專利名稱：無介質膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集成方法
技術領域：
本發明涉及集成電路制造中大馬士革結構的工藝集成方法，尤其涉及一種無介質 膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集成方法。
背景技術：
如圖1所示，現有的先通孔后線槽方法制造大馬士革結構的工藝流程一般包括如 下步驟(1)在襯底1上依次沉積底部刻蝕停止層2、第一層介質膜3、中間刻蝕停止層4和 第二層介質膜5 ；然后光刻形成通孔圖形，在第二層介質膜5上形成抗反射層6和光刻膠7， 見圖IA ；(2)通孔刻蝕停在底部刻蝕停止層2上，見圖IB ；(3)填充材料9填充通孔，見圖IC ；(4)填充材料9回刻，見圖ID ；(5)光刻涂膠、曝光、顯影形成線槽圖形，見圖IE ；(6)光刻膠7涂布，填充通孔以及已經刻開的線槽，見圖IE ；(7)線槽刻蝕，停在中間刻蝕停止層4上，出現介質膜柵欄8殘留，見圖1F;(8)光刻膠7和填充材料9去除，見圖IG ； (9)去除通孔中的底部刻蝕停止層2，去除抗反射層6和部分中間刻蝕停止層4，見 圖1H。這種方法經常遇到介質膜柵欄殘留的問題，如圖IH所示。這種柵欄殘留會影響后 續的金屬沉積，影響連線電阻，影響器件的可靠性，在大馬士革工藝中是不允許存在的。造 成這種殘留的原因是一般情況下填充材料的刻蝕速率都比介質膜慢，而且線槽光刻后通孔 內會有光刻膠殘留，光刻膠的刻蝕速率也比介質膜慢，這樣刻蝕過程就會容易導致填充塞 比介質膜高，聚合物容易堆積在填充塞側壁造成介質膜刻不下去。通常是通過提高填充材 料和介質膜的刻蝕速率比以及降低回刻后的填充材料高度，使得刻蝕過程填充塞在刻蝕過 程一直比介質膜低，這樣就不會出現介質膜柵欄殘留問題。這種方法對填充材料涂布均勻 性，填充材料回刻的速率均勻性，介質膜刻蝕的速率均勻性要求很高，工藝難度較大。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種無介質膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集 成方法，采用該方法能增大工藝窗口，降低成本。為解決上述技術問題，本發明提供一種無介質膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集 成方法，包含如下步驟(1)在襯底上依次沉積底部刻蝕停止層、第一層介質膜、中間刻蝕停止層和第二層 介質膜；然后光刻形成通孔圖形，在第二層介質膜上形成抗反射層和光刻膠；(2)通孔刻蝕停在底部刻蝕停止層上；
(3)光刻形成線槽圖形；(4)第一次線槽刻蝕，刻掉抗反射層和部分第二層介質膜；(5)光刻膠去除；(6)光刻膠涂布，填充通孔以及已經刻開的線槽；(7)光刻膠回刻到中間刻蝕停止層以下；(8)第二次線槽刻蝕，刻掉剩余的第二層介質膜，停在中間刻蝕停止層上，去除光 刻膠；(9)去除通孔中的底部刻蝕停止層，去除抗反射層和部分中間刻蝕停止層，形成大 馬士革結構。步驟(2)的通孔刻蝕需要分三步第一步為第二層介質膜刻蝕，停在中間刻蝕停 止層上；第二步為中間刻蝕停止層刻蝕；第三步為第一層介質膜刻蝕，停在底部刻蝕停止層上。所述第一步和第三步刻蝕具有氧化膜對氮化膜的高選擇比。步驟(3)中在線槽光刻時直接涂布光刻膠并填滿通孔，在曝光顯影后通孔內有光 刻膠殘留。所述的光刻膠要具有良好的填孔能力。步驟(4)中第一次線槽刻蝕是部分刻蝕，需要刻掉抗反射層和部分第二層介質 膜，刻蝕深度可以根據線槽光刻時通孔內殘留的光刻膠高度進行調整。在步驟(5)光刻膠去除后可能會有介質膜柵欄殘留，此介質膜柵欄殘留會在后續 的第二次線槽刻蝕中去掉，并且不會影響工藝窗口。在步驟(8)第二次線槽刻蝕時通孔底部有光刻膠保護，以避免底部刻蝕停止層被 刻穿。步驟(7)所述的光刻膠回刻，需要刻到中間刻蝕停止層以下，這樣才能有效防止 第二次線槽刻蝕時介質膜柵欄殘留的發生。步驟(8)的第二次線槽刻蝕是一種氧化膜對氮化膜高選擇比的工藝，刻蝕停在中 間刻蝕停止層上。步驟(9)所述的去除通孔中的底部刻蝕停止層是一種氮化膜對氧化膜高選擇比 的刻蝕工藝，并且是一種軟刻蝕，以降低對前層連線金屬的損傷。步驟(1)中所述的底部刻蝕停止層是氮化膜，該氮化膜是氮化硅或氮氧化硅；所 述第一層介質膜是氧化膜；所述中間刻蝕停止層是氮化膜，該氮化膜是氮化硅或氮氧化硅； 所述第二層介質膜是氧化膜。和現有技術相比，本發明具有以下有益效果采用本發明方法形成的大馬士革結 構沒有介質膜柵欄殘留風險，工藝窗口較大并且不需要昂貴的填充材料，成本較低。
