本公开实施例涉及形成遮罩的方法，特别涉及形成多层遮罩的方法。
背景技术：
集成电路的制造通常地包括多次光微影工艺。当集成电路的尺寸变得愈来愈小，控制集成电路的关键尺寸(criticaldimensions)的需求亦愈来愈急迫。关键尺寸是晶圆中的晶体管的栅极电极的最小宽度。关键尺寸可用作形成金属层的参考。
在控制关键尺寸的现有工艺(其基本上是控制所形成的特征的大小)中，三层遮罩(tri-layermask)被形成在晶圆上。三层遮罩包括底层、底层上方的中间层以及中间层上方的光刻胶。光刻胶是使用光微影遮罩来曝光，且光微影遮罩包括不透明的图案以及透明的图案。随后，光刻胶通过显影来图案化。经图案化的光刻胶是用作中间层的蚀刻遮罩。随后，经图案化的中间层是用作蚀刻遮罩以蚀刻底层。经图案化的底层是用作蚀刻遮罩以蚀刻底层下方的层。
技术实现要素：
本公开提供一种形成多层遮罩的方法。方法包括在一介电层上方形成一多层遮罩。形成多层遮罩的操作包括在介电层上方形成一底层；在底层上方形成一第一中间层，第一中间层包括一第一含硅材料，第一含硅材料具有si-ch3键的一第一含量；以及在第一中间层上方形成一第二中间层，第二中间层包括一第二含硅材料，第二含硅材料具有si-ch3键的一第二含量，其中si-ch3键的第二含量少于si-ch3键的第一含量。
本公开提供一种形成多层遮罩的方法。方法包括在一硬遮罩层上方形成一多层遮罩。形成多层遮罩的操作包括在硬遮罩层上方沉积一第一层，第一层具有si-ch3键的一第一含量；在第一层上执行一紫外线处理，紫外线处理增加第一层的一硬度；在第一层上方沉积一第二层，第二层具有si-ch3键的一第二含量，其中si-ch3键的第二含量少于si-ch3键的第一含量；以及在第二层上方沉积一光刻胶层。
本公开提供一种形成多层遮罩的方法。方法包括在一基板上方形成一多层遮罩。形成多层遮罩的操作包括：在基板上方沉积一第一材料，第一材料包括c、h、o或n；在第一材料上方沉积一第一sioc材料，第一sioc材料具有si-ch3键的一第一含量；在第一sioc材料上执行一紫外线处理；在第一sioc材料上方沉积一第二sioc材料，第二sioc材料具有si-ch3键的一第二含量，其中si-ch3键的第二含量少于si-ch3键的第一含量；以及在第二sioc材料上方沉积一光刻胶层。
附图说明
当阅读说明书附图时，从以下的详细描述能最佳理解本公开的各方面。应注意的为，根据本产业中的标准作业方式，各种特征并不一定按照比例绘制。事实上，可能任意地放大或缩小各种特征的尺寸，以做清楚的说明。
图1至图3以及图7至图22示出根据一些实施例的一半导体结构的制造的各个中间阶段的剖视图。
图4示出根据一些实施例的在图案化一多层遮罩的一中间层的一蚀刻工艺中的各种材料的蚀刻速率。
图5示出根据一些实施例的在图案化一多层遮罩的一底层的一蚀刻工艺中的各种材料的蚀刻速率。
图6示出根据一些实施例的各种材料在图案化一多层遮罩的一中间层的蚀刻工艺中的蚀刻速率与在图案化一多层遮罩的一底层的蚀刻工艺中的蚀刻速率的比值。
图23是根据一些实施例的形成一半导体结构的一方法的流程图。
附图标记说明：
100～半导体结构
101～基板
103～主动及/或被动装置、晶体管
105～互连结构
1090、1091、109m-1、109m～金属层
1110、1111、111k、111m-1、111m～介电层
1131、113m-1、113m～导电线
1150、1151、115m-1、115m～导电插塞
1171、117k、117m～蚀刻停止层
119～阻障/附着层
121～晶种层
123～导电材料
125～硬遮罩
125a～第一硬遮罩层
125b～第二硬遮罩层
125c～第三硬遮罩层
201～多层遮罩
201a～底层
201b～第一中间层
201c～第二中间层
201d～顶层
301～箭头
801、901、1001、1101、1201、1401、1603、1701、1801、2001～开口
1601～遮罩层
2300～方法
2301、2303、2305、2307、2309、2311～步骤
具体实施方式
以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例以实施本公开的不同特征。以下叙述各个构件以及排列方式的特定范例，以简化本公开。当然，范例仅供说明用且意欲不限于此。例如，若说明书叙述了第一特征形成于第二特征之上，即表示可包括上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，亦可包括有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与第二特征可未直接接触的实施例。除此之外，在各种范例中，本公开可能使用重复的参考符号及/或字母。这样的重复是为了简化以及清楚的目的，并不表示所讨论的各种实施例及/或配置之间的关联。
除此之外，所使用的空间相关用词，例如：“在……下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”等等的用词，是为了便于描述附图中一元件或特征与另一(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中示出的方位外，这些空间相关用词意欲包括使用中或操作中的装置的不同方位。装置可被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，则在此使用的空间相关词亦可依此相同解释。
