專利名稱：通孔優(yōu)先銅互連制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，且特別涉及通孔優(yōu)先銅互連制作方法。
背景技術(shù)：
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。進(jìn)入到130納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)之后，由于受到鋁的高電阻特性的限制，銅互連技術(shù)逐漸替代鋁互連成為金屬互連的主流。由于銅硬度較大，干法刻蝕工藝不易實(shí)現(xiàn)， 制作銅導(dǎo)線無(wú)法像制作鋁導(dǎo)線那樣通過(guò)刻蝕金屬層而實(shí)現(xiàn)?，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)。大馬士革工藝鑲嵌結(jié)構(gòu)的銅互連可以通過(guò)多種工藝方法實(shí)現(xiàn)。其中，通孔優(yōu)先的雙大馬士革工藝是實(shí)現(xiàn)通孔和金屬導(dǎo)線銅填充一次成形的方法之一。在該工藝中，參考圖1，首先，在襯底硅片101上沉積具有低介電系數(shù)(k)值的介質(zhì)層102，并在該低k值的介質(zhì)層102上涂布第一光刻膠103 ;接著，參考圖2，通過(guò)第一光刻和刻蝕，在上述低k值介質(zhì)層102中形成通孔104結(jié)構(gòu)；接下來(lái)，參考圖3，在該低k值介質(zhì)層102上涂布第二光刻膠105 ；接著，參考圖4，通過(guò)第二光刻和刻蝕，在上述低k值介質(zhì)層102的通孔104結(jié)構(gòu)上形成金屬槽106結(jié)構(gòu)。最后，參考圖5，繼續(xù)后續(xù)的金屬沉積和金屬化學(xué)機(jī)械研磨等工藝，以完成導(dǎo)線金屬107和通孔金屬108的填充。在器件尺寸微縮進(jìn)入到32納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)后，單次光刻曝光無(wú)法滿足制作密集線陣列圖形所需的分辨率，繼而雙重圖形(double patterning)成形技術(shù)被大量研究并廣泛應(yīng)用于制作32納米以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的密集線陣列圖形。在該雙重圖形成形技術(shù)中，首先，參考圖6，在需要制作密集線陣列圖形的襯底硅片201上，沉積襯底膜209和硬掩膜210，然后涂布第一光刻膠203 ;參考圖7，通過(guò)曝光、顯影、刻蝕后，在硬掩膜210中形成第一光刻圖形211，其中，線條和溝槽的特征尺寸比例為1:3。接著，參考圖8，在硅片201上涂布第二光刻膠205，并參考圖9，通過(guò)曝光和顯影，在第二光刻膠205膜中形成第二光刻圖形212，其中，線條和溝槽的特征尺寸比例也是1:3，但位置與第一光刻圖形211交錯(cuò)。參考圖10，繼續(xù)刻蝕在襯底硅片201上形成與第一光刻圖形211交錯(cuò)的第二光刻圖形212。第一光刻圖形211與第二光刻圖形211的組合組成了目標(biāo)線條和溝槽特征尺寸比例為1:1的密集線陣列圖形。然而，由于雙重圖形成形工藝過(guò)程中需要進(jìn)行兩次光刻和刻蝕，即光刻一刻蝕一光刻一刻蝕，其成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的單次曝光成形技術(shù)。此外，應(yīng)用雙重圖形成形技術(shù)實(shí)現(xiàn)通孔優(yōu)先雙大馬士革金屬互聯(lián)工藝時(shí)，必須分別進(jìn)行通孔光刻一通孔刻蝕溝槽光刻溝槽刻蝕,既增加了工藝成本,也減少了生產(chǎn)產(chǎn)出量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種通孔優(yōu)先銅互連制作方法，通過(guò)減少了雙大馬士革金屬互連的工藝中的刻蝕步驟，從而降低制作成本以及提高產(chǎn)能。
為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提出一種通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其中包括在襯底硅片上沉積介質(zhì)層，并在所述介質(zhì)層上涂布第一光刻膠，以及在所述第一光刻膠中形成通孔結(jié)構(gòu)，所述第一光刻膠能夠形成硬膜；在同一顯影機(jī)臺(tái)內(nèi)，在所述第一光刻膠圖形上涂布凝固材料使得所述第一光刻膠中的通孔結(jié)構(gòu)固化，并通過(guò)加熱使所述凝固材料與所述第一光刻膠表面反應(yīng)，從而在所述第一光刻膠表面形成隔離膜；在固化后的第一光刻膠上涂布第二光刻膠，其中，上述步驟所形成的隔離膜不溶于所述第二光刻膠，并在所述第二光刻膠中形成位于所述通孔結(jié)構(gòu)上方的溝槽結(jié)構(gòu)；通過(guò)刻蝕，將所述通孔結(jié)構(gòu)和所述溝槽結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到所述介質(zhì)層中；繼續(xù)后續(xù)的金屬沉積和金屬化學(xué)機(jī)械研磨工藝，以完成導(dǎo)線金屬和通孔金屬填充?？