专利名称：双镶嵌结构形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种双镶嵌结构形成方法。
技术背景随着集成电路向深亚微米尺寸发展，器件尺寸的缩小使得金属导线的电 阻值上升，同时寄生电容效应变得愈发严重。近年来，通过在集成电路中制 作具有高可靠度和低成本的内连线，即使用低介电常数的介电层及低电阻值 的金属材料的双镶嵌工艺，来降低金属导线的电阻值及器件内的寄生电容效应。图l为说明现有方法中形成双镶嵌结构的流程示意图，如图l所示，现有双镶嵌方法为首先，在下层材料表面顺序叠加刻蚀终止层、介质层、第一 抗反射涂层及图案化的第一光致抗蚀剂层，形成双镶嵌基体，并顺序刻蚀第 一抗反射涂层、介质层，形成通孔；随后，移除图案化的第一光致抗蚀剂层 及第一抗反射涂层，并选定操作机台，形成第二抗反射涂层，第二抗反射涂层 覆盖介质层表面并填充通孔；利用上述机台或另一机台形成第二光致抗蚀剂 层，并图案化第二光致抗蚀剂层；最后，刻蚀第二抗反射涂层及预定厚度的 介质层后，移除图案化的第二光致抗蚀剂层及第二抗反射涂层，并去除刻蚀 终止层，形成沟槽。但实际生产发现，应用此方法刻蚀后的沟槽内表面通常 具有聚合物块状凸起及侧壁结构缺陷，业界将此现象归结为由于光致抗蚀剂 层性质变异，即光致抗蚀剂层的毒化现象引起的。所述光致抗蚀剂层的毒化 是由于介质中的碱性气体进入第二光致抗蚀剂层，并在第二光致抗蚀剂层曝 光后中和曝光后的第二光致抗蚀剂层中的酸性成分所造成的。现有方法中通常通过形成阻障层，进而利用阻挡层阻止介质层与光致抗 蚀剂的直接接触，即利用阻挡层阻止介质层中的碱性气体进入光致抗蚀剂层， 继而控制光致抗蚀剂中毒现象的发生。详见中国专利 "02105710.9"和 "02128694.9"。即现有方法中为阻止光致抗蚀剂中毒现象的发生，需引入 附加工艺，使得集成电路的制作工艺趋于复杂化，延长了产品的生产周期。 若能在不引入附加工艺的前提下形成在刻蚀过程中无光致抗蚀剂中毒现象发 生的双镶嵌结构，则既可解决现有技术中存在的问题，又不会引起现行制作 工艺的复杂化。
分析发现，在通孔刻蚀及刻蚀后清洗过程中会产生氨气(NH3)等碱性气 体，此气体中的大部分随刻蚀过程中动态气流排出，但仍有部分碱性气体扩 散至介质层中，且扩散至介质层中的部分碱性气体在第二抗反射涂层的形成 过程中扩散至第二抗反射涂层中。若形成第二抗反射涂层与后续步骤间的间 隔时间过长，此气体便有足够的时间扩散至第二抗反射涂层顶部，进而在形 成第二光致抗蚀剂层的过程中进入第二光致抗蚀剂层，并在第二光致抗蚀剂 层曝光后中和曝光后的第二光致抗蚀剂层中的酸性成分，造成光致抗蚀剂中 毒，致使通过第二光致抗蚀剂层的图案化过程无法得到完整的设计图形，影 响沟槽刻蚀效果。由此，如何减少上述碱性气体在第二抗反射涂层中的扩散 成为抑制光致抗蚀剂中毒现象的发生的主要指导方向。通常，第二抗反射涂 层的形成过程包含两个烘干步骤，即第一烘千步骤和第二烘干步骤，上述碱 性气体在第二烘干步骤后相对于第一烘干步骤后具有更强的扩散能力，而现 有工艺中通常将形成第二抗反射涂层与后续步骤间的间隔时间安排在形成第 二抗反射涂层的第二烘干步骤之后，为降低上述^5成性气体在第二抗反射涂层 中的扩散，通常将形成第二光致抗蚀剂层步骤前所需的等待时间控制在O. 5小 时以内，如此，虽可抑制光致抗蚀剂中毒现象的发生，但也对生产调度提出 了相当高的要求。