将针对特定背景描述实施例，亦即，用于一半导体结构的一多层遮罩及其形成方法。具体地，各种实施例描述了形成一多层遮罩的一中间层的方法，其改善了关于多层遮罩的一底层的蚀刻选择性。除此之外，各种实施例描述了一种使用这样的多层遮罩以在半导体装置中形成导电互连的方法。然而，在此所描述的多层遮罩亦可用以形成半导体装置的各种结构，例如，栅极、各种掺杂区、接触插塞(contactplugs)等。各种实施例允许降低由于负载差异(loadingdifference)所导致的多层遮罩的蚀刻过度/蚀刻不足、降低图案桥接(patternbridge)的形成、改善多层遮罩的图案化特征的轮廓、改善多层遮罩的图案化特征的线宽粗糙度(line-widthroughness,lwr)、并降低或避免在多层遮罩中形成波浪状的特征。各种实施例进一步允许形成具有低电阻电容(resistance-capacitance,rc)延迟以及具有改善的漏电性能的导电互连，其顺带改善了晶圆产率。
请参考图1，图1示出一半导体结构100的一部分。半导体结构100可为集成电路制造工艺的一中间结构。在一些实施例中，半导体结构100可包括一基板101。基板101可包括，例如，掺杂或无掺杂的块硅(bulksilicon)，或一绝缘体上半导体(semiconductor-on-insulator,soi)基板的一主动层。通常地，一绝缘体上半导体(soi)基板包括一半导体材料层，例如，硅，形成在一绝缘层上。绝缘层可为，例如，一埋入氧化物(buriedoxide,box)层或一氧化硅层。绝缘层是设置在例如为一硅基板或一玻璃基板的基板上。或者，基板101可包括另一种元素半导体、化合物半导体、合金半导体或前述半导体材料的组合，另一种元素半导体例如为锗；化合物半导体包括碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟及/或锑化铟；合金半导体包括sige、gaasp、alinas、algaas、gainas、gainp及/或gainasp。也可使用其他基板，例如，多层基板或梯度基板。
在一些实施例中，在基板101上形成一或多个主动及/或被动装置103(在图1中示出为一单一晶体管103)。一或多个主动及/或被动装置103可包括各种装置，例如，晶体管、电容、电阻、二极管、光二极管、保险丝等。本技术领域中技术人员将理解的是，提供前述范例仅用于说明的目的，且并非代表以任何方式限制本公开。对于既定的应用，亦可适当地使用其他电路。
在一些实施例中，在一或多个主动及/或被动装置103以及基板101上方形成一互连结构105。互连结构105电性互连于一或多个主动及/或被动装置103以形成半导体结构100内的功能性电子电路。互连结构105可包括一或多个金属层1090至109m，其中m 1代表一或多个金属层1090至109m的数量。在一些实施例中，m的值可根据半导体结构100的设计规格而变化。在一些实施例中，金属层109m可为互连结构105的一中间金属层。在这样的实施例中，在金属层109m上形成更多的金属层。在其它实施例中，金属层109m可为互连结构105的最终金属层。
在一些实施例中，一或多个金属层1090至109m分别地包括一或多个介电层1110～111m。介电层1110为一层间介电(inter-layerdielectric,ild)层，而介电层1111至111m为金属间介电(inter-metaldielectric,imd)层。层间介电层以及金属间介电层可包括设置在导电特征之间的低介电系数(low-k)介电材料，低介电系数介电材料具有，例如，小于约4.0或甚至小于2.0的介电系数值。在一些实施例中，层间介电层以及金属间介电层可通过任何合适的方法形成并通过例如，磷硅酸盐玻璃(phosphosilicateglass,psg)、硼磷硅酸盐玻璃(borophosphosilicateglass,bpsg)、氟硅酸盐玻璃(fluorosilicateglass,fsg)、sioxcy、旋涂式玻璃(spin-on-glass)、旋涂式聚合物(spin-on-polymers)、碳化硅(siliconcarbon)材料或前述材料的化合物或复合物或组合等制成，合适的方法例如为旋转涂布(spin-oncoating)、化学气相沉积(chemicalvapordeposition,cvd)、等离子体辅助化学气相沉积(plasma-enhancedchemicalvapordeposition,pecvd)、原子层沉积(atomiclayerdeposition,ald)或前述方法的组合等。
在一些实施例中，在介电层1110至111m中的相邻的介电层之间形成蚀刻停止层(etchstoplayers,esls)1171至117m。选择使得蚀刻停止层的蚀刻速率小于介电层1110至111m中的对应的介电层的蚀刻速率的材料作为蚀刻停止层的材料。在一些实施例中，蚀刻停止层117k的蚀刻速率小于介电层111k的蚀刻速率(k＝1、……、m)。在一些实施例中，蚀刻停止层1171至117m中的每一者可包括一或多层的介电材料。合适的介电材料可包括氧化物(例如：氧化硅、氧化铝等)、氮化物(例如：氮化硅等)、氮氧化物(例如：sion等)、碳氧化物(例如：sioc等)、碳氮化物(例如：sicn等)、碳化物(例如：sic等)或前述材料的组合等，且合适的介电材料可使用旋转涂布、化学气相沉积(cvd)、等离子体辅助化学气相沉积(pecvd)、原子层沉积(ald)或前述方法的组合等来形成。
