[發明專利]通孔優先銅互連制作方法

無效

• 申請號: 201210264542.0
• 申請日: 2012-07-27
• 公開（公告）號: CN102751239A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 毛智彪
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 陸花

技術領域

本發明涉及半導體制造工藝，且特別涉及通孔優先銅互連制作方法。

背景技術

隨著半導體芯片的集成度不斷提高，晶體管的特征尺寸不斷縮小。進入到130納米技術節點之后，由于受到鋁的高電阻特性的限制，銅互連技術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現，制作銅導線無法像制作鋁導線那樣通過刻蝕金屬層而實現。現在廣泛采用的銅導線的制作方法是稱作大馬士革工藝的鑲嵌技術。

大馬士革工藝鑲嵌結構的銅互連可以通過多種工藝方法實現。其中，通孔優先的雙大馬士革工藝是實現通孔和金屬導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(k)值的介質層102，并在該低k值的介質層102上涂布第一光刻膠103；接著，參考圖2，通過第一光刻和刻蝕，在上述低k值介質層102中形成通孔104結構；接下來，參考圖3，在該低k值介質層102上涂布第二光刻膠105；接著，參考圖4，通過第二光刻和刻蝕，在上述低k值介質層102的通孔104結構上形成金屬槽106結構。最后，參考圖5，繼續后續的金屬沉積和金屬化學機械研磨等工藝，以完成導線金屬107和通孔金屬108的填充。

在器件尺寸微縮進入到32納米技術節點后，單次光刻曝光無法滿足制作密集線陣列圖形所需的分辨率，繼而雙重圖形(doublepatterning)成形技術被大量研究并廣泛應用于制作32納米以下技術節點的密集線陣列圖形。在該雙重圖形成形技術中，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。參考圖10，繼續刻蝕在襯底硅片201上形成與第一光刻圖形211交錯的第二光刻圖形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程中需要進行兩次光刻和刻蝕，即光刻---刻蝕---光刻---刻蝕，其成本遠遠大于傳統的單次曝光成形技術。此外，應用雙重圖形成形技術實現通孔優先雙大馬士革金屬互聯工藝時，必須分別進行通孔光刻---通孔刻蝕---溝槽光刻---溝槽刻蝕，既增加了工藝成本，也減少了生產產出量。

發明內容

本發明提供了一種通孔優先銅互連制作方法，通過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能。

為了實現上述技術目的，本發明提出一種通孔優先銅互連制作方法，其中包括：在襯底硅片上沉積介質層，并在所述介質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構，所述第一光刻膠能夠形成硬膜；在同一顯影機臺內，在所述第一光刻膠圖形上涂布化學微縮材料使得所述第一光刻膠中的通孔結構固化，并通過加熱使所述化學微縮材料與所述第一光刻膠表面反應，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構上方的溝槽結構；通過刻蝕，將所述通孔結構和所述溝槽結構轉移到所述介質層中；繼續后續的金屬沉積和金屬化學機械研磨工藝，以完成導線金屬和通孔金屬填充。

可選的，所述介質層具有低介電常數。

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1.5：1。

可選的，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。

可選的，所述化學微縮材料為含烷基氨基的高分子材料。

可選的，所述化學微縮材料為含烷基氨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80攝氏度至180攝氏度之間的任一值。

可選的，所述加熱的溫度為90攝氏度至170攝氏度之間的任一值。

可選的，生成隔離膜之后，通過去離子水或表面活性劑的去離子水溶液將多余的化學微縮材料去除。

相較于現有技術，本發明通孔優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，還有效地提高了產能。

附圖說明