《用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺.pdf（12页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102420171 A (43)申请公布日 2012.04.18 C N 1 0 2 4 2 0 1 7 1 A *CN102420171A* (21)申请号 201110123682.1 (22)申请日 2011.05.13 H01L 21/768(2006.01) (71)申请人上海华力微电子有限公司 地址 201210 上海市浦东新区张江高科技园 区高斯路568号 (72)发明人姬峰 李磊 胡有存 陈玉文 张亮 (74)专利代理机构上海新天专利代理有限公司 31213 代理人王敏杰 (54) 发明名称 用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺 (57) 摘要 本发明。
2、公开了一种用于超厚顶层金属的双大 马士革制造工艺，本发明解决了现有技术中无法 在不增加工艺步骤、延长工艺周期的前提下达到 控制通孔刻蚀高深宽比和通孔尺寸控制的问题， 通过多次分别对介电层进行干法刻蚀，保证了每 次刻蚀的质量，进而实现了通孔的高深宽比和通 孔的尺寸的有效控制，并降低了生产的成本，缩短 了生产的周期。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 6 页 CN 102420183 A 1/1页 2 1.一种用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其特征在于，硅片上沉积有多层介 电层，最底层的介电层与所述硅。
3、片之间以及任意两相邻的介电层之间均设有介电阻挡层， 最顶层的介电层上沉淀有金属硬掩模；在所述金属硬掩模上旋涂光刻胶，光刻形成沟槽图 形；进行干法刻蚀，打开金属硬掩模，去除光阻；通过旋涂光刻胶，光刻形成通孔图形；通过 多次干法刻蚀工艺，使通孔的底部穿过最底层的介电层与所述硅片之间的介电阻挡层，到 达所述硅片，且形成的沟槽止于最底层的介电层；淀积金属阻挡层和铜籽晶层，将电镀铜填 满通孔和沟槽；进行化学机械研磨平坦化，去除多余金属。 2.根据权利要求1所述的用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其特征在于，在 所述硅片上进行所述介电层与所述介电阻挡层的沉积的次序具体为：硅片上依次沉淀一第 一介电阻挡。
4、层、一第一介电层、一第二介电阻挡层、一第二介电层、一第三介电阻挡层、一第 三介电层和一金属硬掩模。 3.根据权利要求2所述的用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其特征在于，所 述多次干法刻蚀工艺具体包括：干法刻蚀通孔，使通孔止于第三介电阻挡层，去除光阻；进 行干法刻蚀，打开通孔底部的第三介电阻挡层；进行干法刻蚀，沟槽刻蚀止于第三介电阻挡 层，通孔止于第二介电阻挡层；进行干法刻蚀，去除沟槽底部的第三介电阻挡层，打开通孔 底部的第二介电阻挡层；进行干法刻蚀，沟槽止于第二介电阻挡层，通孔止于第一介电阻挡 层；进行干法刻蚀，打开通孔底部的第一介电阻挡层。 4.根据权利要求1所述的用于超厚顶层金属的双。
5、大马士革制造工艺，其特征在于，所 述最上层的介电层与所述金属硬掩模之间还沉淀有一介电保护层。 5.根据权利要求3所述的用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其特征在于，在 步骤通孔止于第三介电阻挡层和步骤打开通孔底部的第三介电阻挡层之间还包括：去除介 电保护层。 6.根据权利要求1所述的用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其特征在于，所 述多层介电层均通过化学气相淀积二氧化硅形成。 7.根据权利要求1所述的用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其特征在于，所 述最底层的介电层为通孔介电层。 8.根据权利要求1所述的用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其特征在于，除 所述最底层的介电层之外的。
