專利名稱：一種溝槽優(yōu)先銅互連制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域銅互連大馬士革制造工藝，尤其涉及一種溝槽優(yōu)先銅互連制作方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體芯片的集成度不斷提高，晶體管的特征尺寸不斷縮小。在晶體管的特征尺寸進(jìn)入到130納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)之后，由于鋁的高電阻特性，銅互連逐漸替代鋁互連成為金屬互連的主流，現(xiàn)在廣泛采用的銅導(dǎo)線的制作方法是大馬士革工藝的鑲嵌技術(shù)，其中溝槽優(yōu)先雙大馬士革工藝是實(shí)現(xiàn)銅導(dǎo)線和通孔銅一次成形的方法之一。如圖Ia-If為溝槽優(yōu)先雙大馬士革工藝的結(jié)構(gòu)流程示意圖。如圖Ia所示，在襯底硅片11上首先沉積低介電常數(shù)介質(zhì)層12 ;如圖Ib所示，在低介電常數(shù)介質(zhì)層12上涂布第一光刻膠13 ;如圖Ic所示，通過光刻和刻蝕工藝，去除第一光刻膠13,在低介電常數(shù)介質(zhì)層12中形成金屬槽結(jié)構(gòu)14 ;如 圖Id所示，在低介電常數(shù)介質(zhì)層12上表面和金屬槽結(jié)構(gòu)14的側(cè)壁和底部上涂布第二光刻膠15 ;如圖Ie所示，再通過光刻和刻蝕工藝，去除第二光刻膠15，在金屬槽結(jié)構(gòu)14中直至形成襯底硅片11的上表面形成通孔16 ;如圖If所示，再利用金屬沉積和化學(xué)機(jī)械研磨工藝，在金屬槽結(jié)構(gòu)14和通孔16中填充金屬材料，形成導(dǎo)線金屬17和通孔金屬18。在晶體管的特征尺寸微縮進(jìn)入到32納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)后，單次光刻曝光不能滿足制作密集線陣列圖形所需的分辨率，于是雙重圖形(double patterning)成形技術(shù)被廣泛應(yīng)用于制作32納米以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的密集線陣列圖形。圖2a _2e為雙重圖形成形技術(shù)的結(jié)構(gòu)流程示意圖。如圖2a所示，在襯底硅片21上依次沉積襯底膜22、硬掩膜23和第一光刻膠24 ;如圖2b所示，利用曝光、顯影和刻蝕工藝，去除第一光刻膠24，在硬掩膜23中形成第一光刻圖形25和金屬槽結(jié)構(gòu)26，且第一光刻圖形25和金屬槽結(jié)構(gòu)26的長(zhǎng)度比例為1:3 ;如圖2c所不,在襯底膜22的上表面、第一光刻圖形25的上表面及側(cè)面、金屬槽結(jié)構(gòu)26的側(cè)壁和底部上涂布第二光刻膠27;如圖2d所示，利用曝光和顯影工藝，在第二光刻膠27中形成第二光刻圖形28，同時(shí)去除剩余的第二光刻膠27，且第二光刻圖形28和金屬槽結(jié)構(gòu)26的長(zhǎng)度比例為1:3，同時(shí)第二光刻圖形28位于金屬槽結(jié)構(gòu)26的中間位置；如圖2e所示，利用刻蝕工藝，去除襯底膜22上的第一光刻圖形25和第二光刻圖形28，在襯底膜22中至襯底娃片21的上表面形成目標(biāo)線條29和金屬槽結(jié)構(gòu)210,且目標(biāo)線條29和金屬槽結(jié)構(gòu)210的長(zhǎng)度比例為1:1，即目標(biāo)線條29和金屬槽結(jié)構(gòu)210組合形成密集線陣列圖形。雙重圖形成形技術(shù)需要兩次光刻和刻蝕，其成本遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的單次曝光成形技術(shù)。因此，降低雙重圖形成形技術(shù)的成本成為新技術(shù)開發(fā)的方向之一。美國(guó)專利(US20100190104)提出在第一光刻圖形顯影后，在第一光刻膠上涂布含烷氧基的高分子固化材料固化第一光刻膠中第一光刻圖形的方法。采用此方法后的雙重圖形成形工藝過程縮減為光刻-光刻-刻蝕，省略了原工藝中的第一刻蝕步驟，從而有效地降低了雙重圖形成形技術(shù)的成本。此種方法也稱作雙重曝光技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在的問題，本發(fā)明揭示了一種溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，主要是一種采用雙重曝光技術(shù)和可形成硬膜的光刻膠來制作雙大馬士革金屬互連的工藝。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，其中，包括以下步驟
51:在一襯底娃片上沉積一介質(zhì)層；
52:在所述介質(zhì)層上涂布第一光刻膠；
53:曝光、顯影后，去除部分所述第一光刻膠至所述介質(zhì)層的上表面，于剩余第一光刻膠中形成第一金屬槽結(jié)構(gòu)； S4:涂布固化材料覆蓋所述剩余第一光刻膠的上表面和所述第一金屬槽結(jié)構(gòu)的底部及其側(cè)壁；
S5 :加熱所述固化材料，去除多余固化材料后，于所述剩余第一光刻膠的表面形成隔離
膜；
