專利名稱：一種提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體性能要求的不斷提高，集成電路芯片的尺寸也越來越小，光刻工藝逐漸成為芯片制造中核心的工序。通常在一個完整的45納米工藝芯片制造工藝中，視性能要求的不同大約需要40至60次光刻工序；而隨著器件尺寸的縮小，光刻的圖形也相應(yīng)不斷縮小，光阻的厚度及光刻完成后的尺寸也越來越小；當(dāng)芯片生產(chǎn)工藝從微米級到目前最先進的15納米工藝時，光刻所使用的波長也在隨著芯片工藝的進步不斷縮小，已經(jīng)從汞的I、G 系線發(fā)展到紫外區(qū)域的193nm紫外線、極紫外線EUV、乃至電子束；即光刻已經(jīng)成為一項精密加工技術(shù)。在130納米工藝之前，集成電路的電學(xué)互連是通過鋁金屬層來實現(xiàn)的；所以，鋁金屬層布線是CMOS工藝技術(shù)的重要層次，于是對光刻的要求也就較高。隨著線寬的不斷縮小，工藝窗口及所容許的誤差也越來越小，而缺陷卻越來越多。初次光刻過程完成后，如果參數(shù)不符合規(guī)格或缺陷過高，可以進行返工重新進行第二次光刻過程，甚至可能發(fā)生多次返工，最終才能達到所需要的要求。據(jù)初步統(tǒng)計，鋁金屬層層光刻工藝的返工率接近10%，特別是處于工藝開發(fā)期以及尚未穩(wěn)定的工藝，光刻返工率則更高。圖1-4為本發(fā)明背景技術(shù)中傳統(tǒng)的鋁金屬層光刻返工工藝結(jié)構(gòu)流程示意圖。如圖 1所示，鋁金屬層光刻工藝一般采用多層薄膜堆疊的結(jié)構(gòu)，從下往上順序分別是絕緣介質(zhì)基底11、下阻擋層12、鋁金屬層13和上阻擋層14，上阻擋層14和下阻擋層12能夠阻止鋁金屬層13中金屬鋁的擴散和電遷移，常見的上阻擋層14和下阻擋層12的材料為鈦/氮化鈦。 由于鋁金屬層13中的金屬鋁及其上、下阻擋層14、12的鈦/氮化鈦的反射系數(shù)都很大，所以為了消除筑波效應(yīng)，通常會在上阻擋層14、下阻擋層12和鋁金屬層13構(gòu)成的三明治堆疊結(jié)構(gòu)之上沉積一層介質(zhì)抗反射層15，同時介質(zhì)抗反射層15也能對鋁金屬層13有一定的隔離和保護作用。如圖2所示，淀積底部抗反射層16覆蓋介質(zhì)抗反射層15并于其上旋涂光刻膠17，由于尺寸、對準度、均勻性、缺陷等因素，經(jīng)常會發(fā)生曝光不合格，從而需要返工，重新曝光。如圖3所示，當(dāng)返工或同層需要多次曝光時，由于晶圓需要灰化、清洗等工藝步驟以去除圖2中所示的底部抗反射層16和光刻膠17，此時最表層的介質(zhì)抗反射層15會在去除光阻過程中發(fā)生性質(zhì)改變(如反射率，折射率，厚度，均勻性，粗糙度，吸光率等)，形成變性的介質(zhì)抗反射層18，由于其在光刻工藝中的表現(xiàn)與原有性質(zhì)有差異，就要求后續(xù)的光刻過程中調(diào)節(jié)光刻參數(shù)來達到原有的性能要求，如曝光劑量、聚焦、對準等，不利于大量快速生產(chǎn)。如圖4所示，當(dāng)再次在變性的介質(zhì)抗反射層18上進行光刻時，所有的相關(guān)光刻參數(shù)就需要人工調(diào)節(jié)，且返工次數(shù)的不同或相同返工次數(shù)但表層改變程度不一樣時，所需要調(diào)節(jié)的參數(shù)的調(diào)節(jié)量也不一樣；此外，由于去除圖2中所示的底部抗反射層16和光刻膠17的過程中形成變性的介質(zhì)抗反射層18，再次光刻過程極易發(fā)生光阻19翹起、尺寸不均、截面形態(tài)改變等不良現(xiàn)象。因此，該人工調(diào)節(jié)光刻參數(shù)的過程難度較大、穩(wěn)定性較差，且極容易失敗而需要再次返工，隨著返工次數(shù)的增加，其光刻返工所需要調(diào)節(jié)參數(shù)改變范圍也越大， 難度也越大，則更容易發(fā)生失效。因此，如何找到一種方法可以實現(xiàn)快速、有效、可靠地提高鋁金屬層曝光返工參數(shù)穩(wěn)定性和可重復(fù)性，以實現(xiàn)高效率，高速度的自動化生產(chǎn)已成為一個半導(dǎo)體業(yè)界亟待解決的重要技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其中，包括以下步驟 步驟Sl 于絕緣介質(zhì)基底上依次淀積下阻擋層、鋁金屬層、上阻擋層和第一介質(zhì)抗反
