專利名稱：降低大馬士革銅工藝中表面反射率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種降低大馬士革銅工藝中表面反射率的方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路制造工藝的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體器件的體積正變得越來越小，要將它們連接起來也更加困難。在過去的30年中，半導(dǎo)體工業(yè)界都是以鋁作為連接器件的材料，但隨著芯片的縮小，工業(yè)界需要更細(xì)，更薄的連接，而且鋁的高電阻特性也越來越難以符合需求。而且在高密度特大規(guī)模集成電路的情況下，高電阻容易造成電子發(fā)生“跳線”，導(dǎo)致附近的器件產(chǎn)生錯(cuò)誤的開關(guān)狀態(tài)。也就是說，以鋁作為導(dǎo)線的芯片可能產(chǎn)生無法與預(yù)測(cè)的運(yùn)作情況，同時(shí)穩(wěn)定性也較差。在如此細(xì)微的電路上，銅的傳輸信號(hào)速度比鋁更快、而且也更加穩(wěn)定。
傳統(tǒng)集成電路的金屬連線是以金屬層的刻蝕方式來制作金屬導(dǎo)線，然后進(jìn)行介電層的填充、介電層的化學(xué)機(jī)械拋光，重復(fù)上述工序，進(jìn)而成功進(jìn)行多層金屬疊加。但當(dāng)金屬導(dǎo)線的材料由鋁轉(zhuǎn)換成電阻鋁更低的銅的時(shí)候，由于銅的干刻較為困難，因此新的鑲嵌技術(shù)對(duì)銅的制程來說就極為必須。
鑲嵌技術(shù)又稱為大馬士革工藝，該技術(shù)首先在介電層上刻蝕金屬導(dǎo)線槽，然后再填充金屬，再對(duì)金屬進(jìn)行金屬機(jī)械拋光，重復(fù)上述工序，進(jìn)而成功進(jìn)行多層金屬疊加。鑲嵌技術(shù)的最主要特點(diǎn)是不需要進(jìn)行金屬層的刻蝕工藝，這對(duì)銅工藝的推廣和應(yīng)用極為重要。
集成電路制造技術(shù)已經(jīng)跨入130nm的時(shí)代。目前的絕大多數(shù)銅布線處于180到130nm工藝階段，約40％的邏輯電路生產(chǎn)線會(huì)用到銅布線工藝。到了90nm工藝階段，則有90％的半導(dǎo)體生產(chǎn)線采用銅布線工藝。采用Cu-CMP的大馬士革鑲嵌工藝是目前唯一成熟和已經(jīng)成功應(yīng)用到IC制造中的銅圖形化工藝。
多層連線電容的計(jì)算公式C=2(Cl+Cv)=2kϵ0LTW(1W2+1T2)]]>(公式1)其中，k為介電常數(shù)；L為金屬導(dǎo)線長；T為金屬導(dǎo)線深度；W為金屬導(dǎo)線寬度；ε0為真空介電常數(shù)，由公式可見，介電常數(shù)越低，電容越小。
多層連線電阻—電容時(shí)間延遲計(jì)算公式RC delay=2ρkϵ0L2(1W2+1T2)]]>(公式2)其中，k為介電常數(shù)；L為金屬導(dǎo)線長；T為金屬導(dǎo)線深度；W為金屬導(dǎo)線寬度；ε0為真空介電常數(shù)；ρ為金屬電阻率，由公式可見，介電常數(shù)越低，電阻越小，多層連線電阻—電容時(shí)間延遲也越短。
表面反射率計(jì)算公式R=(nb-nr)2+(kb-kr)2(nb+nr)2+(kb+kr)2]]>(公式3)nb-低介電材料表面折射率、kb-低介電材料表面消光系數(shù)nr-光刻膠表面折射率、kr-光刻膠表面消光系數(shù)對(duì)于光刻工藝來說，優(yōu)良的表面反射率控制，會(huì)有效減少入射光和反射光的相干問題，即減少駐波效應(yīng)，由此而來，光刻圖形會(huì)得到明顯改善。
駐波計(jì)算公式S＝4(Rtop·Rbot)0.5·e-KD(公式4)Rbot-介電材料表面反射率、Rtop-光刻膠表面反射率、k-光刻膠消光系數(shù)、D-光刻膠厚度公式4可知低的表面反射率可以有效的減少駐波效應(yīng)，提高成像品質(zhì)。