圖1是現有的有介質膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集成方法的工藝流程圖；圖2是本發明無介質膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集成方法的工藝流程圖。其中，1是襯底，2是底部刻蝕停止層(氮化膜，可以是氮化硅或氮氧化硅)，3是第 一層介質膜(氧化膜)，4是中間刻蝕停止層(氮化膜，可以是氮化硅或氮氧化硅)，5是第二層介質膜(氧化膜)，6是抗反射層(氮化膜，可以是氮氧化硅)，7是光刻膠，8是介質膜 柵欄。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明。本發明無介質膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集成方法的具體解決方案是將線 槽刻蝕分成兩步。第一步是部分刻蝕打開抗反射層氮化膜，第二步利用氮化膜做刻蝕阻擋 掩膜，利用氧化膜對氮化膜高選擇比的刻蝕工藝刻掉剩余介質膜停在中間刻蝕停止層上， 并且用光刻膠做通孔填充回刻來保護通孔底部。本發明具體包含如下所表示的工藝流程步驟(1)在襯底1上依次沉積底部刻蝕停止層2，第一層介質膜3，中間刻蝕停止層4， 第二層介質膜5 ；然后光刻形成通孔圖形，在第二層介質膜5上形成抗反射層6和光刻膠7， 見圖2A。(2)通孔刻蝕并去除光刻膠7，通孔刻蝕停在底部刻蝕停止層2上，氮化硅損失越 少越好，見圖2B。通孔刻蝕需要分三步第一步為第二層介質膜5刻蝕，停在中間刻蝕停止 層4上；第二步為中間刻蝕停止層4刻蝕；第三步為第一層介質膜3刻蝕，停在底部刻蝕停 止層2上。通孔刻蝕方法中第一步和第三步刻蝕具有氧化膜對氮化膜的高選擇比。(3)光刻形成線槽圖形，在線槽光刻時直接涂布光刻膠7并填滿通孔，在曝光顯影 后通孔內有光刻膠7殘留，如圖2C所示。光刻膠7要具有良好的填孔能力。(4)第一次線槽刻蝕，刻蝕掉抗反射層6和部分第二層介質膜5，見圖2D ；第一次 線槽刻蝕是部分刻蝕，需要刻蝕掉抗反射層6和部分第二層介質膜5，刻蝕深度可以根據線 槽光刻時通孔內殘留的光刻膠高度進行調整。(5)光刻膠7去除，在步驟5光刻膠7去除后可能會有介質膜柵欄8殘留，如圖2E 所示。但此介質膜柵欄8殘留會在后續的第二次線槽刻蝕中去掉，并且不會影響工藝窗口。(6)光刻膠7涂布，填充通孔以及已經刻開的線槽，見圖2F。(7)光刻膠7回刻到中間刻蝕停止層4以下，如圖2G所示；所述的光刻膠7回刻， 需要刻到中間刻蝕停止層4以下，這樣才能有效防止第二次線槽刻蝕時介質膜柵欄8殘留 的發生。(8)第二次線槽刻蝕，刻蝕掉剩余的第二層介質膜5，停在中間刻蝕停止層4上，并 去除光刻膠7，見圖2H。在第二次線槽刻蝕時通孔底部有光刻膠7保護，如圖6，7所示。因 為底部刻蝕停止層2不能被刻穿，否則前層連線金屬會受到等離子體損傷影響電參數。第 二次線槽刻蝕是一種氧化膜對氮化膜高選擇比的工藝，刻蝕停在中間刻蝕停止層4上。(9)去除通孔中的底部刻蝕停止層2，去除抗反射層6和部分中間刻蝕停止層4，形 成大馬士革結構，見圖21 ；該步驟中的底部刻蝕停止層2去除是一種氮化膜對氧化膜高選 擇比的刻蝕工藝，并且是一種軟刻蝕，降低對前層連線金屬的損傷。
權利要求
一種無介質膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集成方法，其特征是，包含如下步驟(1)在襯底上依次沉積底部刻蝕停止層、第一層介質膜、中間刻蝕停止層和第二層介質膜；然后光刻形成通孔圖形，在第二層介質膜上形成抗反射層和光刻膠；(2)通孔刻蝕停在底部刻蝕停止層上；(3)光刻形成線槽圖形；(4)第一次線槽刻蝕，刻掉抗反射層和部分第二層介質膜；(5)光刻膠去除；(6)光刻膠涂布，填充通孔以及已經刻開的線槽；(7)光刻膠回刻到中間刻蝕停止層以下；(8)第二次線槽刻蝕，刻掉剩余的第二層介質膜，停在中間刻蝕停止層上，去除光刻膠；(9)去除通孔中的底部刻蝕停止層，去除抗反射層和部分中間刻蝕停止層，形成大馬士革結構。
