一種銅互聯線的製作工藝的製作方法

2023-09-20 04:31:55 1

專利名稱：一種銅互聯線的製作工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造領域，尤其涉及一種銅互聯線的製作工藝。
背景技術：
隨著半導體晶片的集成度不斷提高，電晶體的特徵尺寸在不斷縮小。當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工藝的鑲嵌技術，其中溝槽優先雙大馬士革工藝是實現銅導線和通孔銅一次成形的方法之
O
圖Ia-If為本發明背景技術中溝槽優先雙大馬士革工藝的結構流程示意圖；如圖Ia-If所示，沉積低介電常數介質層12覆蓋矽襯底11的上表面後，塗布光刻膠13覆蓋介質層12的上表面，依次採用光刻、刻蝕工藝於介質層12中形成金屬槽14後，再次塗布光刻膠15充滿金屬槽14並覆蓋剩餘的介質層12的上表面，經過光刻、刻蝕工藝後，於金屬槽14的底部形成貫穿至矽襯底11的上表面的通孔16，最後利用金屬沉積工藝和化學機械研磨工藝，形成金屬導線17和金屬通孔18。而當電晶體的特徵尺寸微縮進入到32納米及其以下技術節點後，單次光刻曝光已經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納米及其以下技術節點的密集線陣列圖形。圖2a_2e為本發明背景技術中雙重圖形成形工藝的結構流程示意圖；如圖2a_2e所示，在襯底矽21上依次沉積襯底膜22、硬掩膜23和光刻膠24，對光刻膠24進行曝光、顯影后，形成光阻，並以該光阻為掩膜回蝕部分硬掩膜23至襯底膜22的上表面，去除上述光阻後形成第一光刻圖形25和金屬槽26，且第一光刻圖形25和金屬槽26的長度比例為1:3;之後，塗布第二光刻膠27覆蓋第一光刻圖形25的側壁及其上表面和襯底膜22暴露的上表面，曝光、顯影后，去除多餘的光刻膠，於金屬槽26中間部位形成與第一光刻圖形25相同長度的第二光刻圖形28 ;最後，以第一光刻圖形25和第二光刻圖形28為掩膜部分刻蝕襯底膜22至矽襯底21的上表面，去除上述的第一光刻圖形25和第二光刻圖形28後，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。由於，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術。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。

發明內容
針對上述存在的問題，本發明揭示了一種溝槽優先銅互連製作方法，主要是一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工藝。
本發明的目的是通過下述技術方案實現的
一種銅互聯線的製作工藝，其中，包括以下步驟步驟SI :在一矽襯底的上表面沉積一低介電常數介質層後，塗布可形成硬掩膜的第一光刻膠覆蓋所述低介電常數介質層；
步驟S2:曝光、顯影后，去除多餘的第一光刻膠，形成具有金屬槽結構的第一硬掩膜光
阻；
步驟S3:在同一顯影臺內，採用矽烷化材料於所述第一硬掩膜光阻的表面形成隔離
膜；
步驟S4 :塗布可形成硬掩膜的第二光刻膠充滿所述金屬槽結構並覆蓋所述硬掩膜光阻的上表面；其中，所述隔離膜與所述第二光刻膠不相溶；
步驟S5:曝光、顯影后，去除多餘的第二光刻膠，形成具有通孔結構的第二硬掩膜光
阻；
步驟S6 :採用刻蝕工藝，依次將所述第二硬掩膜光阻中的通孔結構和所述第一硬掩膜光阻中的金屬槽結構轉移至所述低介電常數介質層後，繼續金屬沉積工藝和研磨工藝，以形成導線金屬和通孔金屬；
