使用光刻-冷凍-光刻-蝕刻工藝的細長接觸件的制作方法

使用光刻-冷凍-光刻-蝕刻工藝的細長接觸件的制作方法
【專利摘要】在所描述的示例中，一種方法使用用于接觸蝕刻掩模的光刻?冷凍?光刻?蝕刻工藝來形成一種集成電路(1000)，該集成電路包括：連接到三個有源區(1002)和/或MOS柵極(1012)的細長接觸件(1034)；以及連接到兩個有源區(1002)和/或MOS柵極(1012)并直接連接到第一級互連件的細長接觸件。
【專利說明】
使用光刻-冷凍-光刻-蝕刻工藝的細長接觸件
技術領域
[0001]本發明總體涉及集成電路領域，并且尤其涉及集成電路中的互連件。
【背景技術】
[0002]集成電路中的接觸件和第一級互連件可以通過利用光刻法定義待蝕刻的區域來形成。例如，接觸件可以通過以下步驟來形成:曝光接觸光敏層中的接觸區，然后對接觸光敏層進行顯影以形成接觸蝕刻掩模，隨后蝕刻介電層以形成接觸孔并且使用接觸金屬填充接觸孔。類似地，可以通過曝光互連光敏層中的互連區且隨后對第一級互連光敏層進行顯影以形成溝槽蝕刻掩模而在接觸件之上形成金屬第一級互連件。可能期望使用光刻設備來曝光接觸光敏層和互連光敏層，其具有大于一些接觸件和/或一些第一級互連件之間的間距的空間分辨率極限，例如在具有更小空間分辨率極限的光刻設備更昂貴的一些實例中。

【發明內容】

[0003]在所描述的示例中，一種集成電路可以使用光刻-冷凍-光刻-蝕刻工藝通過在兩次曝光操作中形成接觸件蝕刻圖案和/或通過在兩次曝光操作中形成第一溝槽蝕刻圖案來制造。在一種光刻-冷凍-光刻-蝕刻工藝中，通過對第一光敏層進行曝光和顯影來產生第一子圖案，隨后對第一子圖案進行處理以使其在隨后的光刻工藝序列中保持完整。第二光敏層在集成電路上形成并且第二曝光和顯影步驟被執行用于產生第二子圖案。第一子圖案與第二子圖案結合起來提供蝕刻掩模。接觸件蝕刻掩模被用來形成接觸件，其包括細長接觸件，所述細長接觸件與多于一個有源區或MOS晶體管柵極連接并且不在存儲單元內。第一互連溝槽蝕刻掩模被用于在所述接觸件正上方形成金屬第一級互連件。精確地連接到兩個有源區和/或MOS柵極的細長接觸件也直接連接到第一級互連件。
【附圖說明】
[0004]圖1A至圖1H是根據一個示例形成的集成電路的俯視圖，其以連續的制造階段來描述。
[0005]圖2A至圖2K是根據一個示例形成的集成電路的橫截面圖，其以連續的制造階段來描述。
[0006]圖3A至圖3H是根據一個示例形成的集成電路的橫截面圖，其以連續的制造階段來描述。
【具體實施方式】
[0007]出于本說明書的目的，術語“接觸件”指連接到集成電路中的有源區和/或金屬氧化半導體(MOS)晶體管柵極(以下被稱為MOS柵極)的金屬元件。有源區和/或MOS柵極可以包括一層金屬硅化物，使得接觸件與金屬硅化物層接觸。MOS柵極包括在場氧化物上方的相鄰柵極材料。
[0008]集成電路可以使用光刻-冷凍-光刻-蝕刻工藝通過對接觸蝕刻子掩模執行兩次曝光和顯影循環來形成。一種可選的接觸硬掩模層可以被用于制造序列中。所述接觸件包括細長接觸件，其為連接到集成電路中的多于一個有源區或MOS柵極的接觸件并且不在存儲單元內。通過在接觸件之上形成金屬間電介質(MD)層并且使用光亥Ij-冷凍-光亥Ij-蝕刻工藝對溝槽蝕刻子掩模執行兩次曝光和顯影循環，可以在接觸件正上方形成金屬鑲嵌(Damascene)第一級互連件。一種可選的溝槽硬掩模層可以被用在制造序列中。互連溝槽被蝕刻在MD層中并穿過互連溝槽硬掩模層。所述互連溝槽填充有互連材料，例如襯層金屬和銅填充金屬。精確地連接到兩個有源區和/或MOS柵極的細長接觸件也直接連接到第一級互連元件。
[0009]圖1A至圖1H是根據一個示例形成的集成電路的俯視圖，其以連續的制造階段來描述。參考圖1A，集成電路1000包括有源區1002(其不是存儲單元的一部分)、反相器P型有源區1004和反相器η型有源區1006(其為互補金屬氧化物半導體(CMOS)反相器的一部分)，并且可能包括雙輸入邏輯門P型有源區1008和雙輸入邏輯門η型有源區1010(其為CMOS雙輸入邏輯門的一部分)。集成電路1000也包括MOS柵極1012(其不是存儲單元的一部分)、反相器MOS柵極1014(其為CMOS反相器的一部分并且橫跨反相器P型有源區1004和反相器η型有源區1006)，并且如果存在CMOS雙輸入邏輯門，則包括兩個雙輸入邏輯門MOS柵極1016(其橫跨雙輸入邏輯門P型有源區1008和雙輸入邏輯門η型有源區1010) ^MD(金屬前電介質)層(未示出)被形成在集成電路1000的已有頂層上方，其覆蓋有源區1002、1004、1008和1010以及MOS柵極1012、1014和1016。接觸硬掩模層(未示出)可以被形成在PMD層上方。該接觸硬掩模層可以包括能夠抵抗PMD主層的蝕刻劑的材料(例如，氮化硅、碳化硅、氧化鋁和在氮氧化硅之下的無定形碳)的一個或多個子層。
