專利名稱：一種線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造 技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用于一種半導(dǎo)體生產(chǎn)的金屬層布線技術(shù)。
背景技術(shù)：
大馬士革技術(shù)是一種半導(dǎo)體生產(chǎn)的銅布線技術(shù)，大馬士革(damascene) —詞,衍生自古代的Damascus (大馬士革)工匠的嵌刻技術(shù),故又稱為大馬士革鑲嵌技術(shù)。雙大馬士革技術(shù)是用兩次大馬士革技術(shù)完成一個立體凹槽結(jié)構(gòu)，一次完成鑲嵌的技術(shù)。傳統(tǒng)的集成電路的多層金屬互連是以干蝕刻金屬層的方式來制作金屬導(dǎo)線，然后進(jìn)行介電層的填充。而大馬士革技術(shù)則是先在介電層上蝕刻金屬導(dǎo)線用的圖膜，然后再填充金屬。大馬士革技術(shù)最主要的特點(diǎn)是不需要進(jìn)行金屬層的蝕刻。當(dāng)金屬導(dǎo)線的材料由鋁轉(zhuǎn)換成電阻率更低的銅的時候，由于銅的干蝕刻較為困難，因此大馬士革技術(shù)對銅制程來說便極為重要。大馬士革結(jié)構(gòu)可分為兩種單大馬士革結(jié)構(gòu)(single damascene)以及雙大馬士革結(jié)構(gòu)(dual damascene)。單大馬士革結(jié)構(gòu)如前所述,僅是把單層金屬導(dǎo)線的制作方式由傳統(tǒng)的(金屬層蝕刻+介電層填充)方式改為大馬士革方式(介電層蝕刻+金屬填充)。而傳統(tǒng)的雙大馬士革結(jié)構(gòu)則是將孔洞(hole)及金屬導(dǎo)線結(jié)合一起都用大馬士革的方式來做，只需一道金屬填充的步驟。其中，傳統(tǒng)的雙大馬士革干刻蝕后結(jié)構(gòu)如圖I所示?，F(xiàn)有技術(shù)中，無論是單大馬士革工藝還是雙大馬士革工藝都必須經(jīng)歷刻蝕轉(zhuǎn)移等步驟，造成生產(chǎn)時間的延長和生產(chǎn)成本的增加。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本發(fā)明公開一種線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)制法，利用光阻層(即光刻膠)曝光/顯影不徹底時底部光阻層會有殘留的特性，在垂直方向采用雙重曝光，使其在垂直方向形成雙大馬士革立體結(jié)構(gòu)，以便在所述雙大馬士革立體結(jié)構(gòu)沉積金屬以形成線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開一種線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)制法，包括提供一基底，該基底一表面形成有多數(shù)個電性連接墊，于該基底表面形成一光阻層；于該光阻層中形成相互堆疊之第一開口及第二開口，以露出該基底第一表面之電性連接墊；以及于該第一開口及第二開口中形成線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)，且該線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)電性連接至該基底第一表面之電性連接墊。更進(jìn)一步地，該方法還包括去除該光阻層；以及于該基底第一表面填充樹脂材料。更進(jìn)一步地，該方還包括固化該光阻層。更進(jìn)一步地，該方還包括去除該光阻層；以及于該基底第一表面填充介電材料。更進(jìn)一步地，該方該第一開口及第二開口之制法包括進(jìn)行曝光制程，以在該光阻層上對應(yīng)該些電性連接墊區(qū)域形成第一曝光區(qū)域；進(jìn)行曝光制程，以在該第一曝光區(qū)域下方對應(yīng)該些電性連接墊區(qū)域形形成第二曝光區(qū)域；進(jìn)行顯影制程，以去除該第一曝光區(qū)域及第二曝光區(qū)域的光阻層，進(jìn)而形成該第一開口及第二開口。更進(jìn)一步地，該方該線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的材料是以下金屬或由以下金屬組成的合金中的一種或幾種金、銀、銅、招、錫、鉛。更進(jìn)一步地，該方該線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)是采用電鍍方法或無電鍍方法形成。本發(fā)明還公開一種線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)制法，包括提供一基底，該基底表面形成有多數(shù)個電性連接墊，于該基底表面形成第二光阻層；進(jìn)行曝光制程，以在該第二光阻層中對應(yīng)該些電性連接墊區(qū)域形成第二曝光區(qū)域；于該第二光阻層上形成第一光阻層；進(jìn)行曝光制程，以在該第一光阻層中對應(yīng)該些電性連接墊區(qū)域形成第一曝光區(qū)域；進(jìn)行顯影制程，以在該一光阻層中形成第一開口，在該第二光阻層中形成第二開口 ；以及于該第一開口及第二開口中形成線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)，且該線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)電性連接至該基底表面之電性連接墊。

