用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝的製作方法
2023-10-04 09:50:39 2
專利名稱：用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種雙大馬士革製造工藝，尤其涉及一種用於超厚金屬的先部分溝槽的金屬掩模雙大馬士革製造工藝。
背景技術：
大馬士革工藝，是一種金屬線嵌入工藝，一般是指銅嵌入工藝，原因在於銅不易刻蝕，只能通過先刻出需要的圖形，再將銅通過電鍍加工(ECP)方法嵌入，最後化學機械研磨 (CMP)磨去多餘的銅。對於超厚頂層金屬的製造，如果使用傳統先通孔(Via)後溝槽(Trench)雙大馬士革製造工藝，通常溝槽深度達3um或以上，通孔的深寬比超過10 1,目前的刻蝕工藝很難實現。現有技術中的工藝步驟為介電層澱積，其中，介電阻擋層SIN，介電層Si02 ； 旋塗光刻膠，光刻形成通孔圖形；幹法刻蝕通孔，灰化去除光刻膠；澱積金屬阻擋層(TaN/ Ta)和銅籽晶層；電鍍銅填滿通孔；化學機械研磨(CMP)去除多餘金屬；在通孔上，介電層澱積，其中，介電阻擋層SIN介電層Si02 ；旋塗光刻膠，光刻形成溝槽圖形；幹法刻蝕溝槽， 灰化去除光刻膠；澱積金屬阻擋層(TaN/Ta)和銅籽晶層；電鍍銅填滿溝槽；化學機械研磨 (CMP)去除多餘金屬。目前業界常用方法是用單大馬士革工藝分別做頂層通孔和超厚頂層金屬。這解決了通孔高深寬比的問題，但這會增加製造工藝步驟，延長生產周期。另一種方法是用先部分通孔後溝槽雙大馬士革製造工藝(專利US 7四76四)。這可以解決先通孔方法通孔刻蝕高深寬比的問題，但這種方法很難控制通孔尺寸。
發明內容
本發明公開了一種用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，用以解決現有技術中無法在不增加工藝步驟、延長工藝周期的前提下達到控制通孔刻蝕高深寬比和通孔尺寸控制的問題。本發明的上述目的是通過以下技術方案實現的
一種用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其中，矽片上沉積有多層介電層，最底層的介電層與所述矽片之間以及任意兩相鄰的介電層之間均設有介電阻擋層，最頂層的介電層上沉澱有金屬硬掩模；在所述金屬硬掩模上旋塗光刻膠，光刻形成溝槽圖形；進行幹法刻蝕，打開金屬硬掩模，去除光阻；通過旋塗光刻膠，光刻形成通孔圖形；通過多次幹法刻蝕工藝，使通孔的底部穿過最底層的介電層與所述矽片之間的介電阻擋層，到達所述矽片，且形成的溝槽止於最底層的介電層；澱積金屬阻擋層和銅籽晶層，將電鍍銅填滿通孔和溝槽；進行化學機械研磨平坦化，去除多餘金屬。如上所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其中，在所述矽片上進行所述介電層與所述介電阻擋層的沉積的次序具體為矽片上依次沉澱一第一介電阻擋層、一第一介電層、一第二介電阻擋層、一第二介電層、一第三介電阻擋層、一第三介電層和一金屬硬掩模。如上所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其中，所述多次幹法刻蝕工藝具體包括幹法刻蝕通孔，使通孔止於第三介電阻擋層，去除光阻；進行幹法刻蝕，打開通孔底部的第三介電阻擋層；進行幹法刻蝕，溝槽刻蝕止於第三介電阻擋層，通孔止於第二介電阻擋層；進行幹法刻蝕，去除溝槽底部的第三介電阻擋層，打開通孔底部的第二介電阻擋層；進行幹法刻蝕，溝槽止於第二介電阻擋層，通孔止於第一介電阻擋層；進行幹法刻蝕，打開通孔底部的第一介電阻擋層。如上所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其中，所述最上層的介電層與所述金屬硬掩模之間還沉澱有一介電保護層。如上所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其中，在步驟通孔止於第三介電阻擋層和步驟打開通孔底部的第三介電阻擋層之間還包括去除介電保護層。如上所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其中，所述多層介電層均通過化學氣相澱積二氧化矽形成。如上所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其中，所述最底層的介電層為通孔介電層。如上所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其中，除所述最底層的介電層之外的介電層均為溝道介電層。如上所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其中，工藝步驟幹法刻蝕，溝槽止於第二介電阻擋層，通孔止於第一介電阻擋層和工藝步驟幹法刻蝕，溝槽刻蝕止於第三介電阻擋層，通孔止於第二介電阻擋層，兩工藝步驟均採用高選擇比刻蝕工藝，以控制通孔的尺寸。如上所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其中，在所述多次幹法刻蝕工藝中還包括溼法清洗工藝，以去除積聚過多的聚合物。如上所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其中，所述進行化學機械研磨平坦化，去除多餘金屬的工藝步驟中包括去除金屬硬掩模。如上所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其中，所述進行化學機械研磨平坦化，去除多餘金屬的工藝步驟中包括去除介電保護層。綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝解決了現有技術中無法在不增加工藝步驟、延長工藝周期的前提下達到控制通孔刻蝕高深寬比和通孔尺寸控制的問題，通過多次分別對介電層進行幹法刻蝕，保證了每次刻蝕的質量，進而實現了通孔的高深寬比和通孔的尺寸的有效控制，並降低了生產的成本，縮短了生產的周期。
