一種銅互連製作方法
2023-10-17 19:08:19 1
專利名稱：一種銅互連製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造領域銅互連大馬士革製造エ藝，尤其涉及ー種銅互連製作方法。
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。在電晶體的特徵尺寸進入到130納米技術節點之後，由於鋁的高電阻特性，銅互連逐漸替代鋁互連成為金屬互連的主流，現在廣泛採用的銅導線的製作方法是大馬士革エ藝的鑲嵌技術，其中溝槽優先雙大馬士革エ藝是實現銅導線和通孔銅一次成形的方法之一。如圖Ia-If 為溝槽優先雙大馬士革エ藝的結構流程示意圖。如圖Ia所示，在襯底矽片11上首先沉積低介電常數介質層12 ;如圖Ib所示，在低介電常數介質層12上塗布第一光刻膠13 ;如圖Ic所示，通 過光刻和刻蝕エ藝，去除第一光刻膠13,在低介電常數介質層12中形成金屬槽結構14 ;如圖Id所示，在低介電常數介質層12上表面和金屬槽結構14的側壁和底部上塗布第二光刻膠15 ;如圖Ie所示，再通過光刻和刻蝕エ藝，去除第二光刻膠15，在金屬槽結構14中直至形成襯底矽片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機械研磨エ藝，在金屬槽結構14和通孔16中填充金屬材料，形成導線金屬17和通孔金屬18。在電晶體的特徵尺寸微縮進入到32納米技術節點後，單次光刻曝光不能滿足製作密集線陣列圖形所需的解析度，於是雙重圖形(double patterning)成形技術被廣泛應用於製作32納米以下技術節點的密集線陣列圖形。圖2a _2e為雙重圖形成形技術的結構流程示意圖。如圖2a所示，在襯底矽片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、顯影和刻蝕エ藝，去除第一光刻膠24，在硬掩膜23中形成第一光刻圖形25和金屬槽結構26，且第一光刻圖形25和金屬槽結構26的長度比例為1:3 ;如圖2c所不,在襯底膜22的上表面、第一光刻圖形25的上表面及側面、金屬槽結構26的側壁和底部上塗布第二光刻膠27;如圖2d所示，利用曝光和顯影エ藝，在第二光刻膠27中形成第二光刻圖形28，同時去除剰餘的第二光刻膠27，且第二光刻圖形28和金屬槽結構26的長度比例為1:3，同時第二光刻圖形28位於金屬槽結構26的中間位置；如圖2e所示，利用刻蝕エ藝，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的上表面形成目標線條29和金屬槽結構210,且目標線條29和金屬槽結構210的長度比例為1:1，即目標線條29和金屬槽結構210組合形成密集線陣列圖形。雙重圖形成形技術需要兩次光刻和刻蝕，其成本遠大於傳統的單次曝光成形技木。因此，降低雙重圖形成形技術的成本成為新技術開發的方向之一。美國專利(US20100190104)提出在第一光刻圖形顯影后，在第一光刻膠上塗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。採用此方法後的雙重圖形成形エ藝過程縮減為光刻-光刻-刻蝕，省略了原エ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的成本。此種方法也稱作雙重曝光技術。
發明內容
針對上述存在的問題，本發明掲示了ー種銅互連製作方法，主要是ー種採用雙重曝光技術和可形成硬膜的光刻膠來製作雙大馬士革金屬互連的エ藝。
本發明的目的是通過下述技術方案實現的
ー種銅互連製作方法，其中，包括以下步驟
51:在ー襯底娃片上沉積一介質層；
52:在所述介質層上塗布第一光刻膠；
53:曝光、顯影后，去除部分所述第一光刻膠至所述介質層的上表面，於剩餘第一光刻膠中形成第一金屬槽結構； S4:塗布化學微縮材料覆蓋所述剰餘第一光刻膠的上表面和所述第一金屬槽結構的底部及其側壁；
S5 :加熱所述化學微縮材料，去除多餘化學微縮材料後，於所述剰餘第一光刻膠的表面形成隔離膜；
