一種通孔優(yōu)先銅互連制作方法
【專利摘要】一種通孔優(yōu)先銅互連制作方法，包括：提供硅基襯底，并依次沉積低k值介質(zhì)層、硬掩模薄膜，且在硬掩模薄膜上依次涂布第一旋涂碳薄膜和第一光刻膠；曝光和顯影在第一光刻膠中，并形成第一通孔；在硬掩模薄膜中形成第二通孔；在硬掩模薄膜上依次涂布第二旋涂碳薄膜和第二光刻膠；曝光和顯影在第二光刻膠中，并形成第一金屬槽；在低k值介質(zhì)層中形成通孔和金屬槽；實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線金屬和通孔金屬填充。本發(fā)明通過(guò)使用第一旋涂碳薄膜和第二旋涂碳薄膜，并結(jié)合可形成硬膜之第一光刻膠和第二光刻膠，不僅減少了工藝材料和工藝步驟，提高了光刻工藝能力，并可以滿足刻蝕后圖形結(jié)構(gòu)均勻度的要求，而且有效的提高產(chǎn)能和減少制作成本。
【專利說(shuō)明】一種通孔優(yōu)先銅互連制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種通孔優(yōu)先銅互連制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入到130nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)之后，受到鋁的高電阻特性的限制，銅互連逐漸替代鋁互連成為金屬互連的主流。由于銅的干法刻蝕工藝不易實(shí)現(xiàn)，銅導(dǎo)線的制作方法不能像鋁導(dǎo)線那樣通過(guò)刻蝕金屬層而獲得?，F(xiàn)在廣泛采用的銅導(dǎo)線的制作方法是稱作大馬士革工藝的鑲嵌技術(shù)。大馬士革鑲嵌結(jié)構(gòu)銅互連可以通過(guò)多種工藝方法實(shí)現(xiàn)。其中，溝槽優(yōu)先雙大馬士革工藝是實(shí)現(xiàn)金屬導(dǎo)線和通孔銅填充一次成形的方法之一。
[0003]請(qǐng)參閱圖9 (a)?圖9 Ce),圖9 (a)?圖9 (e)所示為現(xiàn)有溝槽優(yōu)先雙大馬士革工藝流程示意圖。所述現(xiàn)有溝槽優(yōu)先雙大馬士革工藝，包括:
[0004]在襯底硅片20上沉積低介電常數(shù)介質(zhì)層21，并在所述低介電常數(shù)介質(zhì)層21上涂布所述第一光阻層22 ；
[0005]通過(guò)第一光刻和刻蝕，在所述低介電常數(shù)介質(zhì)層21中形成所述通孔結(jié)構(gòu)23 ；
[0006]在所述低介電常數(shù)介質(zhì)層21上涂布所述第二光阻層24 ；
[0007]通過(guò)第二光刻和刻蝕，在所述通孔結(jié)構(gòu)23上形成所述金屬槽結(jié)構(gòu)25 ；
[0008]繼續(xù)后續(xù)金屬沉積和金屬化學(xué)機(jī)械研磨，完成所述金屬導(dǎo)線251和所述金屬通孔231填充。
[0009]同時(shí)，隨著半導(dǎo)體芯片的集成度不斷提高，晶體管的特征尺寸不斷縮小，對(duì)光刻工藝的挑戰(zhàn)也越來(lái)越大。傳統(tǒng)的光刻工藝通常采用以高分子材料為主體的有機(jī)抗反射薄膜(Bottom Ant1-reflective Coating, BARC)來(lái)提高光刻工藝的能力。
[0010]請(qǐng)參閱圖10、圖11，圖10所示為襯底硅片、有機(jī)抗反射薄膜和光阻層的結(jié)構(gòu)圖示。圖11所示為有機(jī)抗反射薄膜與反射率的關(guān)系曲線。顯然地，所述有機(jī)抗反射薄膜26可以有效地減少襯底對(duì)所述光阻層27的反射率，進(jìn)而提高了光刻工藝能力。通過(guò)調(diào)整有機(jī)抗反射薄膜26之厚度還可以擴(kuò)大刻蝕工藝的可調(diào)適范圍，提高刻蝕后圖形結(jié)構(gòu)的均勻度。