圖1是本發明用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝的對矽片上進行沉積後的結構圖纊圖11是本發明用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝的工藝步驟圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的說明
一種用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其中，矽片上沉積有多層介電層，最底層的介電層與所述矽片之間以及任意兩相鄰的介電層之間均設有介電阻擋層，最頂層的介電層上沉澱有金屬硬掩模；介電層和介電阻擋層的層數是根據超厚頂層金屬的厚度和工藝條件來決定的，介電層和介電阻擋層的層數是相同的；在所述金屬硬掩模上旋塗光刻膠，光刻形成溝槽圖形；幹法刻蝕，打開金屬硬掩模，灰化去除光阻；旋塗光刻膠，光刻形成通孔圖形；通過多次幹法刻蝕工藝，使通孔的底部穿過最底層的介電層與所述矽片之間的介電阻擋層，到達所述矽片，且形成的溝槽止於最底層的介電層；澱積金屬阻擋層和銅籽晶層， 將電鍍銅填滿通孔和溝槽；進行化學機械研磨平坦化，去除多餘金屬，整個雙大馬士革製造工藝也就完成了。圖1是本發明用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝的對矽片上進行沉積後的結構圖，請參見圖1，本發明的一個實施例中，在所述矽片101上進行所述介電層與所述介電阻擋層的沉積的次序具體為矽片101上依次沉澱一第一介電阻擋層201、一第一介電層301、一第二介電阻擋層202、一第二介電層302、一第三介電阻擋層203、一第三介電層 303和一金屬硬掩模401。本發明該實施例的完整步驟為請參見圖2，在所述金屬硬掩模401上旋塗光刻膠，光刻形成溝槽圖形，為後續刻蝕形成溝槽做好準備；請參見圖3，採用幹法刻蝕工藝，打開金屬硬掩模401，為後續刻蝕形成溝槽做好準備，並灰化去除光阻；請參見圖4，在金屬硬掩模401及金屬硬掩模401被刻蝕打開所露出的第三介電層303上旋塗光刻膠，並光刻形成通孔圖形；請參見圖5，通過幹法刻蝕形成通孔，並使通孔止於第三介電阻擋層203，灰化去除光阻；請參見圖6，通過幹法刻蝕工藝，打開通孔底部的第三介電阻擋層203 ；請參見圖 7，通過幹法刻蝕，溝槽刻蝕止於第三介電阻擋層203，通孔止於第二介電阻擋層202 ；請參見圖8，通過幹法刻蝕，去除溝槽底部的第三介電阻擋層203，打開通孔底部的第二介電阻擋層202，使溝槽止於第二介電層302，並使通孔止於第一介電層301 ；請參見圖9，進行幹法刻蝕，溝槽止於第二介電阻擋層202，通孔止於第一介電阻擋層201 ；請參見圖10，進行幹法刻蝕，打開通孔底部的第一介電阻擋層201，使通孔最終止於矽片101 ；請參見圖11，澱積金屬阻擋層和銅籽晶層，將電鍍銅填滿通孔和溝槽；請參見圖12，進行化學機械研磨平坦化， 去除多餘金屬。本發明中的多次幹法刻蝕工藝具體包括的內容已經在上述完整步驟中得到體現， 故不再進行贅述。本發明中的最上層的介電層與所述金屬硬掩模之間還沉澱有一介電保護層。本發明中在步驟通孔止於第三介電阻擋層203和步驟打開通孔底部的第三介電阻擋層203之間還包括去除介電保護層。本發明中的多層介電層均通過化學氣相澱積二氧化矽形成。本發明中的最底層的介電層為通孔介電層。本發明中除所述最底層的介電層之外的介電層均為溝道介電層。本發明中的工藝步驟幹法刻蝕，溝槽止於第二介電阻擋層202，通孔止於第一介電阻擋層201和工藝步驟幹法刻蝕，溝槽刻蝕止於第三介電阻擋層203，通孔止於第二介電阻擋層202，兩工藝步驟均採用高選擇比刻蝕工藝，以控制通孔的尺寸。本發明中在所述多次幹法刻蝕工藝中還包括溼法清洗工藝，以去除積聚過多的聚合物。本發明中的介電阻擋層和介電保護層可用化學氣相澱積SiN、SiC、SiCN等。本發明中的金屬硬掩模的製作工藝，可以選取CVD或者PVD澱積TaN、Ta、TiN, Ti寸。本發明中的超厚頂層金屬厚度通常為3微米或更厚，多層溝道介電層厚度之和至少3微米。本發明所提供的方法中，無需添加步驟以達到去除金屬硬掩模的技術效果，如圖 12所示，在本發明的進行化學機械研磨平坦化，去除多餘金屬的工藝步驟中包括去除金屬硬掩模401，即在化學機械研磨平坦化的工藝過程中，將金屬硬掩模401—起研磨去除，無需增加工藝步驟。同樣，本發明中進行化學機械研磨平坦化，去除多餘金屬的工藝步驟中包括去除介電保護層，無需進一步增加工藝步驟。綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝解決了現有技術中無法在不增加工藝步驟、延長工藝周期的前提下達到控制通孔刻蝕高深寬比和通孔尺寸控制的問題，通過多次分別對介電層進行幹法刻蝕，保證了每次刻蝕的質量，進而實現了通孔的高深寬比和通孔的尺寸的有效控制，並降低了生產的成本，縮短了生產的周期。以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為範例，本發明並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。