在一些实施例中，金属层1090进一步包括在介电层1110内的导电插塞1150，且金属层1091至109m-1进一步分别地包括一或多个导电互连，例如，介电层1111至111m-1内的导电线1131至113m-1以及导电通孔1151至115m-1。导电插塞1150将一或多个主动及/或被动装置103(例如：晶体管103的栅极、源极以及漏极)电性耦接至导电线1131至113m-1以及导电通孔1151至115m-1。如以下更详细描述的，在介电层111m中形成导线113m以及导电通孔115m(在图1中未示出，请见图22)。
在一些实施例中，可使用任何合适的方法形成导电插塞1150、导电线1131至113m-1以及导电通孔1151至115m-1，例如，镶嵌方法、双镶嵌方法等。在一些实施例中，用于形成导电插塞1150、导电线1131至113m-1以及导电通孔1151至115m-1的步骤包括在各别的介电层1110～111m-1中形成开口，在开口中沉积一或多个阻障/附着层119(在导电插塞1150中未示出)，在一或多个阻障/附着层119上方沉积晶种层121(在导电插塞1150中未示出)，并且以一导电材料123(在导电插塞1150中未示出)填充开口。然后，执行化学机械研磨(chemicalmechanicalpolishing,cmp)以移除过量填充开口的一或多个阻障/附着层119、晶种层121以及导电材料123的多余材料。
在一些实施例中，一或多个阻障/附着层119可包括钛、氮化钛、钽、氮化钽或前述元素或化合物的组合等，且可使用物理气相沉积(pvd)、化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)或前述方法的组合等来形成。一或多个阻障/附着层119保护各别介电层1110至111m-1免于扩散以及金属毒化。晶种层121可包括铜、钛、镍、金、锰或前述元素的组合等，且可通过原子层沉积(ald)、化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)、溅射或前述方法的组合等来形成。导电材料123可包括铜、铝、钨或前述元素的组合或合金等，且可使用，例如，电镀或其他合适的方法来形成。
请进一步参考图1，在介电层111m上方形成一硬遮罩125。在一些实施例中，硬遮罩125包括一或多个遮罩层。在所示出的实施例中，硬遮罩125包括一第一硬遮罩层125a、在第一硬遮罩层125a上方的一第二硬遮罩层125b以及在第二硬遮罩层125b上方的一第三硬遮罩层125c。第一硬遮罩层125a可为一抗反射涂布(anti-reflectivecoating,arc)层，例如，一无氮抗反射涂布(nitrogenfreearc,nfarc)层等，且可使用化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)等方法来形成。在一些实施例中，第一硬遮罩层125a的厚度可在约50埃与约500埃之间。第二硬遮罩层125b可包括氮化物，例如，氮化硅(sin)、氮化钛(tin)、氮化钽(tan)等，且可使用化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)等方法来形成。在一些实施例中，第二硬遮罩层125b的厚度可在约50埃与约1000埃之间。第三硬遮罩层125c可包括氧化物，例如，氧化硅等，且可使用化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)等方法来形成。在一些实施例中，第三硬遮罩层125c的厚度可介于约50埃与约1000埃之间。
请参考图2、图3以及图7，在硬遮罩125上方形成一多层遮罩201。在一些实施例中，多层遮罩201包括一底层201a、在底层201a上方的一第一中间层201b、在第一中间层201b上方的一第二中间层201c以及在第二中间层201c上方的一顶层201d。首先，请参考图2，在硬遮罩125上方形成多层遮罩201的底层201a。在一些实施例中，底层201a可包括包括有元素c、h、o或n的材料、使用旋涂式方法形成的光刻胶材料、旋涂式碳(spin-oncarbon,soc)材料、使用化学气相沉积(cvd)形成的非晶形的碳(a-c)材料等。在一些实施例中，底层201a的厚度在约50埃与约2000埃之间。
请参考图3，在硬遮罩125上方形成底层201a之后，在底层201a上方形成第一中间层201b。第一中间层201b可包括含硅材料，例如，氧化硅、碳氧化硅(sioc)等，且可使用旋涂、化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)等方法来形成。在一些实施例中，第一中间层201b的厚度在约50埃与约500埃之间。在一些实施例中，为了提高在底层201a与第一中间层201b之间的蚀刻选择性，第一中间层201b可由具有高含量的si-ch3键的sioc材料所形成。在一些实施例中，这样的sioc材料包括si-o-si主链(基质(matrix))并还包括si-o键以及si-c键。在一些实施例中，sioc材料中的si-ch3键的含量在约0.5％至约15％之间。这样的si-ch3键的含量的范围允许形成具有足够机械强度的sioc材料。若sioc材料中的si-ch3键的含量大于约15％，则因为过量的si-ch3键无法与si-o-si基质交联(crosslink)，sioc材料的机械强度会降低。