[0011]但是，在進(jìn)入45nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)之后，以傳統(tǒng)高分子材料為主體的有機(jī)抗反射薄膜26越來(lái)越難以滿足光刻工藝和刻蝕后圖形結(jié)構(gòu)均勻度的要求。一方面，高端光刻膠需要更低反射率的襯底，另一方面當(dāng)襯底表面凹凸不平時(shí)，需要較厚的抗反射薄膜26來(lái)平滑襯底表面。然而，較厚的傳統(tǒng)有機(jī)抗反射薄26很難提供較低的反射率。
[0012]另外，新的替代材料包括旋涂碳和利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)方法制作的無(wú)定形碳薄膜是替代傳統(tǒng)的有機(jī)抗反射薄膜的新材料。較所述無(wú)定形碳薄膜，所述旋涂碳薄膜不需要額外的機(jī)臺(tái)，具有成本低、成膜速度快、平滑凹凸襯底能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且可以提供較低的反射率，尤其是在膜厚度較厚的條件下。
[0013]請(qǐng)參閱圖12，圖12所示為襯底硅片、旋涂碳薄膜、含硅硬掩模薄膜和光阻的結(jié)構(gòu)示意圖。在PECVD中，通常采用旋涂碳薄膜28和旋涂含硅硬掩模薄膜29搭配替代傳統(tǒng)的有機(jī)抗反射薄膜26。利用旋涂碳薄膜28和旋涂含硅硬掩模薄膜29的抗刻蝕能力之差，可以使用較厚的旋涂碳薄膜28。較厚的旋涂碳薄膜28可以有效地平滑凹凸不平的襯底表面，很好地滿足光刻工藝和刻蝕后圖形結(jié)構(gòu)均勻度的要求。
[0014]作為本領(lǐng)域技術(shù)人員，容易理解地，現(xiàn)有工藝采用旋涂碳薄膜28和含硅硬掩模薄膜29搭配雖然解決了傳統(tǒng)的有機(jī)抗反射薄膜26的厚膜高反射率問(wèn)題。但是，帶來(lái)了材料成本增加和刻蝕工藝復(fù)雜的問(wèn)題。如何減少材料和簡(jiǎn)化工藝，以利于大規(guī)模量產(chǎn)成為本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問(wèn)題之一。
[0015]故針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本案設(shè)計(jì)人憑借從事此行業(yè)多年的經(jīng)驗(yàn)，積極研究改良，于是有了本發(fā)明一種通孔優(yōu)先銅互連制作方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中，所述傳統(tǒng)的溝槽優(yōu)先雙大馬士革工藝之材料成本增加和刻蝕工藝復(fù)雜等缺陷提供一種通孔優(yōu)先銅互連制作方法。
[0017]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的，本發(fā)明提供一種通孔優(yōu)先銅互連制作方法，所述通孔優(yōu)先銅互連制作方法包括:
[0018]執(zhí)行步驟S1:提供硅基襯底，并在所述硅基襯底上依次沉積所述低k值介質(zhì)層、硬掩模薄膜，且在所述硬掩膜薄膜上依次涂布所述第一旋涂碳薄膜和可形成硬膜之第一光刻膠；
[0019]執(zhí)行步驟S2:曝光和顯影在所述第一光刻膠中，并形成所述第一通孔；
[0020]執(zhí)行步驟S3:依次以所述第一光刻膠和所述第一旋涂碳薄膜為刻蝕掩模，在所述硬掩模薄膜中形成所述第二通孔，并去除多余的所述第一旋涂碳薄膜；
[0021]執(zhí)行步驟S4:在所述硬掩模薄膜上依次涂布第二旋涂碳薄膜和可形成硬膜之第二光刻膠；
[0022]執(zhí)行步驟S5:曝光和顯影在所述第二光刻膠中，并形成所述第一金屬槽；
