[发明专利]一组应用于双大马士革金属互连工艺的光掩模

说明书

技术领域

本发明涉及一种光掩模，尤其涉及一组应用于双大马士革金属互连工艺的光掩模。

背景技术

随着集成电路的发展，半导体芯片的集成度越来越高，晶体管的特征尺寸越来越小。半导体工艺进入到130nm的技术节点之后，由于铝的高电阻特性，使得金属铜成为金属互连的主流。然而，由于铜的干法刻蚀工艺不易实现，铜线的制作方法不能像铝导线那样，通过刻蚀金属层而获得，因此，目前广泛采用的铜导线的制作方法为双大马士革工艺的镶嵌技术。双大马士革工艺是一种将金属导线和通孔铜一次填充成形的方法。双大马士革镶嵌结构铜互连可以通过多种工艺方法实现，包括沟槽优先双大马士革工艺、通孔优先双大马士革工艺和部分沟槽优先双大马士革工艺。

目前，在双大马士革工艺研发中，通常只对单一工艺层的光掩模进行设计，即涂布光刻胶在连续的衬底膜上，测试光掩模只针对该单一工艺层进行设计。然而，半导体生产中，在双大马士革工艺中，第一光刻和刻蚀所形成的沟槽或者通孔结构对第二光刻和刻蚀工艺有重大影响，这是因为，第一光刻和刻蚀所形成的沟槽或者通孔结构导致第二光刻胶下的衬底膜是不连续性的；并且，在工艺开发初期，第一光刻层和第二光刻层的光掩模偏差（光刻胶中图形尺寸与相对应的光掩模中图形尺寸之差）均未确定，针对单一工艺层设计的光掩模不能提供相关双层的光掩模偏差组合；因此，在双大马士革工艺研发中，针对单一工艺层设计的光掩模通常不能满足相关双层结构的需求。在半导体生产中，采用以连续的衬底膜研发得出的工艺条件与实际产品工艺会有较大的偏差，从而影响器件的良率；并且，消耗研发时间和提高研发成本，从而增大了器件的成本。

图3A-3E展示了应用现有光掩模，部分沟槽优先双大马士革工艺的流程示意图；如图所示，在半导体衬底301上首先沉积硬掩模302，再涂布第一光刻胶303（图3A显示）；应用现有光掩模中的沟槽光掩模，通过第一光刻和第一刻蚀，在硬掩模中形成了沟槽结构304（图3B显示）；在上述第一光刻和第一刻蚀后的半导体衬底上涂布光刻胶305（图3C显示）；应用现有光掩模中的通孔光掩模，通过第二光刻和第二刻蚀，在半导体衬底中形成沟槽306和通孔307结构（图3D显示）；经过后续的金属沉积和金属化学机械抛光，完成导线金属308和通孔金属309填充（图3E显示）。由图可以看到，由于现有光掩模是只针对单一工艺层在连续的衬底膜上进行研发，而实际生产中，第二光刻和第二刻蚀的衬底是不连续的，所以最后所形成的通孔结构和沟槽结构很难对准，从而使得器件的良率受到很大的影响。

中国专利（申请号：200710093951.8）公开了一种用于大马士革工艺的光刻掩膜板，将光刻掩模板分为三个区域：用于通孔图形复制的区域；无刻蚀图形区域；介于上述两个区域之间用于沟槽图形复制的区域，该区域的透光率介于所述通孔图形复制区域的透光率和所述无刻蚀图形区域的透光率之间。

上述发明的光刻掩模板把通孔和沟槽的图形集成在一块光刻掩模板上，用一块光刻掩模板实现通孔和沟槽的图形复制，整个后道铜制程只需要传统工艺一半数量的光刻掩模板，有利于降低工艺的复杂性，降低器件的制备成本。但是，上述发明未能克服由于研发时采用以连续的衬底膜研发得出的工艺条件与实际产品工艺会有较大的偏差的问题，从而会影响器件的良率。

中国专利（申请号：200820155456.5）公开了一种掩模板，包括：与光掩模的透光基底连接形成密闭空间的框架，所述密闭空间充满可溶解缺陷颗粒且不会腐蚀光掩模图形的容积，所述光掩模图形浸没在所述容积之中，所述框架包括相对光掩模图形设置的透光部件。所述光掩模表面不会产生缺陷颗粒，使用寿命较长。

上述发明延长了光掩模的使用寿命，减少了更换光掩模所需的成本，从而降低器件的制备成本。但是，上述发明同样未能克服由于研发时采用以连续的衬底膜研发得出的工艺条件与实际产品工艺会有较大的偏差的问题，从而会影响器件的良率。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供一组应用于双大马士革金属互连工艺的光掩模，以改善现有研发中只针对单一工艺层以连续的衬底膜研发得出的工艺条件与实际产品工艺有较大偏差，从而影响器件良率的问题，同时减少研发时间和研发成本。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一组光掩模，应用于双大马士革金属互连工艺，其特征在于，所述一组光掩模包括沟槽光掩模和通孔光掩模；

其中，所述沟槽光掩模包括多组密集沟槽模块、半密集沟槽模块和孤立沟槽模块；所述通孔光掩模包括多组密集通孔模块、半密集通孔模块和孤立通孔模块。