權利要求
1.一種用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其特徵在於，矽片上沉積有多層介電層，最底層的介電層與所述矽片之間以及任意兩相鄰的介電層之間均設有介電阻擋層， 最頂層的介電層上沉澱有金屬硬掩模；在所述金屬硬掩模上旋塗光刻膠，光刻形成溝槽圖形；進行幹法刻蝕，打開金屬硬掩模，去除光阻；通過旋塗光刻膠，光刻形成通孔圖形；通過多次幹法刻蝕工藝，使通孔的底部穿過最底層的介電層與所述矽片之間的介電阻擋層，到達所述矽片，且形成的溝槽止於最底層的介電層；澱積金屬阻擋層和銅籽晶層，將電鍍銅填滿通孔和溝槽；進行化學機械研磨平坦化，去除多餘金屬。
2.根據權利要求1所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其特徵在於，在所述矽片上進行所述介電層與所述介電阻擋層的沉積的次序具體為矽片上依次沉澱一第一介電阻擋層、一第一介電層、一第二介電阻擋層、一第二介電層、一第三介電阻擋層、一第三介電層和一金屬硬掩模。
3.根據權利要求2所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其特徵在於，所述多次幹法刻蝕工藝具體包括幹法刻蝕通孔，使通孔止於第三介電阻擋層，去除光阻；進行幹法刻蝕，打開通孔底部的第三介電阻擋層；進行幹法刻蝕，溝槽刻蝕止於第三介電阻擋層，通孔止於第二介電阻擋層；進行幹法刻蝕，去除溝槽底部的第三介電阻擋層，打開通孔底部的第二介電阻擋層；進行幹法刻蝕，溝槽止於第二介電阻擋層，通孔止於第一介電阻擋層；進行幹法刻蝕，打開通孔底部的第一介電阻擋層。
4.根據權利要求1所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其特徵在於，所述最上層的介電層與所述金屬硬掩模之間還沉澱有一介電保護層。
5.根據權利要求3所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其特徵在於，在步驟通孔止於第三介電阻擋層和步驟打開通孔底部的第三介電阻擋層之間還包括去除介電保護層。
6.根據權利要求1所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其特徵在於，所述多層介電層均通過化學氣相澱積二氧化矽形成。
7.根據權利要求1所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其特徵在於，所述最底層的介電層為通孔介電層。
8.根據權利要求1所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其特徵在於，除所述最底層的介電層之外的介電層均為溝道介電層。
9.根據權利要求3所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其特徵在於，工藝步驟幹法刻蝕，溝槽止於第二介電阻擋層，通孔止於第一介電阻擋層和工藝步驟幹法刻蝕，溝槽刻蝕止於第三介電阻擋層，通孔止於第二介電阻擋層，兩工藝步驟均採用高選擇比刻蝕工藝，以控制通孔的尺寸。
10.根據權利要求1或3所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其特徵在於，在所述多次幹法刻蝕工藝中還包括溼法清洗工藝，以去除積聚過多的聚合物。
11.根據權利要求1所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其特徵在於，所述進行化學機械研磨平坦化，去除多餘金屬的工藝步驟中包括去除金屬硬掩模。
12.根據權利要求4所述的用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，其特徵在於，所述進行化學機械研磨平坦化，去除多餘金屬的工藝步驟中包括去除介電保護層。
全文摘要
本發明公開了一種用於超厚頂層金屬的雙大馬士革製造工藝，本發明解決了現有技術中無法在不增加工藝步驟、延長工藝周期的前提下達到控制通孔刻蝕高深寬比和通孔尺寸控制的問題，通過多次分別對介電層進行幹法刻蝕，保證了每次刻蝕的質量，進而實現了通孔的高深寬比和通孔的尺寸的有效控制，並降低了生產的成本，縮短了生產的周期。
文檔編號H01L21/768GK102420171SQ20111012368
公開日2012年4月18日 申請日期2011年5月13日 優先權日2011年5月13日
發明者姬峰, 張亮, 李磊, 胡有存, 陳玉文 申請人:上海華力微電子有限公司