射層后，淀積第一底部抗反射層覆蓋第一介質(zhì)抗反射層并于其上旋涂光刻膠，曝光不合格；
步驟S2 灰化、清洗去除光刻膠及第一底部抗反射層，使得第一介質(zhì)抗反射層性能發(fā)生改變，形成變性介質(zhì)抗反射層；
步驟S3 采用高選擇比刻蝕去除變性介質(zhì)抗反射層，且不影響上阻擋層； 步驟S4 淀積第二介質(zhì)抗反射層覆蓋上阻擋層，并于其上進行光刻工藝。上述的提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其中，步驟S3中采用高選擇比刻蝕工藝為濕法化學(xué)刻蝕工藝或等離子干法刻蝕工藝等。上述的提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其中，刻蝕的同時，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體、功率、壓力和終點檢測等實現(xiàn)高選擇比去除變性介質(zhì)抗反射層
上述的提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其中，步驟S4中采用和制備第一介質(zhì)抗反射層相同的材質(zhì)和流程淀積第二介質(zhì)抗反射層覆蓋上阻擋層，第二介質(zhì)抗反射層的性質(zhì)和第一介質(zhì)抗反射層的性質(zhì)相同。上述的提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其中，絕緣介質(zhì)基底的材質(zhì)為氧化硅、氟氧化硅、硼磷摻雜的氧化硅和低介電常數(shù)介質(zhì)材料等。上述的提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其中，鋁金屬層的材質(zhì)為鋁或摻雜 5 10%原子百分比銅的鋁銅合金等。上述的提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其中，上、下阻擋層的材質(zhì)為鈦/氮化鈦。上述的提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其中，第一、二介質(zhì)抗反射層的材質(zhì)為氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或碳摻雜氮化硅等。上述的提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其中，采用化學(xué)氣相沉積、爐管生長或原子層沉積工藝制備第一、二介質(zhì)抗反射層。上述的提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其中，上、下阻擋層與第一、二介質(zhì)抗反射層的材質(zhì)為匹配的高選擇比刻蝕材料。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出一種提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，本發(fā)明通過去除表面受損的介質(zhì)阻擋層，并重新生長與原有介質(zhì)阻擋層性質(zhì)相同的薄膜，以恢復(fù)至初始光刻狀態(tài)，從而減少在重新光刻時需要重新尋找和設(shè)定新參數(shù)， 降低造成次品的風(fēng)險，同時也減少了缺陷的產(chǎn)生，提高了工藝穩(wěn)定性和良率。


圖1-4為本發(fā)明背景技術(shù)中傳統(tǒng)的鋁金屬層光刻返工工藝的結(jié)構(gòu)流程示意圖； 圖5-10為本發(fā)明提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法的結(jié)構(gòu)流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的說明
圖5-10為本發(fā)明提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法的結(jié)構(gòu)流程示意圖。如圖5-10所示，本發(fā)明一種提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法