[0010]用于接觸件的區域在集成電路1000內被定義。參考圖1A，期望的接觸區可以包括小型/緊湊型(compact)單節點接觸區1018，其長寬比在0.8至1.0之間。長寬比是指接觸區的橫向維度。該接觸區也可以包括細長單節點接觸圖案1020，其長寬比大于2。該接觸區進一步包括細長接觸區1022，其定義用于直接連接到多于一個有源區和/或MOS柵極的細長接觸件的區域。細長接觸圖案1022的一些實例可以是線性的。如圖1A所描述，細長接觸圖案1022的一些實例可以是非線性的，例如具有一個或多個彎曲部。
[0011]參考圖1B，第一接觸蝕刻子掩模1024被形成在集成電路1000上方。為清楚起見，沒有在圖1B中示出圖1A中描述的有源區和MOS柵極。第一接觸蝕刻子掩模1024在圖1B中被描述為具有陰影線圖案，并且接觸區1018、1020和1022被描述為無陰影線。第一接觸蝕刻子掩模1024的邊緣形成接觸區1018、1020和1022的部分邊界。第一接觸蝕刻子掩模1024可以例如通過以下步驟來形成:在集成電路1000上形成底部抗反射涂層(BARC)，然后在BARC上形成第一接觸光刻膠層，隨后在第一接觸光刻膠層上形成減阻頂層(其減小在浸潤式曝光操作中的阻力)。在第一接觸曝光操作中使用第一接觸子圖案對第一接觸光刻膠層進行曝光(例如通過浸潤式掃描儀光刻工具)并進行顯影。已顯影的第一接觸光刻膠層在被稱為“7令凍”的工藝中被處理以形成第一接觸蝕刻子掩模1024，從而在生產第二接觸蝕刻子掩模的后續工藝序列中使其保持完整。可以執行例如由Masafumi Hori等人在“Sub_40nm Half-Pitch Double Patterning with Resist Freezing Process/’Advances in ResistMaterials and Processing Technology XXV?Proc.0f SPIE Vol.6923，69230Η，2008中所描述的冷凍步驟。用于處理已顯影的第一接觸光刻膠層以使其在形成第二接觸蝕刻子掩模的過程中保持完整的其他工藝也在當前示例的范圍內。
[0012]參考圖1C，第二接觸蝕刻子掩模1026被形成在集成電路1000上方，因此第一接觸蝕刻子掩模1024與第二接觸蝕刻子掩模1026結合形成接觸蝕刻掩模，其暴露出位于接觸區1018、1020和1022中的集成電路1000的頂表面。接觸區1018、1020和1022的邊界由第一接觸蝕刻子掩模1024和第二接觸蝕刻子掩模1026的組合邊緣形成。可以例如通過以下步驟形成第二接觸蝕刻子掩模1026:形成包含BARC、第二接觸光刻膠層和減阻頂層的層堆疊，接著在第二接觸曝光操作中使用第二接觸子圖案對第二接觸光刻膠層進行曝光，并且對第二接觸光刻膠層進行顯影。在當前示例的一個版本中，在生產接觸蝕刻掩模時不執行額外的曝光和顯影序列。在當前示例的一個版本中，接觸區1018、1020和1022的一些構件可以被分開小于用來執行第一接觸曝光操作和/或第二接觸曝光操作的光刻設備的空間分辨率極限。
[0013]利用組合式接觸蝕刻掩模(IO 24+1026)在PMD層中形成接觸孔。在使用接觸硬掩模層的當前示例的版本中，通過第一接觸蝕刻工藝例如反應離子蝕刻(RIE)工藝從接觸硬掩模層上移除接觸硬掩模材料。然后通過使用蝕刻的硬掩模層作為模板的第二接觸蝕刻工藝在PMD層中形成接觸孔。組合式接觸蝕刻掩模(1024+1026)可以在第一接觸蝕刻工藝之后、在第二接觸蝕刻工藝期間或者在第二接觸蝕刻工藝之后被移除。在不具有接觸硬掩模層的當前示例的版本中，通過使用接觸蝕刻工藝例如RIE工藝，利用接觸蝕刻掩模作為模板來移除PMD材料，從而在PMD層中形成接觸孔。接觸蝕刻掩模可以在接觸蝕刻工藝期間或之后被移除。
[0014]參考圖1D，PMD層中的接觸孔被填充接觸金屬以形成多個接觸件，包括:小型單節點接觸件1028，其長寬比在0.8至1.0之間；細長單節點接觸件1030，其長寬比大于2;雙節點細長接觸件1032，其精確地連接到兩個有源區1002和/或MOS柵極1012并且隨后被直接連接到第一級互連件；以及多節點細長接觸件1034，其連接到三個或更多有源區1002和/Smos柵極1012。一些雙節點細長接觸件1032是CMOS反相器中的反相器輸出節點細長接觸件，其將反相器P型有源區1004的輸出節點與反相器η型有源區1006的輸出節點相連。如果形成了CMOS雙輸入邏輯門，則雙節點細長接觸件中的一個是CMOS雙輸入邏輯門接觸件1036，其將CMOS雙輸入邏輯門P型有源區100 8的輸出節點與CMOS雙輸入邏輯門η型有源區11的輸出節點相連。可以例如通過以下步驟形成接觸件1028、1030、1032、1034和1036:用接觸襯層金屬例如鈦或氮化鈦填充接觸孔，接著用接觸填充金屬例如鎢填充接觸孔，隨后使用蝕刻和/或CMP方法從PMD層的頂表面上移除接觸填充金屬和接觸襯層金屬。