更進(jìn)一步地，該方該還包括去除該第一及第二光阻層；以及于該基底第一表面填充樹脂材料。更進(jìn)一步地，該方該還包括固化該第一及第二光阻層。更進(jìn)一步地，該方該該線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的材料是以下金屬或由以下金屬組成的合金中的一種或幾種金、銀、銅、鋁、錫、鉛。更進(jìn)一步地，該方該該線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)是采用電鍍方法或無電鍍方法形成。與現(xiàn)有技術(shù)中的雙大馬士革工藝相比較，利用光阻層曝光/顯影不徹底的現(xiàn)象將光阻層形成立體圖形并將雙大馬士革工藝首次應(yīng)用于光阻層材料；同時透過金屬沉積過程一次形成線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)，增加了連接力，減少了電阻。使用光阻層材料產(chǎn)生的雙大馬士革結(jié)構(gòu)不需要刻蝕、CVD、CMP等工藝加工步驟，極大的節(jié)約了生產(chǎn)成本與時間。


關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了解。圖I是現(xiàn)有技術(shù)中的雙大馬士革工藝結(jié)構(gòu)圖；圖2是光阻層的時間-厚度劑量分布圖；圖3是光阻層劑量不足時顯影的效果圖；圖4是現(xiàn)有技術(shù)中的單大馬士革鑲嵌流程圖；圖5是本發(fā)明所涉及的第一實(shí)施方式的流程圖；圖6是本發(fā)明所涉及的第二實(shí)施方式的流程圖。主要圖示如下I-電介質(zhì)材料2-金屬材料3-硅片4-光阻層5_金屬互連6_第一次曝光后的光阻層7-第二次曝光光阻層 8-光阻層被顯影后留下空白區(qū)域
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。眾所周知，現(xiàn)有技術(shù)中的光阻層(即光阻層)通常由3種材料組成1.溶劑，其作用是使光阻層維持液態(tài)，能夠均勻的分布到硅片的表面；2.樹脂，樹脂對入射光線不產(chǎn)生反應(yīng)，主要用于提供光阻層對襯底的黏附性、供給光阻層抗蝕刻能力、決定光阻層涂覆后的厚度和熱穩(wěn)定性等材料性質(zhì)，而且可被顯影液分解；3.光活性化合物，對特殊波長光線敏感，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，極大地改變顯影速率。對于正性光阻層膠而言，當(dāng)入射光進(jìn)入光阻層時，由于光阻層中的光活性化合物(以下簡稱PAC)吸收光線的緣故，使得該化合物將隨著曝光時間增加而被破壞成為一種易溶于堿性顯影液的化合物，所以光阻的吸收度亦將隨著曝光時間增加而降低。PAC吸收光線的行為可由三個參數(shù)描述，即為著名的Dill的ABC參數(shù)。PAC濃度的表達(dá)式可用M(Z，t)表示，其積分表達(dá)式為I . .τ.η ρ1 ξ = z ；
&(o，r) ^[^4(15 In^]而光阻層中光強(qiáng)的分布表達(dá)式為
..…、TnA[l-B\nM(Z,t)
Γθθ^7 -/(Ζ,η = Iv-
_ ,」41 - Μ(0,0] + BCI0t ，其中，Z為垂直進(jìn)入光阻層的深度，光阻層表面Z = 0，t為曝光時間光阻層表面，并且有M (O, O = °U其中，IO是光進(jìn)入光阻層前的光強(qiáng)。根據(jù)以上原理，通過計算，我們發(fā)現(xiàn)光阻層中垂直方向的光強(qiáng)分布并不均勻——具體如圖2所示，水平方向?yàn)闀r間，垂直方向?yàn)楣庾鑼拥纳疃?，可以發(fā)現(xiàn)，光阻層底部累積的光劑量明顯小于光阻層頂部。對應(yīng)的，通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)，我們得到結(jié)果如圖3所示——從圖中可見，光阻層曝光位置的光阻層底部沒有接受足夠的曝光劑量，無法顯影打開。