[0023]執(zhí)行步驟S6:依次以所述第二光刻膠、第二旋涂碳薄膜和所述硬掩模薄膜為刻蝕掩模，并在所述低k值介質(zhì)層中形成所述通孔和所述金屬槽；
[0024]執(zhí)行步驟S7:進(jìn)行所述金屬沉積和所述化學(xué)機(jī)械研磨工藝，實(shí)現(xiàn)所述導(dǎo)線金屬和所述通孔金屬填充。
[0025]可選地，所述低k值介質(zhì)層的介電常數(shù)k < 3。
[0026]可選地，所述可形成硬膜之第一光刻膠和所述可形成硬膜之第二光刻膠為含硅烷基(SiIyl)、娃燒氧基(Si1xyl)和籠形娃氧燒(SiIsesquioxane)的光刻膠。
[0027]可選地，所述硬掩模薄膜為氧化硅、氮化硅、碳化硅、鈦、氧化鈦、氮化鈦、鉭、氧化鉭、氮化鉭的其中之一，或者其組合膜層。
[0028]可選地，所述硬掩模薄膜的膜層厚度范圍為O?50nm。
[0029]可選地，所述硬掩模薄膜的膜層厚度范圍為5?35nm。
[0030]可選地，所述第一旋涂碳薄膜和所述第二旋涂碳薄膜的厚度范圍均為10?500nmo
[0031]可選地，所述第一旋涂碳薄膜和所述第二旋涂碳薄膜的厚度范圍均為80?350nmo[0032]綜上所述，本發(fā)明通過(guò)使用所述第一旋涂碳薄膜和所述第二旋涂碳薄膜，并結(jié)合可形成硬膜之第一光刻膠和第二光刻膠實(shí)現(xiàn)溝槽優(yōu)先銅互連制作工藝，不僅減少了工藝材料和工藝步驟，提高了光刻工藝能力，并可以滿足刻蝕后圖形結(jié)構(gòu)均勻度的要求，而且有效的提聞廣能和減少制作成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1所示為本發(fā)明通孔優(yōu)先銅互連制作方法之流程圖；
[0034]圖2?圖8所示為本發(fā)明通孔優(yōu)先銅互連制作方法的階段性結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖9 Ca)?圖9 Ce)所示為現(xiàn)有通孔優(yōu)先雙大馬士革工藝流程示意圖；
[0036]圖10所示為襯底硅片、有機(jī)抗反射薄膜和光阻層的結(jié)構(gòu)圖示；
[0037]圖11所示為有機(jī)抗反射薄膜與反射率的關(guān)系曲線；
[0038]圖12所示為襯底硅片、旋涂碳薄膜、含硅硬掩模薄膜和光阻的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及功效，下面將結(jié)合實(shí)施例并配合附圖予以詳細(xì)說(shuō)明。
[0040]請(qǐng)參閱圖1，圖1所示為本發(fā)明通孔優(yōu)先銅互連制作方法之流程圖。所述通孔優(yōu)先銅互連制作方法，包括:
[0041]執(zhí)行步驟S1:提供硅基襯底，并在所述硅基襯底上依次沉積所述低k值介質(zhì)層、硬掩模薄膜，且在所述硬掩模薄膜上依次涂布所述第一旋涂碳薄膜和可形成硬膜之第一光刻膠；
[0042]執(zhí)行步驟S2:曝光和顯影在所述第一光刻膠中，并形成所述第一通孔；
[0043]執(zhí)行步驟S3:依次以所述第一光刻膠和所述第一旋涂碳薄膜為刻蝕掩模，在所述硬掩模薄膜中形成所述第二通孔，并去除多余的所述第一旋涂碳薄膜；
[0044]執(zhí)行步驟S4:在所述硬掩模薄膜上依次涂布所述第二旋涂碳薄膜和可形成硬膜之第二光刻膠；
[0045]執(zhí)行步驟S5:曝光和顯影在所述第二光刻膠中，并形成所述第一金屬槽；
[0046]執(zhí)行步驟S6:依次以所述第二光刻膠、第二旋涂碳薄膜和所述硬掩模薄膜為刻蝕掩模，并在所述低k值介質(zhì)層中形成所述通孔和所述金屬槽；
[0047]執(zhí)行步驟S7:進(jìn)行所述金屬沉積和所述化學(xué)機(jī)械研磨工藝，實(shí)現(xiàn)所述導(dǎo)線金屬和所述通孔金屬填充。