[0015]參考圖1E JMD層(未示出)被形成在接觸件和PMD層上。該頂D層可以包括二氧化硅和/或低k介電材料，例如有機硅酸鹽玻璃(OSG)、碳摻雜硅氧化物(SiCO或CD0)或甲基倍半硅氧烷(MSQ)。互連硬掩模層(未示出)可以被形成在MD層上方。該互連硬掩模層可以包括抵抗MD層的蝕刻劑的材料(例如，氮化硅、碳化硅、氧化鋁和氮化鈦)的一個或多個子層。用于期望的第一級互連件的區域1038被定義在集成電路1000內。
[0016]參考圖1F，第一溝槽蝕刻子掩模1040被形成在集成電路1000的頂表面上。為清楚起見，在圖1A中描述的有源區和MOS柵極未顯示在圖1F中。第一溝槽蝕刻子掩模1040的邊緣形成期望的互連區1038的部分邊界。可以例如通過以下步驟形成第一溝槽蝕刻子掩模1040:在集成電路1000上形成BARC，接著在BARC上形成第一溝槽光刻膠層，隨后在第一溝槽光刻膠層上形成減阻頂層。在第一溝槽曝光操作中使用第一溝槽子圖案對第一溝槽光刻膠層進行曝光(例如使用浸潤式掃描儀光刻工具)并且進行顯影。已顯影的第一溝槽光刻膠層在形成第一溝槽蝕刻子掩模1040的冷凍工藝中被處理，以使其在生產第二溝槽蝕刻子掩模的后續工藝序列中保持完整。用于處理已顯影的第一溝槽光刻膠層以使其在形成第二溝槽蝕刻子掩模期間保持完整的其他工藝也在當前示例的范圍內。
[0017]參考圖1G，第二溝槽蝕刻子掩模1042被形成在集成電路1000上方，因此第一溝槽蝕刻子掩模1040與第二溝槽蝕刻子掩模1042結合形成溝槽蝕刻掩模，其暴露出在互連區1038中的集成電路1000的頂表面。互連區1038的邊界由第一溝槽蝕刻子掩模1040和第二溝槽蝕刻子掩模1042的組合邊緣形成。可以例如通過以下步驟形成第二溝槽蝕刻子掩模1042:形成包括BARC、第二溝槽光刻膠層和減阻頂層的層堆疊，接著在第二溝槽曝光操作中利用第二溝槽子圖案對第二溝槽光刻膠層進行曝光，并且對第二溝槽光刻膠層進行顯影。在當前示例的一個版本中，在生產溝槽蝕刻掩模中不執行額外的曝光和顯影序列。在當前示例的一個版本中，互連區1038的一些構件被分開小于用來執行第一溝槽曝光操作和/或第二溝槽曝光操作的光刻設備的空間分辨率極限。
[0018]使用溝槽蝕刻掩模在MD層中形成互連溝槽。在使用互連硬掩模層的當前示例的版本中，通過第一溝槽蝕刻工藝例如RIE工藝從互連硬掩模層上移除互連硬掩模材料。然后通過使用已蝕刻的硬掩模層作為模板的第二溝槽蝕刻工藝在MD層中形成溝槽。在第一溝槽蝕刻工藝之后、在第二溝槽蝕刻工藝期間或者在第二溝槽蝕刻工藝之后，可以移除溝槽蝕刻掩模。在不具有互連硬掩模層的當前示例的版本中，通過使用溝槽蝕刻工藝例如RIE工藝，利用溝槽蝕刻掩模作為模板來移除MD材料，從而在頂D層中形成溝槽。可以在溝槽蝕刻工藝期間或者之后移除溝槽蝕刻掩模。
[0019]參考圖1H，多個第一級互連件1044被形成在互連溝槽中，例如通過使用互連金屬(例如包含氮化鉭的襯層金屬和包含至少90%的銅的填充金屬)填充互連溝槽，并且利用CMP操作去除不需要的襯層金屬和填充金屬。至少一部分第一級互連件1044的底表面直接連接到一部分或者可能全部的接觸件。雙節點細長接觸件1032直接連接到第一級互連件1044。額外多級介電層和互連件(未示出)(例如垂直互連件，也被稱為通孔)被形成在第一級互連件1044之上。所述額外多級中的多個互連件直接連接到多個第一級互連件1044的一部分或所有構件。