在一些实施例中，可使用利用合适的前驱物以及反应气体的等离子体辅助化学气相沉积(pecvd)工艺来形成具有高含量的si-ch3键的sioc材料。在一些实施例中，为了增加sioc材料中的si-ch3键的含量，可使用其中结合有cxhy官能基的含硅前驱物。在一些实施例中，含硅前驱物可包括si(ch3)4、si(ch3)3h、si(oc2h5)4、c5h13o2si等。在其它实施例中，为了增加sioc材料中的si-ch3键的含量，除了合适的含硅前驱物之外，可使用单独的cxhy前驱物，例如，c2h2、c3h8、c2h6、c6h6等。在一些实施例中，可使用o2或n2o作为反应气体。在含硅前驱物为si(ch3)4且cxhy前驱物为c2h2的一些实施例中，c2h2的流率与si(ch3)4的流率的比率在约0.2与约0.6之间，例如，约1/3。在一些实施例中，可在约50℃至约200℃之间的温度以及约0.5托与约20托之间的压力下执行等离子体辅助化学气相沉积(pecvd)工艺。若等离子体辅助化学气相沉积(pecvd)工艺的温度小于约50℃，则sioc材料沉积时间增加(或者，沉积效率降低)，这对每小时晶圆产量(wafer-per-houryield)产生不利影响。若等离子体辅助化学气相沉积(pecvd)工艺的温度大于约200℃，这么高的工艺温度将损坏底层201a。若等离子体辅助化学气相沉积(pecvd)工艺的压力小于约0.5托，则无法在等离子体辅助化学气相沉积(pecvd)工艺期间良好地控制晶圆的温度。若等离子体辅助化学气相沉积(pecvd)工艺的压力大于约20托，这么高的工艺压力将导致晶圆温度升高至不期望的值。
在一些实施例中，可使用利用合适的前驱物以及反应气体的原子层沉积(ald)形成具有高含量的si-ch3键的sioc材料。在一些实施例中，为了增加sioc材料中的si-ch3键的含量，可使用其中结合有cxhy官能基的含硅前驱物。在一些实施例中，含硅前驱物可包括si(ch3)4、sih2[n(c2h5)2]2等。在其它实施例中，为了增加sioc材料中的si-ch3键的含量，除了合适的含硅前驱物之外，可使用单独的cxhy前驱物，例如，c2h2、c3h8、c2h6、c6h6等。在一些实施例中，可使用o2、n2o、ar、n2、he、h2作为反应气体。在一些实施例中，在原子层沉积(ald)工艺的反应步骤的期间，以约0.1秒至5秒之间的时间施加等离子体。通过增加等离子体时间来增加sioc材料的机械强度。然而，若施加等离子体的时间大于5秒，则sioc材料的机械强度达到饱合。在含硅前驱物为si(ch3)4且cxhy前驱物为c2h2的一些实施例中，c2h2的流率与si(ch3)4的流率的比率在约0.2至约0.6之间，例如，约1/3。
请进一步参考图3，在一些实施例中，由具有高含量的si-ch3键的sioc材料所形成的第一中间层201b可能不具有期望的硬度。在这样的实施例中，在第一中间层201b上执行紫外线处理(在图3中使用箭头301来表示)。在一些实施例中，可使用具有在约150nm与400nm之间的波长的紫外线辐射来执行紫外线处理301。在一些实施例中，可在约10℃与约200℃之间的温度下执行紫外线处理301。若紫外线处理301的温度小于约10℃，这么低的温度会降低第一中间层201b的固化速率(或者，交联速率)，并对每小时晶圆产量产生不利影响。若紫外线处理301的温度大于约200℃，这么高的工艺温度将损害底层201a。在一些实施例中，可在包括o2、ar、he、no、n2o、n2o2或前述气体的组合等的气体环境中执行紫外线处理301。在一些实施例中，可选择气体环境的气体以具有高比热。这样的气体允许在紫外线处理301期间从晶圆有效地移除热，并避免晶圆过热。在一些实施例中，可在约0.5托与约10托之间的气体压力下执行紫外线处理301。若气体压力小于约0.5托，则从晶圆传递至气体环境的热降低，且无法良好地控制晶圆温度。若气体压力大于约100托，从晶圆传递至气体环境的热增加，其可能将晶圆温度降低至期望温度之下。通过降低晶圆温度，降低了第一中间层201b的固化速率(或者，交联速率)，并对每小时晶圆产量产生不利影响。在一些实施例中，通过执行紫外线处理301并因此增加第一中间层201b的硬度，可在第一中间层201b上执行的后续图案化工艺的期间降低或避免第一中间层201b的图案化特征的线宽粗糙度(lwr)以及在第一中间层201b中形成的波浪状特征。在其他实施例中，可省略紫外线处理301。
如以下更详细地描述的，在第一中间层201b上执行一第一蚀刻工艺以图案化第一中间层201b。随后，在底层201a上执行一第二蚀刻工艺以将经图案化的第一中间层201b的图案转移至底层201a。在一些实施例中，可选择第一中间层201b的材料(例如，具有高含量的si-ch3键的sioc材料)以在第一蚀刻工艺期间增加第一中间层201b的蚀刻速率，而不会在第二蚀刻工艺期间显著地改变第一中间层201b的蚀刻速率。
