專利名稱：使用光敏感材料有孔填涂大馬士革的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬集成電路工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及使用光敏感材料有孔填涂大馬士革的工藝。
背景技術(shù)：
伴隨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)測的運(yùn)作情況，同時穩(wěn)定性也較差。在如此細(xì)微的電路上，銅的傳輸信號速度比鋁更快、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候，由于銅的干刻較為困難，因此新的鑲嵌技術(shù)對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，字源來自以鑲嵌技術(shù)聞名于世的敘利亞城市大馬士革，早在2,500年前在那里所鑄造的刀劍，就已經(jīng)使用這項技術(shù)來鍛造。鑲嵌技術(shù)是首先在介電層上刻蝕金屬導(dǎo)線用的圖形，然后再填充金屬，再對金屬進(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的時代。目前的絕大多數(shù)銅布線處于180-130nm工藝階段，約40％的邏輯電路生產(chǎn)線會用到銅布線工藝。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。鑲嵌結(jié)構(gòu)(大馬士革結(jié)構(gòu))一般常見兩種單鑲嵌結(jié)構(gòu)以及雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。單鑲嵌結(jié)構(gòu)(單大馬士革結(jié)構(gòu))(圖1)以及雙鑲嵌結(jié)構(gòu)(雙大馬士革結(jié)構(gòu))(圖2)。單鑲嵌結(jié)構(gòu)如前所述，僅是把單層金屬導(dǎo)線的制作方式由傳統(tǒng)的(金屬刻蝕+介電層填充)方式改為鑲嵌方式(介電層刻蝕+金屬填充)，較為單純。而雙鑲嵌結(jié)構(gòu)則是將通孔以及金屬導(dǎo)線結(jié)合一起，如此只需一道金屬填充步驟，可簡化制程，不過鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作也相應(yīng)復(fù)雜，困難。制作雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的常用方法一般有1，全通孔優(yōu)先法(FullVIA First)2，半通孔優(yōu)先法(Partial VIA First)3，金屬導(dǎo)線優(yōu)先法(Full Trench First)4，自對準(zhǔn)法(SeIf-alignment method)等幾種。但上述幾種方法都各自存在著優(yōu)勢和不足，加以評估改進(jìn)后，目前------全通孔優(yōu)先法(Full VIA First)在工業(yè)界應(yīng)用最為廣泛。全通孔優(yōu)先法(Full VIA First)的工藝如下先淀積介質(zhì)層，光刻、刻蝕通孔，清洗，通孔填充，光刻、刻蝕金屬導(dǎo)線，清洗，最終形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。這種工藝沒有對準(zhǔn)問題，沒有通孔失效問題且工藝窗口較大，但問題主要集中在通孔填充的步驟上，失敗的通孔填充必然導(dǎo)致后道工序的不良反應(yīng)，甚至失效，并且常規(guī)的填充試劑和后續(xù)光刻工藝使用多種不同類型化學(xué)物質(zhì)，工藝繁瑣。隨著工藝的不斷前進(jìn)，這些問題也越加敏感。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種使用新穎的光敏感材料有孔填涂大馬士革的工藝，能夠在減少化學(xué)試劑使用種類的情況下利用新穎的有孔填充技術(shù)，改善大馬士革的填充工藝，并且提供較好的表面平坦性，大大簡化、縮短后道刻蝕、清潔工序。
全通孔優(yōu)先法(Full VIA First)的大馬士革工藝，這種制造方法沒有對準(zhǔn)問題，沒有通孔失效問題且工藝窗口較大，被廣泛使用。它的問題主要集中在通孔填充的步驟上，失敗的通孔填充必然導(dǎo)致后道工序的不良反應(yīng)，甚至失效，并且常規(guī)的填充試劑和后續(xù)光刻工藝使用多種不同類型化學(xué)物質(zhì)，工藝繁瑣，且后道刻蝕工藝復(fù)雜。隨著工藝的不斷前進(jìn)，這些問題也越加敏感。針對上述問題，本發(fā)明使用光敏感材料有孔填涂大馬士革的工藝，能夠在減少化學(xué)試劑使用種類的情況下利用新穎的有孔填充技術(shù)，通過調(diào)整填充、烘烤工藝，控制停留在大馬士革通孔中的空氣氣泡體積、大小、所在位置，改善大馬士革的填充工藝，并且提供較好的表面平坦性，大大簡化、縮短后道刻蝕、清潔工序。
本發(fā)明中，通過調(diào)整填充、烘烤工藝，控制停留在大馬士革通孔中的空氣氣泡體積、大小，所在位置，如(圖3)所示。
