專利名稱：一種超厚頂層金屬的金屬硬掩模雙大馬士革工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制備技術(shù)領(lǐng)域，更確切的說，本發(fā)明涉及一種超厚頂層金屬的金屬硬掩模雙大馬士革工藝。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有半導(dǎo)體元器件制造技術(shù)中，平面電感器是射頻集成電路的重要組成部分。 對(duì)于電感器來說，品質(zhì)因子是一個(gè)很重要參數(shù)。品質(zhì)因子越高，電感器的功耗越小、效率越高。為了提高電感器品質(zhì)因子，要求盡可能提高溝槽深度以降低電感器寄生電阻。目前業(yè)界通常使用厚度在3μπι以上的超厚金屬層。而通過先全通孔(Via)后溝槽(Trench)的雙大馬士革制造工藝，通孔刻蝕的深寬比超過10:1以上，通孔刻蝕工藝很難實(shí)現(xiàn)。目前，半導(dǎo)體業(yè)界內(nèi)在超厚頂層金屬的制造過程中常用分別制造通孔(Via)和溝槽(Trench)的單大馬士革制造工藝。使用這種制造工藝，首先淀積介電層，隨后光刻通孔圖形并采用干法刻蝕通孔隨后淀積金屬阻擋層和銅籽晶層并用電鍍銅填滿通孔，而后用化學(xué)機(jī)械研磨去除多余金屬；在完成通孔后，在通孔上再次淀積介電層并光刻形成溝槽圖形， 采用干法刻蝕溝槽隨后淀積金屬阻擋層和銅籽晶層并用電鍍銅填滿溝槽，而后再次用化學(xué)機(jī)械研磨去除多余金屬。該種技術(shù)解決了通孔刻蝕高深寬比的問題，但是這種技術(shù)會(huì)增加制造的工藝步驟，延長(zhǎng)生產(chǎn)周期。還有，如專利公開的一種先部分通孔后溝槽雙大馬士革制作工藝，可以先刻蝕部分通孔來解決全通孔刻蝕高深寬比的問題，但這種方法很難控制通孔尺寸。如專利US745^06公開的一種方法通孔和溝槽分別使用高選擇比介電材料作為硬掩模制作雙大馬士革結(jié)構(gòu)，但是對(duì)于介電材料硬掩?？涛g工藝窗口小，很難實(shí)現(xiàn)超高選擇比刻蝕工藝。這兩種工藝在解決通孔刻蝕高深寬比問題時(shí)，都無法解決刻蝕工藝控制的問題。本發(fā)明正是為了滿足現(xiàn)在半導(dǎo)體生產(chǎn)應(yīng)用中的需求而提出的一種新的雙大馬士革工藝制造超厚頂層金屬，以解決現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)中的不足。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明提供一種超厚頂層金屬的金屬硬掩模雙大馬士革工藝，包括以下步驟
步驟1，于一晶圓基體上自下而上分別淀積有通孔介電阻擋層、通孔介電層和通孔金屬硬掩模；
步驟2，在所述的金屬硬掩模上利用光刻刻蝕工藝打開金屬硬掩模形成通孔開口和溝槽阻擋層；
步驟3，在形成的溝槽阻擋層上依次自下而上淀積溝槽介電層和溝槽金屬硬掩模； 步驟4，通過光刻刻蝕打開溝槽金屬硬掩模形成溝槽開口 ；
步驟5，通過所述的溝槽金屬硬掩模溝槽開口刻蝕溝槽介電層形成溝槽，并進(jìn)一步通過通孔金屬硬掩模通孔開口刻蝕通孔介電層，以形成通孔；步驟6，在所得的溝槽和通孔上淀積金屬阻擋層和銅籽晶層，并電鍍銅填滿所述的通孔和溝槽；
步驟7，對(duì)所得的材料表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨平坦化去除多余金屬、及殘余的溝槽金屬硬掩模。上述的工藝，其中，在打開通孔金屬硬掩模形成通孔開口和溝槽阻擋層時(shí)，采用兩次光刻刻蝕工藝分別打開硬掩模通孔開口和形成溝槽阻擋層。上述的工藝，其中，在打開通孔金屬硬掩模形成通孔開口和溝槽阻擋層時(shí)，采用一次光刻刻蝕工藝同時(shí)打開硬掩模通孔開口和形成溝槽阻擋層。上述的工藝，其中，所述介電阻擋層為化學(xué)氣相淀積的SiN、SiC、SiCN等。上述的工藝，其中，所述的通孔介電層和溝槽介電層采用化學(xué)氣相淀積硅氧化物。上述的工藝，其中，所述化學(xué)氣相淀積硅氧化物包括純硅酸鹽玻璃或加氟的硅酸鹽玻璃。上述的工藝，其中，所述金屬阻擋層為TaN/Ta金屬阻擋層。上述的工藝，其中，所述的溝槽介電層的厚度> 3μπι。上述的工藝，其中，所述通孔金屬硬掩模及溝槽金屬硬掩模為化學(xué)氣相淀積或物理氣相淀積的TaN、Ta、TiN, Ti等。上述的工藝，其中，所述溝槽阻擋層的尺寸大于所述溝槽的尺寸。上述的工藝，其中，所述步驟5的分步工藝操作時(shí)，刻蝕溝槽后采用濕法清洗去除因刻蝕積聚的聚合物。本發(fā)明超厚頂層金屬的金屬硬掩模雙大馬士革工藝，優(yōu)點(diǎn)在于
