通孔優先銅互連製作方法
2023-04-26 13:23:16
專利名稱：通孔優先銅互連製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造工藝，且特別涉及通孔優先銅互連製作方法。
背景技術：
隨著半導體晶片的集成度不斷提高，電晶體的特徵尺寸不斷縮小。進入到130納米技術節點之後，由於受到鋁的高電阻特性的限制，銅互連技術逐漸替代鋁互連成為金屬互連的主流。由於銅硬度較大，幹法刻蝕工藝不易實現，製作銅導線無法像製作鋁導線那樣通過刻蝕金屬層而實現。現在廣泛採用的銅導線的製作方法是稱作大馬士革工藝的鑲嵌技術。大馬士革工藝鑲嵌結構的銅互連可以通過多種工藝方法實現。其中，通孔優先的雙大馬士革工藝是實現通孔和金屬導線銅填充一次成形的方法之一。在該工藝中，參考圖 1，首先，在襯底矽片101上沉積具有低介電係數(k)值的介質層102，並在該低k值的介質層102上塗布第一光刻膠103 ;接著，參考圖2，通過第一光刻和刻蝕，在上述低k值介質層102中形成通孔104結構；接下來，參考圖3，在該低k值介質層102上塗布第二光刻膠105 ；接著，參考圖4，通過第二光刻和刻蝕，在上述低k值介質層102的通孔104結構上形成金屬槽106結構。最後，參考圖5，繼續後續的金屬沉積和金屬化學機械研磨等工藝，以完成導線金屬107和通孔金屬108的填充。在器件尺寸微縮進入到32納米技術節點後，單次光刻曝光無法滿足製作密集線陣列圖形所需的解析度，繼而雙重圖形(double patterning)成形技術被大量研究並廣泛應用於製作32納米以下技術節點的密集線陣列圖形。在該雙重圖形成形技術中，首先，參考圖6，在需要製作密集線陣列圖形的襯底矽片201上，沉積襯底膜209和硬掩膜210，然後塗布第一光刻膠203 ;參考圖7，通過曝光、顯影、刻蝕後，在硬掩膜210中形成第一光刻圖形211，其中，線條和溝槽的特徵尺寸比例為1:3。接著，參考圖8，在矽片201上塗布第二光刻膠205，並參考圖9，通過曝光和顯影，在第二光刻膠205膜中形成第二光刻圖形212，其中，線條和溝槽的特徵尺寸比例也是1:3，但位置與第一光刻圖形211交錯。參考圖10，繼續刻蝕在襯底矽片201上形成與第一光刻圖形211交錯的第二光刻圖形212。第一光刻圖形211與第二光刻圖形211的組合組成了目標線條和溝槽特徵尺寸比例為1:1的密集線陣列圖形。然而，由於雙重圖形成形工藝過程中需要進行兩次光刻和刻蝕，即光刻一刻蝕一光刻一刻蝕，其成本遠遠大於傳統的單次曝光成形技術。此外，應用雙重圖形成形技術實現通孔優先雙大馬士革金屬互聯工藝時，必須分別進行通孔光刻一通孔刻蝕溝槽光刻溝槽刻蝕,既增加了工藝成本,也減少了生產產出量。
發明內容
本發明提供了一種通孔優先銅互連製作方法，通過減少了雙大馬士革金屬互連的工藝中的刻蝕步驟，從而降低製作成本以及提高產能。
為了實現上述技術目的，本發明提出一種通孔優先銅互連製作方法，其中包括在襯底矽片上沉積介質層，並在所述介質層上塗布第一光刻膠，以及在所述第一光刻膠中形成通孔結構，所述第一光刻膠能夠形成硬膜；在同一顯影機臺內，在所述第一光刻膠圖形上塗布微縮固化材料使得所述第一光刻膠中的通孔結構固化，並通過加熱使所述微縮固化材料與所述第一光刻膠表面反應，從而在所述第一光刻膠表面形成隔離膜；在固化後的第一光刻膠上塗布第二光刻膠，其中，上述步驟所形成的隔離膜不溶於所述第二光刻膠，並在所述第二光刻膠中形成位於所述通孔結構上方的溝槽結構；通過刻蝕，將所述通孔結構和所述溝槽結構轉移到所述介質層中；繼續後續的金屬沉積和金屬化學機械研磨工藝，以完成導線金屬和通孔金屬填充。