6、介电层均为沟道介电层。 9.根据权利要求3所述的用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其特征在于，工 艺步骤：干法刻蚀，沟槽止于第二介电阻挡层，通孔止于第一介电阻挡层和工艺步骤：干法 刻蚀，沟槽刻蚀止于第三介电阻挡层，通孔止于第二介电阻挡层，两工艺步骤均采用高选择 比刻蚀工艺，以控制通孔的尺寸。 10.根据权利要求1或3所述的用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其特征在 于，在所述多次干法刻蚀工艺中还包括湿法清洗工艺，以去除积聚过多的聚合物。 11.根据权利要求1所述的用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其特征在于，所 述进行化学机械研磨平坦化，去除多余金属的工艺步骤中包括去除金属硬掩模。。
7、 12.根据权利要求4所述的用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其特征在于，所 述进行化学机械研磨平坦化，去除多余金属的工艺步骤中包括去除介电保护层。 权 利 要 求 书CN 102420171 A CN 102420183 A 1/4页 3 用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺 技术领域 0001 本发明涉及一种双大马士革制造工艺，尤其涉及一种用于超厚金属的先部分 沟槽的金属掩模双大马士革制造工艺。 背景技术 0002 大马士革工艺，是一种金属线嵌入工艺，一般是指铜嵌入工艺，原因在于铜不易刻 蚀，只能通过先刻出需要的图形，再将铜通过电镀加工（ECP）方法嵌入，最后化学机械研磨 （CMP）磨。
8、去多余的铜。 0003 对于超厚顶层金属的制造，如果使用传统先通孔（Via）后沟槽（Trench）双大马士 革制造工艺，通常沟槽深度达3um或以上，通孔的深宽比超过10：1，目前的刻蚀工艺很难实 现。 0004 现有技术中的工艺步骤为：介电层淀积，其中，介电阻挡层: SIN，介电层：SiO2； 旋涂光刻胶，光刻形成通孔图形；干法刻蚀通孔，灰化去除光刻胶；淀积金属阻挡层（TaN/ Ta）和铜籽晶层；电镀铜填满通孔；化学机械研磨（CMP）去除多余金属；在通孔上，介电层淀 积，其中，介电阻挡层: SIN介电层：SiO2；旋涂光刻胶，光刻形成沟槽图形；干法刻蚀沟槽， 灰化去除光刻胶；淀积金属阻挡层（T。
9、aN/Ta）和铜籽晶层；电镀铜填满沟槽；化学机械研磨 （CMP）去除多余金属。 0005 目前业界常用方法是用单大马士革工艺分别做顶层通孔和超厚顶层金属。这解决 了通孔高深宽比的问题，但这会增加制造工艺步骤，延长生产周期。 0006 另一种方法是用先部分通孔后沟槽双大马士革制造工艺（专利： US 7297629）。这 可以解决先通孔方法通孔刻蚀高深宽比的问题，但这种方法很难控制通孔尺寸。 发明内容 0007 本发明公开了一种用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，用以解决现有技术 中无法在不增加工艺步骤、延长工艺周期的前提下达到控制通孔刻蚀高深宽比和通孔尺寸 控制的问题。 0008 本发明的上述。
10、目的是通过以下技术方案实现的： 一种用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其中，硅片上沉积有多层介电层，最底 层的介电层与所述硅片之间以及任意两相邻的介电层之间均设有介电阻挡层，最顶层的介 电层上沉淀有金属硬掩模；在所述金属硬掩模上旋涂光刻胶，光刻形成沟槽图形；进行干 法刻蚀，打开金属硬掩模，去除光阻；通过旋涂光刻胶，光刻形成通孔图形；通过多次干法 刻蚀工艺，使通孔的底部穿过最底层的介电层与所述硅片之间的介电阻挡层，到达所述硅 片，且形成的沟槽止于最底层的介电层；淀积金属阻挡层和铜籽晶层，将电镀铜填满通孔和 沟槽；进行化学机械研磨平坦化，去除多余金属。 0009 如上所述的用于超厚顶层金属的双。
11、大马士革制造工艺，其中，在所述硅片上进行 所述介电层与所述介电阻挡层的沉积的次序具体为：硅片上依次沉淀一第一介电阻挡层、 说 明 书CN 102420171 A CN 102420183 A 2/4页 4 一第一介电层、一第二介电阻挡层、一第二介电层、一第三介电阻挡层、一第三介电层和一 金属硬掩模。 0010 如上所述的用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其中，所述多次干法刻蚀 工艺具体包括：干法刻蚀通孔，使通孔止于第三介电阻挡层，去除光阻；进行干法刻蚀，打 开通孔底部的第三介电阻挡层；进行干法刻蚀，沟槽刻蚀止于第三介电阻挡层，通孔止于第 二介电阻挡层；进行干法刻蚀，去除沟槽底部的第三介电阻。
