[發明專利]一種減小銅互連溝槽關鍵尺寸的方法

無效

• 申請號: 201310264684.1
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103346119A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 韓冬;曾林華;任昱;呂煜坤;張旭昇
• 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: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 竺路玲

技術領域

本發明涉及集成電路制造領域，具體涉及一種縮小銅互連溝槽關鍵尺寸的方法。

背景技術

隨著技術的不斷發展，半導體器件的關鍵尺寸也越來越小，器件的關鍵尺寸越小意味著器件性能的提高，本領域技術人員一直致力研究采用何種工藝以減小器件關鍵尺寸，進而提升器件性能。

圖1-3為現有技術中微電子領域的銅互連溝槽關鍵尺寸制作工藝的流程圖,一般包括光刻、金屬硬質掩?？涛g和金屬溝槽刻蝕三個步驟：步驟a：提供一半導體結構，該半導體結構包括一襯底1，襯底1自下而上依次形成有介質層和金屬硬質掩模5（TiN＿MHM）和氧化層6（OX），其中，介質層自下而上依次包括第一介質層2（SiCN），第二介質層3（SiCOH），第三介質層4（TEOS）；此外，襯底1有一金屬通孔區9，在銅互連溝槽關鍵尺寸制作工藝中，需要制作一溝槽以完全暴露出該金屬通孔9，進而在滿足后續的通孔連線工藝。首先在氧化層6表面先涂覆一層抗反射層7，然后在涂覆一層光阻覆蓋于抗反射層7的上表面，進行曝光顯影工藝后，于光阻中形成刻蝕的窗口，形成圖1所示結構；步驟b：然后以剩余光阻8為掩膜進行刻蝕至介質層，形成窗口圖案后，移除剩余光阻8和抗反射層7，形成如圖2所示結構；步驟c：利用介質層形成的圖案進行金屬溝槽刻蝕至襯底，暴露出襯底1的金屬通孔區9，形成圖3所示結構。

由于傳統光刻機的解析能力較差，經過曝光顯影工藝后，開出的窗口圖案尺寸較大；在后續的溝槽刻蝕工藝中，是以光刻的窗口圖案進行刻蝕，進而導致了刻蝕出的溝槽圖案尺寸也較大，而溝槽尺寸越大，對器件的性能也有所降低。因此在保證刻蝕溝槽能夠完全暴露襯底1內的金屬通孔去9的同時，盡可能減小溝槽尺寸為本領域技術人員不斷致力研究的方向。

在現有技術中，為了減小溝槽的關鍵尺寸，可采用新一代光刻機實現該方案，圖4-6為利用新一代光刻機制備銅互聯溝槽的流程圖，如圖所示，由于制備工藝與現有技術相同，故在此不再贅述。由于新一代的光刻機解析能力較強，經過曝光顯影后可以在光阻中形成尺寸更小的窗口圖案，進而在后續工藝中可以制造出更小的關鍵尺寸的溝槽，在暴露出襯底1內的通孔的同時，減小了溝槽的關鍵的尺寸，從而提升器件性能。但是新一代的光刻機造價十分昂貴，利用新一代光刻機雖然可以減小溝槽的關鍵尺寸，但是由于新一代的光刻機造價昂貴，如果采用新一代光刻機器會極大增加生產成本。因此，在控制生產成本的前提下，如何減小器件溝槽的關鍵尺寸成為本領域技術人員研究的方向。

中國專利（申請號：201210432507.5）公開了一種銅互聯線的制作工藝，其中，包括以下步驟：步驟S1：在一硅襯底的上表面沉積一低介電常數介質層后，涂布可形成硬掩膜的第一光刻膠覆蓋所述低介電常數介質層；步驟S2：曝光、顯影后，去除多余的第一光刻膠，形成具有金屬槽結構的第一硬掩膜光阻；步驟S3：涂布固化材料覆蓋所述第一硬掩膜光阻的表面，固化形成隔離膜；步驟S4：涂布可形成硬掩膜的第二光刻膠充滿所述金屬槽結構并覆蓋所述硬掩膜光阻的上表面；步驟S5：曝光、顯影后，去除多余的第二光刻膠，形成具有通孔結構的第二硬掩膜光阻；步驟S6：采用刻蝕工藝，依次將所述第二硬掩膜光阻中的通孔結構和所述第一硬掩膜光阻中的金屬槽結構轉移至所述低介電常數介質層后，繼續金屬沉積工藝和研磨工藝，以形成導線金屬和通孔金屬；其中，步驟S3中涂布固化材料固化形成所述隔離膜后，先采用酸性溶液處理多余的固化材料，再去除該多余的固化材料，形成覆蓋所述第一硬掩膜光阻表面的所述隔離膜。

該發明是通過過在溝槽優先的銅互聯工藝中采用多胺化合物材料于雙重曝光技術中的兩層光阻之間形成隔離膜，并依次將光阻中的通孔和金屬槽結構轉移至介質層，從而替代了傳統將金屬槽刻蝕和通孔刻蝕分為兩個獨立步驟的現有工藝，從而減少刻蝕步驟。但是該發明是通過采用光刻工藝形成窗口后再刻蝕溝槽，由于傳統光刻機的解析能力較差，曝光顯影后的窗口圖案較大，這對提升器件性能是不利的，而如果采用新一代光刻機的話成本又很高，影響了銅互聯工藝的發展。

發明內容

本發明根據現有技術的不足提供了一種減小溝槽關鍵尺寸的方法，在傳統光刻機形成圖案并刻蝕后，再在半導體器件表面沉積一層聚合物層，然后回蝕該聚合物層，在窗口側壁形成一定厚度的聚合物層并在窗口內形成一較小的窗口圖案，然后進行溝槽刻蝕，刻蝕完成后去除窗口內剩余聚合物并進行后續的工藝。由于在窗口側壁形成有了聚合物層，在進行溝槽刻蝕后可形成一尺寸較小的溝槽，減小了器件溝槽的關鍵尺寸，進而有利于器件性能的提升。

本發明采用的技術方案為：