其中，步驟S3中在充滿矽烷化材料氣體的反應腔室中或塗布液態矽烷化材料覆蓋所述第一硬掩膜光阻的表面，加熱使所述矽烷化材料與所述第一硬掩膜光阻進行反應，形成覆蓋所述第一硬掩膜光阻表面的所述隔離膜。上述的銅互聯線的製作工藝，其中，所述第一光刻膠的材質中含有矽烷基、矽烷氧基或籠形矽氧烷。上述的銅互聯線的製作工藝，其中，所述矽烷化材料為六甲基二矽胺，三甲基氯矽燒或TK甲基_■娃氣燒。上述的銅互聯線的製作工藝，其中，步驟S3中採用90-300°C的溫度形成所述隔離膜。上述的銅互聯線的製作工藝，其中，步驟S3中採用100-200°c的溫度形成所述隔離膜。上述的銅互聯線的製作工藝，其中，所述第一光刻膠的刻蝕能力與所述第二光刻膠的刻蝕能力的比值大於1.5:1。上述的銅互聯線的製作工藝，其中，步驟S3中通過加熱蒸發去除多餘的矽烷化材料。上述的銅互聯線的製作工藝，其中，步驟S6中先以所述第二硬掩膜光阻為掩膜刻蝕所述低介電常數介質層至所述矽襯底的上表面後，依次去除所述第二硬掩膜光阻和所述隔離膜，並以所述第一硬掩膜光阻為研磨，部分刻蝕剩餘的低介電常數介質層，去除所述第一硬掩膜光阻，於再次刻蝕後剩餘的低介電常數介質層中形成金屬槽和通孔。上述的銅互聯線的製作工藝，其中，沉積金屬充滿所述金屬槽和通孔，電鍍工藝後進行平坦化處理，形成所述導線金屬和通孔金屬。
上述的銅互聯線的製作工藝，其中，採用化學機械研磨工藝進行所述平坦化處理。
綜上所述，本發明一種銅互聯線的製作工藝，通過採用矽烷化材料於雙重曝光技術中的兩層光阻之間形成隔離膜，並依次將光阻中的通孔和金屬槽結構轉移至介質層，從而替代了傳統將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。


圖Ia-If為本發明背景技術中溝槽優先雙大馬士革工藝的結構流程示意 圖2a_2e為本發明背景技術中雙重圖形成形工藝的結構流程示意 圖3a_3i是本發明的一種銅互聯線的製作工藝的結構流程示意圖。
具體實施例方式 下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的說明
圖3a_3i是本發明的一種銅互聯線的製作工藝的結構流程示意 如圖3a_3i所示，本發明一種銅互聯線的製作工藝，首先，在矽襯底31的上表面沉積低介電常數介質層32，塗布可形成硬掩膜的第一光刻膠33覆蓋介質層32的上表面，曝光、顯影后，去除多餘的光刻膠，形成具有金屬槽結構34的第一硬掩膜光阻331 ;其中，第一光刻 膠33的材質中含有矽烷基、矽烷氧基或籠形矽氧烷等。其次，在同一顯影臺內，塗布液態矽烷化材料35如六甲基二矽胺，三甲基氯矽烷或六甲基二矽氮烷等，以覆蓋第一硬掩膜光阻331的上表面和側壁上(也可將具有第一硬掩膜光阻331結構的矽襯底31放置入具有充滿矽烷化材料氣體的反應腔室中)，加熱環境溫度至90-300°C，使矽烷化材料35與第一硬掩膜光阻331進行反應，並通過加熱蒸發去除多餘的矽烷化材料(覆蓋介質層32上表面的矽烷化材料)，以形成覆蓋第一硬掩膜光阻331的上表面及側壁的隔離膜36 ;其中，優選的加熱環境溫度至100-200°C，能更好的使矽烷化材料35與第一硬掩膜光阻331進行反應。之後，塗布可形成硬掩膜的第二光刻膠37覆蓋隔離膜36的上表面及其側壁，且充滿第一硬掩膜光阻331中的金屬槽結構34,且第一光刻膠33的刻蝕能力與第二光刻膠37的刻蝕能力的比值大於I. 5:1 ;曝光、顯影后去除多餘的光刻膠，形成具有通孔結構38的第二硬掩膜光阻371 ;其中，隔離膜36與第二光刻膠37不相溶。最後，以第二硬掩膜光阻371為掩膜刻蝕介質層32至矽襯底31的上表面後，依次去除第二硬掩膜光阻371和隔離膜36，並以第一硬掩膜光阻331為掩膜部分刻蝕剩餘的介質層後，於最終剩餘的介質層321中形成金屬槽39和通孔310，沉積金屬如銅等充滿金屬槽39和通孔310，並採用電鍍工藝後，採用化學機械研磨工藝進行平坦化處理，最終形成導線金屬311和通孔金屬321。綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明實施例提出一種銅互聯線的製作工藝，通過採用矽烷化材料於雙重曝光技術中的兩層光阻之間形成隔離膜，並依次將光阻中的通孔和金屬槽結構轉移至介質層，從而替代了傳統將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。通過說明和附圖，給出了具體實施方式
