CN102446714A

CN102446714A - 一种提高铝金属层多次曝光稳定性的方法

Info

Publication number: CN102446714A
Application number: CN2011102850990A
Authority: CN
Inventors: 张亮; 毛智彪; 胡友存; 陈玉文
Original assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Current assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2031-09-23
Also published as: CN102446714B

Abstract

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种提高铝金属层多次曝光稳定性的方法。本发明一种提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，通过去除表面受损的介质阻挡层，并重新生长与原有介质阻挡层性质相同的薄膜，以恢复至初始光刻状态，从而减少在重新光刻时需要重新寻找和设定新参数，降低造成次品的风险，同时也减少了缺陷的产生，提高了工艺稳定性和良率。

Description

一种提高铝金属层多次曝光稳定性的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种提高铝金属层多次曝光稳定性的方法。

背景技术

随着半导体性能要求的不断提高，集成电路芯片的尺寸也越来越小，光刻工艺逐渐成为芯片制造中核心的工序。通常在一个完整的45纳米工艺芯片制造工艺中，视性能要求的不同大约需要40至60次光刻工序；而随着器件尺寸的缩小，光刻的图形也相应不断缩小，光阻的厚度及光刻完成后的尺寸也越来越小；当芯片生产工艺从微米级到目前最先进的15纳米工艺时，光刻所使用的波长也在随着芯片工艺的进步不断缩小，已经从汞的I、G系线发展到紫外区域的193nm紫外线、极紫外线EUV、乃至电子束；即光刻已经成为一项精密加工技术。

在130纳米工艺之前，集成电路的电学互连是通过铝金属层来实现的；所以，铝金属层布线是CMOS工艺技术的重要层次，于是对光刻的要求也就较高。随着线宽的不断缩小，工艺窗口及所容许的误差也越来越小，而缺陷却越来越多。初次光刻过程完成后，如果参数不符合规格或缺陷过高，可以进行返工重新进行第二次光刻过程，甚至可能发生多次返工，最终才能达到所需要的要求。据初步统计，铝金属层层光刻工艺的返工率接近10%，特别是处于工艺开发期以及尚未稳定的工艺，光刻返工率则更高。

图1-4为本发明背景技术中传统的铝金属层光刻返工工艺结构流程示意图。如图1所示，铝金属层光刻工艺一般采用多层薄膜堆叠的结构，从下往上顺序分别是绝缘介质基底11、下阻挡层12、铝金属层13和上阻挡层14，上阻挡层14和下阻挡层12能够阻止铝金属层13中金属铝的扩散和电迁移，常见的上阻挡层14和下阻挡层12的材料为钛/氮化钛。由于铝金属层13中的金属铝及其上、下阻挡层14、12的钛/氮化钛的反射系数都很大，所以为了消除筑波效应，通常会在上阻挡层14、下阻挡层12和铝金属层13构成的三明治堆叠结构之上沉积一层介质抗反射层15，同时介质抗反射层15也能对铝金属层13有一定的隔离和保护作用。如图2所示，淀积底部抗反射层16覆盖介质抗反射层15并于其上旋涂光刻胶17，由于尺寸、对准度、均匀性、缺陷等因素，经常会发生曝光不合格，从而需要返工，重新曝光。如图3所示，当返工或同层需要多次曝光时，由于晶圆需要灰化、清洗等工艺步骤以去除图2中所示的底部抗反射层16和光刻胶17，此时最表层的介质抗反射层15会在去除光阻过程中发生性质改变（如反射率，折射率，厚度，均匀性，粗糙度，吸光率等），形成变性的介质抗反射层18，由于其在光刻工艺中的表现与原有性质有差异，就要求后续的光刻过程中调节光刻参数来达到原有的性能要求，如曝光剂量、聚焦、对准等，不利于大量快速生产。如图4所示，当再次在变性的介质抗反射层18上进行光刻时，所有的相关光刻参数就需要人工调节，且返工次数的不同或相同返工次数但表层改变程度不一样时，所需要调节的参数的调节量也不一样；此外，由于去除图2中所示的底部抗反射层16和光刻胶17的过程中形成变性的介质抗反射层18，再次光刻过程极易发生光阻19翘起、尺寸不均、截面形态改变等不良现象。因此，该人工调节光刻参数的过程难度较大、稳定性较差，且极容易失败而需要再次返工，随着返工次数的增加，其光刻返工所需要调节参数改变范围也越大，难度也越大，则更容易发生失效。