首先，于絕緣介質(zhì)基底21上依次淀積下阻擋層22、鋁金屬層23和上阻擋層M ；其中， 絕緣介質(zhì)基底21的材質(zhì)為氧化硅、氟氧化硅或硼磷摻雜的氧化硅和低介電常數(shù)介質(zhì)材料等；上阻擋層M和下阻擋層22常見的材質(zhì)為鈦/氮化鈦，能夠阻止材質(zhì)為鋁或摻雜5 10% 原子百分比銅的鋁銅合金等的鋁金屬層23中金屬鋁的擴散和電遷移。由于鋁金屬層23中的金屬鋁及其上、下阻擋層M、22的鈦/氮化鈦層的光反射系數(shù)都很大，所以為了消除筑波效應(yīng)，在上阻擋層對、下阻擋層22和鋁金屬層23構(gòu)成的三明治堆疊結(jié)構(gòu)之上，采用化學(xué)氣相沉積、爐管生長或原子層沉積等工藝，沉積材質(zhì)為氮氧化硅、氧化硅、氮化硅或碳摻雜氮化硅等的第一介質(zhì)抗反射層25，且第一介質(zhì)抗反射層25也能對鋁金屬層23有一定的隔離和保護作用。其次，淀積底部抗反射層沈覆蓋第一介質(zhì)抗反射層25并于其上旋涂光刻膠27，以進行第一次光刻工藝；但由于尺寸、對準度、均勻性、缺陷等因素，經(jīng)常會發(fā)生曝光不合格， 而需要返工，以再次進行光刻工藝。再次，當(dāng)返工或同層需要多次曝光時，由于晶圓需要灰化、酸洗、干燥等工藝步驟以去除圖6中所示的底部抗反射層沈和光刻膠27，在此過程中，由于物理及化學(xué)反應(yīng)，使得最表層的第一介質(zhì)抗反射層25的性能如反射率、折射率、厚度、均勻性、粗糙度、吸光率等發(fā)生改變，相應(yīng)其在光刻工藝中的表現(xiàn)與原有性質(zhì)會有一定的差異，如表面平整度、均勻性、粗糙度、厚度、表面反射系數(shù)、折射系數(shù)、吸收系數(shù)等均會發(fā)生變化，從而形成變性介質(zhì)抗反射層28。之后，由于上、下阻擋層的材質(zhì)為鈦/氮化鈦，與第一介質(zhì)抗反射層25的材質(zhì)為匹配的高選擇比刻蝕材料，而其變性形成變性介質(zhì)抗反射層觀的材質(zhì)與第一介質(zhì)抗反射層 25的材質(zhì)相同；即通過調(diào)節(jié)刻蝕反應(yīng)氣體、功率、壓力和終點檢測等手段可以實現(xiàn)高選擇比刻蝕，以去除圖7中所示的變性介質(zhì)抗反射層觀，且對上阻擋層M沒有影響；其中，刻蝕工藝可以采用濕法化學(xué)刻蝕或等離子干法刻蝕。然后，采用與第一介質(zhì)抗反射層25相同的材質(zhì)與工藝，沉積第二介質(zhì)抗反射層四覆蓋上阻擋層對上；由于采用相同的材質(zhì)和生長方式，第二介質(zhì)抗反射層四和第一介質(zhì)抗反射層25的性質(zhì)相同。最后，采用與第一次光刻工藝相同的光刻參數(shù)進行第二次光刻工藝，即淀積底部抗反射層30覆蓋第二介質(zhì)抗反射層四并于其上旋涂光刻膠31，以進行第二次光刻工藝。由于兩次光刻參數(shù)完全等同，所以第二次光刻工藝不需要人工調(diào)整光刻參數(shù)，從而節(jié)省人力， 減少人為錯誤的發(fā)生，使其效率得到提高；且不會產(chǎn)生額外的缺陷，圖形質(zhì)量較好；特別是對于多次返工或單層多次曝光，可以有效地減少人力及避免誤差的產(chǎn)生。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出一種提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，通過去除表面受損的介質(zhì)阻擋層，并重新生長與原有介質(zhì)阻擋層性質(zhì)相同的薄膜，以恢復(fù)至初始光刻狀態(tài)，可以有效解決鋁金屬層光刻返工時，需要人工調(diào)節(jié)參數(shù)，既導(dǎo)致速度慢沒有效率，又容易產(chǎn)生參數(shù)不準，再次光刻失效的難題，且快速穩(wěn)定可靠地自動實現(xiàn)返工的光刻參數(shù)設(shè)定，降低缺陷，提高生產(chǎn)速度，有利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，而高穩(wěn)定性和重復(fù)性的實現(xiàn)返工，因此可以增加最大返工次數(shù)，可以增大研發(fā)過程中晶片材料的循環(huán)使用次數(shù)，提高利用率，降低成本。通過說明和附圖，給出了具體實施方式