蛇x的，所述介質(zhì)層具有低介電常數(shù)。 可選的，所述第一光刻膠和所述第二光刻膠的抗刻蝕能力比大于等于I. 5 :1?？蛇x的，所述第一光刻膠米用含娃燒基、娃燒氧基和籠形娃氧燒之一或組合的光刻膠?？蛇x的，所述凝固材料為含烷氧基的高分子材料?？蛇x的，所述凝固材料為含烷氧基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯高分子材料。可選的，所述加熱的溫度為30攝氏度至200攝氏度之間的任一值?？蛇x的，所述加熱的溫度為50攝氏度至170攝氏度之間的任一值。可選的，生成隔離膜之后，通過(guò)顯影液將多余的凝固材料去除。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通孔優(yōu)先銅互連制作方法利用可形成硬膜的光刻膠材料，減少了雙大馬士革金屬互連的工藝中的刻蝕步驟，并且將通孔刻蝕和溝槽刻蝕兩道工序結(jié)合成一道工序，不僅大大地減少了制作成本，還有效地提高了產(chǎn)能。


圖I至圖5為現(xiàn)有通孔優(yōu)先雙大馬士革工藝制作過(guò)程中器件的剖面示意圖；圖6至圖10為現(xiàn)有雙重圖形成形技術(shù)制作密集線陣列圖形過(guò)程中器件的剖面示意圖；圖11為本發(fā)明通孔優(yōu)先銅互連制作方法實(shí)施方式的流程示意圖；圖12至圖18為本發(fā)明通孔優(yōu)先銅互連制作方法一種具體實(shí)施方式
過(guò)程中器件的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明通孔優(yōu)先銅互連制作方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。參考圖11，本發(fā)明提供了一種通孔優(yōu)先銅互連制作方法，包括步驟SI，在襯底硅片上沉積介質(zhì)層，并在所述介質(zhì)層上涂布第一光刻膠，以及在所述第一光刻膠中形成通孔結(jié)構(gòu)，所述第一光刻膠能夠形成硬膜；步驟S2，在同一顯影機(jī)臺(tái)內(nèi)，在所述第一光刻膠圖形上涂布凝固材料使得所述第一光刻膠中的通孔結(jié)構(gòu)固化，并通過(guò)加熱使所述凝固材料與所述第一光刻膠表面反應(yīng)，從而在所述第一光刻膠表面形成隔離膜；
步驟S3，在固化后的第一光刻膠上涂布第二光刻膠，其中，上述步驟所形成的隔離膜不溶于所述第二光刻膠，并在所述第二光刻膠中形成位于所述通孔結(jié)構(gòu)上方的溝槽結(jié)構(gòu)；步驟S4,通過(guò)刻蝕，將所述通孔結(jié)構(gòu)和所述溝槽結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到所述介質(zhì)層中；步驟S5，繼續(xù)后續(xù)的金屬沉積和金屬化學(xué)機(jī)械研磨工藝，以完成導(dǎo)線金屬和通孔金屬填充。在本發(fā)明通孔優(yōu)先銅互連制作方法的一種具體實(shí)施方式
中，參考圖12，首先，在襯底娃片301上沉積介質(zhì)層302,該介質(zhì)層302具有低介電常數(shù)。接著，在該介質(zhì)層302上涂布可形成硬膜的第一光刻膠303。其中，所述第一光刻膠303的抗刻蝕能力比大于等于I. 5: I。在具體實(shí)施例中，所述第一光刻膠303可采用例如，含娃燒基(silyl)、娃燒氧基(siloxyl)和籠形娃氧燒(silsesquioxane)之一或組合的 光刻膠。接著，參考圖13，通過(guò)曝光和顯影，在該第一光刻膠303中形成通孔結(jié)構(gòu)304。 接著，參考圖14，在同一顯影機(jī)臺(tái)內(nèi)，在第一光刻膠303上涂布凝固材料使得第一光刻膠303中的通孔結(jié)構(gòu)304固化，該凝固材料可為含烷氧基的高分子材料。在具體實(shí)施例中，該凝固材料可為含烷氧基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯高分子材料。接下來(lái)，進(jìn)行加熱使得所述凝固材料與第一光刻膠303表面產(chǎn)生反應(yīng)，以形成隔離膜313，該隔離膜313不溶于后續(xù)涂布的第二光刻膠。其中，加熱的溫度可為30攝氏度至200攝氏度之間的任意值。在具體的實(shí)施例中，加熱的溫度范圍可在50攝氏度至170攝氏度之間。生成隔離膜313之后，可通過(guò)顯影液將多余的凝固材料去除。接著，參考圖15，在固化后的第一光刻膠303上涂布第二光刻膠305。其中，所述第二光刻膠305的抗刻蝕能力比大于等于I. 5: I。接著，參考圖16，通過(guò)曝光和顯影工藝，在所述第二光刻膠305中形成溝槽結(jié)構(gòu)306，所述溝槽結(jié)構(gòu)306位于所述通孔結(jié)構(gòu)304的上層。