可選的，所述介質層具有低介電常數。可選的，所述第一光刻膠和所述第二光刻膠的抗刻蝕能力比大於等於I. 5 :1。可選的，所述第一光刻膠米用含娃燒基、娃燒氧基和籠形娃氧燒之一或組合的光刻膠。可選的，所述微縮固化材料為微縮輔助膜。可選的，所述微縮固化材料為微縮固化材料為東京應化工業株式會社所生產的微縮輔助膜。可選的，所述加熱的溫度為所述第一光刻膠主體高分子材料的玻璃化溫度減30攝氏度至所述第一光刻膠主體高分子材料的玻璃化溫度加30攝氏度之間的任一值。可選的，生成隔離膜之後，通過去離子水或表面活性劑的去離子水溶液將多餘的微縮固化材料去除。相較於現有技術，本發明通孔優先銅互連製作方法利用可形成硬膜的光刻膠材料，減少了雙大馬士革金屬互連的工藝中的刻蝕步驟，並且將通孔刻蝕和溝槽刻蝕兩道工序結合成一道工序，不僅大大地減少了製作成本，還有效地提高了產能。
圖I至圖5為現有通孔優先雙大馬士革工藝製作過程中器件的剖面示意圖；圖6至圖10為現有雙重圖形成形技術製作密集線陣列圖形過程中器件的剖面示意圖；圖11為本發明通孔優先銅互連製作方法實施方式的流程示意圖；圖12至圖18為本發明通孔優先銅互連製作方法一種具體實施方式
過程中器件的剖面示意圖。
具體實施例方式下面將結合具體實施例和附圖，對本發明通孔優先銅互連製作方法進行詳細闡述。參考圖11，本發明提供了一種通孔優先銅互連製作方法，包括步驟SI，在襯底矽片上沉積介質層，並在所述介質層上塗布第一光刻膠，以及在所述第一光刻膠中形成通孔結構，所述第一光刻膠能夠形成硬膜；步驟S2，在同一顯影機臺內，在所述第一光刻膠圖形上塗布微縮固化材料使得所述第一光刻膠中的通孔結構固化，並通過加熱使所述微縮固化材料與所述第一光刻膠表面反應，從而在所述第一光刻膠表面形成隔離膜；步驟S3，在固化後的第一光刻膠上塗布第二光刻膠，其中，上述步驟所形成的隔離膜不溶於所述第二光刻膠，並在所述第二光刻膠中形成位於所述通孔結構上方的溝槽結構；步驟S4,通過刻蝕，將所述通孔結構和所述溝槽結構轉移到所述介質層中；步驟S5，繼續後續的金屬沉積和金屬化學機械研磨工藝，以完成導線金屬和通孔金屬填充。在本發明通孔優先銅互連製作方法的一種具體實施方式
中，參考圖12，首先，在襯 底娃片301上沉積介質層302,該介質層302具有低介電常數。接著，在該介質層302上塗布可形成硬膜的第一光刻膠303。其中，所述第一光刻膠303的抗刻蝕能力比大於等於I. 5: I。在具體實施例中，所述第一光刻膠303可採用例如，含娃燒基(silyl)、娃燒氧基(siloxyl)和籠形娃氧燒(silsesquioxane)之一或組合的光刻膠。接著，參考圖13，通過曝光和顯影，在該第一光刻膠303中形成通孔結構304。接著，參考圖14，在同一顯影機臺內，在第一光刻膠303上塗布微縮固化材料使得第一光刻膠303中的通孔結構304固化，該微縮固化材料可為微縮輔助膜(SAFIER，ShrinkAssist Film for Enhanced Resolution)。在具體實施例中，該微縮固化材料可為東京應化工業株式會社所生產的微縮輔助膜。接下來，進行加熱使得所述微縮固化材料與第一光刻膠303表面產生反應，以形成隔離膜313，該隔離膜313不溶於後續塗布的第二光刻膠。其中，加熱的溫度可為所述第一光刻膠主體高分子材料的玻璃化溫度減30攝氏度至所述第一光刻膠主體高分子材料的玻璃化溫度加30攝氏度之間的任一值。生成隔離膜313之後，可通過去離子水或表面活性劑的去離子水溶液將多餘的微縮固化材料去除。接著，參考圖15，在固化後的第一光刻膠303上塗布第二光刻膠305。其中，所述第二光刻膠305的抗刻蝕能力比大於等於I. 5: I。