双大马士革工艺的发展及挑战

墨础知识ＨＯＷ　ＴＯ　ＭＡＫＥ　Ａ　ＣＨＩＰ－　双大马士革工艺的发展及挑战　徐森林，应用材料（中国）公司　随蚕　素的推动，半导体工业从　原来的金属铝互连线工艺　墓　后干法刻蚀穿过表面硬阻挡层和层问　的介质被使用时双大马士革工艺仍然　介质停在最底部的氮化硅阻挡层。其　面临着很大的困难。低ｋ值介质材料通　中很重要的一点是通孔刻蚀不能把最　常含有ＣＨ　碳氢化合物组，而且低ｋ值　底部的氮化硅阻挡层击穿，否则阻挡　介质具有多孔性，因而ｋ值低的薄膜非　层下面的金属铜会被溅射到通孔中，　件故障。　常软，所以很容易被高能量攻击。随　的工艺必须非常温和才能将光刻图形　而且迅速渗入到层问介质中，导致器　着半导体技术进入６５ｎｍ及以下，干刻　接下来通孔的光阻被去除，重　最真实地转移下来，并最大可能避免　甲　图　外形轮廓受损。　发展成金属铜互连线，同　时低ｋ值材料替代了二氧化　硅成为金属层问的绝缘介　质。金属铜减少了金属连　线层间的电阻，同时增强　了电路稳定性；低ｋ值介　质则减少了金属连线层之　间的寄生电容。使用这些　图４　图５　图　层。　图　介质掩膜双大马士革第二　新材料的新型集成电路制造工艺被称为　新铺光阻，曝光显影后形成沟槽的光　三层掩膜打开时最大挑战是必须　“双大马士革工艺”，它的特点就是制　阻，其中有一部分光阻留在通孔中（图　保证最真实地把光掩膜的图形转移至　造多层高密度的金属连线从而使集成电　４），这部分光阻能够防止下半部分的　底部抗反射层，因为掩膜打开后剩余　路更先进更高效。　通孔在沟槽干刻过程中被过分刻蚀。　的底部抗反射层在接下来的主刻蚀中　反射层完全复制了光阻的图形后，才　由于金属铜不能形成可挥发的复　铝线工艺的减法刻蚀法实现。双大马　最后，进行钛、铜籽晶和铜的沉　是低ｋ材料的阻挡层，只有当底部抗　如果先做沟槽，再做通孔，在沟　能避免在主刻蚀时沟槽变形。通孔中　　产物，金属铜线的形成不能通过传统　积，并用化学机械抛光将铜平坦化。士革工艺的解决办法是通过先挖出柱　槽完铺光阻时不可避免会有光阻堆积效　的剩余阻挡层在不同的图形下必须均　状的通孔，接着在金属层间的绝缘层　应，因为光阻会堆积在沟槽里，由于　匀，而且阻挡层的厚度不能太多或太　　中挖沟槽，然后在孔和槽中同时填入　通孔显影区光阻过厚，曝光后的通孔图　少，以免主刻蚀后形成栅栏或琢面。铜，再通过化学机械抛光工艺将铜磨　形容易偏差，这样给通孔干刻带来了很　形成了金属铜互连线。　为了让器件获得好的电特性，沟　平到金属层间绝缘层的表面，这样就　大的难度。因此，先做沟槽的方法从　槽的侧壁必须笔直或者接近笔直。射　０．２５ｕｍ技术后就被淘汰了。自校准双　频能量、气体、压力对沟槽的形状都　双大马士革工艺有几种实现方　大马士革工艺也因为校准工艺难度很大　有一定影响。但矛盾是，沟槽的形　Ｏ　、　法：先刻沟槽法，先刻通孔法，自校　被淘汰。先做通孔的工艺在使用Ｓｉ　先干刻通孔法。下面简单介绍先刻通　士革工艺中取得了很大的成功，状、不同图形的局部均匀性以及沟槽　气体和压力等的要求往往相反，所以　］另外一些早期低ｋ介质的双大马　主刻蚀后形成的琢面这三者对射频、　准双大马士革法。比较常用的方法是　ＦＳＧ￣Ｉ孔法的工艺流程。　随着器件尺寸的不断缩小，要求　很难三全其美。　首先硅片覆盖上光阻，曝光显影　具有更小ｋ值的介质。在一些极低ｋ值　在６５ｎｍ技术中，要求控制沟槽尺　、＾ｎ＾ｎ＾，．ＳｌＣｈｉｎａｍａｇ．