專利名稱：用于大馬士革工藝的光刻掩膜板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造中用于大馬士革工藝的光刻掩膜板。
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(lái)越 小，使得金屬之間的寄生電容也越來(lái)越大，對(duì)于微處理器，芯片速度的限 制主要由鍍層中的電阻和寄生電容產(chǎn)生。其結(jié)果電阻-電容時(shí)間延遲、訊 號(hào)間的相互干擾及其能量損耗等問(wèn)題日益突出，為了解決電阻-電容時(shí)間
延遲的問(wèn)題，產(chǎn)業(yè)內(nèi)一直使用符合IC工藝的低介電材料(介電常數(shù)2.0 到4.0)，使多重金屬內(nèi)連線之間的介電層(介質(zhì)層)的介電常數(shù)比硅更 低的，從而降低寄生電容，而在電阻方面，在過(guò)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(lái)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(cuò)誤的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。也就是說(shuō)，以鋁作為導(dǎo)線的芯片可能產(chǎn)生 無(wú)法預(yù)測(cè)的運(yùn)作情況，同時(shí)穩(wěn)定性也較差。在如此細(xì)微的電路上，使用低 電阻的銅金屬導(dǎo)線金屬互聯(lián)工藝取代原先的鋁工藝，銅的傳輸信號(hào)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(lái)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
成電阻更低的銅的時(shí)候，由于銅的干刻較為困難，因此新的鑲嵌技術(shù)對(duì)銅 的制程來(lái)說(shuō)就極為必須。
鑲嵌技術(shù)又稱為大馬士革工藝，字源來(lái)自以鑲嵌技術(shù)聞名于世的敘利
亞城市人馬士革，早在2500年前在那里所鑄造的刀劍，就已經(jīng)使用這項(xiàng) 技術(shù)來(lái)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(duì)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(duì)銅工藝的推廣和應(yīng)用極為重要。
采用銅化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的大馬士革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。大馬士革互連技術(shù)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(jiǎn)化制程，不過(guò)大馬 士革結(jié)構(gòu)的制作也相應(yīng)復(fù)雜和困難。普遍采用的制備方式是先刻蝕穿孔后 刻蝕溝槽，簡(jiǎn)稱VFTL(via first trench last),每一層金屬中包含通孔 和溝槽兩部分，需要使用兩塊掩膜板(見(jiàn)圖1和圖2)來(lái)實(shí)現(xiàn)。先使用通 孔掩膜板將通孔刻蝕出來(lái)，后采用填充材料(為抗反射材料，簡(jiǎn)稱BARC， 例如DUO和Si-BARC等都是硅含量較高的有機(jī)抗反射材料)對(duì)通孔進(jìn)行填 充，隨后使用干法回刻技術(shù)移除大馬士革絕緣材料表面的多余的填充材 料，緊接著用溝槽掩膜板進(jìn)行下一步金屬導(dǎo)線槽的刻蝕。圖3至圖8為現(xiàn) 有技術(shù)中對(duì)金屬層間介質(zhì)層通孔和溝槽刻蝕的一實(shí)施例，圖3中層間介質(zhì) 層7上淀積有墊氧化層8，刻蝕中使用光刻掩膜板1，用于復(fù)制通孔圖形, 其上有無(wú)刻蝕圖形的不透光區(qū)域4和100%透光區(qū)域5，光刻掩膜板2， 用于溝槽圖形復(fù)制，其上有不透光區(qū)域4和100%透光區(qū)域6。 一種常見(jiàn) 的刻蝕步驟為(1)用光刻掩膜板1和光刻膠9進(jìn)行通孔光刻，曝出通