接著，參考圖17，通過(guò)刻蝕工藝，將所述通孔結(jié)構(gòu)304和溝槽結(jié)構(gòu)306轉(zhuǎn)移到介質(zhì)層302中。最后，參考圖18，繼續(xù)后續(xù)的金屬沉積和金屬化學(xué)機(jī)械研磨工藝，完成導(dǎo)線金屬307和通孔金屬308的填充。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用了可形成硬膜的光刻膠材料作為第一光刻膠，并在第一光刻膠表面通過(guò)涂布凝固材料并加熱以形成隔離膜的方式，減少了雙大馬士革金屬互連的工藝中的刻蝕步驟，有效地將通孔刻蝕和溝槽刻蝕兩道工序結(jié)合成一道工序，不僅大大地減少了制作成本，還有效地提高了產(chǎn)能。本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
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，包括 在襯底硅片上沉積介質(zhì)層，并在所述介質(zhì)層上涂布第一光刻膠，以及在所述第一光刻膠中形成通孔結(jié)構(gòu)，所述第一光刻膠能夠形成硬膜； 在同一顯影機(jī)臺(tái)內(nèi)，在所述第一光刻膠圖形上涂布凝固材料使得所述第一光刻膠中的通孔結(jié)構(gòu)固化，并通過(guò)加熱使所述凝固材料與所述第一光刻膠表面反應(yīng)，從而在所述第一光刻膠表面形成隔離膜； 在固化后的第一光刻膠上涂布第二光刻膠，其中，上述步驟所形成的隔離膜不溶于該第二光刻膠，并在所述第二光刻膠中形成位于所述通孔結(jié)構(gòu)上方的溝槽結(jié)構(gòu)； 將所述通孔結(jié)構(gòu)和所述溝槽結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到所述介質(zhì)層中； 繼續(xù)后續(xù)的金屬沉積和金屬化學(xué)機(jī)械研磨工藝，以完成導(dǎo)線金屬和通孔金屬填充。
2.如權(quán)利要求I所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述介質(zhì)層具有低介電常數(shù)。
3.如權(quán)利要求I所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述第一光刻膠和所述第二光刻膠的抗刻蝕能力比大于等于I. 5 :1。
4.如權(quán)利要求3所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述第一光刻膠采用含硅烷基、硅烷氧基和籠形硅氧烷之一或組合的光刻膠。
5.如權(quán)利要求I所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述凝固材料為含烷氧基的聞分子材料。
6.如權(quán)利要求5所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述凝固材料為含烷氧基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯高分子材料。
7.如權(quán)利要求I所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述加熱的溫度為30攝氏度至200攝氏度之間的任一值。
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，所述加熱的溫度為50攝氏度至170攝氏度之間的任一值。
9.如權(quán)利要求I所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，還包括生成隔離膜之后，通過(guò)顯影液將多余的凝固材料去除。
全文摘要
一種通孔優(yōu)先銅互連制作方法，包括在襯底上沉積介質(zhì)層，以及在該介質(zhì)層上涂布能夠形成硬膜的第一光刻膠，并在該第一光刻膠中形成通孔結(jié)構(gòu)；在該第一光刻膠圖形上涂布凝固材料以固化所述通孔結(jié)構(gòu)，并加熱使該凝固材料與第一光刻膠表面反應(yīng)，在該第一光刻膠表面形成隔離膜；在固化后的第一光刻膠上涂布第二光刻膠，其中，上述隔離膜不溶于該第二光刻膠，在該第二光刻膠中形成位于所述通孔結(jié)構(gòu)上方的溝槽結(jié)構(gòu)；將所述通孔結(jié)構(gòu)和所述溝槽結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到所述介質(zhì)層中；繼續(xù)后續(xù)的導(dǎo)線金屬和通孔金屬填充。本發(fā)明利用可形成硬膜的光刻膠材料，減少了一步刻蝕步驟，大大地減少了制作成本，有效地提高了產(chǎn)能。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102751238SQ20121026445
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者毛智彪 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司