[0020]圖2A至圖2K是根據一個示例利用接觸件和溝槽硬掩模形成的集成電路的橫截面圖，其以連續的制造階段來描述。參考圖2A，集成電路2000被形成在襯底2002中和襯底2002上，該襯底可以是單晶硅晶片、絕緣體上硅(SOI)晶片、具有不同晶向區域的混合取向技術(HOT)晶片或者適用于制造集成電路2000的其他材料。場氧化物2004的元件被形成在襯底2002的頂表面處，例如利用淺溝槽隔離(STI)和局部硅氧化隔離(LOCOS)工藝由厚度在250至IJ600納米之間的二氧化硅形成。在STI工藝中，可以通過高密度等離子(HDP)或高深寬比工藝(HARP)來沉積二氧化硅。位于場氧化物2004之間的襯底2002的頂表面處的區域是集成電路2000的有源區2006。有源區2006可以包括位于襯底2002的頂表面處的一層金屬硅化物。MOS柵極2008被形成在襯底2002上方。PMD層2010被形成在有源區2006和MOS柵極2008上方。PMD層2010可以是介電層堆疊，其包括PMD襯層、PMD主層和可選的PMD蓋層。在至少一個示例中，PMD襯層(未示出)是厚度在10到100納米之間的氮化硅或二氧化硅，其通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)沉積在有源區2006和MOS柵極2008上方。在至少一個示例中，PMD主層是厚度在100到1000納米的一層二氧化硅、磷硅酸鹽玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)，其通過PECVD沉積在PMD襯層的頂表面上，并且有時通過化學機械拋光(CMP)工藝來找平(leveled)。在至少一個示例中，可選的PMD蓋層(未示出)是10到100納米的硬材料(例如，氮化硅、碳氮化硅或碳化硅)，其被形成在PMD主層的頂表面上。接觸硬掩模層2012被形成在PMD層2010上方。接觸硬掩模層2012可以具有如參考圖1A所描述的材料和性質。
[0021]如下所述，第一接觸蝕刻子掩模2014被形成在接觸硬掩模層2012上。第一接觸光敏層被形成在接觸硬掩模層2012上方。第一接觸光敏層可以包括BARC層、光刻膠層以及一個或多個可選層來改進光刻工藝。在集成電路2000上執行使用光刻設備(例如浸沒式晶片掃描儀)的第一接觸蝕刻子掩模曝光操作并執行第一接觸蝕刻子掩模顯影操作以生產已顯影的光刻膠層。在已顯影的光刻膠層上執行第一冷凍操作以形成第一接觸蝕刻子掩模2014，以使其在生產第二接觸蝕刻子掩模的后續工藝序列中保持完整。第一接觸蝕刻子掩模2014的邊緣形成為集成電路2000中的接觸件定義的區域的部分邊界。
[0022]參考圖2B，第二接觸蝕刻子掩模2016被形成在接觸硬掩模層2012上，因此第一接觸蝕刻子掩模2014與第二接觸蝕刻子掩模2016結合形成接觸蝕刻掩模，該接觸蝕刻掩模暴露出接觸區中的接觸硬掩模層2012的頂表面。可以例如通過形成包含BARC、光刻膠層和減阻頂層的層堆疊并且隨后對該光刻膠層進行曝光和顯影來形成第二接觸蝕刻子掩模2016。在當前示例的一個版本中，在生產接觸蝕刻掩模時不執行額外的曝光和顯影序列。
[0023]參考圖2C，在集成電路2000上執行接觸硬掩模蝕刻工藝，其從接觸區中的接觸硬掩模層2012上去除材料以形成接觸硬掩模孔2018。在至少一個示例中，接觸硬掩模蝕刻工藝可以是RIE工藝。第一接觸蝕刻子掩模2014和第二接觸蝕刻子掩模2016可以在接觸硬掩模蝕刻工藝完成之后被移除，或者可以在后續操作期間被移除。
[0024]參考圖2D，在集成電路2000上執行接觸蝕刻工藝，其從接觸區中的PMD層2010上移除材料以形成接觸孔2020 ο接觸蝕刻工藝使用已蝕刻的接觸硬掩模層2012作為模板。接觸硬掩模層2012中的剩余材料可以在接觸蝕刻工藝完成之后被移除。
[0025]圖2E描述在完成接觸金屬化工藝之后的集成電路2000，其形成接觸件2022。在當前示例的一個版本中，一層接觸襯層金屬2024和接觸填充金屬2026在接觸孔中相繼形成。在至少一個示例中，接觸襯層金屬2024可以是鈦、氮化鈦或適用于形成接觸所述有源區2006和MOS柵極2008的其他金屬。在至少一個示例中，接觸填充金屬2026可以是鎢。接觸襯層金屬2024可以例如通過濺射、原子層沉積(ALD)、金屬有機化學氣相沉積(M0CVD)或其他工藝來形成。在至少一個示例中，可以通過濺射、MOCVD或其他工藝形成接觸填充金屬2026。可以通過CMP和/或回蝕工藝移除PMD層2010的頂表面上的接觸襯層金屬和接觸填充金屬。接觸件2022包括:雙節點細長接觸件，其精確地連接到兩個有源區2006和/或MOS柵極2008并且隨后被直接連接到第一級互連件；以及多節點細長接觸件，其連接到三個或更多有源區2006和/或MOS柵極2008。
[0026]參考圖2F JMD層2028被形成在PMD層2010上和接觸件2022的頂表面上。頂D層2028可以具有如參考圖1E所描述的材料和性質。互連硬掩模層2030被形成在頂D層2028上。互連硬掩模層2030可以具有如參考圖1E所描述的材料和性質。使用類似于參考圖2A所描述的工藝序列在互連硬掩模層2030上形成第一溝槽蝕刻子掩模2032。在已顯影的光刻膠層上執行第二冷凍操作以形成第一溝槽蝕刻子掩模2032，以使其在生產第二溝槽蝕刻子掩模的后續工藝序列中保持完整。第一溝槽蝕刻子掩模2032的邊緣形成為集成電路2000中的互連件定義的區域的部分邊界。
