一種大馬士革結構的製作方法

2023-10-22 14:22:47

專利名稱：一種大馬士革結構的製作方法
技術領域：
本發明屬於半導體集成電路製造工藝技術領域，涉及一種大馬士革結構的製作方法。
背景技術：
隨著集成電路工藝的不斷發展和進步，半導體製程關鍵尺寸的不斷縮小，晶片上互連線的截面積和線間距離持續下降。增加的互連線電阻R和寄生電容C使互聯線的時間常數RC大幅度提高。於是互聯線的時間常數RC在集成電路延遲總所佔的比例越來越大，成為限制互連速度的主要原因。在O. 13um製程以上，半導體通常採用鋁作為後道連線的金屬材料。而進入到90nm及其以下製程時，隨著互連線層數和長度的迅速增加以及互連寬度的減小，Al連線的電阻增加，導致互連時間延遲，信號衰減及串擾增加，同時電遷移和應力效應加劇，嚴重影響了電路的可靠性。而金屬銅具有更小的電阻率和電遷移率，因此，銅成 為深亞微米時代的後道金屬的首選金屬材料。傳統的集成電路的金屬連線是以金屬層的刻蝕方式來製作金屬導線的，然後進行介電層的填充、介電層的化學機械拋光，重複上述工序，進而成功進行多層金屬疊加。但是由於銅的幹法刻蝕較為困難，刻蝕的殘留物無法抽吸，所以必須採用新的鑲嵌技術大馬士革工藝完成銅線互連。大馬士革工藝是首先在介電層上刻蝕金屬導線槽，然後填充金屬，再對金屬進行機械拋光，重複上述工序，進而進行多層金屬疊加。大馬士革結構一般有兩種，單大馬士革結構和雙大馬士革結構。單大馬士革結構比較簡單，僅僅是介電層刻蝕和金屬填充。雙大馬士革結構則是將通孔以及金屬導線結合在一起，如此只需要一步金屬填充。目前常用的大馬士革結構的製作方法如圖I所示，圖I是常用的大馬士革結構的製作方法的工藝流程圖，其包括步驟如下
步驟Si:在襯底上依次澱積介質阻擋層氮化膜和介質層，介質層的結構從下往上依次為通孔介質膜、中間停止層氮化膜、溝槽介質膜；
步驟S2 :在溝槽介質膜上塗布第一光刻膠，經曝光、光刻，在第一光刻膠上形成通孔刻蝕圖形；
步驟S3 :經刻蝕和去膠，利用通孔刻蝕圖形圖案化介質層，在介質層上形成通孔；
步驟S4 :在通孔中塗布BAC抗蝕層；
步驟S5 :在溝槽介質膜上塗布第二光刻膠，經曝光、顯影和光刻，在第二光刻膠上形成溝槽刻蝕圖形；
步驟S6 :採用等離子幹刻蝕法刻蝕通孔中的BAC抗蝕層；
步驟S7 :經刻蝕和去膠，用溝槽刻蝕圖形刻蝕溝槽介質膜，在溝槽介質膜上形成溝槽；步驟S8 :採用等離子幹刻蝕法刻蝕暴露在溝槽底部的中間停止層氮化膜和通孔底部的介質阻擋層氮化膜；
步驟S9 :在通孔和溝槽內填充金屬，並採用化學機械平坦化法將介質層表面的多餘的金屬去除。
在上述常用的大馬士革結構的製作方法的工藝步驟中，為了確保溝槽刻蝕的深度的準確性，往往會在通孔介質膜和溝槽介質膜中間加一層薄的中間停止層氮化膜，作為溝槽刻蝕的停止層；由於溝槽加通孔深度較大，為了減小階梯高度差，確保光刻的對準性，往往會在光刻膠塗布之前，先塗布一層抗蝕層BAC層，減小階梯高度差，使得光刻圖形更加精確。從上述方法可以看出，由於使用BAC減小階梯高度差來滿足光刻的對準的要求，必須在用溝槽刻蝕圖形圖案化溝槽介質膜之前把通孔內的BAC刻蝕掉，以便打開溝槽刻蝕窗口，一方面刻蝕需要調整好通孔介質膜和溝槽介質膜兩者與BAC抗蝕層之間的選擇比，防止通孔中的BAC全被刻蝕掉的同時損傷到下層互聯層；另一方面如果光刻異常需要返工時，需要把整個光刻膠以及BAC去除再重新塗布，既使得工藝變得複雜繁瑣，而且通孔裡的BAC是否清除乾淨成為影響光刻返工的問題。因此，急需找到一種材料替代BAC作為抗蝕層材料，簡化刻蝕工藝，避免光刻返工困難的問題。

發明內容