因此，如何找到一种方法可以实现快速、有效、可靠地提高铝金属层曝光返工参数稳定性和可重复性，以实现高效率，高速度的自动化生产已成为一个半导体业界亟待解决的重要技术难题。

发明内容

本发明公开了一种提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其中，包括以下步骤：

步骤S1：于绝缘介质基底上依次淀积下阻挡层、铝金属层、上阻挡层和第一介质抗反射层后，淀积第一底部抗反射层覆盖第一介质抗反射层并于其上旋涂光刻胶，曝光不合格；

步骤S2：灰化、清洗去除光刻胶及第一底部抗反射层，使得第一介质抗反射层性能发生改变，形成变性介质抗反射层；

步骤S3：采用高选择比刻蚀去除变性介质抗反射层，且不影响上阻挡层；

步骤S4：淀积第二介质抗反射层覆盖上阻挡层，并于其上进行光刻工艺。

上述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其中，步骤S3中采用高选择比刻蚀工艺为湿法化学刻蚀工艺或等离子干法刻蚀工艺等。

上述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其中，刻蚀的同时，通过调节反应气体、功率、压力和终点检测等实现高选择比去除变性介质抗反射层

上述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其中，步骤S4中采用和制备第一介质抗反射层相同的材质和流程淀积第二介质抗反射层覆盖上阻挡层，第二介质抗反射层的性质和第一介质抗反射层的性质相同。

上述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其中，绝缘介质基底的材质为氧化硅、氟氧化硅、硼磷掺杂的氧化硅和低介电常数介质材料等。

上述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其中，铝金属层的材质为铝或掺杂5~10%原子百分比铜的铝铜合金等。

上述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其中，上、下阻挡层的材质为钛/氮化钛。

上述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其中，第一、二介质抗反射层的材质为氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或碳掺杂氮化硅等。

上述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其中，采用化学气相沉积、炉管生长或原子层沉积工艺制备第一、二介质抗反射层。

上述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其中，上、下阻挡层与第一、二介质抗反射层的材质为匹配的高选择比刻蚀材料。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，本发明通过去除表面受损的介质阻挡层，并重新生长与原有介质阻挡层性质相同的薄膜，以恢复至初始光刻状态，从而减少在重新光刻时需要重新寻找和设定新参数，降低造成次品的风险，同时也减少了缺陷的产生，提高了工艺稳定性和良率。

附图说明

图1-4为本发明背景技术中传统的铝金属层光刻返工工艺的结构流程示意图；

图5-10为本发明提高铝金属层多次曝光稳定性的方法的结构流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

如图5-10所示，本发明一种提高铝金属层多次曝光稳定性的方法：

首先，于绝缘介质基底21上依次淀积下阻挡层22、铝金属层23和上阻挡层24；其中，绝缘介质基底21的材质为氧化硅、氟氧化硅或硼磷掺杂的氧化硅和低介电常数介质材料等；上阻挡层24和下阻挡层22常见的材质为钛/氮化钛，能够阻止材质为铝或掺杂5~10%原子百分比铜的铝铜合金等的铝金属层23中金属铝的扩散和电迁移。由于铝金属层23中的金属铝及其上、下阻挡层24、22的钛/氮化钛层的光反射系数都很大，所以为了消除筑波效应，在上阻挡层24、下阻挡层22和铝金属层23构成的三明治堆叠结构之上，采用化学气相沉积、炉管生长或原子层沉积等工艺，沉积材质为氮氧化硅、氧化硅、氮化硅或碳掺杂氮化硅等的第一介质抗反射层25，且第一介质抗反射层25也能对铝金属层23有一定的隔离和保护作用。