[0048]作為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，優(yōu)選地，所述低k值介質(zhì)層的介電常數(shù)k< 3。所述可形成硬膜之第一光刻膠和所述可形成硬膜之第二光刻膠包括但不限于含硅烷基(Silyl)、娃燒氧基(Siloxyl)和籠形娃氧燒(Silsesquioxane)的光刻膠。所述硬掩模薄膜包括但不限于氧化硅、氮化硅、碳化硅、鈦、氧化鈦、氮化鈦、鉭、氧化鉭、氮化鉭的其中之一，或者其組合膜層。所述硬掩模薄膜的膜層厚度范圍為O?50nm。更優(yōu)選地，所述硬掩模薄膜的膜層厚度范圍為5?35nm。所述第一旋涂碳薄膜和所述第二旋涂碳薄膜的厚度范圍均為10?500nm。更優(yōu)選地,所述第一旋涂碳薄膜和所述第二旋涂碳薄膜的厚度范圍均為80?350nmo[0049]為更直觀的揭露本發(fā)明之技術(shù)方案，并凸顯本發(fā)明之有益效果，現(xiàn)以溝槽優(yōu)先銅互連工藝為例進(jìn)行闡述。
[0050]請(qǐng)參閱圖2?圖9，并結(jié)合參閱圖1，圖2?圖9所示為本發(fā)明通孔優(yōu)先銅互連制作方法的制作階段性結(jié)構(gòu)示意圖。所述通孔優(yōu)先銅互連制作方法，包括:
[0051]執(zhí)行步驟S1:提供硅基襯底10，并在所述硅基襯底10上依次沉積所述低k值介質(zhì)層11、硬掩模薄膜12，且在所述硬掩模薄膜12上依次涂布所述第一旋涂碳薄膜13和可形成硬膜之第一光刻膠14 ；
[0052]執(zhí)行步驟S2:曝光和顯影在所述第一光刻膠14中，并形成所述第一通孔141 ；
[0053]執(zhí)行步驟S3:依次以所述第一光刻膠14和所述第一旋涂碳薄膜13為刻蝕掩模，在所述硬掩模薄膜12中形成所述第二通孔121，并去除多余的所述第一旋涂碳薄膜13 ；
[0054]執(zhí)行步驟S4:在所述硬掩模薄膜12上依次涂布所述第二旋涂碳薄膜15和可形成硬膜之第二光刻膠16 ；
[0055]執(zhí)行步驟S5:曝光和顯影在所述第二光刻膠16中，并形成所述第一金屬槽161 ；
[0056]執(zhí)行步驟S6:依次以所述第二光刻膠16、第二旋涂碳薄膜15和所述硬掩模薄膜
12為刻蝕掩模，并在所述低k值介質(zhì)層11中形成所述通孔17和所述金屬槽18 ；
[0057]執(zhí)行步驟S7:進(jìn)行所述金屬沉積工藝和所述化學(xué)機(jī)械研磨工藝，在所述通孔17和所述金屬槽18內(nèi)實(shí)現(xiàn)所述導(dǎo)線金屬181和所述通孔金屬171填充。
[0058]作為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，優(yōu)選地，所述低k值介質(zhì)層11的介電常數(shù)k< 3。所述可形成硬膜之第一光刻膠14和所述可形成硬膜之第二光刻膠16包括但不限于含硅烷基(Silyl)、娃燒氧基(Siloxyl)和籠形娃氧燒(Silsesquioxane)的光刻膠。所述硬掩模薄膜12包括但不限于氧化硅、氮化硅、碳化硅、鈦、氧化鈦、氮化鈦、鉭、氧化鉭、氮化鉭的其中之一，或者其組合膜層。所述硬掩模薄膜12的膜層厚度范圍為O?50nm。更優(yōu)選地，所述硬掩模薄膜12的膜層厚度范圍為5?35nm。所述第一旋涂碳薄膜13和所述第二旋涂碳薄膜15的厚度范圍均為10?500nm。更優(yōu)選地，所述第一旋涂碳薄膜13和所述第二旋涂碳薄膜15的厚度范圍均為80?350nm。
[0059]綜上所述，本發(fā)明通過(guò)使用所述第一旋涂碳薄膜和所述第二旋涂碳薄膜，并結(jié)合可形成硬膜之第一光刻膠和第二光刻膠實(shí)現(xiàn)溝槽優(yōu)先銅互連制作工藝，不僅減少了工藝材料和工藝步驟，提高了光刻工藝能力，并可以滿足刻蝕后圖形結(jié)構(gòu)均勻度的要求，而且有效的提聞廣能和減少制作成本。