12、挡层，打开通孔底部的第二介电 阻挡层；进行干法刻蚀，沟槽止于第二介电阻挡层，通孔止于第一介电阻挡层；进行干法刻 蚀，打开通孔底部的第一介电阻挡层。 0011 如上所述的用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其中，所述最上层的介电 层与所述金属硬掩模之间还沉淀有一介电保护层。 0012 如上所述的用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其中，在步骤通孔止于第 三介电阻挡层和步骤打开通孔底部的第三介电阻挡层之间还包括：去除介电保护层。 0013 如上所述的用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其中，所述多层介电层均 通过化学气相淀积二氧化硅形成。 0014 如上所述的用于超厚顶层金属的双大马士革制造。
13、工艺，其中，所述最底层的介电 层为通孔介电层。 0015 如上所述的用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其中，除所述最底层的介 电层之外的介电层均为沟道介电层。 0016 如上所述的用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其中，工艺步骤：干法刻 蚀，沟槽止于第二介电阻挡层，通孔止于第一介电阻挡层和工艺步骤：干法刻蚀，沟槽刻蚀 止于第三介电阻挡层，通孔止于第二介电阻挡层，两工艺步骤均采用高选择比刻蚀工艺，以 控制通孔的尺寸。 0017 如上所述的用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其中，在所述多次干法刻 蚀工艺中还包括湿法清洗工艺，以去除积聚过多的聚合物。 0018 如上所述的用于超厚顶层金属。
14、的双大马士革制造工艺，其中，所述进行化学机械 研磨平坦化，去除多余金属的工艺步骤中包括去除金属硬掩模。 0019 如上所述的用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其中，所述进行化学机械 研磨平坦化，去除多余金属的工艺步骤中包括去除介电保护层。 0020 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明用于超厚顶层金属的双大马士革制 造工艺解决了现有技术中无法在不增加工艺步骤、延长工艺周期的前提下达到控制通孔刻 蚀高深宽比和通孔尺寸控制的问题，通过多次分别对介电层进行干法刻蚀，保证了每次刻 蚀的质量，进而实现了通孔的高深宽比和通孔的尺寸的有效控制，并降低了生产的成本，缩 短了生产的周期。 附图说明 00。
15、21 图1是本发明用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺的对硅片上进行沉积后 的结构图； 图2图11是本发明用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺的工艺步骤图。 说 明 书CN 102420171 A CN 102420183 A 3/4页 5 具体实施方式 0022 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明： 一种用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺，其中，硅片上沉积有多层介电层，最底 层的介电层与所述硅片之间以及任意两相邻的介电层之间均设有介电阻挡层，最顶层的介 电层上沉淀有金属硬掩模；介电层和介电阻挡层的层数是根据超厚顶层金属的厚度和工艺 条件来决定的，介电层和介电阻挡层的层数是相同。
16、的；在所述金属硬掩模上旋涂光刻胶，光 刻形成沟槽图形；干法刻蚀，打开金属硬掩模，灰化去除光阻；旋涂光刻胶，光刻形成通孔 图形；通过多次干法刻蚀工艺，使通孔的底部穿过最底层的介电层与所述硅片之间的介电 阻挡层，到达所述硅片，且形成的沟槽止于最底层的介电层；淀积金属阻挡层和铜籽晶层， 将电镀铜填满通孔和沟槽；进行化学机械研磨平坦化，去除多余金属，整个双大马士革制造 工艺也就完成了。 0023 图1是本发明用于超厚顶层金属的双大马士革制造工艺的对硅片上进行沉积后 的结构图，请参见图1，本发明的一个实施例中，在所述硅片101上进行所述介电层与所述 介电阻挡层的沉积的次序具体为：硅片101上依次沉淀一第。
17、一介电阻挡层201、一第一介电 层301、一第二介电阻挡层202、一第二介电层302、一第三介电阻挡层203、一第三介电层 303和一金属硬掩模401。 0024 本发明该实施例的完整步骤为：请参见图2，在所述金属硬掩模401上旋涂光刻 胶，光刻形成沟槽图形，为后续刻蚀形成沟槽做好准备；请参见图3，采用干法刻蚀工艺，打 开金属硬掩模401，为后续刻蚀形成沟槽做好准备，并灰化去除光阻；请参见图4，在金属硬 掩模401及金属硬掩模401被刻蚀打开所露出的第三介电层303上旋涂光刻胶，并光刻形 成通孔图形；请参见图5，通过干法刻蚀形成通孔，并使通孔止于第三介电阻挡层203，灰化 去除光阻；请参见图6。
