[發明專利]一種溝槽優先銅互連制作方法

在審

• 申請號: 201310565715.7
• 申請日: 2013-11-13
• 公開（公告）號: CN103617963A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 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

本發明涉及半導體器件技術領域，尤其涉及一種溝槽優先銅互連制作方法。

背景技術

進入到130nm技術節點之后，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現，銅導線的制作方法不能像鋁導線那樣通過刻蝕金屬層而獲得。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。大馬士革鑲嵌結構銅互連可以通過多種工藝方法實現。其中，溝槽優先雙大馬士革工藝是實現金屬導線和通孔銅填充一次成形的方法之一。

請參閱圖9（a）～圖9（e），圖9（a）～圖9（e）所示為現有溝槽優先雙大馬士革工藝流程示意圖。所述現有溝槽優先雙大馬士革工藝，包括：

在襯底硅片20上沉積低介電常數介質層21，并在所述低介電常數介質層21上涂布所述第一光阻層22；

通過第一光刻和刻蝕，在所述低介電常數介質層21中形成所述金屬槽結構23；

在所述低介電常數介質層21上涂布所述第二光阻層24；

通過第二光刻和刻蝕，在所述金屬槽結構23上形成所述通孔結構25；

繼續后續金屬沉積和金屬化學機械研磨，完成所述金屬導線231和所述金屬通孔251填充。

同時，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，對光刻工藝的挑戰也越來越大。傳統的光刻工藝通常采用以高分子材料為主體的有機抗反射薄膜（Bottom?Anti-reflective?Coating,BARC）來提高光刻工藝的能力。

請參閱圖10、圖11，圖10所示為襯底硅片、有機抗反射薄膜和光阻層的結構圖示。圖11所示為有機抗反射薄膜與反射率的關系曲線。顯然地，所述有機抗反射薄膜26可以有效地減少襯底對所述光阻層27的反射率，進而提高了光刻工藝能力。通過調整有機抗反射薄膜26之厚度還可以擴大刻蝕工藝的可調適范圍，提高刻蝕后圖形結構的均勻度。

但是，在進入45nm技術節點之后，以傳統高分子材料為主體的有機抗反射薄膜26越來越難以滿足光刻工藝和刻蝕后圖形結構均勻度的要求。一方面，高端光刻膠需要更低反射率的襯底，另一方面當襯底表面凹凸不平時，需要較厚的抗反射薄膜26來平滑襯底表面。然而，較厚的傳統有機抗反射薄26很難提供較低的反射率。

另外，新的替代材料包括旋涂碳和利用等離子增強化學氣相沉積（Plasma?Enhanced?Chemical?Vapor?Deposition,PECVD）方法制作的無定形碳薄膜是替代傳統的有機抗反射薄膜的新材料。較所述無定形碳薄膜，所述旋涂碳薄膜不需要額外的機臺，具有成本低、成膜速度快、平滑凹凸襯底能力強等優點，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。

請參閱圖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構示意圖。在PECVD中，通常采用旋涂碳薄膜28和旋涂含硅硬掩模薄膜29搭配替代傳統的有機抗反射薄膜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構均勻度的要求。

作為本領域技術人員，容易理解地，現有工藝采用旋涂碳薄膜28和旋涂含硅硬掩模薄膜29搭配雖然解決了傳統的有機抗反射薄膜26的厚膜高反射率問題。但是，帶來了材料成本增加和刻蝕工藝復雜的問題。如何減少材料和簡化工藝，以利于大規模量產成為本領域亟待解決的技術問題之一。

故針對現有技術存在的問題，本案設計人憑借從事此行業多年的經驗，積極研究改良，于是有了本發明一種溝槽優先銅互連制作方法。

發明內容

本發明是針對現有技術中，所述傳統的溝槽優先雙大馬士革工藝之材料成本增加和刻蝕工藝復雜等缺陷提供一種溝槽優先銅互連制作方法。

為實現本發明之目的，本發明提供一種溝槽優先銅互連制作方法，所述溝槽優先銅互連制作方法包括：

執行步驟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，并形成所述第一金屬槽；

執行步驟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金屬槽，并去除多余的所述第一旋涂碳薄膜；

執行步驟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；