其次，淀积底部抗反射层26覆盖第一介质抗反射层25并于其上旋涂光刻胶27，以进行第一次光刻工艺；但由于尺寸、对准度、均匀性、缺陷等因素，经常会发生曝光不合格，而需要返工，以再次进行光刻工艺。

再次，当返工或同层需要多次曝光时，由于晶圆需要灰化、酸洗、干燥等工艺步骤以去除图6中所示的底部抗反射层26和光刻胶27，在此过程中，由于物理及化学反应，使得最表层的第一介质抗反射层25的性能如反射率、折射率、厚度、均匀性、粗糙度、吸光率等发生改变，相应其在光刻工艺中的表现与原有性质会有一定的差异，如表面平整度、均匀性、粗糙度、厚度、表面反射系数、折射系数、吸收系数等均会发生变化，从而形成变性介质抗反射层28。

之后，由于上、下阻挡层的材质为钛/氮化钛，与第一介质抗反射层25的材质为匹配的高选择比刻蚀材料，而其变性形成变性介质抗反射层28的材质与第一介质抗反射层25的材质相同；即通过调节刻蚀反应气体、功率、压力和终点检测等手段可以实现高选择比刻蚀，以去除图7中所示的变性介质抗反射层28，且对上阻挡层24没有影响；其中，刻蚀工艺可以采用湿法化学刻蚀或等离子干法刻蚀。

然后，采用与第一介质抗反射层25相同的材质与工艺，沉积第二介质抗反射层29覆盖上阻挡层24上；由于采用相同的材质和生长方式，第二介质抗反射层29和第一介质抗反射层25的性质相同。

最后，采用与第一次光刻工艺相同的光刻参数进行第二次光刻工艺，即淀积底部抗反射层30覆盖第二介质抗反射层29并于其上旋涂光刻胶31，以进行第二次光刻工艺。由于两次光刻参数完全等同，所以第二次光刻工艺不需要人工调整光刻参数，从而节省人力，减少人为错误的发生，使其效率得到提高；且不会产生额外的缺陷，图形质量较好；特别是对于多次返工或单层多次曝光，可以有效地减少人力及避免误差的产生。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，通过去除表面受损的介质阻挡层，并重新生长与原有介质阻挡层性质相同的薄膜，以恢复至初始光刻状态，可以有效解决铝金属层光刻返工时，需要人工调节参数，既导致速度慢没有效率，又容易产生参数不准，再次光刻失效的难题，且快速稳定可靠地自动实现返工的光刻参数设定，降低缺陷，提高生产速度，有利于大规模工业生产，而高稳定性和重复性的实现返工，因此可以增加最大返工次数，可以增大研发过程中晶片材料的循环使用次数，提高利用率，降低成本。

通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims

1.一种提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其特征在于，步骤S3中采用高选择比刻蚀工艺为湿法化学刻蚀工艺或等离子干法刻蚀工艺。

3.根据权利要求2所述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其特征在于，刻蚀的同时，通过调节反应气体、功率、压力和终点检测实现高选择比去除变性介质抗反射层。

4.根据权利要求1所述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其特征在于，步骤S4中采用和制备第一介质抗反射层相同的材质和流程淀积第二介质抗反射层覆盖上阻挡层，第二介质抗反射层的性质和第一介质抗反射层的性质相同。

5.根据权利要求1所述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其特征在于，绝缘介质基底的材质为氧化硅、氟氧化硅、硼磷掺杂的氧化硅和低介电常数介质材料。

6.根据权利要求1所述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其特征在于，铝金属层的材质为铝或掺杂5~10%原子百分比铜的铝铜合金。

7.根据权利要求1所述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其特征在于，上、下阻挡层的材质为钛/氮化钛。

8.根据权利要求1所述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其特征在于，第一、二介质抗反射层的材质为氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或碳掺杂氮化硅。

9.根据权利要求1、4或8所述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其特征在于，采用化学气相沉积、炉管生长或原子层沉积工艺制备第一、二介质抗反射层。

10.根据权利要求1所述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其特征在于，上、下阻挡层与第一、二介质抗反射层的材质为匹配的高选择比刻蚀材料。