使用光敏感材料有孔填涂大马士革的工艺

摘要

本发明属集成电路制备工艺技术领域，具体为一种使用光敏感材料有孔填涂大马士革的制造工艺。大马士革工艺是一种新兴的金属布线技术，该技术存在较为突出的是通孔填充问题，常规的填充试剂和后续光刻工艺使用多种不同类型化学物质，工艺繁琐、复杂。本发明使用光敏感材料有孔填涂大马士革的制造工艺，能够在减少化学试剂使用种类的情况下利用新颖的有孔填充技术，使用2-5次填涂、烘烤，控制停留在大马士革通孔中的空气气泡体积、大小，所在位置，改善大马士革的填充工艺。

权利要求

1.一种使用光敏感材料有孔填涂大马士革的工艺，其特征是具体步骤如下：(1)沉积大马士革的介质膜；

(2)光刻、刻蚀通孔、清洗；

(3)第一次光敏感材料填充、烘烤；

(4)第二次光敏感材料填充、烘烤；重复2-5次；

(5)光敏感材料表面图布、烘烤、光刻、刻蚀金属导线通路、清洗，完成有孔填充的大马士革制作工艺；

上述步骤中，通过调整光敏感材料的填充、烘烤工艺，以控制停留在大马士革通孔中的空气气泡体积、大小、所在位置。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征是，所述的光敏感材料由酮类，醚类或烷烃类有机溶剂和感光交联树脂构成，分子量在85,000～150,000之间。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征是，所述光敏感材料的每次填涂剂量为1.5ml～5ml，烘烤温度为60℃～250℃，烘烤时间为10s～120s。

说明书

技术领域

本发明属集成电路工艺技术领域，具体涉及使用光敏感材料有孔填涂大马士革的工艺。

背景技术

伴随集成电路制造工艺的不断进步，半导体器件的体积正变得越来越小，要将它们连接起来也更加困难。在过去的30年中，半导体工业界都是以铝作为连接器件的材料，但随着芯片的缩小，工业界需要更细，更薄的连接，而且铝的高电阻特性也越来越难以符合需求。而且在高密度特大规模集成电路的情况下，高电阻容易造成电子发生“跳线“，导致附近的器件产生错误的开关状态。也就是说，以铝作为导线的芯片可能产生无法与预测的运作情况，同时稳定性也较差。在如此细微的电路上，铜的传输信号速度比铝更快、而且也更加稳定。
传统集成电路的金属连线是以金属层的刻蚀方式来制作金属导线，然后进行介电层的填充、介电层的化学机械抛光，重复上述工序，进而成功进行多层金属叠加。但当金属导线的材料由铝转换成电阻铝更低的铜的时候，由于铜的干刻较为困难，因此新的镶嵌技术对铜的制程来说就极为必须。
镶嵌技术又称为大马士革工艺，字源来自以镶嵌技术闻名于世的叙利亚城市大马士革，早在2,500年前在那里所铸造的刀剑，就已经使用这项技术来锻造。镶嵌技术是首先在介电层上刻蚀金属导线用的图形，然后再填充金属，再对金属进行金属机械抛光，重复上述工序，进而成功进行多层金属叠加。镶嵌技术的最主要特点是不需要进行金属层的刻蚀工艺，这对铜工艺的推广和应用极为重要。
集成电路制造技术已经跨入130nm的时代。目前的绝大多数铜布线处于180-130nm工艺阶段，约40％的逻辑电路生产线会用到铜布线工艺。到了90nm工艺阶段，则有90％的半导体生产线采用铜布线工艺。采用Cu-CMP的大马士革镶嵌工艺是目前唯一成熟和已经成功应用到IC制造中的铜图形化工艺。镶嵌结构(大马士革结构)一般常见两种：单镶嵌结构以及双镶嵌结构。单镶嵌结构(单大马士革结构)(图1)以及双镶嵌结构(双大马士革结构)(图2)。单镶嵌结构如前所述，仅是把单层金属导线的制作方式由传统的(金属刻蚀+介电层填充)方式改为镶嵌方式(介电层刻蚀+金属填充)，较为单纯。而双镶嵌结构则是将通孔以及金属导线结合一起，如此只需一道金属填充步骤，可简化制程，不过镶嵌结构的制作也相应复杂，困难。制作双镶嵌结构的常用方法一般有：1，全通孔优先法(Full VIA First)2，半通孔优先法(Partial VIA First)3，金属导线优先法(Full Trench First)4，自对准法(Self-alignment method)等几种。但上述几种方法都各自存在着优势和不足，加以评估改进后，目前------全通孔优先法(Full VIA First)在工业界应用最为广泛。全通孔优先法(Full VIA First)的工艺如下：先淀积介质层，光刻、刻蚀通孔，清洗，通孔填充，光刻、刻蚀金属导线，清洗，最终形成双镶嵌结构。这种工艺没有对准问题，没有通孔失效问题且工艺窗口较大，但问题主要集中在通孔填充的步骤上，失败的通孔填充必然导致后道工序的不良反应，甚至失效，并且常规的填充试剂和后续光刻工艺使用多种不同类型化学物质，工艺繁琐。随着工艺的不断前进，这些问题也越加敏感。