孔位置后刻蝕出通孔10; (2)用BARC11對(duì)通孔進(jìn)行填充，后回刻填充 材料11至通孔內(nèi)；(3)用光刻掩膜板2進(jìn)行溝槽光刻，曝出溝槽位置后 刻蝕出溝槽13，并將通孔中填充材料ll除去。在具體制備中，以六層金 屬線的產(chǎn)品為例，將需要ll塊光刻掩膜板，由此帶來(lái)工藝的較復(fù)雜和成 本較高的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于大馬士革工藝的光刻掩膜 板，它將通孔的圖形和溝槽的圖形集成在一塊光刻掩膜板上，達(dá)到節(jié)約光 刻掩膜板的目的。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的光刻掩膜板分為三個(gè)區(qū)域，用于通孔 圖形復(fù)制的區(qū)域，透光率為大于90%;無(wú)刻蝕圖形的區(qū)域，透光率小于
10%;及介于上述兩個(gè)區(qū)域之間用于溝槽圖形復(fù)制的區(qū)域，該區(qū)域的透光
率介于所述通孔圖形復(fù)制區(qū)域的透光率和所述無(wú)刻蝕圖形區(qū)域的透光率 之間。
通常上述光刻掩膜板中用于通孔圖形復(fù)制區(qū)域的透光率為100%，無(wú) 刻蝕圖形區(qū)域的透光率為0或6%，而用于溝槽圖形復(fù)制區(qū)域的透光率為 40 60%。
本發(fā)明的光刻掩膜板把通孔和溝槽的圖形集成在一塊光刻掩膜板上， 用一塊光刻掩膜板實(shí)現(xiàn)通孔和溝槽的圖形復(fù)制，整個(gè)后道銅制程只需要傳 統(tǒng)工藝的一半數(shù)量的光刻掩膜板，這將有利于降低工藝的復(fù)雜性和提高 產(chǎn)品的良率，更重要的是器件的制備成本大大地降低了。
下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中用于通孔圖形復(fù)制的光刻掩膜板示意圖； 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中用于溝槽圖形復(fù)制的光刻掩膜板示意圖； 圖3至圖8為現(xiàn)有大馬士革工藝中常見(jiàn)的通孔和溝槽光刻刻蝕工藝示 意圖9是本發(fā)明的光刻掩膜板示意圖IO是采用本發(fā)明的光刻掩膜板進(jìn)行通孔光刻的示意圖； 圖11是采用本發(fā)明的光刻掩膜板進(jìn)行溝槽光刻的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖9為本發(fā)明的光刻掩模板示意圖。目前通用的光刻掩膜板基板為石 英玻璃，本發(fā)明的光刻掩膜板也可選用石英玻璃作基板。本發(fā)明的光刻掩 膜板30可分三個(gè)區(qū)域用于通孔圖形復(fù)制區(qū)域31，該區(qū)域的透光率一般 為100%;無(wú)刻蝕圖形的區(qū)域33，該區(qū)域的透光率可為0或者6%;及兩個(gè) 區(qū)域之間的區(qū)域，即用于溝槽圖形復(fù)制的區(qū)域32，該區(qū)域的透光率控制 在XW，其中X值介于上述兩個(gè)區(qū)域的透光率(區(qū)域31和區(qū)域33)之間。 透光率是跟材料和光照條件有關(guān)的一個(gè)數(shù)值，上述透光率X值的調(diào)節(jié)可通 過(guò)選用不同材料和鍍不同厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)。下式為材料吸收因子的計(jì)算公式: ot二 11/10= 4nn*k/A ，故透光率為X二(1-a)T;其中a是吸收因子，10
為光照的光強(qiáng)度，II是被吸收的光強(qiáng)度，n是材料的折射因子(the refractive index) ， k為材料的衰減系數(shù)(the attenuation coefficiet, 入是照射光的波長(zhǎng)，T是材料的有效厚度，上述公式中n和k是由材料的
物理性能決定的，目前用于光刻工藝的光源波長(zhǎng)主要有365nm、 248nm和 193nm。
無(wú)刻蝕圖形區(qū)域33可通過(guò)鍍鉻膜(Cr)制得，鉻膜厚度一般在1000A， 透光率為0。還可用鍍相移層的方法制得，可以選擇相移材料有MoSiO、 MoSiON、 (M)、 ZrSiO等，此時(shí)無(wú)刻蝕圖形區(qū)域的透光率為6%左右。
采用本發(fā)明的光刻掩膜板進(jìn)行通孔和溝槽的光刻刻蝕，分如下步驟-