[0027]參考圖2G，第二溝槽蝕刻子掩模2034被形成在互連硬掩模層2030上，因此第一溝槽蝕刻子掩模2032與第二溝槽蝕刻子掩模2034結合形成溝槽蝕刻掩模，該溝槽蝕刻掩模暴露出在互連區中的互連硬掩模層2030的頂表面。在至少一個示例中，可以通過形成包含BARC、光刻膠層和減阻頂層的層堆疊并且隨后對光刻膠層進行曝光和顯影來形成第二溝槽蝕刻子掩模2034。在當前不例的一個版本中，在生產溝槽蝕刻掩模中不執行額外的曝光和顯影序列。
[0028]參考圖2H，在集成電路2000上執行互連硬掩模蝕刻工藝，其將材料從互連區中的互連硬掩模層2030上移除以形成互連硬掩模孔2036。在至少一個示例中，互連硬掩模蝕刻工藝可以是RIE工藝。第一溝槽蝕刻子掩模2032和第二溝槽蝕刻子掩模2034可以在互連硬掩模蝕刻工藝完成之后被移除，或者可以在后續操作期間被移除。
[0029]參考圖21，在集成電路2000上執行互連溝槽蝕刻工藝，其將材料從互連區中的頂D層2028上移除以形成互連溝槽2038。該溝槽蝕刻工藝使用已蝕刻的互連硬掩模層2030作為模板。互連硬掩模層2030中的剩余材料可以在互連溝槽蝕刻工藝完成之后被移除。
[0030]圖2J描述了在互連金屬化工藝完成之后的集成電路2000，其形成互連件2040。在當前示例的一個版本中，一層溝槽襯層金屬2042和溝槽填充金屬2044在溝槽中相繼形成。在至少一個示例中，溝槽襯層金屬2042可以是氮化鉭、氮化鈦或適用于形成電氣連接至接觸件2022的其他金屬。在至少一個示例中:溝槽填充金屬2044可以是至少90%的銅;溝槽襯層金屬2042可以通過濺射、ALD、M0CVD或其他工藝形成;并且溝槽填充金屬2044可以通過濺射、鍍覆或其他工藝形成。在頂D層2028的頂表面上的溝槽襯層金屬和溝槽填充金屬可以通過CMP和/或回蝕工藝被移除。雙節點細長接觸件精確地連接到兩個有源區2006和/或MOS柵極2008并且直接連接到第一級互連件2040。
[0031]參考圖2K，額外多級的介電層和互連件2046(例如，通孔2048和第二級連接件2050)被形成在第一級互連件2040上方。所述額外多級2046中的多個通孔2048直接連接到第一級互連件2040。
[0032]圖3A至3H是根據一個示例不使用硬掩模形成的集成電路的橫截面圖，其以連續的制造階段來描述。參考圖3A，集成電路3000被形成在襯底3002中和襯底3002上，該襯底可以是單晶硅晶片、SOI晶片、具有不同晶向區域的HOT晶片或者適用于制造集成電路3000的其他材料。場氧化物3004的元件被形成在襯底3002的頂表面上，例如利用STI或LOCOS工藝由厚度在250至600納米之間的二氧化硅形成。在STI工藝中，二氧化硅可以通過HDP或HARP工藝來沉積。在場氧化物3004之間的襯底3002的頂表面處的區域是集成電路3000的有源區3006。有源區3006可以包括在襯底3002的頂表面處的一層金屬硅化物。MOS柵極3008被形成在襯底3002上方。PMD層3010被形成在有源區3006和MOS柵極3008上方。PMD層3010可以具有參考圖2A所描述的材料和性質。如參考圖2A所描述，使用第一冷凍操作在PMD層3010上形成第一接觸蝕刻子掩模3012，以使得第一接觸蝕刻子掩模3012在生產第二接觸蝕刻子掩模的后續工藝序列中保持完整。第一接觸蝕刻子掩模3012的邊緣形成了為集成電路3000中的接觸件定義的區域的部分邊界。
[0033]參考圖3B，第二接觸蝕刻子掩模3014被形成在PMD層3010上，因此第一接觸蝕刻子掩模3012與第二接觸蝕刻子掩模3014結合形成接觸蝕刻掩模，該接觸蝕刻掩模暴露出在接觸區中的PMD層3010的頂表面。可以例如通過形成包括BARC、光刻膠層和減阻頂層的層堆疊并且隨后對光刻膠層進行曝光和顯影來形成第二接觸蝕刻子掩模3014。在當前示例的一個版本中，在生產接觸蝕刻掩模時不執行額外的曝光和顯影序列。
[0034]參考圖3C，在集成電路3000上執行接觸蝕刻工藝，其將材料從接觸區中的PMD層3010上移除以形成接觸孔3016。在至少一個示例中，接觸蝕刻工藝可以是RIE工藝。第一接觸蝕刻子掩模3012和第二接觸蝕刻子掩模3014可以在接觸蝕刻工藝完成之后被移除。