发明内容

本发明的目的在于提出一种使用新颖的光敏感材料有孔填涂大马士革的工艺，能够在减少化学试剂使用种类的情况下利用新颖的有孔填充技术，改善大马士革的填充工艺，并且提供较好的表面平坦性，大大简化、缩短后道刻蚀、清洁工序。
全通孔优先法(Full VIA First)的大马士革工艺，这种制造方法没有对准问题，没有通孔失效问题且工艺窗口较大，被广泛使用。它的问题主要集中在通孔填充的步骤上，失败的通孔填充必然导致后道工序的不良反应，甚至失效，并且常规的填充试剂和后续光刻工艺使用多种不同类型化学物质，工艺繁琐，且后道刻蚀工艺复杂。随着工艺的不断前进，这些问题也越加敏感。针对上述问题，本发明使用光敏感材料有孔填涂大马士革的工艺，能够在减少化学试剂使用种类的情况下利用新颖的有孔填充技术，通过调整填充、烘烤工艺，控制停留在大马士革通孔中的空气气泡体积、大小、所在位置，改善大马士革的填充工艺，并且提供较好的表面平坦性，大大简化、缩短后道刻蚀、清洁工序。
本发明中，通过调整填充、烘烤工艺，控制停留在大马士革通孔中的空气气泡体积、大小，所在位置，如(图3)所示。
本发明提出的使用光敏感材料有孔填涂大马士革的工艺，是采用多重填涂并每次填涂后伴随烘烤，所述的多重填涂并烘烤可为2-5次。所述的光敏感材料由多种有机材料构成，主要由酮类，醚类或烷烃类等有机溶剂和感光交联树脂构成，分子量在85,000～150,000之间。
上述光敏感材料的每次填涂剂量为1.5ml～5ml，烘烤温度为60C～250C，烘烤时间为10s～120s。
上述半导体制造工艺的主要工艺步骤是：
(1)沉积大马士革的介质膜；
(2)光刻、刻蚀通孔、清洗；
(3)第一次光敏感材料填充、烘烤；
(4)第二次光敏感材料填充、烘烤；重复2-5次；
(5)光敏感材料表面图布、烘烤、光刻、刻蚀金属导线通路、清洗，以控制停留在大马士革通孔中的空气气泡体积、大小，所在位置，完成有孔填充的大马士革制作工艺。
单一的光敏感材料取代常规的填充试剂和后续光刻工艺使用多种不同类型化学物质，该光敏感材料由有机溶剂(包括：酮类，醚类，烷烃类等材料)和感光交联树脂构成，分子量在85,000～150,000之间。
本发明通过多重填涂，多重烘烤工艺，利用对光敏感材料填涂试剂量和烘烤温度和时间的调整，得到在大马士革通孔中稳定的光敏感试剂残留气泡空洞以及光敏感材料的交联比率，流动性，收缩比率等工艺特征，进而形成很好的大马士革图形，以及良好的光敏感材料的抗刻蚀表现。

附图说明

图1单镶嵌结构(单大马士革结构)
图2双镶嵌结构(双大马士革结构)
图3光敏感材料有孔填充
附图标号：1大马士革介质层、2底部刻蚀阻挡层、3光敏材料、4残留在大马士革通孔中的气泡

具体实施方式

本发明的实施步骤如下：
1、淀积大马士革的介质膜；
2、光刻、刻蚀通孔、清洗；
3、第一次少量光敏感材料填充填(涂剂量分别为1.5ml或2ml)、低温烘烤(烘烤温度分别选择为60C、80C或120C，烘烤时间分别选择为60s、80s、100s或120s)；
4、第二次较少量光敏感材料填充(涂剂量分别选择为2ml或3ml)、高温烘烤(烘烤温度分别选择为120C、140C、160C、180C或200C，烘烤时间分别选择为60s、80s、100s或120s)；
5、第三次光敏感材料表面图布(涂剂量分别选择为2ml、3ml、4ml或5ml)、中温烘烤(烘烤温度分别选择为90C、100C、120C或140C，烘烤时间分别选择为60s、80s、100s或120s)；
6、光刻、刻蚀金属导线通路、清洗。
上述工艺中，在各所选择的不同参数条件下，均获得良好的结果。