改进的用于双金属镶嵌方法中的填充物料技术

本发明专利技术涉及改进的通孔和接触孔的填充组合物以及该组合物在电路的双金属镶嵌制备过程的使用方法。广泛地说，该填充组合物包含一定量包括聚合物粘合剂的固态组分和固态组分用的溶剂物系。溶剂物系的沸点低于组合物的交联温度。用于该溶剂物系的优选溶剂包括选自醇、醚、二醇醚、酰胺、酮及其混合物的溶剂。优选的聚合物粘合剂有脂肪族的主链，分子量小于８０，０００，尤其优选聚酯。在使用时，将所述填充组合物施加到构成接触孔或通孔的基材表面上和孔周围的基材表面上，然后加热至组合物的再流温度，使组合物均匀地流入并覆盖构成孔的表面和基材表面。然后，固化该组合物，进行后续的双金属镶嵌工序。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的领域本专利技术广泛地说是涉及填充组合物和在生产集成电路的双金属镶嵌过程中保护构成接触孔和通孔的表面的方法。具体地说，本专利技术的组合物含有一定量包括聚合物粘合剂的可交联的固态组分和所述固态组分用的溶剂物系。该溶剂物系的沸点应充分低于组合物的交联温度。使得基本所有溶剂物系都在第一烘烤阶段蒸发，此时填充组合物不发生明显的交联。在使用中，将填充组合物施加到具有预先用常规方法形成的通孔或接触孔图案的基材上，然后，将该组合物加热至其再流温度，使溶剂物系蒸发，并使组合物流入孔内，均匀地覆盖孔内表面。接着使该组合物固化，然后再以通常方式进行双金属镶嵌过程。专利技术的背景现有技术的描述金属镶嵌方法，即在预形成的构槽内形成镶嵌金属图案的方法，通常是在集成电路中进行互相连接的优选方法。双金属镶嵌方法的最简单做法是，首先在基材上形成绝缘层，然后平整化。接着，在绝缘层内蚀刻出分别对应于所要求的金属线图案和孔位置的水平的沟槽和垂直的孔(即接触孔和通孔)，它们向下透过绝缘层到达装置区域(如果通过第一绝缘层，即是一个接触孔)，或者向下到达下一金属层(如果通过基材结构内的上层绝缘层，即是通孔)。然后，将金属沉积到基材上，对沟槽和孔进行填充，这样就同时形成了金属线和互连的孔。作为最后步骤，使用已知的化学机械抛光(CMP)技术平整形成的表面，并准备接受另一个双金属镶嵌结构。在双金属镶嵌过程中，一般在蚀刻出沟槽之前完成通孔或接触孔的蚀刻。蚀刻沟槽的步骤就露出了通孔或接触孔的底部和侧壁(由绝缘层或介质层形成)，发生过分蚀刻，这就会损坏与基层的接触。由此就要使用有机物料部分地或完全填充通孔或接触孔，保护底部和侧壁以免受到进一步蚀刻。这些有机填充物料也能够作为底部抗反射涂层(BARC)减少或避免图案的损坏以及沟槽层图案内线宽的变化，只要填充物料覆盖着介质层的表面。过去几年来已经使用了在一般曝光波长下光密度高的填充物料。但是，这些现有技术物料的填充性能有限，例如，当现有技术组合物施加到形成于基材内的通孔或接触孔和基材表面时，邻近孔的基材表面上由组合物形成的膜往往会相当薄，这样就导致随后曝光过程中不该有的光反射。而且因为现有技术组合物的蚀刻比介质层慢，未蚀刻的填充组合物就形成了一个壁，蚀刻聚合物会沉积到壁上面。而该积聚的蚀刻聚合物会在最后电路的金属连接内形成不好的电阻。这些问题在下面有更详细的说明。本领域内需要这样的通孔或接触孔填充物料，它可在通孔和接触孔顶部形成完全覆盖。此外，该物料也应当在蚀刻过程中足以保护通孔或接触孔的底部，避免阻挡层变差和下面金属导体的损坏。为了避免侧壁上聚合物的积聚，物料的蚀刻速率应当等于或大于介质材料，或者通孔或接触孔应当部分填充，使得蚀刻出沟后孔内的填充物料不致延伸到沟槽底上面。专利技术的概述本专利技术通过提供在金属镶嵌的加工过程中能够施加给通孔和/或接触孔的填充物料或组合物，形成全部覆盖的表面，同时避免在金属镶嵌结构的沟槽底的孔的顶边附近不适当地积聚蚀刻聚合物，从而克服了现有技术中的问题。更详细地说，本专利技术的组合物(填充物料和填充组合物在本文中互换使用)包含一定量包括聚合物粘合剂或树脂的固态组分和固态组分用的溶剂物系(一种或多种溶剂)。