的特定結構的典型實施例，基於本發明精神，還可作其他的轉換。儘管上述發明提出了現有的較佳實施例，然而，這些內容並不作為局限。對於本領域的技術人員而言，閱讀上述說明後，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權利要求書應看作是涵蓋本發明的真實意圖和範圍的全部變化和修正。在權利要求書範圍內任何和所有等價的範圍與內容，都應認為仍屬本發明的意圖和範圍內。
權利要求
1.一種銅互聯線的製作工藝，其特徵在於，包括以下步驟 步驟SI :在一矽襯底的上表面沉積一低介電常數介質層後，塗布可形成硬掩膜的第一光刻膠覆蓋所述低介電常數介質層； 步驟S2:曝光、顯影后，去除多餘的第一光刻膠，形成具有金屬槽結構的第一硬掩膜光阻； 步驟S3:在同一顯影臺內，採用矽烷化材料於所述第一硬掩膜光阻的表面形成隔離膜； 步驟S4 :塗布可形成硬掩膜的第二光刻膠充滿所述金屬槽結構並覆蓋所述硬掩膜光阻的上表面；其中，所述隔離膜與所述第二光刻膠不相溶； 步驟S5:曝光、顯影后，去除多餘的第二光刻膠，形成具有通孔結構的第二硬掩膜光阻； 步驟S6 :採用刻蝕工藝，依次將所述第二硬掩膜光阻中的通孔結構和所述第一硬掩膜光阻中的金屬槽結構轉移至所述低介電常數介質層後，繼續金屬沉積工藝和研磨工藝，以形成導線金屬和通孔金屬； 其中，步驟S3中在充滿矽烷化材料氣體的反應腔室中或塗布液態矽烷化材料覆蓋所述第一硬掩膜光阻的表面，加熱使所述矽烷化材料與所述第一硬掩膜光阻進行反應，形成覆蓋所述第一硬掩膜光阻表面的所述隔離膜。
2.根據權利要求I所述的銅互聯線的製作工藝，其特徵在於，所述第一光刻膠的材質中含有矽烷基、矽烷氧基或籠形矽氧烷。
3.根據權利要求2所述的銅互聯線的製作工藝，其特徵在於，所述矽烷化材料為六甲基二矽胺，三甲基氯矽烷或六甲基二矽氮烷。
4.根據權利要求I所述的銅互聯線的製作工藝，其特徵在於，步驟S3中採用90-300°C的溫度形成所述隔離膜。
5.根據權利要求4所述的銅互聯線的製作工藝，其特徵在於，步驟S3中採用100-200°C的溫度形成所述隔離膜。
6.根據權利要求I所述的銅互聯線的製作工藝，其特徵在於，所述第一光刻膠的刻蝕能力與所述第二光刻膠的刻蝕能力的比值大於I. 5:1。
7.根據權利要求1-6任意一項所述的銅互聯線的製作工藝，其特徵在於，步驟S3中通過加熱蒸發去除多餘的矽烷化材料。
8.根據權利要求7所述的銅互聯線的製作工藝，其特徵在於，步驟S6中先以所述第二硬掩膜光阻為掩膜刻蝕所述低介電常數介質層至所述矽襯底的上表面後，依次去除所述第二硬掩膜光阻和所述隔離膜，並以所述第一硬掩膜光阻為研磨，部分刻蝕剩餘的低介電常數介質層，去除所述第一硬掩膜光阻，於再次刻蝕後剩餘的低介電常數介質層中形成金屬槽和通孔。
9.根據權利要求8所述的銅互聯線的製作工藝，其特徵在於，沉積金屬充滿所述金屬槽和通孔，電鍍工藝後進行平坦化處理，形成所述導線金屬和通孔金屬。
10.根據權利要求9所述的銅互聯線的製作工藝，其特徵在於，採用化學機械研磨工藝進行所述平坦化處理。
全文摘要
本發明涉及半導體製造領域，尤其涉及一種銅互聯線的製作工藝。本發明提出一種銅互聯線的製作工藝，通過在溝槽優先的銅互聯工藝中採用矽烷化材料於雙重曝光技術中的兩層光阻之間形成隔離膜，並依次將光阻中的通孔和金屬槽結構轉移至介質層，從而替代了傳統將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H01L21/027GK102832107SQ20121033387
公開日2012年12月19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