图4示出根据一些实施例的在图案化多层遮罩201的第一中间层201b的蚀刻工艺中用于第一中间层201b的各种候选材料的蚀刻速率。空心正方形对应于sio材料，实心菱形对应于未添加si-ch3键且未执行紫外线处理的sioc材料，空心三角形对应于添加si-ch3键但未执行紫外线处理的sioc材料，而实心三角形对应于添加si-ch3键且执行紫外线处理的sioc材料。蚀刻速率被示出为具有约633纳米的波长的光的折射率(refractiveindex,ri)的函数。在一些实施例中，相同材料的不同折射率对应于相同材料的不同组成。在材料包括sioc的一些实施例中，不同折射率对应于sioc中不同含量的碳。如图4所示，通过将si-ch3键添加至sioc材料，提高了蚀刻速率。除此之外，通过在添加si-ch3键的sioc材料上执行一紫外线处理(例如请参考图3所描述的紫外线处理)，并不会显著地降低蚀刻速率。
图5示出根据一些实施例的在图案化多层遮罩201的底层201a的蚀刻工艺中用于第一中间层201b的各种候选材料的蚀刻速率。空心正方形对应于sio材料，实心菱形对应于未添加si-ch3键且未执行紫外线处理的sioc材料，空心三角形对应于添加si-ch3键但未执行紫外线处理的sioc材料，而实心三角形对应于添加si-ch3键且执行紫外线处理的sioc材料。蚀刻速率被示出为具有约633纳米的波长的光的折射率(ri)的函数。在一些实施例中，相同材料的不同折射率对应于相同材料的不同组成。在材料包括sioc的一些实施例中，不同折射率对应于sioc中不同含量的碳。如图5所示，将si-ch3键添加至sioc材料并未显著增加蚀刻速率。除此之外，在添加si-ch3键的sioc材料上执行一紫外线处理(例如，请参考图3所描述的紫外线处理)降低了蚀刻速率。
图6示出根据一些实施例的用于第一中间层201b的各种候选材料在图案化多层遮罩201的第一中间层201b的蚀刻工艺中的蚀刻速率与在图案化多层遮罩201的底层201a的蚀刻工艺中的蚀刻速率的比值。空心正方形对应于sio材料，实心菱形对应于未添加si-ch3键且未执行紫外线处理的sioc材料，空心三角形对应于添加si-ch3键但未执行紫外线处理的sioc材料，而实心三角形对应于添加si-ch3键且执行紫外线处理的sioc材料。蚀刻速率比率被示出为具有约633纳米的波长的光的折射率(ri)的函数。在一些实施例中，相同材料的不同折射率对应于相同材料的不同组成。在材料包括sioc的一些实施例中，不同折射率对应于sioc中不同含量的碳。如图6所示，通过将si-ch3键添加至sioc材料改善了蚀刻选择性。除此之外，通过在添加si-ch3键的sioc材料上执行一紫外线处理(例如请参考图3所描述的紫外线处理)进一步改善了蚀刻选择性。
请参考图7，在多层遮罩201的第一中间层201b上方形成多层遮罩201的一第二中间层201c，而且，在多层遮罩201的第二中间层201c上方形成多层遮罩201的一顶层201d。在一些实施例中，第二中间层201c可包括含硅材料，例如氧化硅、碳氧化硅(sioc)等，且可使用旋涂、化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)等方法来形成。在一些实施例中，第二中间层201c的厚度在约50埃与约2000埃之间。在第二中间层201c包括sioc材料的一些实施例中，sioc材料中的si-ch3键的含量小于约0.5％。在一些实施例中，通过降低sioc材料中的si-ch3键的含量，降低了在氧等离子体下的sioc材料的蚀刻速率。通过将sioc材料中的si-ch3键的含量降低成小于约0.5％，第二中间层201c可在随后执行的除渣(descum)工艺期间用作第一中间层201b的保护层，并且可在除渣工艺期间作为停止层。在一些实施例中，顶层201d可包括光刻胶材料等，且可使用旋转涂布等方法来形成。在一些实施例中，顶层201d的厚度在约50埃至约2000埃之间。
请参考图8，多层遮罩201的顶层201d被图案化以形成顶层201d中的开口801。使用合适的光微影技术(photolithographytechniques)来图案化顶层201d。在顶层201d包括光刻胶材料的一些实施例中，光刻胶材料被照射(曝光)并显影以移除光刻胶材料的部分。在一些实施例中，开口801的宽度在约25纳米至约35纳米之间。在一些实施例中，在图案化顶层201d之后，执行除渣工艺以从开口801移除任何残留的光刻胶材料。在一些实施例中，除渣工艺可为使用氧等离子体等执行的等离子体工艺。在一些实施例中，第二中间层201c在除渣工艺期间作为第一中间层201b的保护层。通过利用第二中间层201c，第一中间层201b不会因为除渣工艺而损坏。
请参考图9，在多层遮罩201的第二中间层201c上执行第一图案化工艺，以将顶层201d中的开口801的图案转移至第二中间层201c。第一图案化工艺在第二中间层201c中形成开口901。在一些实施例中，第一图案化工艺可包括一或多个蚀刻工艺，其中顶层201d是用作蚀刻遮罩。一或多个蚀刻工艺可包括合适的各向异性干蚀刻工艺，例如反应离子蚀刻(reactiveionetching,rie)工艺等。在一些实施例中，蚀刻剂混合物可包括氟基(f-based)化学物，例如，cxfy等。在一些实施例中，蚀刻剂混合物可进一步包括o2、n2、h2、ar、cxoy或前述化学物的组合等。在一些实施例中，第二中间层201c中的开口901可具有与顶层201d中相应的开口801大约相同的宽度以及间距。