本专利技术的组合物比现有技术组合物好在它们可配成满足两个需要可以顺利并均匀地流进接触孔或通孔，在其预烘烤阶段(即第一烘烤阶段)，组合物交联很少或没有交联；而且在预烘烤阶段期间溶剂基本全部蒸发，所以组合物在最后烘烤阶段收缩很少，这两个要求可以将组合物进行下面详细描述的“预烘烤热稳定性试验”和“膜收缩试验”进行定量检查。有多种因素影响填充组合物满足上述要求的能力。例如，聚合物粘合剂或树脂优选有脂族主链，而且分子量小于约80,000，优选小于约25,000，更优选约为2000-7500。合适的聚合物粘合剂包括聚酯，聚丙烯酸酯，聚杂环，聚醚酮，聚羟基苯乙烯，聚碳酸酯，聚表氯醇，聚乙烯醇，低聚物树脂(例如冠醚，环糊精，环氧树脂)及它们的混合物。用于本专利技术组合物的溶剂物系的沸点优选低于约160℃，更优选低于约140℃，最优选低于约120℃。溶剂物系的高点也应高于约85℃的闪点，最好高于约100℃。当溶剂物系中使用一种以上的溶剂时，溶剂物系的沸点或闪点指沸点最高或闪点最低的溶剂的沸点或闪点。溶剂物系与为具体金属镶嵌方法所选出的抗蚀剂物系相容也很重要。就是说，填充组合物的空气干燥膜应当在30秒以内能重新溶解在选用的抗蚀剂溶剂物系中，在溶液中基本看不到未溶解的残留物。组合物中存在的溶剂物系和其他挥发物质的浓度并不重要，只要膜内溶剂物系和挥发物质的总浓度在刚发生膜交联之前(即，刚进行第二烘烤阶段之前)低于约5重量％，而且优选低于约2重量％，以填充组合物的总重量为基准，即填充组合物的总重量作为100重量％。该溶剂物系和挥发物质的重量百分率与上述溶剂物系的沸点和闪点，对于保证组合物在第二阶段发生尽可能小的收缩很重要。用于溶剂物系的优选溶剂包括包括醇，醚，二醇醚，酰胺，酯，酮，水，丙二醇单甲基醚(PGME)，丙二醇单甲基醚醋酸酯(PGMEA)，乳酸乙酯，和PCBTF(对-三氟氯苯)，特别优选PGME。本专利技术的填充组合物优选在约150-220℃的温度下交联，而且更优选约180℃，重要的是填充组合物要在比第一阶段再流烘烤期间组合物加热达到的温度更高的温度下交联，而在再流烘烤步骤中要避免组合物发生不适当交联的，因为这种过早交联会影响组合物全部并均匀地流进接触孔或通孔。组合物中聚合物粘合剂的交联能够通过在组合物内使用交联剂，或者选择有“内含”交联部分的聚合物粘合剂来完成。优选的交联物系包括酸或碱催化的、热催化、光催化的物系例如氨基塑料，环氧化物，封端的异氰酸酯，丙烯酸类以及它们的混合物。本专利技术填充组合物内采用的所有固态组分应当在低于约200℃的温度，优选低于约120℃的第一阶段再流烘烤温度下形成自由流动液体，这样就阻止了组合物粘附于孔壁形成陡的弯月面。所有的组分必须在这些再流温度下保持化学稳定性至少约15秒，优选至少约30秒。化学稳定，是指组分仅仅发生物理状态的变化，而不发生化学状态变化(例如由它们的组分交联发生的)。化学稳定性能用UV/VIS或FTIR分析方法在第一阶段烘烤之前或之后测定。为了避免现有技术的蚀刻聚合物积聚问题，填充组合物的蚀刻速度应当约等于基材或介质材料的蚀刻速度。此外，填充组合物的蚀刻速度应当比光致抗蚀剂的蚀刻速度快。填充组合物的蚀刻速度与光致抗蚀剂蚀刻速度之比应当至少约1.5∶1，优选至少约3∶1，更优选至少约4∶1。选择聚合物粘合剂是获得这样的填充组合物蚀刻速度的一种方法。高氧化或高卤化物质的蚀刻速度较大。组合物的配方也能包含必要的其它组分。这些其它组分包括湿润剂(例如氟化的表面活化剂、离子表面活化剂、非离子表面活化剂、表面活性的聚合物添加剂)和染料或发色团。合适的染料例子包括任何在具体方法中使用的电磁波长下吸收的化合物。能够使用的染料例子包括蒽、萘、苯、查耳酮、酞酰亚胺、双羟萘酸、吖啶、偶氮化合物和二苯并呋喃。染料可以直接混合入组合物内，也可以化学结合到聚合物粘合剂上。而采用电子束日光时，又能够使用导电化合物。将填充组合物施加到带有接触孔或通孔的基材上，只是用任何常规的施加方法(包括旋涂)，将一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于涂敷形成于基材内的接触孔或通孔，以便在蚀刻过程中保护基材的填充组合物，它包含：一定量包括聚合物粘合剂的固态组分和所述固态组分用的溶剂物系，其改进在于：在预烘烤热稳定性试验时该组合物至少约７０％从基材上去除，在膜收缩率试验时该组合物收缩率小于约１５％。