[0035]圖3D描述了在接觸金屬化工藝完成之后的集成電路3000，其形成包括接觸金屬襯層3020和接觸填充金屬3022的接觸件3018，如參考圖2E所描述。接觸件3018包括:雙節點細長接觸件，其精確地連接至到兩個有源區3006和/或MOS柵極3008并且隨后被直接連接到第一級互連件；以及多節點細長接觸件，其連接到三個或更多有源區3006和/或MOS柵極3008。
[0036]參考圖3E JMD層3024被形成在PMD層3010上和接觸件3022的頂表面上。頂D層3024可以具有參考圖1E所描述的材料和性質。使用類似于參考圖2A所描述的工藝序列在MD層3024上形成第一溝槽蝕刻子掩模3026。在已顯影的光刻膠上執行第二冷凍操作以形成第一溝槽蝕刻子掩模3026，以使其在生產第二溝槽蝕刻子掩模的后續工藝序列中保持完整。第一溝槽蝕刻子掩模3026的邊緣形成了為集成電路3000中的互連件定義的區域的部分邊界。
[0037]參考圖3F，第二溝槽蝕刻子掩模3028被形成在頂D層3024上，因此第一溝槽蝕刻子掩模3026與第二溝槽蝕刻子掩模3028結合形成溝槽蝕刻掩模，該溝槽蝕刻掩模暴露出在互連區中的頂D層3024的頂表面。可以例如通過形成包括BARC、光刻膠層和減阻頂層的層堆疊并且隨后對光刻膠層進行曝光和顯影來形成第二溝槽蝕刻子掩模3028。在當前示例的一個版本中，在生產溝槽蝕刻掩模時不執行額外的曝光和顯影序列。
[0038]參考圖3G，在集成電路3000上執行互連溝槽蝕刻工藝，其將材料從互連區中的頂D層3024上移除以形成互連溝槽3030。該溝槽蝕刻工藝使用由第一溝槽蝕刻子掩模3026結合第二溝槽蝕刻子掩模3028形成的溝槽蝕刻掩模作為模板。第一溝槽蝕刻子掩模3026和第二溝槽蝕刻子掩模3028中的剩余材料可以在互連溝槽蝕刻工藝完成后被移除。
[0039]圖3H描述了在互連金屬化工藝完成之后的集成電路3000，其形成互連件3032。在當前示例的一個版本中，一層溝槽襯層金屬3034和溝槽填充金屬3036在溝槽中相繼形成。溝槽襯層金屬3034和溝槽填充金屬3036可以如參考圖2J所描述的那樣形成。在頂D層3024的頂表面上的溝槽襯層金屬和溝槽填充金屬可以由CMP和/或回蝕工藝去除。雙節點細長接觸件精確地連接到兩個有源區3006和/或MOS柵極3008并且直接連接到第一級互連件3032。如參考圖2K所描述，額外多級的介電層和互連件被形成在第一級互連件3032上方。
[0040]修改可能存在于所描述的實施例中，并且在權利要求的范圍內的其他實施例是可能的。
【主權項】
1.一種形成集成電路的方法，包括: 在襯底的頂表面處形成場氧化物的元件，使得所述場氧化物之間的所述襯底的區域是有源區； 在所述襯底上方形成金屬氧化物半導體晶體管柵極即MOS晶體管柵極； 在所述有源區和所述MOS晶體管柵極上方形成金屬前介電層即PMD層，所述PMD層具有為接觸件定義的接觸區； 通過包括以下步驟的工藝在所述PMD層上方形成接觸蝕刻掩模: 在所述PMD層上方形成第一接觸光刻膠層； 在所述第一接觸光刻膠層上使用第一接觸子圖案執行第一接觸曝光操作； 對所述第一接觸光刻膠層進行顯影； 在所述第一接觸光刻膠層上執行冷凍工藝以形成所述接觸蝕刻掩模的第一接觸蝕刻子掩模； 在所述PMD層上方形成第二接觸光刻膠層； 在所述第二接觸光刻膠層上使用第二接觸子圖案執行第二接觸曝光操作； 對所述第二接觸光刻膠層進行顯影以形成所述接觸蝕刻掩模的第二接觸蝕刻子掩模，使得所述接觸區的邊界由所述第一接觸蝕刻子掩模和所述第二接觸蝕刻子掩模的組合邊緣形成； 在由所述接觸區定義的區域中的所述PMD層中蝕刻多個接觸孔； 使用接觸金屬填充所述接觸孔以形成多個接觸件，所述多個接觸件包括: 雙節點細長接觸件，其精確地連接到兩個有源區和/或MOS柵極;和 多節點細長接觸件，其連接到三個或更多有源區和/或MOS柵極； 在所述PMD層之上形成金屬間介電層即頂D層，所述頂D層具有為互連件定義的互連區； 在由所述互連區定義的區域中的所述MD層中蝕刻多個互連溝槽； 使用互連金屬填充所述互連溝槽以形成多個第一級互連件，使得每個所述雙節點細長接觸件直接連接到至少一個所述第一級互連件。2.根據權利要求1所述的方法，其進一步包括: 在形成所述接觸蝕刻掩模之前，在所述PMD層上方形成接觸硬掩模層;并且在形成所述接觸蝕刻掩模之后并且在蝕刻所述PMD層中的所述多個接觸孔之前，在所述集成電路上執行接觸硬掩模蝕刻工藝，以便從所述接觸區中的所述接觸硬掩模層上移除材料以形成接觸硬掩模孔，從而使用所述接觸硬掩模層作為模板在所述PMD層中蝕刻多個所述接觸孔。3.根據權利要求1所述的方法，其中使用接觸金屬填充所述接觸孔包括: 在所述接觸孔中形成接觸襯層金屬；以及 在所述接觸孔中形成接觸填充金屬。4.