本發(fā)明提出的使用光敏感材料有孔填涂大馬士革的工藝，是采用多重填涂并每次填涂后伴隨烘烤，所述的多重填涂并烘烤可為2-5次。所述的光敏感材料由多種有機(jī)材料構(gòu)成，主要由酮類，醚類或烷烴類等有機(jī)溶劑和感光交聯(lián)樹脂構(gòu)成，分子量在85,0000~150,000之間。
上述光敏感材料的每次填涂劑量為1.5ml~5ml，烘烤溫度為60C~250C，烘烤時間為10s~120s。
上述半導(dǎo)體制造工藝的主要工藝步驟是(1)沉積大馬士革的介質(zhì)膜；
(2)光刻、刻蝕通孔、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；重復(fù)2-5次；(5)光敏感材料表面圖布、烘烤、光刻、刻蝕金屬導(dǎo)線通路、清洗，以控制停留在大馬士革通孔中的空氣氣泡體積、大小，所在位置，完成有孔填充的大馬士革制作工藝。
單一的光敏感材料取代常規(guī)的填充試劑和后續(xù)光刻工藝使用多種不同類型化學(xué)物質(zhì)，該光敏感材料由有機(jī)溶劑(包括酮類，醚類，烷烴類等材料)和感光交聯(lián)樹脂構(gòu)成，分子量在85,000~150,000之間。
本發(fā)明通過多重填涂，多重烘烤工藝，利用對光敏感材料填涂試劑量和烘烤溫度和時間的調(diào)整，得到在大馬士革通孔中穩(wěn)定的光敏感試劑殘留氣泡空洞以及光敏感材料的交聯(lián)比率，流動性，收縮比率等工藝特征，進(jìn)而形成很好的大馬士革圖形，以及良好的光敏感材料的抗刻蝕表現(xiàn)。


圖1單鑲嵌結(jié)構(gòu)(單大馬士革結(jié)構(gòu))圖2雙鑲嵌結(jié)構(gòu)(雙大馬士革結(jié)構(gòu))圖3光敏感材料有孔填充附圖標(biāo)號1大馬士革介質(zhì)層、2底部刻蝕阻擋層、3光敏材料、4殘留在大馬士革通孔中的氣泡具體實施方式
本發(fā)明的實施步驟如下1、淀積大馬士革的介質(zhì)膜；2、光刻、刻蝕通孔、清洗；3、第一次少量光敏感材料填充填(涂劑量分別為1.5ml或2ml)、低溫烘烤(烘烤溫度分別選擇為60C、80C或120C，烘烤時間分別選擇為60s、80s、100s或120s)；4、第二次較少量光敏感材料填充(涂劑量分別選擇為2ml或3ml)、高溫烘烤(烘烤溫度分別選擇為120C、140C、160C、180C或200C，烘烤時間分別選擇為60s、80s、100s或120s)；5、第三次光敏感材料表面圖布(涂劑量分別選擇為2ml、3ml、4ml或5ml)、中溫烘烤(烘烤溫度分別選擇為90C、100C、120C或140C，烘烤時間分別選擇為60s、80s、100s或120s)；6、光刻、刻蝕金屬導(dǎo)線通路、清洗。
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。
權(quán)利要求
1.一種使用光敏感材料有孔填涂大馬士革的工藝，其特征是采用多重填涂并每次填涂后伴隨烘烤，所述的多重填涂并烘烤可為2-5次。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征是，所述的光敏感材料由酮類，醚類或烷烴類有機(jī)溶劑和感光交聯(lián)樹脂構(gòu)成，分子量在85,000~150,000之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征是，所述光敏感材料的每次填涂劑量為1.5ml~5ml，烘烤溫度為60C~250C，烘烤時間為10s~120s。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的工藝，其特征是，具體步驟如下(1)沉積大馬士革的介質(zhì)膜；(2)光刻、刻蝕通孔、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；重復(fù)2-5次；(5)光敏感材料表面圖布、烘烤、光刻、刻蝕金屬導(dǎo)線通路、清洗，以控制停留在大馬士革通孔中的空氣氣泡體積、大小，所在位置，完成有孔填充的大馬士革制作工藝。
全文摘要
本發(fā)明屬集成電路制備工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種使用光敏感材料有孔填涂大馬士革的制造工藝。大馬士革工藝是一種新興的金屬布線技術(shù)，該技術(shù)存在較為突出的是通孔填充問題，常規(guī)的填充試劑和后續(xù)光刻工藝使用多種不同類型化學(xué)物質(zhì)，工藝繁瑣、復(fù)雜。本發(fā)明使用光敏感材料有孔填涂大馬士革的制造工藝，能夠在減少化學(xué)試劑使用種類的情況下利用新穎的有孔填充技術(shù)，使用2－5次填涂、烘烤，控制停留在大馬士革通孔中的空氣氣泡體積、大小，所在位置，改善大馬士革的填充工藝。
文檔編號H01L21/768GK1632942SQ20041009345
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
發(fā)明者朱駿 申請人:上海華虹(集團(tuán))有限公司, 上海集成電路研發(fā)中心有限公司