1.本發(fā)明超厚頂層金屬的金屬硬掩模雙大馬士革工藝所提供的制備生產(chǎn)工藝可減少工藝步驟，縮短生產(chǎn)周期。2.本發(fā)明超厚頂層金屬的金屬硬掩模雙大馬士革工藝所提供的制備生產(chǎn)工藝可降低生產(chǎn)成本。3.本發(fā)明超厚頂層金屬的金屬硬掩模雙大馬士革工藝所提供的制備工藝可同時(shí)滿足通孔刻蝕高深寬比且控制通孔尺寸。本領(lǐng)域的技術(shù)人員閱讀以下較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明，并參照附圖之后，本發(fā)明的這些和其他方面的優(yōu)勢(shì)無疑將顯而易見。


參考所附附圖，以更加充分的描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，所附附圖僅用于說明和闡述，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的限制。圖1-8是本發(fā)明超厚頂層金屬的金屬硬掩模雙大馬士革工藝的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1-8所示，在本發(fā)明超厚頂層金屬的金屬硬掩模雙大馬士革工藝中，
1)首先在一晶圓基體1上自下而上分別淀積通孔介電阻擋層2、通孔介電層3和通孔金屬硬掩模4 ；
2)隨后在所述的金屬硬掩模4上涂上光刻膠5，光刻形成通孔和溝槽阻擋層的圖形6，隨后對(duì)其利用刻蝕工藝打開金屬硬掩模4形成通孔開口和溝槽阻擋層7，其中，形成通孔開口和溝槽阻擋層7時(shí)，采用兩次光刻刻蝕分別打開硬掩模通孔和形成溝槽阻擋層7，或一次光刻刻蝕同時(shí)打開硬掩模通孔和形成溝槽阻擋層7 ；
3)再在溝槽阻擋層7上依次自下而上淀積溝槽介電層8和溝槽金屬硬掩模9；
4)沿著光刻打開的溝槽圖形10進(jìn)行刻蝕工藝以打開溝槽金屬硬掩模9形成溝槽開
Π ；
5)通過所述的溝槽開口刻蝕溝槽介電層8形成溝槽11，并進(jìn)一步通過通孔開口刻蝕通孔介電層3和通孔阻擋層2形成通孔12，其中，在本步驟中可以采用一步工藝直接刻蝕溝槽 11和通孔12或分步工藝分開刻蝕溝槽11和通孔12 ；
6)于前一步所得的溝槽11和通孔12上淀積金屬阻擋層(TaN/Ta)和銅籽晶層，并電鍍銅13填滿所述的通孔12和溝槽11 ；
7)最后對(duì)所得的材料表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨平坦化去除多余金屬以及殘余的溝槽金屬硬掩模9。如圖1所示，于一晶圓基體1自下而上分別上淀積通孔介電阻擋層2、通孔介電層 3和通孔金屬硬掩模4。其中，通孔介電阻擋層2 —般采用化學(xué)氣相淀積的SiN、SiC、SiCN 等材料，而所述的通孔介電層3則采用化學(xué)氣相淀積硅氧化物，如純硅酸鹽玻璃(USG)或加氟的硅酸鹽玻璃(FSG)等；金屬硬掩模4則采用化學(xué)氣相淀積或物理氣相淀積的TaN、Ta、 TiN, Ti等構(gòu)成。圖2中，所述的金屬硬掩模4上涂上光刻膠5，采用光刻在金屬硬掩模4上形成通孔和溝槽阻擋層圖形6。在圖3中，沿著光刻打開的金屬硬掩模4 (圖2)上形成通孔和溝槽阻擋層圖形6 (圖2 )，對(duì)其利用刻蝕工藝打開金屬硬掩模4 (圖2)形成通孔開口和溝槽阻擋層7，并灰化去除光阻得到光潔的材料表面。圖4中，在圖3所示的溝槽阻擋層7上自下而上再行淀積溝槽介電層8和溝槽金屬硬掩模9 ；其中，所述的溝槽介電層8采用化學(xué)氣相淀積硅氧化物，如純硅酸鹽玻璃(USG) 或加氟的硅酸鹽玻璃(FSG)等，溝槽介電層8的厚度> 3 μ m ；溝槽金屬硬掩模9則采用化學(xué)氣相淀積或物理氣相淀積的TaN、Ta、TiN, Ti等構(gòu)成。如圖5所示，在完成前一步驟的淀積溝槽介電層8和溝槽金屬硬掩模9之后，在溝槽金屬硬掩模9上涂上光刻膠14，并光刻形成溝槽圖形10。依圖6及圖7所示，在形成溝槽圖形10之后，采用分步工藝分開刻蝕溝槽11和通孔12，在本步驟中，刻蝕溝槽金屬硬掩模9將其打開形成溝槽開口，隨后灰化去除光阻并繼續(xù)刻蝕溝槽介電層8形成溝槽11。所得的溝槽11與前序操作中已形成的溝槽阻擋層相連通，且溝槽11的尺寸小于溝槽阻擋層7。圖7中，接前一步驟操作，在刻蝕溝槽11之后，進(jìn)而刻蝕通孔12的操作，其中，溝槽阻擋層7在阻擋其下的通孔介電層3以防止被刻蝕時(shí)，同時(shí)充當(dāng)通孔12的硬掩模；在刻蝕通孔12之前，先用濕法清洗去除因刻蝕溝槽11而積聚的聚合物，隨后進(jìn)行刻蝕操作，溝槽阻擋層7下方的通孔介電層3被保留，刻蝕形成通孔12。在圖8中，在溝槽11和通孔12上淀積金屬阻擋層(TaN/Ta)和銅籽晶層并用電鍍銅13填滿通孔12和溝槽11，而后用化學(xué)機(jī)械研磨去除多余金屬以及殘余的溝槽金屬硬掩模9，即最終完成本發(fā)明所提供的超厚頂層金屬的金屬硬掩模雙大馬士革工藝。通過說明和附圖，給出了具體實(shí)施方式