18、，通过干法刻蚀工艺，打开通孔底部的第三介电阻挡层203；请参见图 7，通过干法刻蚀，沟槽刻蚀止于第三介电阻挡层203，通孔止于第二介电阻挡层202；请参 见图8，通过干法刻蚀，去除沟槽底部的第三介电阻挡层203，打开通孔底部的第二介电阻 挡层202，使沟槽止于第二介电层302，并使通孔止于第一介电层301；请参见图9，进行干法 刻蚀，沟槽止于第二介电阻挡层202，通孔止于第一介电阻挡层201；请参见图10，进行干法 刻蚀，打开通孔底部的第一介电阻挡层201，使通孔最终止于硅片101；请参见图11，淀积金 属阻挡层和铜籽晶层，将电镀铜填满通孔和沟槽；请参见图12，进行化学机械研磨平坦化， 去除多。
19、余金属。 0025 本发明中的多次干法刻蚀工艺具体包括的内容已经在上述完整步骤中得到体现， 故不再进行赘述。 0026 本发明中的最上层的介电层与所述金属硬掩模之间还沉淀有一介电保护层。 0027 本发明中在步骤通孔止于第三介电阻挡层203和步骤打开通孔底部的第三介电 阻挡层203之间还包括：去除介电保护层。 0028 本发明中的多层介电层均通过化学气相淀积二氧化硅形成。 0029 本发明中的最底层的介电层为通孔介电层。 0030 本发明中除所述最底层的介电层之外的介电层均为沟道介电层。 0031 本发明中的工艺步骤：干法刻蚀，沟槽止于第二介电阻挡层202，通孔止于第一介 电阻挡层201和工艺。
20、步骤：干法刻蚀，沟槽刻蚀止于第三介电阻挡层203，通孔止于第二介 说 明 书CN 102420171 A CN 102420183 A 4/4页 6 电阻挡层202，两工艺步骤均采用高选择比刻蚀工艺，以控制通孔的尺寸。 0032 本发明中在所述多次干法刻蚀工艺中还包括湿法清洗工艺，以去除积聚过多的聚 合物。 0033 本发明中的介电阻挡层和介电保护层可用化学气相淀积SiN、SiC、SiCN等。 0034 本发明中的金属硬掩模的制作工艺，可以选取CVD或者PVD淀积TaN、Ta、TiN、Ti 等。 0035 本发明中的超厚顶层金属厚度通常为3微米或更厚，多层沟道介电层厚度之和至 少3微米。 00。
21、36 本发明所提供的方法中，无需添加步骤以达到去除金属硬掩模的技术效果，如图 12所示，在本发明的进行化学机械研磨平坦化，去除多余金属的工艺步骤中包括去除金属 硬掩模401，即在化学机械研磨平坦化的工艺过程中，将金属硬掩模401一起研磨去除，无 需增加工艺步骤。 0037 同样，本发明中进行化学机械研磨平坦化，去除多余金属的工艺步骤中包括去除 介电保护层，无需进一步增加工艺步骤。 0038 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明用于超厚顶层金属的双大马士革制 造工艺解决了现有技术中无法在不增加工艺步骤、延长工艺周期的前提下达到控制通孔刻 蚀高深宽比和通孔尺寸控制的问题，通过多次分别对介电层进。
22、行干法刻蚀，保证了每次刻 蚀的质量，进而实现了通孔的高深宽比和通孔的尺寸的有效控制，并降低了生产的成本，缩 短了生产的周期。 0039 以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限 制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和 替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和 修改，都应涵盖在本发明的范围内。 说 明 书CN 102420171 A CN 102420183 A 1/6页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102420171 A CN 102420183 A 2/6页 8 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102420171 A CN 102420183 A 3/6页 9 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102420171 A CN 102420183 A 4/6页 10 图7 图8 说 明 书 附 图CN 102420171 A CN 102420183 A 5/6页 11 图9 图10 说 明 书 附 图CN 102420171 A CN 102420183 A 6/6页 12 图11 图12 说 明 书 附 图CN 102420171 A 。