[0060]本領(lǐng)域技術(shù)人員均應(yīng)了解，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變型。因而，如果任何修改或變型落入所附權(quán)利要求書及等同物的保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，認(rèn)為本發(fā)明涵蓋這些修改和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述通孔優(yōu)先銅互連制作方法包括: 執(zhí)行步驟S1:提供硅基襯底，并在所述硅基襯底上依次沉積所述低k值介質(zhì)層、硬掩模薄膜，且在所述硬掩模薄膜上依次涂布第一旋涂碳薄膜和可形成硬膜之第一光刻膠； 執(zhí)行步驟S2:曝光和顯影在所述第一光刻膠中，并形成所述第一通孔； 執(zhí)行步驟S3:依次以所述第一光刻膠和所述第一旋涂碳薄膜為刻蝕掩模，在所述硬掩模薄膜中形成所述第二通孔，并去除多余的所述第一旋涂碳薄膜； 執(zhí)行步驟S4:在所述硬掩模薄膜上依次涂布所述第二旋涂碳薄膜和可形成硬膜之第二光刻膠； 執(zhí)行步驟S5:曝光和顯影在所述第二光刻膠中，并形成所述第一金屬槽； 執(zhí)行步驟S6:依次以所述第二光刻膠、第二旋涂碳薄膜和所述硬掩模薄膜為刻蝕掩模，并在所述低k值介質(zhì)層中形成所述通孔和所述金屬槽； 執(zhí)行步驟S7:進(jìn)行所述金屬沉積和所述化學(xué)機(jī)械研磨工藝，實(shí)現(xiàn)所述導(dǎo)線金屬和所述通孔金屬填充。
2.如權(quán)利要求1所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述低k值介質(zhì)層的介電常數(shù)k < 3。
3.如權(quán)利要求1所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述可形成硬膜之第一光刻膠和所述可形成硬膜之第二光刻膠為含硅烷基(Silyl)、硅烷氧基(Siloxyl)和籠形硅氧烷(SiIsesquioxane)的光刻膠。
4.如權(quán)利要求1所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述硬掩模薄膜為氧化硅、氮化硅、碳化硅、鈦、氧化鈦、氮化鈦、鉭、氧化鉭、氮化鉭的其中之一，或者其組合膜層。
5.如權(quán)利要求4所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述硬掩模薄膜的膜層厚度范圍為O~50nm。
6.如權(quán)利要求4所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述硬掩模薄膜的膜層厚度范圍為5~35nm。
7.如權(quán)利要求1所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述第一旋涂碳薄膜和所述第二旋涂碳薄膜 的厚度范圍均為10~500nm。
8.如權(quán)利要求7所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述第一旋涂碳薄膜和所述第二旋涂碳薄膜的厚度范圍均為80~350nm。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK103606533SQ201310566557
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】毛智彪 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司