请参考图10，在多层遮罩201的第一中间层201b上执行第二图案化工艺，以将第二中间层201c中的开口901的图案转移至第一中间层201b。第二图案化工艺在第一中间层201b中形成开口1001。在一些实施例中，第二图案化工艺可包括一或多个蚀刻工艺，其中顶层201d是用作蚀刻遮罩。一或多个蚀刻工艺可包括合适的各向异性干蚀刻工艺，例如，反应离子蚀刻(rie)工艺等。在一些实施例中，蚀刻剂混合物可包括氟基化学物，例如，cxfy等。在一些实施例中，蚀刻剂混合物可进一步包括o2、n2、h2、ar、cxoy或前述化学物的组合等。在一些实施例中，使用cf4以及n2的混合物来执行第二图案化工艺。在一些实施例中，第一中间层201b中的开口1001可具有与第二中间层201c中相应的开口901大约相同的宽度以及间距。在一些实施例中，如参考图3所描述的，通过使用具有高含量的si-ch3键的sioc材料形成第一中间层201b，可降低开口1001的侧壁的锥度(tapering)。在一些实施例中，开口1001的侧壁与底层201a的顶表面形成的角度在约78度至约87度的范围内。
请进一步参考图9以及图10，在一些实施例中，第二中间层201c的第一图案化工艺以及第一中间层201b的第二图案化工艺具有相同的工艺参数。在这样的实施例中，第二中间层201c的第一图案化工艺以及第一中间层201b的第二图案化工艺可作为单一图案化步骤执行。在其它实施例中，第二中间层201c的第一图案化工艺以及第一中间层201b的第二图案化工艺以不同的工艺参数执行，例如，具有不同的射频功率，或者，例如，不同的蚀刻剂气体混合物。在这样的实施例中，在第二中间层201c上执行第一图案化工艺的期间，第一中间层201b是用作蚀刻停止层，而在第一中间层201b上执行第二图案化工艺的期间，第二中间层201c是用作蚀刻遮罩。
请参考图11，在多层遮罩201的底层201a上执行第三图案化工艺，以将第一中间层201b中的开口1001的图案转移至底层201a。第三图案化工艺在底层201a中形成开口1101。在一些实施例中，第三图案化工艺可包括一或多个蚀刻工艺，其中第一中间层201b是用作蚀刻遮罩。一或多个蚀刻工艺可包括合适的各向异性干蚀刻工艺，例如，反应离子蚀刻(rie)工艺等。在一些实施例中，蚀刻剂混合物可包括o2、n2、h2、ar、cxoy或前述化学物的组合等。在一些实施例中，使用h2以及n2的混合物来执行第三图案化工艺。在一些实施例中，底层201a中的开口1101可具有与第一中间层201b中相应的开口1001大约相同的宽度以及间距。在一些实施例中，图案化工艺可能消耗多层遮罩201的顶层201d以及第二中间层201c(请见图10)。在其他实施例中，可在底层201a中形成开口1101之后，移除顶层201d以及第二中间层201c。
请参考图12，在第三硬遮罩层125c上执行第四图案化工艺，以将底层201a中的开口1101的图案转移至第三硬遮罩层125c。第四图案化工艺在第三硬遮罩层125c中形成开口1201。在一些实施例中，第四图案化工艺可包括一或多个蚀刻工艺，其中底层201a是用作蚀刻遮罩。一或多个蚀刻工艺可包括合适的各向异性干蚀刻工艺，例如，反应离子蚀刻(rie)工艺等。在一些实施例中，蚀刻剂混合物可包括氟基化学物，例如，cxfy等。在一些实施例中，蚀刻剂混合物可进一步包括o2、n2、h2、ar、cxoy或前述化学物的组合等。在一些实施例中，使用cf4以及n2的混合物来执行第四图案化工艺。在一些实施例中，第三硬遮罩层125c中的开口1201可具有与底层201a中相应的开口1101大约相同的宽度以及间距。在一些实施例中，图案化工艺可能消耗第一中间层201b(请见图11)。在其他实施例中，可在第三硬遮罩层125c中形成开口1201之后，移除第一中间层201b。
请参考图13，在第三硬遮罩层125c中形成开口1201之后，移除多层遮罩201的底层201a(请见图12)。在一些实施例中，移除工艺可包括灰化工艺以及之后的湿式清洁工艺。
请参考图14，在第二硬遮罩层125b上执行图案化工艺，以将第三硬遮罩层125c中的开口1201的图案转移至第二硬遮罩层125b。图案化工艺在第二硬遮罩层125b中形成开口1401。在一些实施例中，图案化工艺可包括一或多个蚀刻工艺，其中第三硬遮罩层125c是用作蚀刻遮罩。一或多个蚀刻工艺可包括合适的各向异性干蚀刻工艺，例如，反应离子蚀刻(rie)工艺等。在一些实施例中，蚀刻剂混合物可包括氯基(cl-based)化学物，例如，cl2、bcl3或前述化学物的组合等。在一些实施例中，蚀刻剂混合物可进一步包括o2、n2、h2、ar、cxoy或前述化学物的组合等。在一些实施例中，第二硬遮罩层125b中的开口1401可具有与第三硬遮罩层125c中相应的开口1201大约相同的宽度以及间距。
请参考图15，在第二硬遮罩层125b中形成开口1401之后，移除第三硬遮罩层125c(请见图14)。在一些实施例中，移除工艺可包括合适的蚀刻工艺等。在一些实施例中，在移除第三硬遮罩层125c之后，可在第一硬遮罩层125a以及第二硬遮罩层125b上执行紫外线处理(在图15中使用箭头1501来表示)。在一些实施例中，紫外线处理1501可类似于以上参考图3所描述的紫外线处理301，且在此不再重复描述。在一些实施例中，紫外线处理1501可在约10℃至约450℃之间的温度下执行。在其他实施例中，可省略紫外线处理1501。在一些实施例中，紫外线处理1501硬化以及致密化第二硬遮罩层125b，使得第二硬遮罩层125b的蚀刻速率被降低，而且，使得第二硬遮罩层125b的蚀刻速率与第一硬遮罩层125a的蚀刻速率的比率被降低。
