电子设备制造方法技术

提供了一种电子设备的制造方法，其中利用１９３ｎｍ光刻形成一个互连。理想线宽不发生变形，在于使用了离解成低分子量离子的等离子气体。该电子设备特别是一个集成电路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种电子设备的制造方法，此电子设备包括多个电气元件和按照预期图案使所述电气元件相互连接的互连结构，在该方法中通过下面的方式来提供垂直互连在导电表面上提供至少一层介电材料；提供一层适用于波长至多为200nm的辐射的光刻胶层；以波长至多为200nm的光辐照光刻胶层并使其显影；及将该介电材料层图案化。例如从Habermas等人，Proc.SPIE，4689(2002)，92-101中可以获知该方法。在该方法中，使用ArF源产生的波长λ为193nm的辐射。采用该辐射来满足ITRS(国际半导体技术发展路线图)对缩减电路设计规模的要求。如Habermas所述，已知方法的问题在于，由于垂直互连的直径无法控制的小于预期值而导致光刻胶变形。直径的降低—也公知为线宽缩小—可大于20％。因此，本专利技术的目的是提供开篇提到的那种方法，在此方法中光刻胶不发生变形。利用等离子气进行等离子点火步骤以实现此目的，该等离子气离解成原子量最大等于CF的原子量的离子。在引出本专利技术的实验中发现膨胀效应导致了光刻胶层的变形。通过离子轰击来加热光刻胶层导致了这些膨胀效应。因此说明如果利用小分子量离子进行第一步干刻蚀工艺可以避免光刻胶的变形。不像离解成CF2离子的CF2H2气体或氩气，采用离解成CF离子的CF4气体和采用氮气不会导致光刻胶的变形。本专利技术方法的一个优点在于可采用任何预期的刻蚀剂来刻蚀该介电材料层或多个介电材料层。特别地，可采用含氟的气体，诸如Ar/CF2H2/O2。专利技术人试图不受任何理论限制地对上述观察现象作出如下解释等离子点火步骤对光刻胶具有化学作用。在等离子点火步骤后，光刻胶经过化学改性，因而对热处理或高能离子轰击不再敏感。此外，如果光刻胶在等离子点火步骤过程中产生变形，此后变形将不会消失。一个可能的化学作用是完成反应基的不完全转化。在(甲基)丙烯酸酯的情况下，该化学作用是完成不完全聚合。光刻胶聚合体主链中的键断裂导致光刻胶材料软化是变形的另外一种解释。优选N2和He作为用于光刻胶层的图案化的等离子气体。这些小分子量气体具有不和光刻胶的有机材料发生化学反应的优点。因此其更易于防止光刻胶的任何变形。适用于波长至多为200nm辐射的光刻胶层是一个实际上完全不同于用于诸如λ＝248nm的更高波长辐射的化学体系的化学体系。用于这种短波长的光刻胶层表现出具有稳定性较差的结构，其需要应对高能辐射而不会对下层产生影响。这可归因于用于这些波长的光刻胶通常是链上带有环状基团和极性侧基的共聚物。由于极性基团，认为链具有更多交互作用。由于环状基团，形成庞大的链。链的确不如乙烯基聚合物有序，例如通常用作248nm光刻胶的聚苯乙烯。这导致一种较不稳定的结构。特别是供热可因而导致相当大的膨胀并因此造成变形。或者，光刻胶为聚(甲基)丙烯酸脂，其具有低玻璃化温度和高热膨胀系数，并且还对变形敏感。光刻胶体系的实例包括那些基于开环易位的聚合物，例如酯和烷基取代的环戊基乙烯以及降冰片烯基取代的环戊基乙烯的共聚物；或聚(取代环戊基乙烯)或聚(取代环己基乙烯)，取代基例如3，3-二酯；带有环状侧基和极性侧基的(甲基)丙烯酸酯；其在辐射下发生聚合；顺丁烯二酐和诸如降冰片烯的环状烯烃的交替共聚物，其可以极性基、烷基和保护基进行取代；乙烯基醚和顺丁烯二酐的交替共聚物，此外可以酯或其它保护基进行取代；基于诸如降冰片烯的环状烯烃的聚合物，具有不同的取代基取代降冰片烯单元，例如酸、酯和烷基。特别合适的光刻胶层包含一种选自聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯的组中的材料。在优选实施例中，在导电表面上不仅提供一层而是提供一叠层的介电材料，该叠层包括至少一层低K材料。低K材料是具有极低介电常数的材料，特别是εr≤2.5，优选εr≤2.0。其具有极开放或甚至多孔的内部结构。公知的实例包括MSQ、HSQ、SiLK、苯并环丁烯和有机改性的多孔硅。这种层的问题在于叠层的机械稳定性。但采用各种介电材料的薄层时，趋于克服此问题。但该方法使刻蚀更加关键。本专利技术的方法已显示出非常适于这种叠层。为了介电层的图案化而形成的接触窗填充了一种导电材料，该事实导致获得任意的垂直互连。实例包括铝、钨、镍、金、银和铜。可采用金属镶嵌或双重金属镶嵌工艺适当地进行接触窗的填充。如技术人员所知，可在采用所述导电材料填充接触窗之前提供诸如TiN和TaN的阻挡层和电镀基底。