(1) 通孔光刻刻蝕(見(jiàn)圖10):在相對(duì)低能量條件(其它條件一定 時(shí)，可與傳統(tǒng)光刻掩膜板通孔能量相當(dāng))，用所述的光刻掩膜板30，對(duì)介 質(zhì)層進(jìn)行通孔光刻，曝開(kāi)光刻膠34上通孔的位置，后刻蝕出通孔；
(2) 對(duì)刻蝕出的通孔用BARC ll進(jìn)行填充，后回刻去除絕緣介質(zhì)層 表面多余的填充材料；
(3) 用步驟(1)的光刻掩膜板，提高光能量至能完全曝開(kāi)溝槽的位 置的光刻膠，即與用傳統(tǒng)溝槽掩膜板進(jìn)行溝槽曝光的能量相比，用本發(fā)明 的光刻掩膜板進(jìn)行溝槽曝光的能量要高得多的條件，來(lái)曝開(kāi)光刻膠35上 溝槽的位置，后刻蝕出溝槽，并去除通孔內(nèi)的填充材料，完成通孔和溝槽 的刻蝕。
用本發(fā)明的光刻掩膜板，在進(jìn)行通孔光刻時(shí)，采用較低能量的光作為 曝光源，因用于通孔圖形復(fù)制的區(qū)域31的透光率為100%，這個(gè)能量范圍 的選擇以保證通孔圖形得以實(shí)現(xiàn)，而溝槽部分并不會(huì)同時(shí)復(fù)制為原則，可 通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行試驗(yàn)得到。而在用光刻掩膜板30進(jìn)行溝槽光刻時(shí)， 采用較高能量的曝光條件來(lái)實(shí)現(xiàn)溝槽部分的圖形，同樣地，該能量范圍也 可通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)中試驗(yàn)得到。例如，但用于溝槽圖形復(fù)制區(qū)域32的透光
率為50%時(shí)，上述步驟(3)中使用的能量是相當(dāng)于傳統(tǒng)掩膜板溝槽曝光 能量的2倍左右。
權(quán)利要求
1、一種用于大馬士革工藝的光刻掩膜板，其特征在于，所述光刻掩模板分三個(gè)區(qū)域用于通孔圖形復(fù)制的區(qū)域，透光率大于90％；無(wú)刻蝕圖形的區(qū)域，透光率為小于10％；介于上述兩個(gè)區(qū)域之間用于溝槽圖形復(fù)制的區(qū)域，該區(qū)域的透光率介于所述通孔圖形復(fù)制區(qū)域的透光率和所述無(wú)刻蝕圖形區(qū)域的透光率之間。
2、 按照權(quán)利要求l所述的光刻掩膜板，其特征在于用于通孔圖形復(fù) 制的區(qū)域，透光率為100%;所述無(wú)刻蝕圖形區(qū)域的透光率為0或6%，而所述用于溝槽圖形復(fù)制區(qū)域的透光率為40 60% 。
3、 按照權(quán)利要求2所述的光刻掩膜板，其特征在于所述透光率為0的無(wú)刻蝕圖形區(qū)域?yàn)樵谠搮^(qū)域上鍍鉻膜制備而成。
4、 按照權(quán)利要求2所述的光刻掩膜板，其特征在于所述透光率為6%的無(wú)刻蝕圖形區(qū)域?yàn)樵谠搮^(qū)域上鍍相移層制備而成。
5、 按照權(quán)利要求4所述的光刻掩膜板，其特征在于所述相移層的材 料為MoSiO、 MoSiON、 CrO和ZrSiO中的任一種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于大馬士革工藝的光刻掩膜板，其分三個(gè)區(qū)域用于通孔圖形復(fù)制的區(qū)域；無(wú)刻蝕圖形的區(qū)域；介于上述兩個(gè)區(qū)域之間用于溝槽圖形復(fù)制的區(qū)域，該區(qū)域的透光率介于所述通孔圖形復(fù)制區(qū)域的透光率和所述無(wú)刻蝕圖形區(qū)域的透光率之間。在具體操作時(shí)采用不同曝光能量分別進(jìn)行通孔和溝槽的刻蝕實(shí)現(xiàn)一塊掩膜板，兩次光刻的目的，節(jié)約制造成本，可廣泛應(yīng)用于采用大馬士革工藝進(jìn)行半導(dǎo)體器件制備的生產(chǎn)線中。
文檔編號(hào)G03F1/28GK101349860SQ20071009395
公開(kāi)日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2007年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月17日
發(fā)明者何偉明, 斌 張, 芳 魏 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司