请参考图16，在第二硬遮罩层125b上方形成遮罩层1601，且遮罩层1601被图案化以在其中形成开口1603。在一些实施例中，遮罩层1601可包括光刻胶，且可使用合适的光微影方法来图案化。在一些实施例中，开口1603延伸穿过形成在开口1401中的遮罩层1601的一部分，并暴露第一硬遮罩层125a。在一些实施例中，开口1603的宽度小于相应的开口1401的宽度。在一些实施例中，开口1603的宽度在15纳米至约25纳米之间。如以下更详细描述的，开口1603延伸至介电层111m，以形成通孔开口(请见图18)。在一些实施例中，相较于没有开口设置的最左边的开口1401，设置有开口1603的最右边的开口1401可被形成以具有较大的宽度。在这样的实施例中，为了降低或避免最右边的开口1401与开口1603之间的未对准，调整最右边的开口1401的宽度。在一些实施例中，最左边的开口1401的宽度等同于图案化工艺可获得的最小尺寸，且最右边的开口1401的宽度大于最小尺寸。
请参考图17，在第一硬遮罩层125a上执行图案化工艺，以将遮罩层1601中的开口1603的图案转移至第一硬遮罩层125a。图案化工艺在第一硬遮罩层125a中形成开口1701。在一些实施例中，图案化工艺可包括一或多个蚀刻工艺，其中遮罩层1601是用作蚀刻遮罩。一或多个蚀刻工艺可包括合适的各向异性干蚀刻工艺，例如反应离子蚀刻(rie)工艺等。在一些实施例中，蚀刻剂混合物可包括氟基化学物，例如，cxfy等。在一些实施例中，蚀刻剂混合物可进一步包括o2、n2、h2、ar、cxoy或前述化学物的组合等。在一些实施例中，第一硬遮罩层125a中的开口1701可具有与遮罩层1601中的开口1603大约相同的宽度。
请参考图18，在介电层111m上执行图案化工艺，以将第一硬遮罩层125a中的开口1701的图案转移至介电层111m。图案化工艺在介电层111m中形成开口1801。在一些实施例中，图案化工艺可包括一或多个蚀刻工艺，其中遮罩层1601以及第一硬遮罩层125a是用作蚀刻遮罩。一或多个蚀刻工艺可包括合适的各向异性干蚀刻工艺，例如，反应离子蚀刻(rie)工艺等。在一些实施例中，蚀刻剂混合物可包括氟基化学物，例如，cxfy等。在一些实施例中，蚀刻剂混合物可进一步包括o2、n2、h2、ar、cxoy或前述化学物的组合等。在一些实施例中，介电层111m中的开口1801可具有与第一硬遮罩层125a中的开口1701大约相同的宽度。在一些实施例中，开口1801部分地延伸至介电层111m中。
请参考图19，在介电层111m中形成开口1801之后，移除遮罩层1601(请见图18)。在一些实施例中，当遮罩层1601包括光刻胶时，移除工艺可包括灰化工艺以及之后的湿式清洁工艺。
请参考图20，在介电层111m上执行图案化工艺，以将第二硬遮罩层125b中的开口1401(请见图19)的图案转移至介电层111m。图案化工艺在介电层111m中形成开口2001。开口2001部分地延伸至介电层111m中。图案化工艺进一步将开口1801延伸成穿过介电层111m以及蚀刻停止层117m。开口1801暴露出导线113m-1。在一些实施例中，开口2001的宽度大于开口1801的宽度。
请参考图21以及图22，在开口2001(请见图20)中形成导电线113m，且在开口1801(请见图20)中形成导电通孔115m。在一些实施例中，可使用类似于以上参考图1所描述的形成导电线1131至113m-1以及导电通孔1151至115m-1的方法来形成导电线113m以及导电通孔115m，且在此不再重复详细描述。
首先，请参考图21，在开口1801以及开口2001(请见图20)中以及在第二硬遮罩层125b上方形成一或多个阻障/附着层119，在一或多个阻障/附着层119上方沉积晶种层121，并以导电材料123填充开口1801以及开口2001的未填充的部分。在一些实施例中，导电材料123过量填充开口1801以及开口2001，使得导电材料123的一部分沿着第二硬遮罩层125b的顶表面延伸。在一些实施例中，一或多个阻障/附着层119、晶种层121以及导电材料123使用以上参考图1所描述的来形成，且在此不再重复描述。
请参考图22，执行化学机械研磨工艺以移除过量填充开口1801以及开口2001(请见图20)的一或多个阻障/附着层119、晶种层121以及导电材料123的过量材料。在一些实施例中，化学机械研磨工艺亦移除第一硬遮罩层125a以及第二硬遮罩层125b，以暴露出介电层111m。在开口2001内的一或多个阻障/附着层119、晶种层121以及导电材料123的剩余部分形成了导电线113m。在开口1801内的一或多个阻障/附着层119、晶种层121以及导电材料123的剩余部分形成了导电通孔115m。在一些实施例中，介电层111m的最顶表面与导电线113m的最顶表面齐平。在一些实施例中，金属层109m可为互连结构105的中间金属层。在这样的实施例中，在金属层109m上方形成额外的金属层，以完成互连结构105的形成。在一些实施例中，金属层109m为互连结构105的最终金属层。
图23是根据一些实施例的形成多层遮罩的一方法2300的流程图。方法2300从步骤2301开始，其中在一介电层(例如，图1中示出的介电层111m)上方形成多个硬遮罩层(例如，图1中示出的第一硬遮罩层125a、第二硬遮罩层125b以及第三硬遮罩层125c)，如同以上参考图1所描述的。在步骤2303中，在多个硬遮罩层上方形成一多层遮罩(例如，图7中示出的多层遮罩201)的一底层(例如，图2中示出的底层201a)，如同以上参考图2所描述的。在步骤2305中，在多层遮罩的底层上方形成多层遮罩的一第一中间层(例如，图3中示出的第一中间层201b)，如同以上参考图3所描述的。在步骤2307中，在多层遮罩的第一中间层上执行一紫外线处理(例如，图3中示出的紫外线处理301)，如同以上参考图3所描述的。在一些实施例中，可省略步骤2307。在步骤2309中，在多层遮罩的第一中间层上方形成多层遮罩的第二中间层(例如，图7中示出的第二中间层201c)，如同以上参考图7所描述的。在步骤2311中，在多层遮罩的第二中间层上方形成多层遮罩的一顶层(例如，图7中示出的顶层201d)，如同以上参考图7所描述的。