S6:涂布第二光刻膠充滿固化工藝后的所述第一金屬槽結(jié)構(gòu)并覆蓋所述隔離膜的上表
面；
S7:曝光、顯影后，去除部分所述第二光刻膠至所述介質(zhì)層的上表面，在位于所述第一金屬溝槽結(jié)構(gòu)上方的剩余第二光刻膠中形成通孔結(jié)構(gòu)；
S8以所述剩余第二光刻膠為掩膜，刻蝕所述介質(zhì)層至所述襯底硅片的上表面，去除所述剩余第二光刻膠，形成第一通孔；去除所述隔離膜后，以所述剩余第一光刻膠為掩膜，繼續(xù)刻蝕部分所述剩余介質(zhì)層，去除所述剩余第一光刻膠，形成第一金屬槽；
S9:在所述第一通孔和所述第一金屬槽內(nèi)填充金屬材料，形成通孔金屬和導(dǎo)線金屬。上述的溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，其中，在執(zhí)行SI步驟時(shí)，所述介質(zhì)層為低介電常數(shù)介質(zhì)層。上述的溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，其中，在執(zhí)行S2步驟時(shí)，所述第一光刻膠選用可形成硬模的光刻膠。上述的溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，其中，在執(zhí)行S4步驟時(shí)，所述固化材料為含烷氧基的高分子材料。上述的溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，其中，在執(zhí)行S5步驟時(shí)，加熱溫度范圍為30°C至 200。。。上述的溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，其中，在執(zhí)行S5步驟時(shí)，所述隔離膜不溶于所述第二光刻膠。上述的溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，其中，在執(zhí)行S5步驟時(shí)，利用顯影液去除多余的固化材料。
上述的溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，其中，所述第一光刻膠與所述第二光刻膠的抗刻蝕能力比大于等于1.5:1。上述的溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，其中，在執(zhí)行S9步驟時(shí)，利用金屬沉積和化學(xué)機(jī)械研磨工藝，在所述第二通孔和所述第二金屬槽結(jié)構(gòu)內(nèi)填充金屬材料，形成通孔金屬和導(dǎo)線金屬。
本發(fā)明的有益效果是利用固化材料形成隔離膜，通過曝光和顯影在可形成硬模的光刻膠中形成金屬槽和通孔結(jié)構(gòu)，再通過一次性刻蝕金屬槽和通孔結(jié)構(gòu)，形成金屬互連線。替代了把金屬槽刻蝕和通孔刻蝕分為兩個(gè)獨(dú)立步驟的現(xiàn)有工藝，有效地減少了雙大馬士革金屬互連線工藝中的刻蝕步驟，提高產(chǎn)能、減少制作成本。


圖Ia-If是現(xiàn)有的溝槽優(yōu)先雙大馬士革工藝的結(jié)構(gòu)流程示意 圖2a_2e是現(xiàn)有的雙重圖形成形技術(shù)的結(jié)構(gòu)流程示意 圖3a_3i是本發(fā)明的一種溝槽優(yōu)先銅互連制作方法的結(jié)構(gòu)流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合原理圖和具體操作實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。結(jié)合圖3a_3i中所示，一種溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，其中，包括以下步驟
如圖3a所示，步驟SI :首先在一襯底硅片31上沉積一介質(zhì)層32 ；
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，介質(zhì)層32為低介電常數(shù)介質(zhì)層。如圖3b所示，S2 :在介質(zhì)層32上涂布第一光刻膠33 ；
在此步驟中，第一光刻膠33選用可形成硬模的光刻膠，比如含硅烷基、硅烷氧基和籠形硅氧烷的光刻膠。如圖3c所不,S3 :曝光、顯影后,去除部分第一光刻膠33至介質(zhì)層32的上表面,于剩余第一光刻膠33中形成第一金屬槽結(jié)構(gòu)34 ；
如圖3d所示，S4 :涂布固化材料35覆蓋剩余第一光刻膠33的上表面和第一金屬槽結(jié)構(gòu)34的底部及其側(cè)壁；
在此步驟中，固化材料35為含烷氧基的高分子材料，例如，可以為含烷氧基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯高分子材料。如圖3e所示，S5 :加熱固化材料35，去除多余固化材料35后，于剩余第一光刻膠33的表面形成隔離膜36 ；
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，加熱溫度范圍為30°C至200°C，且在50°C至170°C為宜； 在此步驟中，利用顯影液去除多余的固化材料35。如圖3f所示，S6 :涂布第二光刻膠37充滿固化工藝后的第一金屬槽結(jié)構(gòu)34并覆蓋隔離膜36的上表面；