本發明的主要目的為，針對上述問題，提出了一種大馬士革結構的製作方法，使用氮化膜替代BAC來減小階梯高度差，解決光刻返工困難的複雜問題，降低工藝成本，提高工藝控制度，從而提高生產效率。為達到上述目的，本發明提供一種大馬士革結構的製作方法，所述的方法包括如下步驟
步驟Si:在襯底上依次澱積介質阻擋層氮化膜和介質層，所述的介質層的結構從下往上依次為通孔介質膜、中間停止層氮化膜、溝槽介質膜；
步驟S2 :在所述的介質層表面上塗布第一光刻膠，經曝光和顯影，在所述的第一光刻膠上形成通孔刻蝕圖形；
步驟S3 :經刻蝕和去膠，利用所述的通孔刻蝕圖形刻蝕所述的介質層，在所述的介質層上形成通孔；
步驟S4 :在所述的通孔中澱積氮化膜，形成通孔氮化膜；
步驟S5 :在所述的介質層表面上塗布第二光刻膠，經曝光和顯影，在所述的第二光刻膠上形成溝槽刻蝕圖形；
步驟S6 :經刻蝕和去膠，用所述的溝槽刻蝕圖形刻蝕所述的溝槽介質膜，在所述的溝槽介質膜上形成溝槽；
步驟S7 :去除所述的通孔氮化膜，以及暴露在所述的溝槽底部的中間停止層氮化膜和所述的通孔底部的所述介質阻擋層氮化膜；
步驟S8 :在所述通孔和所述溝槽內填充金屬。優選地，所述步驟S4中，所述通孔氮化膜封閉所述通孔頂部。優選地，所述的通孔氮化膜的芯部帶有孔隙。優選地，所述通孔氮化膜的芯部孔隙的頂部到溝槽介質膜的頂部的深度不小於3000 埃。優選地，所述的中間停止層氮化膜的厚度為100-500埃。優選地，在步驟S4中，還包括在澱積所述通孔氮化膜時，有多餘的氮化膜覆蓋在所述通孔外部的介質層表面，採用溼化學磷酸法去除所述介質層表面的多餘氮化膜。優選地，所述的通孔介質膜和所述的溝槽介質膜是氧化膜。優選地，所述的通孔介質膜和所述的溝槽介質膜是低介電材料。優選地，步驟S7中所採用的去除方法為溼化學磷酸去除法。優選地，步驟S8中還包括採用化學機械平坦化法將所述介質層表面多餘的金屬去除。本發明提出一種大馬士革結構的製作方法，利用氮化膜代替BAC減小階梯高度差，一方面確保了光刻的準確度，解決了光刻返工困難複雜的問題，同時由於氮化膜與氧化膜的選擇比相差較大，使得等離子幹法刻蝕工藝簡單易控制；另一方面覆蓋通孔外部介質·層表面的和通孔中的氮化膜可用磷酸去除，並且可以用磷酸同時去除暴露在通孔內的中間停止層氮化膜和介質阻擋層氮化膜，這一工藝成本較等離子體幹法刻蝕低，工藝相對穩定易於控制，能夠有效提高生產效率。


圖I 常用的用於大馬士革結構的製作方法流程圖
圖2本發明的一種大馬士革結構的製作方法的一個較佳實施例的流程示意3-圖12根據本發明的用於一種大馬士革結構的製作方法的一個較佳實施例的主要工藝步驟的剖面示意圖
具體實施例方式體現本發明特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本發明能夠在不同的示例上具有各種的變化，其皆不脫離本發明的範圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非用以限制本發明。上述及其它技術特徵和有益效果，將結合實施例及附圖2-12對本發明的一種大馬士革結構的製作方法進行詳細說明。圖2是本發明的一種大馬士革結構的製作方法的一個較佳實施例的流程示意圖。在本實施例中，一種大馬士革結構的製作方法包括步驟SOl S10，步驟SOl SlO分別通過附圖3 12以說明本發明圖2所述的製作方法具體步驟時所形成的剖面結構。請參閱圖2，如圖所示，在本發明的該實施例中，一種大馬士革結構的製作方法包括如下步驟
步驟SI :請參閱圖3，採用化學氣相沉積的方法在襯底I上依次澱積介質阻擋層氮化膜2和介質層J1，介質層Jl的結構從下往上依次為通孔介質膜3、中間停止層氮化膜4、溝槽介質膜5 ；