本公开提供一种形成多层遮罩的方法。方法包括在一介电层上方形成一多层遮罩。形成多层遮罩的操作包括在介电层上方形成一底层；在底层上方形成一第一中间层，第一中间层包括一第一含硅材料，第一含硅材料具有si-ch3键的一第一含量；以及在第一中间层上方形成一第二中间层，第二中间层包括一第二含硅材料，第二含硅材料具有si-ch3键的一第二含量，其中si-ch3键的第二含量少于si-ch3键的第一含量。
根据本公开的一些实施例，形成多层遮罩的操作还包括在第一中间层上执行一紫外线处理。根据本公开的一些实施例，紫外线处理是在包括o2、ar、he、no、n2o、n2o2或前述气体的一组合的一气体环境中执行。根据本公开的一些实施例，形成多层遮罩的操作还包括在第二中间层上方形成一顶层。根据本公开的一些实施例，在底层上方形成第一中间层的操作包括执行一等离子体辅助化学气相沉积工艺。根据本公开的一些实施例，执行等离子体辅助化学气相沉积工艺的操作包括使用一含硅前驱物，且含硅前驱物包括一cxhy官能基。根据本公开的一些实施例，执行等离子体辅助化学气相沉积工艺的操作还包括使用一cxhy前驱物。
本公开提供一种形成多层遮罩的方法。方法包括在一介电层上方形成一多层遮罩。形成多层遮罩的操作包括在介电层上方形成一底层；在底层上方沉积一第一中间层，第一中间层包括一第一含硅材料，第一含硅材料具有si-ch3键的一第一含量；在第一中间层上执行一紫外线处理；在第一中间层上方沉积一第二中间层，第二中间层包括一第二含硅材料，第二含硅材料具有si-ch3键的一第二含量，其中si-ch3键的第二含量少于si-ch3键的第一含量；以及在第二中间层上方沉积一顶层。
本公开提供一种形成多层遮罩的方法。方法包括在一硬遮罩层上方形成一多层遮罩。形成多层遮罩的操作包括在硬遮罩层上方沉积一第一层，第一层具有si-ch3键的一第一含量；在第一层上执行一紫外线处理，紫外线处理增加第一层的一硬度；在第一层上方沉积一第二层，第二层具有si-ch3键的一第二含量，其中si-ch3键的第二含量少于si-ch3键的第一含量；以及在第二层上方沉积一光刻胶层。
根据本公开的一些实施例，在硬遮罩层上方沉积第一层的操作包括执行一等离子体辅助化学气相沉积工艺。根据本公开的一些实施例，执行等离子体辅助化学气相沉积工艺的操作包括使用si(ch3)4、si(ch3)3h、si(oc2h5)4或c5h13o2si作为一含硅前驱物。根据本公开的一些实施例，执行等离子体辅助化学气相沉积工艺的操作包括使用c2h2、c3h8、c2h6或c6h6作为一cxhy前驱物。根据本公开的一些实施例，紫外线处理是在包括o2、ar、he、no、n2o、n2o2或前述气体的一组合的一气体环境中执行。根据本公开的一些实施例，在硬遮罩层上方沉积第一层的操作包括执行一原子层沉积工艺。根据本公开的一些实施例，执行原子层沉积工艺的操作包括使用sih2[n(c2h5)2]2作为一含硅前驱物。
本公开提供一种形成多层遮罩的方法。方法包括在一基板上方形成一多层遮罩。形成多层遮罩的操作包括：在基板上方沉积一第一材料，第一材料包括c、h、o或n；在第一材料上方沉积一第一sioc材料，第一sioc材料具有si-ch3键的一第一含量；在第一sioc材料上执行一紫外线处理；在第一sioc材料上方沉积一第二sioc材料，第二sioc材料具有si-ch3键的一第二含量，其中si-ch3键的第二含量少于si-ch3键的第一含量；以及在第二sioc材料上方沉积一光刻胶层。
根据本公开的一些实施例，紫外线处理降低第一sioc材料的一蚀刻速率。根据本公开的一些实施例，si-ch3键的第一含量是在约0.5％至约15％之间。根据本公开的一些实施例，si-ch3键的第二含量是少于约0.5％。根据本公开的一些实施例，紫外线处理是使用一紫外线辐射执行，且紫外线辐射具有在约150纳米至400纳米之间的一波长。根据本公开的一些实施例，第一sioc材料还包括si-o键以及si-c键。
前面概述数个实施例的特征，使得本技术领域中技术人员可更好地理解本公开的各方面。本技术领域中技术人员应理解的是，可轻易地使用本公开作为设计或修改其他工艺以及结构的基础，以实现在此介绍的实施例的相同目的及/或达到相同优点。本技术领域中技术人员亦应理解的是，这样的等效配置并不背离本公开的构思以及范围，且在不背离本公开的构思以及范围的情形下，可对本公开进行各种改变、替换以及更改。
1.一种形成多层遮罩的方法，包括：
在一介电层上方形成一多层遮罩，其中形成该多层遮罩的操作包括：
在该介电层上方形成一底层；
在该底层上方形成一第一中间层，该第一中间层包括一第一含硅材料，该第一含硅材料具有si-ch3键的一第一含量；以及
在该第一中间层上方形成一第二中间层，该第二中间层包括一第二含硅材料，该第二含硅材料具有si-ch3键的一第二含量，其中si-ch3键的该第二含量少于si-ch3键的该第一含量。
技术总结