根據權利要求1所述的方法，其中使用互連金屬填充所述互連溝槽包括: 在所述互連溝槽中形成溝槽襯層金屬；以及 在所述互連溝槽中形成溝槽填充金屬。5.根據權利要求1所述的方法，其中在形成所述接觸蝕刻掩模中不執行額外的曝光和顯影序列。6.根據權利要求1所述的方法，其進一步包括通過包含以下步驟的工藝形成CMOS反相器: 形成所述場氧化物的元件以在所述襯底中提供反相器P型有源區，所述反相器P型有源區包括輸出節點； 形成所述場氧化物的元件以在所述襯底中鄰近所述反相器P型有源區提供反相器η型有源區，所述反相器η型有源區包括輸出節點； 在所述襯底之上形成反相器MOS柵極，所述反相器MOS柵極橫跨所述反相器P型有源區和所述反相器η型有源區； 形成所述接觸蝕刻掩模以提供連接所述反相器P型有源區的所述輸出節點和所述反相器η型有源區的所述輸出節點的反相器輸出節點細長接觸件；以及 形成所述第一級互連件中的一個，其被直接連接到所述反相器輸出節點細長接觸件。7.一種形成集成電路的方法，包括: 在襯底的頂表面處形成場氧化物的元件，使得位于所述場氧化物之間的所述襯底的區域是有源區； 在所述襯底上方形成MOS晶體管柵極； 在所述有源區和所述MOS晶體管柵極上方形成PMD層，所述PMD層具有為接觸件定義的接觸區； 在由所述接觸區定義的區域中在所述PMD層中蝕刻多個接觸孔； 使用接觸金屬填充所述接觸孔以形成多個接觸件，所述多個接觸件包括: 雙節點細長接觸件，其精確地連接到兩個有源區和/或MOS柵極;和 多節點細長接觸件，其連接到三個或更多有源區和/或MOS柵極； 在所述PMD層之上形成頂D層，所述頂D層具有為互連件定義的互連區； 通過包括以下步驟的工藝在所述MD層上方形成溝槽蝕刻掩模: 在所述MD層上方形成第一溝槽光刻膠層； 在所述第一溝槽光刻膠層上使用第一溝槽子圖案執行第一溝槽曝光操作； 對所述第一溝槽光刻膠層進行顯影； 在所述第一溝槽光刻膠層上執行冷凍工藝以形成所述溝槽蝕刻掩模的第一溝槽蝕刻子掩模，使得所述第一溝槽蝕刻子掩模的邊緣形成所述互連區的部分邊界； 在所述MD層上方形成第二溝槽光刻膠層； 在所述第二溝槽光刻膠層上使用第二溝槽子圖案執行第二溝槽曝光操作； 對所述第二溝槽光刻膠層進行顯影以形成所述溝槽蝕刻掩模的第二溝槽蝕刻子掩模，使得所述互連區的邊界由所述第一溝槽蝕刻子掩模和所述第二溝槽蝕刻子掩模的組合邊緣形成； 在由所述互連區定義的區域中在所述MD層中蝕刻多個互連溝槽； 使用互連金屬填充所述互連溝槽以形成多個第一級互連件，使得每個所述雙節點細長接觸件直接連接到所述第一級互連件中的至少一個。8.根據權利要求7所述的方法，其進一步包括: 在形成所述溝槽蝕刻掩模之前，在所述MD層上方形成互連硬掩模層；以及 在形成所述溝槽蝕刻掩模之后并且在蝕刻所述IMD層中的所述多個互連溝槽之前，在所述集成電路上執行互連硬掩模蝕刻工藝，以便從所述互連區內的所述互連硬掩模層上移除材料以形成互連硬掩模孔，從而使用所述互連硬掩模層作為模板執行在所述頂D層中蝕刻多個所述互連溝槽。9.根據權利要求7所述的方法，其中使用互連金屬填充所述互連溝槽包括: 在所述互連溝槽中形成溝槽襯層金屬；以及 在所述互連溝槽中形成溝槽填充金屬。10.根據權利要求7所述的方法，其中在形成所述溝槽蝕刻掩模中沒有執行額外的曝光和顯影序列。11.根據權利要求7所述的方法，其中: 使用具有空間分辨率極限的光刻設備來執行所述第一溝槽曝光操作;并且 所述互連區的一些構件被分開小于所述空間分辨率極限。12.根據權利要求7所述的方法，其進一步包括通過包含以下步驟的工藝形成CMOS反相器: 形成所述場氧化物的元件以在所述襯底中提供反相器P型有源區，所述反相器P型有源區包括輸出節點； 形成所述場氧化物的元件以在所述襯底中提供與所述反相器P型有源區相鄰的反相器η型有源區，所述反相器η型有源區包括輸出節點； 在所襯底上方形成反相器MOS柵極，所述反相器MOS柵極橫跨所述反相器P型有源區和所述反相器η型有源區； 形成所述雙節點細長接觸件以提供連接所述反相器P型有源區的所述輸出節點和所述反相器η型有源區的所述輸出節點的反相器輸出節點細長接觸件；以及 形成所述接觸蝕刻掩模以便使所述第一級互連件中的一個與所述反相器輸出節點細長接觸件直接連接。13.