理論計算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都證實(shí)了曝光劑量不足則光阻層底部無法顯影開現(xiàn)象的存在。本發(fā)明利用光阻層的這種特性，在下文設(shè)計工藝流程實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)一種雙大馬士革工藝。為了說明本實(shí)施例的雙大馬士革工藝，先介紹一個簡單的單大馬士革鑲嵌工藝流程。如圖4所示，過程為涂膠SI，曝光S2，顯影S3，電鍍S4，去膠S5，形成圖I所示的金屬互連結(jié)構(gòu)至少需要經(jīng)過2次以上的單大馬士革工藝流程，而生產(chǎn)過程需要I至8層如圖I結(jié)構(gòu)金屬互連。圖5是本發(fā)明所涉及的第一實(shí)施方式的流程圖。如圖5中所示SlOl-第一次涂膠。涂第I層光阻層4，光阻層4的厚度根據(jù)設(shè)計時需要的金屬層高度確定，本實(shí)施例不作具體規(guī)定。現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)充分公開光阻層的特性及工藝要點(diǎn)，因此此處省略。S102-第一次曝光。在第I層光阻層上曝光，需要有足夠的第一次曝光劑量，使得第一次曝光光阻層6的區(qū)域能夠充分曝光。S103-第二次涂膠。在S102后不經(jīng)過顯影，直接在第I層光阻層上涂第2層光阻層4，同樣的光阻層4的厚度根據(jù)設(shè)計時需要的金屬層高度確定，本實(shí)施例不作具體規(guī)定。
S104-第二次曝光。進(jìn)行第二次曝光，曝光要特別注意控制第二次曝光劑量與焦面，焦面控制在光阻層表面，曝光劑量需經(jīng)過計算確定，由前文敘述的原理可知，光經(jīng)過光阻層時首先會被表面未被曝光的區(qū)域吸收大部分光能量，控制劑量使接受足夠第二次曝光劑量的光阻層7的區(qū)域在第2層光阻層內(nèi)，第I層光阻層不被完全曝光。S105-顯影。曝光區(qū)域6與7與未曝光區(qū)4顯影效率相差極大，顯影過程中，經(jīng)過完全曝光的光阻層6與7被快速顯影去除，而未被曝光的區(qū)域光阻層顯影速率極慢，可以得到如S105顯示的雙大馬士革結(jié)構(gòu)形貌。S106-金屬填充。在S105光阻層形成雙大馬士革結(jié)構(gòu)后直接電鍍，即可形成金屬互連5。 S107-去膠。最后，將多余的光阻層去除，即可得到雙大馬士革空間結(jié)構(gòu)的金屬互連5，后續(xù)工藝可用樹脂材料填充空隙，或者用光敏樹脂代替光阻層4，直接將光敏樹脂固化后形成堅固的介質(zhì)層。圖6是本發(fā)明所涉及的第二實(shí)施方式的流程圖，第二實(shí)施方式所采用的是單次涂膠、雙次曝光及單次顯影的雙大馬士革工藝實(shí)例。如圖6中所示S201-涂膠。涂一層光阻層4，厚度等于實(shí)例I兩層光阻層的厚度之和；S202-第一次曝光。在第I次曝光注意控制劑量，光阻層的下半部分不被曝光，被曝光的光阻層6區(qū)域如S202所示。S203-第二次曝光。第二次曝光，使整層其光阻層徹底曝光，第二次被曝光的光阻層7的區(qū)域如S203所示；S204-顯影。顯影形成雙大馬士革結(jié)構(gòu)；S205-金屬填充。例如在所形成的雙大馬士革結(jié)構(gòu)中電鍍銅，形成雙大馬士革金屬互連(即線路互聯(lián)結(jié)構(gòu))；S206-去膠。光阻層去除，該步驟與S107—致。本發(fā)明公開了一種新的雙大馬士革工藝，利用光阻層曝光/顯影不徹底底部光阻層會有殘留的特性，在垂直方向采用雙重曝光，使其在垂直方向形成雙大馬士革結(jié)構(gòu)。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于直接用光阻層代替介電物質(zhì)，去除了刻蝕轉(zhuǎn)移步驟，節(jié)約了成本及生產(chǎn)時間；用雙重曝光過程中，光阻層表面水平度高，間接增加了焦深，提高了工藝分辨率；雙大馬士革相對原有光阻層中的單大馬士革工藝只需I次顯影/電鍍，節(jié)約了成本與時間，基本消除了不同層之間的電阻，提高了電性能。本說明書中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)制法，包括 提供一基底，該基底一表面形成有多數(shù)個電性連接墊，于該基底表面形成一光阻層；于該光阻層中形成相互堆疊之第一開口及第二開口，以露出該基底第一表面之電性連接墊；以及 于該第一開口及第二開口中形成線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)，且該線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)電性連接至該基底第一表面之電性連接墊。
2.如權(quán)利要求I所述的線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)制法，還包括 去除該光阻層；以及 于該基底第一表面填充樹脂材料。
