掩模层上形成图形，在不暴露其下的层间介质层的情况下形成台阶的图形；腐蚀该工件，从而将台阶的图形转移至层间介质层；用所需的金属填充图形。

借助于结合附图所作的详细说明，本发明将得以更好的理解。附图中：

图1-7表示本发明的方法各连续阶段时硅工件的剖视图。

应当指出的是附图不一定是按比例的。