一種形成集成電路的方法，其包括: 在襯底的頂表面處形成場氧化物的元件，使得所述場氧化物之間的所述襯底的區域是有源區； 在所述襯底上方形成MOS晶體管柵極； 在所述有源區和所述MOS晶體管柵極上方形成PMD層，所述PMD層具有為接觸件定義的接觸區； 通過包括以下步驟的工藝在所述PMD層上方形成接觸蝕刻掩模: 在所述PMD層上方形成第一接觸光刻膠層； 在所述第一接觸光刻膠層上使用第一接觸子圖案執行第一接觸曝光操作； 對所述第一接觸光刻膠層進行顯影； 在所述第一接觸光刻膠層上執行冷凍工藝以形成所述接觸蝕刻掩模的第一接觸蝕刻子掩模，使得所述第一接觸蝕刻子掩模的邊緣形成所述接觸區的部分邊界； 在所述PMD層上方形成第二接觸光刻膠層，同時所述第一接觸蝕刻子掩模保留在所述PMD層上； 在所述接觸光刻膠層上使用第二接觸子圖案的執行第二接觸曝光操作； 對所述第二接觸光刻膠層進行顯影以形成所述接觸蝕刻掩模的第二接觸蝕刻子掩模，使得所述接觸區的邊界由所述第一接觸蝕刻子掩模和所述第二接觸蝕刻子掩模的組合邊緣形成； 在由所述接觸區定義的區域中在所述PMD層中蝕刻多個接觸孔； 使用接觸金屬填充所述接觸孔以形成多個接觸件，所述多個接觸件包括: 雙節點細長接觸件，其精確地連接到兩個有源區和/或MOS柵極;和 多節點細長接觸件，其連接到三個或更多有源區和/或MOS柵極； 在所述PMD層上方形成頂D層，所述頂D層具有為互連件定義的互連區； 通過包括以下步驟的工藝在所述MD層上方形成溝槽蝕刻掩模: 在所述MD層上方形成第一溝槽光刻膠層； 在所述第一溝槽光刻膠層上使用第一溝槽蝕刻子圖案執行第一溝槽曝光操作； 對所述第一溝槽光刻膠層進行顯影； 在所述第一溝槽光刻膠層上執行冷凍操作以形成所述溝槽蝕刻掩模的第一溝槽蝕刻子掩模，使得所述第一溝槽蝕刻子掩模的邊緣形成所述互連區的部分邊界； 在所述IMD層上方形成第二溝槽光刻膠層，同時所述第一溝槽蝕刻子掩模保留在所述頂D層上方； 在所述第二溝槽光刻膠層上使用第二溝槽子圖案執行第二溝槽曝光操作； 對所述第二溝槽光刻膠層進行顯影以形成所述溝槽蝕刻掩模的第二溝槽蝕刻子掩模，使得所述互連區的邊界由所述第一溝槽蝕刻子掩模和所述第二溝槽蝕刻子掩模的組合邊緣形成； 在由所述互連區定義的區域中在所述MD層中蝕刻多個互連溝槽； 使用互連金屬填充所述互連溝槽以形成多個第一級互連件，使得每個所述雙節點細長接觸件直接連接到至少一個所述第一級互連件。14.根據權利要求13所述的方法，其進一步包括: 在形成所述接觸蝕刻掩模之前在所述PMD層上方形成接觸硬掩模層；以及在形成所述接觸蝕刻掩模之后并且在蝕刻所述PMD層中的多個所述接觸孔之前，在所述集成電路上執行接觸硬掩模蝕刻工藝，以便從所述接觸區中的所述接觸硬掩模層上移除材料以形成接觸硬掩模孔，由此使用所述接觸硬掩模層作為模板執行在所述PMD層中蝕刻所述多個接觸孔。15.根據權利要求13所述的方法，其進一步包括: 在形成所述溝槽蝕刻掩模之前，在所述MD層上方形成互連硬掩模層；以及在形成所述溝槽蝕刻掩模之后并且在所述IMD層中蝕刻多個所述互連溝槽之前，在所述集成電路上執行互連硬掩模蝕刻工藝，以便從所述互連區中的所述互連硬掩模上移除材料以形成互連硬掩模孔，以便使用所述互連硬掩模層作為模板執行在所述MD層中蝕刻所述多個互連溝槽。16.根據權利要求13所述的方法，其中使用接觸金屬填充所述接觸孔包括: 在所述接觸孔中形成接觸襯層金屬；以及 在所述接觸孔中形成接觸填充金屬。17.根據權利要求13所述的方法，其中使用互連金屬填充所述互連溝槽包括: 在所述互連溝槽中形成溝槽襯層金屬；以及 在所述互連溝槽中形成溝槽填充金屬。18.根據權利要求13所述的方法，其中: 使用具有空間分辨率極限的光刻設備來執行所述第一接觸曝光操作;并且 所述接觸區的一些構件被分開小于所述空間分辨率極限。19.根據權利要求13所述的方法，其中: 使用具有空間分辨率極限的光刻設備執行所述第一溝槽曝光操作;并且 所述互連區的一些構件被分開小于所述空間分辨率極限。20.根據權利要求13所述的方法，其進一步包括通過包括以下步驟的工藝形成CMOS反相器: 形成所述場氧化物的元件以在所述襯底中提供反相器P型有源區，所述反相器P型有源區包括輸出節點； 形成所述場氧化物的元件以在與所述反相器P型有源區相鄰的襯底中提供反相器η型有源區，所述反相器η型有源區包括輸出節點； 在所述襯底上方形成反相器MOS柵極，所述反相器MOS柵極橫跨所述反相器P型有源區和所述反相器η型有源區； 形成所述接觸蝕刻掩模以提供連接所述反相器P型有源區的所述輸出節點和反相器η型有源區的所述輸出節點的反相器輸出節點細長接觸件；以及 形成所述接觸蝕刻掩模以便所述第一級互連件中的一個被直接連接到所述反相器輸出節點細長接觸件。
【文檔編號】H01L21/8249GK105830211SQ201480068941
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年12月17日
【發明人】J·W·布拉奇福德, S·W·杰森
【申請人】德克薩斯儀器股份有限公司