金屬銅的表面反射問題十分嚴(yán)重，為了得到優(yōu)良的圖形控制表現(xiàn)和工藝穩(wěn)定性，對(duì)曝光波長的表面反射率的控制必須盡可能的低，并且隨著線寬的縮小，反射率也要求越來越低，越來越嚴(yán)格。而且為了實(shí)現(xiàn)高分辨率的需求，曝光設(shè)備的光學(xué)數(shù)值孔徑會(huì)越來越大，一般而言，當(dāng)數(shù)值孔徑大于0.75后，由于光線傾斜的角度較大，傳統(tǒng)上的單層抗反射層已經(jīng)不能夠滿足使用的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種降低大馬士革銅工藝中表面反射率的方法，通過調(diào)整抗反射涂層的折射率和消光系數(shù)從而降低表面反射率。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種降低大馬士革銅工藝中表面反射率的方法，在半導(dǎo)體大馬士革銅工藝中，在完成通孔刻蝕后對(duì)通孔介質(zhì)層涂布可溶于顯影液的高分子有機(jī)物作為抗反射填充材料，經(jīng)過大馬士革曝光顯影，使得無機(jī)抗反射層和抗反射填充材料共同形成多層抗反射層，然后進(jìn)行金屬導(dǎo)線槽刻蝕、去膠、清洗，完成大馬士革的制造工藝。
所述降低半導(dǎo)體大馬士革銅工藝中表面反射率的方法包括如下步驟(1)沉積大馬士革通孔介質(zhì)層；(2)沉積大馬士介質(zhì)層的頂部無機(jī)抗反射層；(3)在大馬士革通孔介質(zhì)層表面涂布光敏感材料，進(jìn)行光刻、通孔刻蝕、清洗，其中，通孔刻蝕穿透刻蝕阻擋層；(4)對(duì)大馬士革通孔介質(zhì)層涂布高分子有機(jī)物作為抗反射填充材料，烘烤；(5)在大馬士革結(jié)構(gòu)表面上涂布單層光敏感材料，顯影，溶解底部抗反射填充材料，光刻完成后進(jìn)行金屬導(dǎo)線槽刻蝕；
(6)去膠剝離表面所述單層光敏感材料，抗反射填充材料，清洗，完成大馬士革的制造工藝流程。
形成所述無機(jī)抗反射層的介質(zhì)材料，其原料源是氦、氖、氬、氪或氙類惰性氣體，一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硅烷、甲烷、或氮?dú)猓浜穸葹?0nm到120nm，每次的處理時(shí)間為50秒到500秒，氣壓為5托到50托，功率為100瓦到500瓦，溫度為150℃到400℃，產(chǎn)物可以是氮氧化硅，碳化硅，氮化硅，氧化硅，或低密度介質(zhì)材料，所述無機(jī)抗反射層厚度為30nm到120nm。
所述高分子有機(jī)物包括碳、氫、氧高分子聚合物、可揮發(fā)性有機(jī)溶劑、光敏吸收材料、材料活性劑和顯影加強(qiáng)活性劑，分子量在30000到50000之間。
所述可揮發(fā)性有機(jī)溶劑包括酮類、醚類、烷類或脂類可揮發(fā)有機(jī)溶劑。
涂布抗反射填充材料時(shí)，每次的涂布厚度為30nm到120nm，烘烤溫度是150℃到400℃，烘烤時(shí)間是30秒到200秒。
所述單層光敏感材料由酮類，醚類，烷烴類有機(jī)溶劑和感光交聯(lián)樹脂構(gòu)成，分子量在85000到150000之間。
所述單層光敏感材料或填充材料的每次涂布劑量為1.5ml到5ml；每次烘烤溫度為60℃到250℃，烘烤時(shí)間為10秒到120秒。
本發(fā)明在大馬士革銅工藝中采用無機(jī)抗反射層配合可溶于顯影液的高分子有機(jī)物作為抗反射填充材料，經(jīng)過大馬士革曝光、顯影后，共同形成多層抗反射層，通過優(yōu)化多層抗反射層來控制折射率和消光系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定波長零光學(xué)反射的效果，提高了大馬士革制造工藝的合格率。


圖1是涂布單層光敏感材料示意圖；圖2是通孔刻蝕示意圖；
圖3是涂布填充材料示意圖；圖4是涂布光敏感試劑示意圖；圖5是光敏材料曝光，光敏材料和底部有機(jī)抗反射填充材料顯影示意圖；圖6是金屬導(dǎo)線槽刻蝕示意圖；圖7是去膠示意圖。