若能在不形成光致抗蚀剂中毒缺陷的同时，既能减少上述碱性气体在第 二抗反射涂层中的扩散，又能允许在形成第二光致抗蚀剂层步骤前有足够的 等待时间，即增强生产调度的灵活性，将极大地满足生产要求。 发明内容本发明提供了 一种双镶嵌结构形成方法，使得在集成电路的制造过程中 不必引入附加工艺或强化生产调度即可有效抑制光致抗蚀剂中毒现象发生。 本发明提供的一种双镶嵌结构形成方法，包括形成双镶嵌基体，所述双镶嵌基体包含顺序叠加的刻蚀终止层、介质层、 第 一抗反射涂层及图案化的第 一光致抗蚀剂层；顺序刻蚀第一抗反射涂层、介质层，形成通孔；移除图案化的第 一光致抗蚀剂层及第 一抗反射涂层；涂覆第二抗反射涂层；利用确定机台完成所述第二抗反射涂层的第 一烘干过程；
利用上述机台或另 一机台完成所述第二抗反射涂层的第二烘干过程，并形成图案化所述第二光致抗蚀剂层；刻蚀第二抗反射涂层及介质层，并去除通孔底部刻蚀终止层，形成沟槽。 所述第二抗反射涂层的第 一烘干过程与第二烘干过程的间隔时间范围为0~72小时；所述抗反射涂层材料包括氮氧化硅、碳氧化硅以及深紫外光吸收 氧化物等材料中的一种或其组合；所述介质层材料包括黑钻石、氟硅玻璃、磷 硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、有机聚合物材料如聚酰亚胺、有机硅氧烷 聚合物、聚亚芳基醚、碳掺杂硅酸盐玻璃、倍半硅氧烷玻璃、氟化或非氟化 硅酸盐玻璃、金刚石状无定形碳以及芳族烃聚合物等材料中的一种或其组合； 所述第二抗反射涂层的第一烘干温度为100 150摄氏度；所述第二抗反射涂 层的第二烘干温度为200 300摄氏度；所述第二光致抗蚀剂层的烘千温度为 90~110摄氏度。与现有技术相比，本发明具有以下优点1. 通过改变形成第二光致抗蚀剂层前所需等待时间所处各步骤间的间隔 时段，使得在集成电路的制造过程中不必引入附加工艺即可有效抑制光致抗 蚀剂中毒现象发生；2. 通过将形成第二光致抗蚀剂层前所需的等待时间移至所述第二抗反射 涂层的第一烘干过程之后，使得在相同的等待时间内扩散至第二抗反射涂层 中的碱性气体减少，继而没有足够的碱性气体扩散至第二光致抗蚀剂层，进 而不再发生光致抗蚀剂中毒现象；3. 通过将形成第二光致抗蚀剂层前所需的等待时间移至所述第二抗反 射涂层的第一烘干过程之后，可延长此等待时间，且无光致抗蚀剂中毒现象 发生，极大地增强了生产安排的灵活性。
图1为说明现有方法中形成双镶嵌结构的流程示意图； 图2为说明本发明方法实施例的形成双镶嵌结构的流程示意图； 图3A~ 3F为说明本发明方法实施例的双镶嵌结构形成方法示意图。
具体实施方式
尽管下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的 优选实施例，应当理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实200610116902.7说明书第4/7页现本发明的有利效果。因此，下列的描述应当^皮理解为对于本领域技术人员 的广泛教导，而并不作为对本发明的限制。为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述 公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认 为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定 目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实 施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于具 有本发明优势的本领域技术人员来说仅仅是常规工作。