[發明專利]用于大馬士革工藝的光刻掩膜板

無效

• 申請號: 200710093951.8
• 申請日: 2007-07-17
• 公開（公告）號: CN101349860A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發明（設計）人: 何偉明;張斌;魏芳
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: G03F1/14
• 分類號: G03F1/14;G03F1/00
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及一種半導體制造中用于大馬士革工藝的光刻掩膜板。

背景技術

伴隨集成電路制造工藝的不斷進步，半導體器件的體積正變得越來越小，使得金屬之間的寄生電容也越來越大，對于微處理器，芯片速度的限制主要由鍍層中的電阻和寄生電容產生。其結果電阻-電容時間延遲、訊號間的相互干擾及其能量損耗等問題日益突出，為了解決電阻-電容時間延遲的問題，產業內一直使用符合IC工藝的低介電材料(介電常數2.0到4.0)，使多重金屬內連線之間的介電層(介質層)的介電常數比硅更低的，從而降低寄生電容，而在電阻方面，在過去的30年中，半導體工業界都是以鋁作為連接器件的材料，但隨著芯片的縮小，工業界需要更細，更薄的連接，而且鋁的高電阻特性也越來越難以符合需求。而且在高密度特大規模集成電路的情況下，高電阻容易造成電子發生“跳線”，導致附近的器件產生錯誤的開關狀態。也就是說，以鋁作為導線的芯片可能產生無法預測的運作情況，同時穩定性也較差。在如此細微的電路上，使用低電阻的銅金屬導線金屬互聯工藝取代原先的鋁工藝，銅的傳輸信號速度比鋁更快、而且也更加穩定。傳統集成電路的金屬連線是以金屬層的刻蝕方式來制作金屬導線，然后進行介電層的填充、介電層的化學機械拋光，重復上述工序，進而成功進行多層金屬疊加。但當金屬導線的材料由鋁轉換成電阻更低的銅的時候，由于銅的干刻較為困難，因此新的鑲嵌技術對銅的制程來說就極為必須。

鑲嵌技術又稱為大馬士革工藝，字源來自以鑲嵌技術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，就已經使用這項技術來鍛造。鑲嵌技術是首先在介電層上刻蝕金屬導線用的圖形，然后再填充金屬，再對金屬進行金屬機械拋光，重復上述工序，進而成功進行多層金屬疊加。鑲嵌技術的最主要特點是不需要進行金屬層的刻蝕工藝，這對銅工藝的推廣和應用極為重要。

采用銅化學機械拋光(CMP)的大馬士革工藝是目前唯一成熟和已經成功應用到IC制造中的銅圖形化工藝。大馬士革互連技術是將通孔以及金屬導線結合一起，如此只需一道金屬填充步驟，可簡化制程，不過大馬士革結構的制作也相應復雜和困難。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(見圖1和圖2)來實現。先使用通孔掩膜板將通孔刻蝕出來，后采用填充材料(為抗反射材料，簡稱BARC，例如DUO和Si-BARC等都是硅含量較高的有機抗反射材料)對通孔進行填充，隨后使用干法回刻技術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行下一步金屬導線槽的刻蝕。圖3至圖8為現有技術中對金屬層間介質層通孔和溝槽刻蝕的一實施例，圖3中層間介質層7上淀積有墊氧化層8，刻蝕中使用光刻掩膜板1，用于復制通孔圖形，其上有無刻蝕圖形的不透光區域4和100％透光區域5，光刻掩膜板2，用于溝槽圖形復制，其上有不透光區域4和100％透光區域6。一種常見的刻蝕步驟為：(1)用光刻掩膜板1和光刻膠9進行通孔光刻，曝出通孔位置后刻蝕出通孔10；(2)用BARC11對通孔進行填充，后回刻填充材料11至通孔內；(3)用光刻掩膜板2進行溝槽光刻，曝出溝槽位置后刻蝕出溝槽13，并將通孔中填充材料11除去。在具體制備中，以六層金屬線的產品為例，將需要11塊光刻掩膜板，由此帶來工藝的較復雜和成本較高的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問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，達到節約光刻掩膜板的目的。

為解決上述技術問題，本發明的光刻掩膜板分為三個區域，用于通孔圖形復制的區域，透光率為大于90％；無刻蝕圖形的區域，透光率小于10％；及介于上述兩個區域之間用于溝槽圖形復制的區域，該區域的透光率介于所述通孔圖形復制區域的透光率和所述無刻蝕圖形區域的透光率之間。

通常上述光刻掩膜板中用于通孔圖形復制區域的透光率為100％，無刻蝕圖形區域的透光率為0或6％，而用于溝槽圖形復制區域的透光率為40～60％。

本發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現通孔和溝槽的圖形復制，整個后道銅制程只需要傳統工藝的一半數量的光刻掩膜板，這將有利于降低工藝的復雜性和提高產品的良率，更重要的是器件的制備成本大大地降低了。

附圖說明

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明：

圖1是現有技術中用于通孔圖形復制的光刻掩膜板示意圖；