2.根據權利要求1所述的無介質膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集成方法，其特征 是，步驟(2)的通孔刻蝕需要分三步第一步為第二層介質膜刻蝕，停在中間刻蝕停止層 上；第二步為中間刻蝕停止層刻蝕；第三步為第一層介質膜刻蝕，停在底部刻蝕停止層上。
3.根據權利要求2所述的無介質膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集成方法，其特征 是，所述第一步和第三步刻蝕具有氧化膜對氮化膜的高選擇比。
4.根據權利要求1所述的無介質膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集成方法，其特征 是，步驟(3)中在線槽光刻時直接涂布光刻膠并填滿通孔，在曝光顯影后通孔內有光刻膠 殘留。
5.根據權利要求4所述的無介質膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集成方法，其特征 是，所述的光刻膠要具有良好的填孔能力。
6.根據權利要求1所述的無介質膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集成方法，其特征 是，步驟(4)中第一次線槽刻蝕是部分刻蝕，需要刻掉抗反射層和部分第二層介質膜，刻蝕 深度可以根據線槽光刻時通孔內殘留的光刻膠高度進行調整。
7.根據權利要求1所述的無介質膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集成方法，其特征 是，在步驟(5)光刻膠去除后可能會有介質膜柵欄殘留，此介質膜柵欄殘留會在后續的第 二次線槽刻蝕中去掉，并且不會影響工藝窗口。
8.根據權利要求1所述的無介質膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集成方法，其特征 是，在步驟(8)第二次線槽刻蝕時通孔底部有光刻膠保護，以避免底部刻蝕停止層被刻穿。
9.根據權利要求1所述的無介質膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集成方法，其特征 是，步驟(7)所述的光刻膠回刻，需要刻到中間刻蝕停止層以下，這樣才能有效防止第二次 線槽刻蝕時介質膜柵欄殘留的發生。
10.根據權利要求1所述的無介質膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集成方法，其特征 是，步驟(8)的第二次線槽刻蝕是一種氧化膜對氮化膜高選擇比的工藝，刻蝕停在中間刻 蝕停止層上。
11.根據權利要求1所述的無介質膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集成方法，其特征 是，步驟(9)所述的去除通孔中的底部刻蝕停止層是一種氮化膜對氧化膜高選擇比的刻蝕2工藝，并且是一種軟刻蝕，以降低對前層連線金屬的損傷。
12.根據權利要求1所述的無介質膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集成方法，其特征 是，步驟(1)中所述的底部刻蝕停止層是氮化膜，該氮化膜是氮化硅或氮氧化硅；所述第一 層介質膜是氧化膜；所述中間刻蝕停止層是氮化膜，該氮化膜是氮化硅或氮氧化硅；所述 第二層介質膜是氧化膜。
全文摘要
本發明公開了一種無介質膜柵欄殘留風險的大馬士革工藝集成方法，包含如下步驟(1)在襯底上依次沉積底部刻蝕停止層、第一層介質膜、中間刻蝕停止層和第二層介質膜；然后光刻形成通孔圖形，在第二層介質膜上形成抗反射層和光刻膠；(2)通孔刻蝕停在底部刻蝕停止層上；(3)光刻形成線槽圖形；(4)第一次線槽刻蝕，刻掉抗反射層和部分第二層介質膜；(5)光刻膠去除；(6)光刻膠涂布，填充通孔以及已經刻開的線槽；(7)光刻膠回刻到中間刻蝕停止層以下；(8)第二次線槽刻蝕，刻掉剩余的第二層介質膜，停在中間刻蝕停止層上，去除光刻膠；(9)通孔中的底部刻蝕停止層去除。本發明沒有介質膜柵欄殘留風險，且工藝窗口較大。
文檔編號H01L21/768GK101937869SQ20091005752
公開日2011年1月5日 申請日期2009年6月30日 優先權日2009年6月30日
發明者曾林華 申請人:上海華虹Nec電子有限公司