S6:塗布第二光刻膠充滿固化エ藝後的所述第一金屬槽結構並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層的上表面，在位於所述第一金屬溝槽結構上方的剰餘第二光刻膠中形成通孔結構；
S8 以所述剰餘第二光刻膠為掩膜，刻蝕所述介質層至所述襯底矽片的上表面，去除所述剩餘第二光刻膠，形成第一通孔；去除所述隔離膜後，以所述剰餘第一光刻膠為掩膜，繼續刻蝕部分所述剩餘介質層，去除所述剩餘第一光刻膠，形成第一金屬槽；
S9:在所述第一通孔和所述第一金屬槽內填充金屬材料，形成通孔金屬和導線金屬。上述的銅互連製作方法，其中，在執行SI步驟時，所述介質層為低介電常數介質層。上述的銅互連製作方法，其中，在執行S2步驟時，所述第一光刻膠選用可形成硬模的光刻膠。上述的銅互連製作方法，其中，在執行S4步驟時，所述化學微縮材料為含烷基氨基的水溶性高分子材料。上述的銅互連製作方法，其中，在執行S5步驟時，加熱溫度範圍為80°C至180°C。上述的銅互連製作方法，其中，在執行S5步驟時，所述隔離膜不溶於所述第二光刻膠。上述的銅互連製作方法，其中，在執行S5步驟時，利用去離子水或表面活性劑的去離子水溶液去除多餘的化學微縮材料。
上述的銅互連製作方法，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於等於1.5:1。上述的銅互連製作方法，其中，在執行S9步驟時，利用金屬沉積和化學機械研磨エ藝，在所述第二通孔和所述第二金屬槽結構內填充金屬材料，形成通孔金屬和導線金屬。
本發明的有益效果是利用化學微縮材料形成隔離膜，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構，再通過一次性刻蝕金屬槽和通孔結構，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獨立步驟的現有エ藝，有效地減少了雙大馬士革金屬互連線エ藝中的刻蝕步驟，提高產能、減少製作成本。
圖Ia-If是現有的溝槽優先雙大馬士革エ藝的結構流程示意 圖2a_2e是現有的雙重圖形成形技術的結構流程示意 圖3a_3i是本發明的ー種銅互連製作方法的結構流程示意圖。
具體實施例方式下面結合原理圖和具體操作實施例對本發明作進ー步說明。結合圖3a_3i中所示，ー種銅互連製作方法，其中，包括以下步驟 如圖3a所示，步驟SI :首先在ー襯底矽片31上沉積一介質層32 ；
在本發明的一個實施例中，介質層32為低介電常數介質層。如圖3b所示，S2 :在介質層32上塗布第一光刻膠33 ；
在此步驟中，第一光刻膠33選用可形成硬模的光刻膠，比如含矽烷基、矽烷氧基和籠形矽氧烷的光刻膠。如圖3c所不,S3 :曝光、顯影后,去除部分第一光刻膠33至介質層32上表面,於剩餘第一光刻膠33中形成第一金屬槽結構34 ；
如圖3d所示，S4 :塗布化學微縮材料35覆蓋剩餘第一光刻膠33的上表面和第一金屬槽結構34的底部及其側壁；
在此步驟中，化學微縮材料35為含烷基氨基的水溶性高分子材料，例如，可以為含烷基氨基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯高分子材料。如圖3e所示，S5 :加熱化學微縮材料35，去除多餘化學微縮材料35後，於剩餘第一光刻膠33的表面形成隔離膜36 ；
在本發明的一個實施例中，加熱溫度範圍為80°C至180°C，且在90°C至170°C為宜；
在此步驟中，利用去離子水或表面活性劑的去離子水溶液去除多餘的化學微縮材料35。如圖3f所示，S6 :塗布第二光刻膠37充滿固化工藝後的第一金屬槽結構34並覆蓋隔離膜36的上表面；
