[发明专利]一种提高铝金属层多次曝光稳定性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种提高铝金属层多次曝光稳定性的方法。

背景技术

随着半导体性能要求的不断提高，集成电路芯片的尺寸也越来越小，光刻工艺逐渐成为芯片制造中核心的工序。通常在一个完整的45纳米工艺芯片制造工艺中，视性能要求的不同大约需要40至60次光刻工序；而随着器件尺寸的缩小，光刻的图形也相应不断缩小，光阻的厚度及光刻完成后的尺寸也越来越小；当芯片生产工艺从微米级到目前最先进的15纳米工艺时，光刻所使用的波长也在随着芯片工艺的进步不断缩小，已经从汞的I、G系线发展到紫外区域的193nm紫外线、极紫外线EUV、乃至电子束；即光刻已经成为一项精密加工技术。

在130纳米工艺之前，集成电路的电学互连是通过铝金属层来实现的；所以，铝金属层布线是CMOS工艺技术的重要层次，于是对光刻的要求也就较高。随着线宽的不断缩小，工艺窗口及所容许的误差也越来越小，而缺陷却越来越多。初次光刻过程完成后，如果参数不符合规格或缺陷过高，可以进行返工重新进行第二次光刻过程，甚至可能发生多次返工，最终才能达到所需要的要求。据初步统计，铝金属层层光刻工艺的返工率接近10%，特别是处于工艺开发期以及尚未稳定的工艺，光刻返工率则更高。

图1-4为本发明背景技术中传统的铝金属层光刻返工工艺结构流程示意图。如图1所示，铝金属层光刻工艺一般采用多层薄膜堆叠的结构，从下往上顺序分别是绝缘介质基底11、下阻挡层12、铝金属层13和上阻挡层14，上阻挡层14和下阻挡层12能够阻止铝金属层13中金属铝的扩散和电迁移，常见的上阻挡层14和下阻挡层12的材料为钛/氮化钛。由于铝金属层13中的金属铝及其上、下阻挡层14、12的钛/氮化钛的反射系数都很大，所以为了消除筑波效应，通常会在上阻挡层14、下阻挡层12和铝金属层13构成的三明治堆叠结构之上沉积一层介质抗反射层15，同时介质抗反射层15也能对铝金属层13有一定的隔离和保护作用。如图2所示，淀积底部抗反射层16覆盖介质抗反射层15并于其上旋涂光刻胶17，由于尺寸、对准度、均匀性、缺陷等因素，经常会发生曝光不合格，从而需要返工，重新曝光。如图3所示，当返工或同层需要多次曝光时，由于晶圆需要灰化、清洗等工艺步骤以去除图2中所示的底部抗反射层16和光刻胶17，此时最表层的介质抗反射层15会在去除光阻过程中发生性质改变（如反射率，折射率，厚度，均匀性，粗糙度，吸光率等），形成变性的介质抗反射层18，由于其在光刻工艺中的表现与原有性质有差异，就要求后续的光刻过程中调节光刻参数来达到原有的性能要求，如曝光剂量、聚焦、对准等，不利于大量快速生产。如图4所示，当再次在变性的介质抗反射层18上进行光刻时，所有的相关光刻参数就需要人工调节，且返工次数的不同或相同返工次数但表层改变程度不一样时，所需要调节的参数的调节量也不一样；此外，由于去除图2中所示的底部抗反射层16和光刻胶17的过程中形成变性的介质抗反射层18，再次光刻过程极易发生光阻19翘起、尺寸不均、截面形态改变等不良现象。因此，该人工调节光刻参数的过程难度较大、稳定性较差，且极容易失败而需要再次返工，随着返工次数的增加，其光刻返工所需要调节参数改变范围也越大，难度也越大，则更容易发生失效。

因此，如何找到一种方法可以实现快速、有效、可靠地提高铝金属层曝光返工参数稳定性和可重复性，以实现高效率，高速度的自动化生产已成为一个半导体业界亟待解决的重要技术难题。

发明内容

本发明公开了一种提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其中，包括以下步骤：

步骤S1：于绝缘介质基底上依次淀积下阻挡层、铝金属层、上阻挡层和第一介质抗反射层后，淀积第一底部抗反射层覆盖第一介质抗反射层并于其上旋涂光刻胶，曝光不合格；

步骤S2：灰化、清洗去除光刻胶及第一底部抗反射层，使得第一介质抗反射层性能发生改变，形成变性介质抗反射层；

步骤S3：采用高选择比刻蚀去除变性介质抗反射层，且不影响上阻挡层；

步骤S4：淀积第二介质抗反射层覆盖上阻挡层，并于其上进行光刻工艺。

上述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其中，步骤S3中采用高选择比刻蚀工艺为湿法化学刻蚀工艺或等离子干法刻蚀工艺等。

上述的提高铝金属层多次曝光稳定性的方法，其中，刻蚀的同时，通过调节反应气体、功率、压力和终点检测等实现高选择比去除变性介质抗反射层