標(biāo)號(hào)說明1大馬士革底層通孔介質(zhì)層2無機(jī)抗反射層3大馬士革底層通孔介質(zhì)層表面涂布單層光敏感材料4底部刻蝕阻擋層5底部抗反射通孔填充材料具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明首先，沉積大馬士革底層通孔介質(zhì)層1和沉積無機(jī)抗反層2，無機(jī)抗反層2的介質(zhì)材料，其原料源是氦、氖、氬、氪或氙類惰性氣體，一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硅烷、甲烷、或氮?dú)?，這些氣體可以是共同反應(yīng)，也可以是部分參與工藝生產(chǎn)制造，每次的處理時(shí)間可以為50秒、100秒、150秒、200秒、250秒、300秒、350秒、400秒、450秒或500秒，氣壓為5托、10托、30托或50托，功率可選擇為100瓦、150瓦或300瓦，溫度可選擇為150℃、175℃、200℃、250℃、300℃、350℃或400℃，產(chǎn)物可以是氮氧化硅、碳化硅、氮化硅、氧化硅、或低密度介質(zhì)材料，形成無機(jī)抗反射層的厚度為30納米、40納米、50納米、60納米、70納米、80納米、90納米、100納米、110納米或120納米。通過上述工藝可有效降低無機(jī)抗反射介質(zhì)材料表面折射率、消光系數(shù)。
其次，如圖1所示，在該大馬士革底層通孔介質(zhì)層1表面涂布單層光敏感材料3，進(jìn)行光刻。單層光敏感材料3由酮類，醚類，烷烴類有機(jī)溶劑和感光交聯(lián)樹脂構(gòu)成，分子量在85000到150000之間。
其次，如圖2所示，在該大馬士革底層通孔介質(zhì)層1上進(jìn)行通孔刻蝕、清洗。其中，該刻蝕穿透底部刻蝕阻擋層4。
其次，如圖3所示，在該大馬士革通孔介質(zhì)層1表面涂布填充材料5，烘烤。填充材料5是可溶于顯影液的高分子有機(jī)物，具有抗反射層功能。高分子有機(jī)物包括碳、氫、氧高分子聚合物、可揮發(fā)性有機(jī)溶劑、光敏吸收材料、材料活性劑和顯影加強(qiáng)活性劑，分子量在30000到50000之間。其中，可揮發(fā)性有機(jī)溶劑包括酮類、醚類、烷類或脂類可揮發(fā)有機(jī)溶劑。涂布抗反射填充材料5時(shí)，涂布劑量可以是1.5ml或2ml，每次的涂布厚度可以為30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm或者120nm，烘烤溫度可以是60℃、80℃、120℃、150℃、180℃、200℃或者240℃，烘烤時(shí)間可以是60秒、80秒、100秒、120秒或200秒。
其次，如圖4所示，涂布單層光敏感材料3，烘烤。涂布劑量可選擇為2ml、3ml、4ml或5ml；中溫烘烤的溫度可選擇為90℃、100℃、120℃或140℃，烘烤時(shí)間可選擇為60秒、80秒、100秒或120秒。單層光敏感材料3由酮類，醚類，烷烴類有機(jī)溶劑和含硅原子團(tuán)的交聯(lián)樹脂構(gòu)成，分子量在85000到150000之間。
其次，如圖5所示，大馬士革曝光顯影，溶解底部抗反射填充材料5，使得無機(jī)抗反射層2和抗反射填充材料5共同形成多層抗反射層。通過優(yōu)化多層抗反射層來控制折射率和消光系數(shù)，達(dá)到對(duì)特定波長零光學(xué)反射的效果。
其次，如圖6所示，在該金屬導(dǎo)線槽介質(zhì)層上進(jìn)行金屬導(dǎo)線槽刻蝕。
最后，如圖7所示，去膠剝離表面單層光敏感材料3，無機(jī)抗反射層2和留在通孔內(nèi)的填充材料5，清洗，完成該大馬士革的制造工藝流程。
上述工藝中，在各所選擇的不同參數(shù)條件下，均獲得良好的結(jié)果。
本發(fā)明在大馬士革銅工藝中采用無機(jī)抗反射層配合可溶于顯影液的高分子有機(jī)物作為抗反射填充材料，經(jīng)過大馬士革曝光、顯影后，共同形成多層抗反射層，通過優(yōu)化多層抗反射層來控制折射率和消光系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定波長零光學(xué)反射的效果，提高了大馬士革制造工藝的合格率。
權(quán)利要求