在此步驟中，第一光刻膠33與第二光刻膠37的抗刻蝕能力比大於等於I. 5:1，且前述隔離膜36不溶於第二光刻膠37。如圖3g所示，S7 :曝光、顯影后，去除部分第二光刻膠37至介質層32的上表面，在位於第一金屬溝槽結構34上方的剰餘第二光刻膠37中形成通孔結構38。如圖3h所示，S8 以剩餘第二光刻膠37為掩膜，刻蝕介質層32至襯底矽片31的上表面，去除剰餘第二光刻膠37，形成第一通孔310 ;去除隔離膜36後，以剩餘第一光刻膠33為掩膜，繼續刻蝕部分剩餘介質層32，去除剩餘第一光刻膠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內填充金屬材料,形成通孔金屬312和導線金屬311 ；
在此步驟中，利用金屬沉積和化學機械研磨エ藝，在第一通孔310和第一金屬槽39內填充金屬材料，形成通孔金屬312和導線金屬311。以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但本發明並不限制於以上描述的具體實施例，其只是作為範例。對於本領域技術人員而言，任何等同修改和替代也都在本發明的範 疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和範圍下所作出的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。
權利要求
1.一種銅互連製作方法，其特徵在於，包括以下步驟 51:在一襯底娃片上沉積一介質層； 52:在所述介質層上塗布第一光刻膠； 53:曝光、顯影后，去除部分所述第一光刻膠至所述介質層的上表面，於剩餘第一光刻膠中形成第一金屬槽結構； S4:塗布化學微縮材料覆蓋所述剩餘第一光刻膠的上表面和所述第一金屬槽結構的底部及其側壁； S5 :加熱所述化學微縮材料，去除多餘化學微縮材料後，於所述剩餘第一光刻膠的表面形成隔離膜； S6:塗布第二光刻膠充滿固化工藝後的所述第一金屬槽結構並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層的上表面，在位於所述第一金屬溝槽結構上方的剩餘第二光刻膠中形成通孔結構； 58以所述剩餘第二光刻膠為掩膜，刻蝕所述介質層至所述襯底矽片的上表面，去除所述剩餘第二光刻膠，形成第一通孔；去除所述隔離膜後，以所述剩餘第一光刻膠為掩膜，繼續刻蝕部分所述剩餘介質層，去除所述剩餘第一光刻膠，形成第一金屬槽； 59:在所述第一通孔和所述第一金屬槽內填充金屬材料，形成通孔金屬和導線金屬。
2.根據權利要求I所述的銅互連製作方法，其特徵在於，在執行SI步驟時，所述介質層為低介電常數介質層。
3.根據權利要求I所述的銅互連製作方法，其特徵在於，在執行S2步驟時，所述第一光刻膠選用可形成硬模的光刻膠。
4.根據權利要求I所述的銅互連製作方法，其特徵在於，在執行S4步驟時，所述化學微縮材料為含烷基氨基的水溶性高分子材料。
5.根據權利要求I所述的銅互連製作方法，其特徵在於，在執行S5步驟時，加熱溫度範圍為 80°C至 180°C。
6.根據權利要求5所述的銅互連製作方法，其特徵在於，在執行S5步驟時，所述隔離膜不溶於所述第二光刻膠。
7.根據權利要求5所述的銅互連製作方法，其特徵在於，在執行S5步驟時，利用去離子水或表面活性劑的去離子水溶液去除多餘的化學微縮材料。
8.根據權利要求I所述的銅互連製作方法，其特徵在於，所述第一光刻膠與所述第二光刻膠的抗刻蝕能力比大於等於I. 5:1。
9.根據權利要求I所述的銅互連製作方法，其特徵在於，在執行S9步驟時，利用金屬沉積和化學機械研磨工藝，在所述第二通孔和所述第二金屬槽結構內填充金屬材料，形成通孔金屬和導線金屬。
全文摘要
本發明涉及半導體製造領域銅互連大馬士革製造工藝，尤其涉及一種銅互連製作方法。本發明一種銅互連製作方法利用化學微縮材料形成隔離膜，通過曝光和顯影在可形成硬模的光刻膠中形成通孔和金屬槽結構，再通過一次性刻蝕金屬槽結構和通孔，形成通孔金屬和導線金屬。替代了把金屬槽刻蝕和通孔刻蝕分為兩個獨立步驟的現有工藝，有效地減少了雙大馬士革金屬互連線工藝中的刻蝕步驟，提高產能、減少製作成本。
文檔編號H01L21/768GK102810510SQ201210333710
公開日2012年12月5日 申請日期2012年9月11日 優先權日2012年9月11日
發明者毛智彪 申請人:上海華力微電子有限公司