需要說明的是，襯底I可以是金屬襯底，也可以是具有一層金屬層的襯底；介質阻擋層氮化膜2的作用在於作為後續刻蝕步驟的刻蝕停止層。然後在介質阻擋層氮化膜2上面以化學氣相沉積的方法依次沉積通孔介質膜3、中間停止層氮化膜4、溝槽介質膜5。通孔介質膜3和溝槽介質膜5可以是氧化膜，也可以是低介電材料；低介電材料可以是但不限於氟矽玻璃，或者是摻碳玻璃。中間停止層氮化膜4作為刻蝕溝槽介質膜5時的刻蝕停止層。中間停止層氮化膜的厚度為100-500埃。
還需要說明的是，通孔介質膜3和溝槽介質膜5兩者與中間停止層氮化膜4的選擇比相差較大。步驟S2 :請參閱圖4，在介質層Jl上塗布第一光刻膠6，經曝光、顯影和光刻，在第一光刻膠6上形成通孔刻蝕圖形。需要說明的是，第一光刻膠6塗布在介質層Jl的溝槽介質膜5上面，然後進行曝光、顯影和刻蝕，在第一光刻膠6上形成通孔刻蝕圖形。步驟S3 :請參閱圖5，利用步驟S2中的通孔刻蝕圖形刻蝕介質層J1，所採用刻蝕方法可以是但不限於等離子體幹法，包括刻蝕通孔介質膜3、中間停止層氮化膜4和溝槽介質膜5 ,刻蝕後將第一光刻膠6去除,在介質層Jl上形成通孔。步驟S4 :請參閱圖6，可以但不限於採用化學氣相沉積法在介質層Jl的通孔中澱積氮化膜7，直至所述的氮化膜7填滿通孔和覆蓋通孔外部介質層Jl表面。值得一提的是，在介質層Jl的通孔中的氮化膜7帶有孔隙，該孔隙的頂部到溝槽·介質膜5頂部的距離不小於3000埃，避免後續刻蝕工藝將通孔內的氮化膜7刻蝕掉，導致後續工藝中塗布的第二光刻膠8進入氮化膜7的孔隙中，影響刻蝕工藝的順利進行；而覆蓋在通孔外部介質層Jl表面的氮化膜7是一層表面平整的膜。步驟S5 :請參閱圖7，刻蝕去除覆蓋通孔外部介質層表面的氮化膜7。所採用的方法可以採用但不限於等離子體幹法刻蝕，或採用溼化學法磷酸刻蝕。由於傳統的等離子體幹法刻蝕造價較高，特別的選用低成本的溼化學法磷酸刻蝕。
值得注意的是，在實際的刻蝕過程中，在介質層Jl的通孔中的氮化膜7的頂部會有少量被刻蝕掉，只是被刻蝕掉的量很少，不影響後續的溝槽刻蝕工藝，因此可以忽略不計；同時通過控制刻蝕工藝參數，儘量避免對氮化膜7的刻蝕過度，而影響到後續的填充過程。該工藝參數可以根據實際使用的設備的情況來進行調節。步驟S6 :請參閱圖8，在介質層Jl的溝槽介質膜5上塗布第二光刻膠8，經曝光、顯影和光刻，在第二光刻膠8上形成溝槽刻蝕圖形。步驟S7 :請參閱圖9，用溝槽刻蝕圖形刻蝕溝槽介質膜5，所採用的方式是可以但不限於等離子體幹法刻蝕，或溼法刻蝕，去除第二光刻膠8後，在溝槽介質膜5中形成溝槽。步驟S8 :請參閱圖10，刻蝕通孔氮化膜7、暴露在溝槽底部的中間停止層氮化膜4和通孔底部的介質阻擋層氮化膜2。採用的刻蝕方法可以是但不限於溼化學法磷酸刻蝕，或等離子體幹法刻蝕。優選地採用等離子體幹法刻蝕。值得一提的是，由於通孔中的氮化膜7、暴露在溝槽底部的中間停止層氮化膜4和通孔底部的介質阻擋層氮化膜2的材料相同，因此本實施例中採用溼化學法磷酸刻蝕可以同時將上述三者去除，減少了工藝步驟。步驟S9 :請參閱圖11，採用電鍍或濺射方式填充通孔介質膜3的通孔和溝槽介質膜5的溝槽，直至溝槽的外部的介質層Jl表面被金屬8覆蓋，金屬8材料選擇為銅。需要說明的是，在本實施例中，填充的金屬8可以但不限於金屬銅。採用的方法可以但不限於是電鍍也可以是濺射。金屬8填充是從通孔底部開始的，直至金屬8填充滿通孔介質膜3的通孔和溝槽介質膜5的溝槽。填充完整度要求填充金屬8覆蓋住溝槽的開口，並且在溝槽介質膜5表面有一層金屬。特別注意的是，這裡的溝槽介質膜5即是介質層Jl表面。