结果所得的垂直互连优选具有10～25nm范围内的直径。其侧壁平直且尺寸完全可预测。对于在集成电路中的应用，此垂直互连特别有用，其中电气元件(主要)为晶体管。但其也适用于薄膜网络、生物传感器及其它应用。参照附图进一步讨论本专利技术方法的这些或其它方面，其中附图说明图1示出本方法采用的介电层叠层和光刻胶层的概略截面图；图2示出现有技术方法的SEM照片；图3-5示出根据本专利技术的实验的SEM照片；图6示出由所用等离子气决定的变形的概略截面图。1.光刻胶和旋涂低K材料的性质图1示出用于本方法的介电层2、3、4、5的叠层和光刻胶层1的概略截面图。光刻胶层1是一种193nm的光刻胶。可获得如JSRAR414J的商品化的光刻胶，其含有聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯。为了对比，还以248nm光刻胶进行了实验，该248nm光刻胶在商业上可购得，如JSR TMX 1265G，并且其含有ESCAP(环境稳定的化学放大光刻胶)。该248nm光刻胶由聚苯乙烯组成。作为介电材料2，3，4，5，使用第一层2，第二层3，第三层4及第四层5的叠层。第一层以及第三层2，4包含一种低K旋涂硬掩模(hard mask)，公知为FF-02。FF-02是一种介电常数约为3.3的聚芳撑基材料。第二层3是一种低K材料JSR LKD-5109，它是一种多孔的MSQ型材料，介电常数约为2.2。第四层5是一种旋涂玻璃材料，特别是一种介电常数约为3.0的MSQ型材料的低K旋涂硬掩模(SoHM)。该材料公知为SOG04以及SOG041。SOG041是经过改性的SOG04，以适应193nm光刻胶。2.介电层的叠层及图案化该叠层如图1所示。采用TEL Clean Track ACT8 SOD对LKD-5109，FF02，SOG04以及SOG041进行动态分散的涂覆。在SoHM的顶部旋涂248nm的光刻胶以及193nm的光刻胶，并采用TEL CleanTrack ACT8进行显影，且分别采用ASML PAS 5500/750以及5500/950进行曝光。在Lam Exelan中蚀刻LKD-5109，SOG04以及SOG041，其中使用碳氟化合物，氩气，氧气以及氮气，而在Lam Versys中蚀刻FF-02，其中使用高密度TCP刻蚀工具，N2/O2化学物质。3.采用248nm光刻胶以及193nm光刻胶的介电层的图案化在图2中示出了采用248nm光刻胶(图2a，左)以及采用193nm光刻胶(图2b，右)的图案化过程(左)以及每一个蚀刻步骤的x剖面的SEM照片。对具用248nm光刻胶和193nm光刻胶的叠层保持刻蚀条件一致。所述步骤包括用Ar/CF4/CH2F2/O2气体对第四层5进行图案化；刻蚀第三层4以及采用N2/O2气体对光刻胶层1进行剥离；以及采用Ar/CF4/CH2F2/O2气体对第二层3进行图案化。刻蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子设备的制造方法，此电子设备包括多个电气元件和根据预期图案使所述电气元件相互连接的互连结构，所述结构包括通过至少一层介电材料的垂直互连，在该方法中该垂直互连的提供包括以下步骤：－将至少一层介电材料提供到导电表面之上；－ 提供适合于波长至多为２００ｎｍ的辐射的光刻胶层；－以波长至多为２００ｎｍ的光辐照该光刻胶层并使其显影；及－将该介电材料层图案化，特征在于在将该介电材料层图案化之前，利用等离子气体进行等离子点火处理，该等离子气体离解成 原子量最多等于ＣＦ的原子量的离子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2003-5-19 03101395.61.一种电子设备的制造方法，此电子设备包括多个电气元件和根据预期图案使所述电气元件相互连接的互连结构，所述结构包括通过至少一层介电材料的垂直互连，在该方法中该垂直互连的提供包括以下步骤-将至少一层介电材料提供到导电表面之上；-提供适合于波长至多为200nm的辐射的光刻胶层；-以波长至多为200nm的光辐照该光刻胶层并使其显影；及-将该介电材料层图案化，特征在于在将该介电材料层图案化之前，利用等离子气体进行等离子点火处理，该等离子气体离解成原子量最多等于CF的原子量的离子。2.如权利要求1所述的方法，特征在于该等离子气体选自N2、He、CF4...

【专利技术属性】
技术研发人员：古川有纪子，罗贝尔图斯AM沃尔特斯，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]