的特定結(jié)構(gòu)的典型實施例，基于本發(fā)明精神，還可作其他的轉(zhuǎn)換。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。 因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟Sl 于絕緣介質(zhì)基底上依次淀積下阻擋層、鋁金屬層、上阻擋層和第一介質(zhì)抗反射層后，淀積第一底部抗反射層覆蓋第一介質(zhì)抗反射層并于其上旋涂光刻膠，曝光不合格；步驟S2 灰化、清洗去除光刻膠及第一底部抗反射層，使得第一介質(zhì)抗反射層性能發(fā)生改變，形成變性介質(zhì)抗反射層；步驟S3 采用高選擇比刻蝕去除變性介質(zhì)抗反射層，且不影響上阻擋層；步驟S4 淀積第二介質(zhì)抗反射層覆蓋上阻擋層，并于其上進行光刻工藝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其特征在于，步驟S3 中采用高選擇比刻蝕工藝為濕法化學(xué)刻蝕工藝或等離子干法刻蝕工藝。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其特征在于，刻蝕的同時，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體、功率、壓力和終點檢測實現(xiàn)高選擇比去除變性介質(zhì)抗反射層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其特征在于，步驟S4 中采用和制備第一介質(zhì)抗反射層相同的材質(zhì)和流程淀積第二介質(zhì)抗反射層覆蓋上阻擋層， 第二介質(zhì)抗反射層的性質(zhì)和第一介質(zhì)抗反射層的性質(zhì)相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其特征在于，絕緣介質(zhì)基底的材質(zhì)為氧化硅、氟氧化硅、硼磷摻雜的氧化硅和低介電常數(shù)介質(zhì)材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其特征在于，鋁金屬層的材質(zhì)為鋁或摻雜5 10%原子百分比銅的鋁銅合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其特征在于，上、下阻擋層的材質(zhì)為鈦/氮化鈦。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其特征在于，第一、二介質(zhì)抗反射層的材質(zhì)為氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或碳摻雜氮化硅。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、4或8所述的提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其特征在于，采用化學(xué)氣相沉積、爐管生長或原子層沉積工藝制備第一、二介質(zhì)抗反射層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，其特征在于，上、下阻擋層與第一、二介質(zhì)抗反射層的材質(zhì)為匹配的高選擇比刻蝕材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法。本發(fā)明一種提高鋁金屬層多次曝光穩(wěn)定性的方法，通過去除表面受損的介質(zhì)阻擋層，并重新生長與原有介質(zhì)阻擋層性質(zhì)相同的薄膜，以恢復(fù)至初始光刻狀態(tài)，從而減少在重新光刻時需要重新尋找和設(shè)定新參數(shù)，降低造成次品的風(fēng)險，同時也減少了缺陷的產(chǎn)生，提高了工藝穩(wěn)定性和良率。
文檔編號H01L21/027GK102446714SQ201110285099
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者張亮, 毛智彪, 胡友存, 陳玉文 申請人:上海華力微電子有限公司