步驟SlO :請參閱圖12，採用化學機械平坦化法將溝槽的外部的介質層Jl表面的金屬8去除，形成大馬士革結構。需要說明的是，將步驟S9中的介質層Jl表面的金屬8去除，直至溝槽內的金屬8頂部與介質層Jl表面在一水平面上。特別注意的是，這裡的介質層Jl表面即是溝槽介質膜5的表面。綜上所述，通過本發明的一種大馬士革結構的製作方法，通過用氮化膜來替代BAC來降低梯度高度差，由於 氮化膜和介質膜的選擇比較大，使得在用等離子體幹法刻蝕介質層時的工藝簡單容易控制；另外，氮化膜可以採用溼化學法磷酸去除，且可以同時去除通孔氮化膜、暴露在通孔內的中間停止層氮化膜和介質阻擋層氮化膜，簡化了工藝，比傳統等離子體幹法刻蝕的工藝成本低，工藝穩定，從而提高了生產效率。以上所述的僅為本發明的實施例，所述實施例並非用以限制本發明的專利保護範圍，因此凡是運用本發明的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種大馬士革結構的製作方法，其特徵在於，包括以下步驟 步驟Si:在襯底上依次澱積介質阻擋層氮化膜和介質層，所述的介質層的結構從下往上依次為通孔介質膜、中間停止層氮化膜、溝槽介質膜； 步驟S2 :在所述的介質層表面上塗布第一光刻膠，經曝光和顯影，在所述的第一光刻膠上形成通孔刻蝕圖形； 步驟S3 :經刻蝕和去膠，利用所述的通孔刻蝕圖形刻蝕所述的介質層，在所述的介質層上形成通孔； 步驟S4 :在所述的通孔中澱積氮化膜，形成通孔氮化膜； 步驟S5 :在所述的介質層表面上塗布第二光刻膠，經曝光和顯影，在所述的第二光刻膠上形成溝槽刻蝕圖形； 步驟S6 :經刻蝕和去膠，用所述的溝槽刻蝕圖形刻蝕所述的溝槽介質膜，在所述的溝槽介質膜上形成溝槽； 步驟S7 :去除所述的通孔氮化膜，以及暴露在所述的溝槽底部的中間停止層氮化膜和所述的通孔底部的所述介質阻擋層氮化膜； 步驟S8 :在所述通孔和所述溝槽內填充金屬。
2.根據權利要求I所述的工藝方法，其特徵在於，所述步驟S4中，所述通孔氮化膜封閉所述通孔頂部。
3.根據權利要求I所述的工藝方法，其特徵在於，所述的通孔氮化膜的芯部帶有孔隙。
4.根據權利要求2所述的工藝方法，其特徵在於，所述通孔氮化膜的芯部孔隙的頂部到溝槽介質膜的頂部的深度不小於3000埃。
5.根據權利要求I所述的工藝方法，其特徵在於，所述的中間停止層氮化膜的厚度為100-500 埃。
6.根據權利要求I所述的工藝方法，其特徵在於，在步驟S4中，還包括在澱積所述通孔氮化膜時，有多餘的氮化膜覆蓋在所述通孔外部的介質層表面，採用溼化學磷酸法去除所述介質層表面的多餘氮化膜。
7.根據權利要求I所述的工藝方法，其特徵在於，所述的通孔介質膜和所述的溝槽介質膜是氧化膜。
8.根據權利要求I所述的工藝方法，其特徵在於，所述的通孔介質膜和所述的溝槽介質膜是低介電材料。
9.根據權利要求I所述的工藝方法，其特徵在於，步驟S7中所採用的去除方法為溼化學磷酸去除法。
10.根據權利要求I所述的工藝方法，其特徵在於，步驟S8中還包括採用化學機械平坦化法將所述介質層表面多餘的金屬去除。
全文摘要
本發明提供一種大馬士革結構的製作方法，包括在襯底上依次澱積介質阻擋層氮化膜和介質層；在介質層上塗布第一光刻膠，經光刻，形成通孔刻蝕圖形；經刻蝕和去膠，在介質層上形成通孔；在通孔中澱積氮化膜；在介質層上塗布第二光刻膠，經光刻，形成溝槽刻蝕圖形；經刻蝕和去膠，形成溝槽；刻蝕通孔氮化膜、暴露的中間停止層氮化膜和介質阻擋層氮化膜；金屬填充通孔和溝槽。因此，通過本發明的方法，簡化了製備工藝，使刻蝕工藝更加穩定和易於控制，提高了生產效率。
文檔編號H01L21/768GK102881649SQ201210404970
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月22日 優先權日2012年10月22日
發明者姚嫦媧 申請人:上海集成電路研發中心有限公司