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下列说明 和权利要求书本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常 简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实 施例的目的。图2为说明本发明方法实施例的形成双镶嵌结构的流程示意图，如图2 所示，应用本发明提供的方法形成双镶嵌结构的步骤包括在下层材料表面 顺序叠加刻蚀终止层、介质层、第一抗反射涂层及图案化的第一光致抗蚀剂 层，形成双镶嵌基体；顺序刻蚀第一抗反射涂层、介质层，形成通孔；移除 图案化的第 一光致抗蚀剂层及第 一抗反射涂层；利用确定的机台旋涂第二抗 反射涂层，并完成所述第二抗反射涂层的第一烘千过程，所述第二抗反射涂 层覆盖介质层表面并填充通孔；利用上述机台或另一机台完成所述第二抗反 射涂层的第二烘干过程，并形成图案化所述第二光致抗蚀剂层；刻蚀第二抗 反射涂层及预定厚度的介质层后，移除图案化的第二光致抗蚀剂层及第二抗 反射涂层，并去除通孔底部刻蚀终止层，形成沟槽。图3为说明本发明方法实施例的双镶嵌结构形成方法示意图，如图所示， 应用本发明提供的方法形成双镶嵌结构的具体步骤包括首先，如图3A所示，在下层材料10表面顺序叠加刻蚀终止层20、介质层 30、第一抗反射涂层40及图案化的第一光致抗蚀剂层50，形成双镶嵌基体。所述抗反射涂层40材料包括氮氧化硅(SiON)、碳氧化硅(SiOC)以及 深紫外光吸收氧化物(Deep Ultraviolet Absorbing Oxide, DUO)等材料中 的一种或其组合；所述介质层30材料包括黑钻石(Black Diamond, BD)、氟 硅玻璃(FSG )、磷硅玻璃(PSG )、硼硅玻璃(BSG )、硼磷硅玻璃(BPSG )、6 有机聚合物材料如聚酰亚胺、有机硅氧烷聚合物、聚亚芳基醚、碳掺杂硅酸 盐玻璃、倍半硅氧烷玻璃、氟化或非氟化硅酸盐玻璃、金刚石状无定形碳以及芳族烃聚合物等材料中的一种或其组合；所述刻蚀终止层20材料包括氮化 硅(Si3N4)以及碳化硅(SiC)等。传统的工艺，涉及的4支术方案在任何情况下均未#皮;观作本发明的组成部分， 在此不再赘述。然后，如图3B所示，顺序刻蚀第一抗反射涂层40、介质层30，形成通孔80。随后，如图3C所示，移除图案化的第一光致抗蚀剂层50及第一抗反射涂层40。继而，如图3D所示，利用确定的机台旋涂第二抗反射涂层60,并完成所 述第二抗反射涂层的第一烘干过程。所述第二抗反射涂层60覆盖介质层表面并填充通孔；所述第二抗反射涂 层的烘干过程包括第一烘干过程及第二烘干过程，所述第一烘干过程及第二 烘干过程分别具有第一烘千温度及第二烘干温度；所述第二烘干温度高于所 述第一烘干温度；所述第一烘干过程用以去除所述第二抗反射涂层材料中的 溶剂成分，以形成所述第二抗反射涂层的初步固化；所述第二烘千过程用以 通过高温进行所述抗反射涂层的回流及修复过程，以形成表面平整且具有规 则内部结构的抗反射涂层。由于上述的通孔刻蚀及刻蚀后的清洗过程中会在通孔内或通孔周边介质 层中产生氨气(NH,)等碱性气体，此碱性气体在经历高温过程后，经过一定 的时间，会在所述第二抗反射涂层中发生扩散。