3.如權(quán)利要求I所述的線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)制法，還包括固化該光阻層。
4.如權(quán)利要求I所述的線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)制法，還包括 去除該光阻層；以及 于該基底第一表面填充介電材料。
5.如權(quán)利要求I所述的線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，該第一開口及第二開口之制法包括 進(jìn)行曝光制程，以在該光阻層上對應(yīng)該些電性連接墊區(qū)域形成第一曝光區(qū)域； 進(jìn)行曝光制程，以在該第一曝光區(qū)域下方對應(yīng)該些電性連接墊區(qū)域形形成第二曝光區(qū)域； 進(jìn)行顯影制程，以去除該第一曝光區(qū)域及第二曝光區(qū)域的光阻層，進(jìn)而形成該第一開口及第二開口。
6.如權(quán)利要求I所述的線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，該線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的材料是以下金屬或由以下金屬組成的合金中的一種或幾種金、銀、銅、鋁、錫、鉛。
7.如權(quán)利要求I所述的線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，該線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)是采用電鍍方法或無電鍍方法形成。
8.一種線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)制法，包括 提供一基底，該基底表面形成有多數(shù)個電性連接墊，于該基底表面形成第二光阻層； 進(jìn)行曝光制程，以在該第二光阻層中對應(yīng)該些電性連接墊區(qū)域形成第二曝光區(qū)域； 于該第二光阻層上形成第一光阻層； 進(jìn)行曝光制程，以在該第一光阻層中對應(yīng)該些電性連接墊區(qū)域形成第一曝光區(qū)域； 進(jìn)行顯影制程，以在該一光阻層中形成第一開口，在該第二光阻層中形成第二開口 ；以及 于該第一開口及第二開口中形成線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)，且該線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)電性連接至該基底表面之電性連接墊。
9.如權(quán)利要求8所述的線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)制法，還包括 去除該第一及第二光阻層；以及 于該基底第一表面填充樹脂材料。
10.如權(quán)利要求8所述的線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)制法，還包括固化該第一及第二光阻層。
11.如權(quán)利要求8所述的線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，該線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的材料是以下金屬或由以下金屬組成的合金中的一種或幾種金、銀、銅、鋁、錫、鉛。
12.如權(quán)利要求8所述的線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，該線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)是采用電鍍方法或無電鍍方法形成。
全文摘要
本發(fā)明公開一種線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)制法，包括提供一基底，該基底一表面形成有多數(shù)個電性連接墊，于該基底表面形成一光阻層；于該光阻層中形成相互堆疊之第一開口及第二開口，以露出該基底第一表面之電性連接墊；以及于該第一開口及第二開口中形成線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)，且該線路互聯(lián)結(jié)構(gòu)電性連接至該基底第一表面之電性連接墊。
文檔編號H01L21/768GK102738063SQ20111008620
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者段立峰, 章磊 申請人:上海微電子裝備有限公司