1.一種降低大馬士革銅工藝中表面反射率的方法，其特征在于在半導(dǎo)體大馬士革銅工藝中，在完成通孔刻蝕后對(duì)通孔介質(zhì)層涂布可溶于顯影液的高分子有機(jī)物作為抗反射填充材料，經(jīng)過大馬士革曝光顯影，使得無機(jī)抗反射層和抗反射填充材料共同形成多層抗反射層，然后進(jìn)行金屬導(dǎo)線槽刻蝕、去膠、清洗，完成大馬士革的制造工藝。
2.如權(quán)利要求1所述的降低大馬士革銅工藝中表面反射率的方法，其特征在于包括如下步驟(1)沉積大馬士革通孔介質(zhì)層；(2)沉積大馬士介質(zhì)層的頂部無機(jī)抗反射層；(3)在大馬士革通孔介質(zhì)層表面涂布光敏感材料，進(jìn)行光刻、通孔刻蝕、清洗，其中，通孔刻蝕穿透刻蝕阻擋層；(4)對(duì)大馬士革通孔介質(zhì)層涂布高分子有機(jī)物作為抗反射填充材料，烘烤；(5)在大馬士革結(jié)構(gòu)表面上涂布單層光敏感材料，顯影，溶解底部抗反射填充材料，光刻完成后進(jìn)行金屬導(dǎo)線槽刻蝕；(6)去膠剝離表面所述單層光敏感材料，抗反射填充材料，清洗，完成大馬士革的制造工藝流程。
3.如權(quán)利要求1或2所述的降低大馬士革銅工藝中表面反射率的方法，其特征在于形成所述無機(jī)抗反射層的介質(zhì)材料，其原料源是氦、氖、氬、氪或氙類惰性氣體，一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硅烷、甲烷、或氮?dú)?，其厚度?0nm到120nm，每次的處理時(shí)間為50秒到500秒，氣壓為5托到50托，功率為100瓦到500瓦，溫度為150℃到400℃，產(chǎn)物可以是氮氧化硅，碳化硅，氮化硅，氧化硅，或低密度介質(zhì)材料，所述無機(jī)抗反射層厚度為30nm到120nm。
4.如權(quán)利要求1或2所述的降低大馬士革銅工藝中表面反射率的方法，其特征在于所述高分子有機(jī)物包括碳、氫、氧高分子聚合物、可揮發(fā)性有機(jī)溶劑、光敏吸收材料、材料活性劑和顯影加強(qiáng)活性劑，分子量在30000到50000之間。
5.如權(quán)利要求4所述的降低大馬士革銅工藝中表面反射率的方法，其特征在于所述可揮發(fā)性有機(jī)溶劑包括酮類、醚類、烷類或脂類可揮發(fā)有機(jī)溶劑。
6.如權(quán)利要求2所述的降低大馬士革銅工藝中表面反射率的方法，其特征在于涂布抗反射填充材料時(shí)，每次的涂布厚度為30nm到120nm，烘烤溫度是150℃到400℃，烘烤時(shí)間是30秒到200秒。
7.如權(quán)利要求1或2所述的降低大馬士革銅工藝中表面反射率的方法，其特征在于所述單層光敏感材料由酮類，醚類，烷烴類有機(jī)溶劑和感光交聯(lián)樹脂構(gòu)成，分子量在85000到150000之間。
8.如權(quán)利要求1或2所述的降低大馬士革銅工藝中表面反射率的方法，其特征在于所述單層光敏感材料或填充材料的每次涂布劑量為1.5ml到5ml；每次烘烤溫度為60℃到250℃，烘烤時(shí)間為10秒到120秒。
全文摘要
一種降低大馬士革銅工藝中表面反射率的方法，在半導(dǎo)體大馬士革銅工藝中，在完成通孔刻蝕后對(duì)通孔介質(zhì)層涂布可溶于顯影液的高分子有機(jī)物作為抗反射填充材料，經(jīng)過大馬士革曝光顯影，使得無機(jī)抗反射層和抗反射填充材料共同形成多層抗反射層，然后進(jìn)行金屬導(dǎo)線槽刻蝕、去膠、清洗，完成大馬士革的制造工藝。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1925131SQ200510029400
公開日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2005年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月2日
發(fā)明者朱駿 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司, 上海華虹(集團(tuán))有限公司