的特定結(jié)構(gòu)的典型實(shí)施例，例如，本案是以 TaN/Ta金屬阻擋層及電鍍銅進(jìn)行溝槽填滿操作，基于本發(fā)明精神，上述材質(zhì)還可用其他物質(zhì)的轉(zhuǎn)換。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實(shí)施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。 因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實(shí)意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價(jià)的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超厚頂層金屬的金屬硬掩模雙大馬士革工藝，其特征在于，包括以下步驟步驟1，于一晶圓基體上自下而上分別淀積有通孔介電阻擋層、通孔介電層和通孔金屬硬掩模；步驟2，在所述的金屬硬掩模上利用光刻刻蝕工藝打開通孔金屬硬掩模形成通孔開口和溝槽阻擋層；步驟3，在形成的溝槽阻擋層上依次自下而上淀積溝槽介電層和溝槽金屬硬掩模；步驟4，通過光刻刻蝕打開溝槽金屬硬掩模形成溝槽開口 ；步驟5，通過所述的溝槽金屬硬掩模溝槽開口刻蝕溝槽介電層形成溝槽，并進(jìn)一步在通過通孔金屬硬掩模通孔開口刻蝕通孔介電層，以形成通孔；步驟6，在所得的溝槽和通孔上淀積金屬阻擋層和銅籽晶層，并電鍍銅填滿所述的通孔和溝槽；步驟7，對(duì)所得的材料表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨平坦化去除多余金屬、及殘余的溝槽金屬硬掩模。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，在打開通孔金屬硬掩模形成通孔開口和溝槽阻擋層時(shí)，采用兩次光刻刻蝕工藝分別打開硬掩模通孔開口和形成溝槽阻擋層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，在打開通孔金屬硬掩模形成通孔開口和溝槽阻擋層時(shí)，采用一次光刻刻蝕工藝同時(shí)打開硬掩模通孔開口和形成溝槽阻擋層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述介電阻擋層為化學(xué)氣相淀積的SiN、 SiC、SiCN。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述的通孔介電層和溝槽介電層采用化學(xué)氣相淀積硅氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的工藝，其特征在于，所述化學(xué)氣相淀積硅氧化物包括純硅酸鹽玻璃或加氟的硅酸鹽玻璃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述金屬阻擋層為TaN/Ta金屬阻擋層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述的溝槽介電層的厚度>3μπι。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述通孔金屬硬掩模及溝槽金屬硬掩模為化學(xué)氣相淀積或物理氣相淀積的TaN、Ta、TiN, Ti。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述溝槽阻擋層的尺寸大于所述溝槽的尺寸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述步驟5的分步工藝操作時(shí)，刻蝕溝槽后采用濕法清洗去除因刻蝕積聚的聚合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制備技術(shù)領(lǐng)域，更確切的說，本發(fā)明涉及一種超厚頂層金屬的金屬硬掩模雙大馬士革工藝。首先在一晶圓基體上淀積通孔介電阻擋層、通孔介電層和通孔金屬硬掩模；隨后在所述的金屬硬掩模上光刻刻蝕打開金屬硬掩模形成通孔開口和溝槽阻擋層；再在溝槽阻擋層上淀積溝槽介電層和溝槽金屬硬掩模；并且光刻刻蝕溝槽金屬硬掩模形成溝槽開口；刻蝕介電層形成溝槽和通孔；于前一步所得的通孔和溝槽上淀積金屬阻擋層和銅籽晶層，并電鍍銅填滿所述的通孔和溝槽；最后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨平坦化去除多余金屬和溝槽金屬硬掩模。本發(fā)明解決了已有方法通孔刻蝕高深寬比和通孔尺寸控制問題，可降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102412188SQ20111012366
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者姬峰, 張亮, 李磊, 胡友存, 陳玉文 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司