接著，參考圖16，通過曝光和顯影工藝，在所述第二光刻膠305中形成溝槽結構306，所述溝槽結構306位於所述通孔結構304的上層。接著，參考圖17，通過刻蝕工藝，將所述通孔結構304和溝槽結構306轉移到介質層302中。最後，參考圖18，繼續後續的金屬沉積和金屬化學機械研磨工藝，完成導線金屬307和通孔金屬308的填充。相較於現有技術，本發明採用了可形成硬膜的光刻膠材料作為第一光刻膠，並在第一光刻膠表面通過塗布微縮固化材料並加熱以形成隔離膜的方式，減少了雙大馬士革金屬互連的工藝中的刻蝕步驟，有效地將通孔刻蝕和溝槽刻蝕兩道工序結合成一道工序，不僅大大地減少了製作成本，還有效地提高了產能。本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及 修飾，均屬於本發明技術方案的保護範圍。
權利要求
1.一種通孔優先銅互連製作方法，其特徵在於，包括 在襯底矽片上沉積介質層，並在所述介質層上塗布第一光刻膠，以及在所述第一光刻膠中形成通孔結構，所述第一光刻膠能夠形成硬膜； 在同一顯影機臺內，在所述第一光刻膠圖形上塗布微縮固化材料使得所述第一光刻膠中的通孔結構固化，並通過加熱使所述微縮固化材料與所述第一光刻膠表面反應，從而在所述第一光刻膠表面形成隔離膜； 在固化後的第一光刻膠上塗布第二光刻膠，其中，上述步驟所形成的隔離膜不溶於該第二光刻膠，並在所述第二光刻膠中形成位於所述通孔結構上方的溝槽結構； 將所述通孔結構和所述溝槽結構轉移到所述介質層中； 繼續後續的金屬沉積和金屬化學機械研磨工藝，以完成導線金屬和通孔金屬填充。
2.如權利要求I所述的通孔優先銅互連製作方法，其特徵在於，所述介質層具有低介電常數。
3.如權利要求I所述的通孔優先銅互連製作方法，其特徵在於，所述第一光刻膠和所述第二光刻膠的抗刻蝕能力比大於等於I. 5 :1。
4.如權利要求3所述的通孔優先銅互連製作方法，其特徵在於，所述第一光刻膠採用含矽烷基、矽烷氧基和籠形矽氧烷之一或組合的光刻膠。
5.如權利要求I所述的通孔優先銅互連製作方法，其特徵在於，所述微縮固化材料為微縮輔助膜。
6.如權利要求5所述的通孔優先銅互連製作方法，其特徵在於，所述微縮固化材料為東京應化工業株式會社所生產的微縮輔助膜。
7.如權利要求I所述的通孔優先銅互連製作方法，其特徵在於，所述加熱的溫度為所述第一光刻膠主體高分子材料的玻璃化溫度減30攝氏度至所述第一光刻膠主體高分子材料的玻璃化溫度加30攝氏度之間的任一值。
8.如權利要求I所述的通孔優先銅互連製作方法，其特徵在於，還包括生成隔離膜之後，通過去離子水或表面活性劑的去離子水溶液將多餘的微縮固化材料去除。
全文摘要
一種通孔優先銅互連製作方法，包括在襯底上沉積介質層，以及在該介質層上塗布能夠形成硬膜的第一光刻膠，並在該第一光刻膠中形成通孔結構；在該第一光刻膠圖形上塗布微縮固化材料以固化所述通孔結構，並加熱使該微縮固化材料與第一光刻膠表面反應，在該第一光刻膠表面形成隔離膜；在固化後的第一光刻膠上塗布第二光刻膠，其中，上述隔離膜不溶於該第二光刻膠，在該第二光刻膠中形成位於所述通孔結構上方的溝槽結構；將所述通孔結構和所述溝槽結構轉移到所述介質層中；繼續後續的導線金屬和通孔金屬填充。本發明利用可形成硬膜的光刻膠材料，減少了一步刻蝕步驟，大大地減少了製作成本，有效地提高了產能。
文檔編號H01L21/768GK102760696SQ20121026490
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月27日 優先權日2012年7月27日
發明者毛智彪 申請人:上海華力微電子有限公司