【技术特征摘要】
US 1999-8-26 09/383,7851.一种用于涂敷形成于基材内的接触孔或通孔，以便在蚀刻过程中保护基材的填充组合物，它包含一定量包括聚合物粘合剂的固态组分和所述固态组分用的溶剂物系，其改进在于在预烘烤热稳定性试验时该组合物至少约70％从基材上去除，在膜收缩率试验时该组合物收缩率小于约15％。2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于所述溶剂物系的沸点低于约160℃。3.如权利要求1所述的组合物，其特征在于所述溶剂物系的闪点高于约85℃。4.如权利要求1所述的组合物，其特征在于所述聚合物粘合剂的分子量低于约80,000。5.如权利要求1所述的组合物，其特征在于所述聚合物粘合剂包括聚丙烯酸酯。6.如权利要求1所述的组合物，其特征在于所述溶剂物系包括选自醇、醚、二醇醚、酰胺、酯、酮及其混合物的溶剂。7.如权利要求6所述的组合物，其特征在于所述溶剂是PGME。8.如权利要求1所述的组合物，其特征在于所述组合物包含交联剂。9.如权利要求8所述的组合物，其特征在于所述交联剂选自氨基塑料、环氧化物、 异氰酸酯、丙烯酸类及它们的混合物。10.如权利要求1所述的组合物，其特征在于所述聚合物粘合剂包含交联部分。11.如权利要求8所述的组合物，其特征在于所述组合物的交联温度约为150-220℃。12.如权利要求1所述的组合物，其特征在于所述各固态组分混合起来时，熔点低于约200℃。13.如权利要求1所述的组合物，所述的组合物和所述的基材有各自的蚀刻速度，所述组合物的蚀刻速度约等于基材的蚀刻速度。14.如权利要求1所述的组合物，所述组合物还含有吸收光的染料。15.如权利要求14所述的组合物，其特征在于所述染料是结合于所述聚合物粘合剂的。16.如权利要求1所述的组合物，所述组合物还包含润湿剂。17.如权利要求16所述的组合物，其特征在于所述湿润剂是含氟表面活性剂。18.一种将填充组合物施加到形成于基材内有底部和侧壁的接触孔或通孔中的方法，所述组合物用于在蚀刻过程中保护基材，所述方法包括如下步骤提供一定量如权利要求1所述的填充组合物，将所述组合物施加到所述底部和侧壁的至少一部分上。19.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述组合物能够在交联温度发生交联，所述方法还包括加热所述组合物至其再流动温度，以便使至少一部分组合物流进接触孔或通孔，所述再流动温度低于所述组合物的交联温度。20.如权利要求19所述的方法，其特征在于所述加热步骤包括加热所述组合物至低于约120℃的温度。21.如权利要求19所述的方法，它还包括下列步骤在所述再流动加热步骤后，将所述组合物至少加热至约为其交联温度的温度，固化所述组合物。22.如权利要求21所述的方法，所述孔有深度，其中接触孔或通孔内固化的填充组合物的高度至少约为孔深的50％。23.如权利要求21所述的方法，所述孔有深度，其中固化的填充组合物的弯月面高度小于接触孔或通孔深度的约10％。24.如权利要求21所述的方法，所述孔有直径，而且有上部的周边，限定孔的开口，所述基材有一个邻近所述周边的表面，其中所述施加组合物的步骤包括将一定量所述组合物与所述基材表面接触，形成膜，所述膜在从周边距离约等于孔直径处的厚度为T，在邻近孔边处的厚度为t，所述固化步骤后，t至少约为T的40％。25....

【专利技术属性】
技术研发人员：JE拉姆三世，邵协，
申请(专利权)人：部鲁尔科学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]