当前的实际生产过程中，所 述第二抗反射涂层的第一烘干过程和第二烘干过程在同一操作机台上进行； 而所述第二光致抗蚀剂层的烘干过程可在另一操作机台上进行。所述第二光致抗蚀剂层的烘干过程在同一操作机台上进行时，若更换操作机台的间隔时 间过长，即在进行后续图案化第二光致抗蚀剂层之前存留时间过长，此碱性 气体将会扩散至第二抗反射涂层顶部，并在形成第二光致抗蚀剂层的过程中 进入第二光致抗蚀剂层，进而在第二光致抗蚀剂层曝光后中和曝光后的第二 光致抗蚀剂层中的酸性成分，造成光致抗蚀剂中毒。
当前，为降低上述碱性气体在第二抗反射涂层中的扩散，通常将形成第 二光致抗蚀剂层步骤前所需的等待时间控制在O. 5小时以内，对生产调度的要 求非常严格，不利于灵活地进行生产安排。本发明提供的方法为将所述形成第二光致抗蚀剂层前所需的等待时间移 至所述第二抗反射涂层的第一烘千过程之后，即实际操作时，所述第二抗反 射涂层的第二烘干过程与形成第二光致抗蚀剂层的过程在同 一操作机台上进行；而所述第二抗反射涂层的第一烘干过程可在另一操作机台上进行，以使 得所述平整化第二抗反射涂层与形成所述第二光致抗蚀剂层的步骤可顺序进 行，进而将形成所迷平整化的第二抗反射涂层与第二光致抗蚀剂层的时间间 隔降至最小，以缩短此碱性气体在所述抗反射涂层在回流及修复过程后的扩 散时间；同时，上述碱性气体在第一烘干步骤后相对于第二烘干步骤后具有 更弱的扩散能力，将形成第二光致抗蚀剂层前所需的等待时间移至所述第二 抗反射涂层的第一烘千过程之后，可使得在相同的等待时间内扩散至第二抗 反射涂层中的碱性气体减少，继而没有足够的碱性气体扩散至第二光致抗蚀 剂层，进而不再发生光致抗蚀剂中毒现象；此外，通过将形成第二光致抗蚀 剂层前所需的等待时间移至所述第二抗反射涂层的第 一 烘千过程之后，还可 延长此等待时间，且无光致抗蚀剂中毒现象发生。作为本发明的实施例，所述第二抗反射涂层的第一烘千温度为100 ~ ] 50 摄氏度所述第二抗反射涂层的第 一 烘千过程与第二烘干过程的间隔时间范 围为0 72小时。随后，如图3E所示，利用上述机台或另一机台完成所述第二抗反射涂层 60的第二烘干过程，并形成图案化所述第二光致抗蚀剂层70。作为本发明的实施例，所述第二抗反射涂层的第二烘干温度为200 300 摄氏度；所述第二光致抗蚀剂层的烘干温度为90 IIO摄氏度。所述图案化第二光致抗蚀剂层包含第二光致抗蚀剂的曝光、显影步骤。进而，如图3F所示，刻蚀第二抗反射涂层60及预定厚度的介质层30后， 移除图案化的第二光致抗蚀剂层70及第二抗反射涂层60，并去除通孔底部刻 蚀终止层20,形成沟槽90。所述预定厚度根据产品要求确定，所述预定厚度小于介质层厚度。
所述刻蚀第 一抗反射涂层及介质层以形成通孔、移除第 一 光致抗蚀剂层 及第 一抗反射涂层的方法以及刻蚀第二抗反射涂层及介质层以形成沟槽的方 法可采用任何传统的工艺，涉及的技术方案在任何情况下均未被视作本发明 的组成部分，在此不再赘述。需强调的是，上述实施例中的双镶嵌结构仅用于举例的目的，所述双镶嵌结构仍可包括其它公知的附加层；此外，图示各层也不是都必须存在，如 抗反射涂层即可根据实际需要使用；图示各层可部分或全部用其它不同层代 替。特别地，在上述双镶嵌结构中增加或去除部分膜层，如将所述介质层分 为第一介质层及第二介质层，或在所述第一介质层及第二介质层之间增加第 二刻使终止层，均不影响本发明方法的实施。