在此步驟中，第一光刻膠33與第二光刻膠37的抗刻蝕能力比大于等于I. 5:1，且前述隔離膜36不溶于第二光刻膠37。如圖3g所示，S7 :曝光、顯影后，去除部分第二光刻膠37至介質(zhì)層32的上表面，在位于第一金屬溝槽結(jié)構(gòu)34上方的剩余第二光刻膠37中形成通孔結(jié)構(gòu)38。如圖3h所示，S8 以剩余第二光刻膠37為掩膜，刻蝕介質(zhì)層32至襯底硅片31的上表面，去除剩余第二光刻膠37，形成第一通孔310 ;去除隔離膜36后，以剩余第一光刻膠33為掩膜，繼續(xù)刻蝕部分剩余介質(zhì)層32，去除剩余第一光刻膠33，形成第一金屬槽39。如圖3i所不，S9 :在第一通孔310和第一金屬槽39內(nèi)填充金屬材料,形成通孔金屬312和導(dǎo)線金屬311 ；
在此步驟中，利用金屬沉積和化學(xué)機(jī)械研磨工藝，在第一通孔310和第一金屬槽39內(nèi)填充金屬材料，形成通孔金屬312和導(dǎo)線金屬311。
以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例，其只是作為范例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作出的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，包括以下步驟 51:在一襯底娃片上沉積一介質(zhì)層； 52:在所述介質(zhì)層上涂布第一光刻膠； 53:曝光、顯影后，去除部分所述第一光刻膠至所述介質(zhì)層的上表面，于剩余第一光刻膠中形成第一金屬槽結(jié)構(gòu)； S4:涂布固化材料覆蓋所述剩余第一光刻膠的上表面和所述第一金屬槽結(jié)構(gòu)的底部及其側(cè)壁； S5 :加熱所述固化材料，去除多余固化材料后，于所述剩余第一光刻膠的表面形成隔離膜； S6:涂布第二光刻膠充滿固化工藝后的所述第一金屬槽結(jié)構(gòu)并覆蓋所述隔離膜的上表面； 57:曝光、顯影后，去除部分所述第二光刻膠至所述介質(zhì)層的上表面，在位于所述第一金屬溝槽結(jié)構(gòu)上方的剩余第二光刻膠中形成通孔結(jié)構(gòu)； 58以所述剩余第二光刻膠為掩膜，刻蝕所述介質(zhì)層至所述襯底硅片的上表面，去除所述剩余第二光刻膠，形成第一通孔；去除所述隔離膜后，以所述剩余第一光刻膠為掩膜，繼續(xù)刻蝕部分所述剩余介質(zhì)層，去除所述剩余第一光刻膠，形成第一金屬槽； 59:在所述第一通孔和所述第一金屬槽內(nèi)填充金屬材料，形成通孔金屬和導(dǎo)線金屬。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，在執(zhí)行SI步驟時(shí)，所述介質(zhì)層為低介電常數(shù)介質(zhì)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，在執(zhí)行S2步驟時(shí)，所述第一光刻膠選用可形成硬模的光刻膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，在執(zhí)行S4步驟時(shí)，所述固化材料為含烷氧基的高分子材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，在執(zhí)行S5步驟時(shí)，力口熱溫度范圍為30°C至200°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，在執(zhí)行S5步驟時(shí)，所述隔離膜不溶于所述第二光刻膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，在執(zhí)行S5步驟時(shí)，利用顯影液去除多余的固化材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述第一光刻膠與所述第二光刻膠的抗刻蝕能力比大于等于I. 5:1。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，在執(zhí)行S9步驟時(shí)，利用金屬沉積和化學(xué)機(jī)械研磨工藝，在所述第二通孔和所述第二金屬槽結(jié)構(gòu)內(nèi)填充金屬材料，形成通孔金屬和導(dǎo)線金屬。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域銅互連大馬士革制造工藝，尤其涉及一種溝槽優(yōu)先銅互連制作方法。本發(fā)明一種溝槽優(yōu)先銅互連制作方法通過曝光和顯影在可形成硬模的光刻膠中形成金屬槽和通孔結(jié)構(gòu)，再通過一次性刻蝕金屬槽和通孔結(jié)構(gòu)，形成金屬互連線。替代了把金屬槽刻蝕和通孔刻蝕分為兩個(gè)獨(dú)立步驟的現(xiàn)有工藝，有效地減少了雙大馬士革金屬互連線工藝中的刻蝕步驟，提高產(chǎn)能、減少制作成本。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102832168SQ201210333700
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者毛智彪 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司