ｃｏｒｎ＿＋　维普资讯 http://www.cqvip.com 目础知识ＨＯＷ　ＴＯ　ＭＡＫＥ　Ａ　ＣＨＩＰ　寸的３倍标准方差在５—６ｎｍ以内，这对刻　蚀的技术水平要求极高。为了达到这　个要求，在腔体内的等离子体和原子　团必须非常均匀，才能使沟槽尺寸的　精度达到次纳米级。同时为了保证器　件性能，整个硅片上沟槽深度的均匀　性必须同时控制得非常好。　ｌＩ）、＾ａＰ柏州ｎｇ　、＾ａ＿ｈ　＾．ＮＣｉｔｏｒｎ　ｌｃ）￣ＲＣＩＬＴＯＳ—ｎ　为了达到工艺要求，干刻设备也　经历了多次变革，现今已经达到比较　埋嚣靛宅籀瞬磬埽褂菇　覃｝　成熟的阶段。Ｉ；Ｂ￣ｕ应用材料的Ｅｎａｂｌｅｒ　Ｏ　４　＇ｒ　机台是专为９０ｎｍ以下技术开发的绝缘　体刻蚀设备。Ｅｎａｂｌｅｒ机台使用了三个　射频源，高频射频的使用降低了离子　ｌＩ｝ＴｒｅｎｃｈＥｔｃｈ．ＣＤ　能量最大程度减少了对低ｋ介质的损　（．）Ｔｄ－ｌａｙｅｒＯｐ．１＇．曼旦　ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ；　一ｌｏａｄｉｎｇ；　触Ｂ＾Ｒｃ￣ｌｄｐ．　ｈｎ．＂ｏｐ¨　伤，可内外控温的反应电极更好地控　ＢＡＲＣ　ｒｅｃｅｓｓ　ｕｎｉ￣ｉｔｙ；，ｆａｃｅＵｎｑ；Ｌｏｗ　ｋ　ｄａｍａｇｅ　＿＿－ｌｏａｄｉｇｎ　制了刻蚀速率和反应物余留在硅片不　图示６５ｒｉｍ先刻通孔法三层掩膜双大马±革工艺　同区域的均匀度，另外反应气体的流　－　ｕ　Ｊ　深度均匀性的要求。未来随着器件尺　工艺流程还是工艺设备都会有不断的　量可内外调节比例，最大程度满足了　寸的进一步缩小，相信无论是材料、　创新和改进。０　（上接Ｐ４２页）ＣＶＳ技术还可　以提供关于电镀中某些副产品　积累的信息。图６所示为潜在　加速剂副产品＿一　（ＭＰＳ）对氩　－　纛　■¨一＿－　　－瞳瓣　ｃｖｓＵｌＩｌｌ　应值是线性的，并且只与镀液　中酸的浓度有关。将无添加剂　方法与标准的酸／基液滴定分析　法比较，表２ｋＢ较了这两种方法　（Ａｒ）信号斜率的影响。　对比的统计结果。无添加剂方　除精确性、可重复性和其　他统计参数之外，在分析ＴＳＶ　镀液过程中，还有其他几个方　面需要考虑。包括分析所需的　置　一…－　一－．●　法的表现与滴定法类似，也能　可靠地监控镀液中的酸。对铜　和氯也可以采用同样的方法。　采用无添加剂方法可实现对这　时间，以及可替换部件和其他　些无机离子的监控。　消耗品的成本。当采用无添加　曩誓　起始ＭＰ８浓度（ｐｐｍ）　采用ＣＶＳ方法时，消耗的　试剂技术则可实现低成本分　图６．加速剂猁产品对氩信号斜率的影响。　添加剂几乎可以忽略，并且每　析。例如，结合使用质谱和电　次分析的用量不会超过１　ｍＬ。　化学技术可以容易地分析出无　ＣＶＳ分析所用的添加剂与电镀　机组分。采用这些技术可以快　流程中使用的有机添加剂一　捷地监控镀液的组分而且不必　样，因此，并不影响分析的成　使用添加试剂。在清除组分之　本。然而，镀液的消耗可能是　间的干扰时，这些方法并不需　个问题。镀槽的容量会根据电　要化学计量方法，这一点也很　镀工具类型和工艺吞吐量的不　重要。需要较强的分析信号，　同而变化。这样，这种分析需　不再不要关键的数学变换。　要设定出最低容量。当采用新　图７所示为通过无添加剂　７　９　１１　１３　１５　■浓度　开发的样品算法和修改电化学　方法测量酸成分的校准图。响　图７．质谱信号与镀液中酸浓度的线性关系。　单元时就会发生这种情况。０　４８　、＾ｎ＾ｎ＾，．ＳｌＣｈｉｎａｍａｇ．ｃｏｒｎ　：２