采用本发明提供的方法，通过改变形成第二光致抗蚀剂层前所需等待时 间所处各步骤间的间隔时段，使得在集成电路的制造过程中不必引入附加工 艺即可有效抑制光致抗蚀剂中毒现象发生；通过将形成第二光致抗蚀剂层前 所需的等待时间移至所述第二抗反射涂层的第一烘干过程之后，使得在相同 的等待时间内扩散至第二抗反射涂层中的碱性气体减少，继而没有足够的碱 性气体扩散至第二光致抗蚀剂层，进而不再发生光致抗蚀剂中毒现象；通过 将形成第二光致抗蚀剂层前所需的等待时间移至所述第二抗反射涂层的第一烘干过程之后，可延长此等待时间，且无光致抗蚀剂中毒现象发生，极大地 增强了生产安排的灵活性。尽管通过在此的实施例描述说明了本发明，和尽管已经足够详细地描述了 实施例，申请人不希望以任何方式将权利要求书的范围限制在这种细节上。围的本发明不限于表示和描述的特定细节、表达的设备和方法和说明性例子。 因此，可以偏离这些细节而不脱离申请人总的发明概念的精神和范围。
权利要求
1.一种双镶嵌结构形成方法，包括形成双镶嵌基体，所述双镶嵌基体包含顺序叠加的刻蚀终止层、介质层、第一抗反射涂层及图案化的第一光致抗蚀剂层；顺序刻蚀第一抗反射涂层、介质层，形成通孔；移除图案化的第一光致抗蚀剂层及第一抗反射涂层；涂覆第二抗反射涂层；利用确定机台完成所述第二抗反射涂层的第一烘干过程；利用上述机台或另一机台完成所述第二抗反射涂层的第二烘干过程，并形成图案化所述第二光致抗蚀剂层；刻蚀第二抗反射涂层及介质层，并去除通孔底部刻蚀终止层，形成沟槽。
2. 根据权利要求1所述的双镶嵌结构形成方法，其特征在于所述第二 抗反射涂层的第一烘干过程与第二烘干过程的间隔时间范围为0~72小时
3. 根据权利要求1所述的双镶嵌结构形成方法，其特征在于所述抗反 射涂层材料包括氮氧化硅、碳氧化硅以及深紫外光吸收氧化物等材料中的一 种或其组合。
4. 根据权利要求1所述的双镶嵌结构形成方法，其特征在于所述介质 层材料包括黑钻石、氟硅玻璃、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、有机聚 合物材料如聚酰亚胺、有机硅氧烷聚合物、聚亚芳基醚、碳掺杂硅酸盐玻璃、 倍半硅氧烷玻璃、氟化或非氟化硅酸盐玻璃、金刚石状无定形碳以及芳族烃 聚合物等材料中的一种或其组合。
5. 根据权利要求l所述的双镶嵌结构形成方法，其特征在于所述第二 抗反射涂层的第一烘干温度为100 150摄氏度。
6. 根据权利要求1所述的双镶嵌结构形成方法，其特征在于所述第二 抗反射涂层的第二烘干温度为200 ~ 300摄氏度。
7. 根据权利要求1所述的双镶嵌结构形成方法，其特征在于所述第二 光致抗蚀剂层的烘干温度为90~110摄氏度。
全文摘要
一种双镶嵌结构形成方法，包括形成双镶嵌基体，所述双镶嵌基体包含顺序叠加的刻蚀终止层、介质层、第一抗反射涂层及图案化的第一光致抗蚀剂层；顺序刻蚀第一抗反射涂层、介质层，形成通孔；移除图案化的第一光致抗蚀剂层及第一抗反射涂层；涂覆第二抗反射涂层；利用确定机台完成所述第二抗反射涂层的第一烘干过程；利用上述机台或另一机台完成所述第二抗反射涂层的第二烘干过程，并形成图案化所述第二光致抗蚀剂层；刻蚀第二抗反射涂层及介质层，并去除通孔底部刻蚀终止层，形成沟槽。可在集成电路的制造过程中不必引入附加工艺或强化生产调度即可有效抑制光致抗蚀剂中毒现象发生。
文档编号G03F7/16GK101154048SQ20061011690
公开日2008年4月2日 申请日期2006年9月30日 优先权日2006年9月30日
发明者林益世 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司