專利名稱：防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法。
背景技術(shù)：
目前，在40/45納米及以下技術(shù)中，采用金屬硬光罩的雙大馬士革結(jié)構(gòu)的情況下，由于金屬硬光罩的應(yīng)力作用，圖形通常會(huì)發(fā)生倒塌，進(jìn)而導(dǎo)致銅填充失效。請(qǐng)參閱圖8，圖8所示為現(xiàn)有40/45納米金屬硬光罩的雙大馬士革結(jié)構(gòu)前段工藝示意圖。所述雙大馬士革結(jié)構(gòu)自所述銅互連襯底40向上依次沉積作為第一刻蝕阻擋層41的氮摻雜的碳化硅、第一超低介電常數(shù)薄膜層42、氮氧硅前介質(zhì)層43、氮化鈦第一金屬硬掩模層44、氮氧硅后介質(zhì)層45，以及襯墊氧化物層46?！ぁ?br> ·
請(qǐng)繼續(xù)參閱圖8，并結(jié)合參閱圖9、圖10、圖11、圖12、圖13，圖9所示為傳統(tǒng)金屬硬光罩的雙大馬士革結(jié)構(gòu)第一溝槽圖形的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10所示為傳統(tǒng)金屬硬光罩的雙大馬士革結(jié)構(gòu)第一互連通孔圖形的結(jié)構(gòu)示意圖。圖11所示為傳統(tǒng)金屬硬光罩的雙大馬士革結(jié)構(gòu)光阻剝離的結(jié)構(gòu)示意圖。圖12所示為傳統(tǒng)金屬硬光罩的雙大馬士革結(jié)構(gòu)第一溝槽和第一互連通孔一體化刻蝕的結(jié)構(gòu)示意圖。圖13所示為傳統(tǒng)金屬硬光罩的雙大馬士革結(jié)構(gòu)金屬銅互連結(jié)構(gòu)的示意圖。所述傳統(tǒng)金屬硬光罩的雙大馬士革結(jié)構(gòu)的制備流程包括第一光刻膠47a和第二光刻膠47b的曝光、顯影，并刻蝕成型所述第一溝槽圖形48和所述第一互連通孔圖形49。在所述第一溝槽481和所述第一互連通孔491 一體化刻蝕過(guò)程中，所述氮氧硅前介質(zhì)層43、氮化鈦第一金屬硬掩模層44、氮氧硅后介質(zhì)層45被部分刻蝕去除，同時(shí)在所述第一超低介電常數(shù)薄膜層42內(nèi)形成所述第一互連通孔491。在所述第一溝槽481的刻蝕過(guò)程中，以所述氮化鈦第一金屬硬掩膜層44為掩模，因固有的金屬應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致圖形倒塌，第一通孔互連491密集區(qū)尤甚，進(jìn)而使得所述第一銅互連層5失效。請(qǐng)參閱圖14(a)、圖14(b),圖14(a)所示為第一互連通孔刻蝕后的SEM圖。圖14(b)所示為覆蓋中間介質(zhì)層后的SEM圖。顯然地，傳統(tǒng)的40/45納米金屬硬光罩的雙大馬士革結(jié)構(gòu)以所述氮化鈦第一金屬硬掩膜層44為掩模，而因固有的金屬應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致圖形倒塌，使銅填充失效，成為產(chǎn)品的致命缺陷。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，于是有了發(fā)明一種防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的40/45納米金屬硬光罩的雙大馬士革結(jié)構(gòu)以所述氮化鈦第一金屬硬掩膜層為掩模，而因固有的金屬應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致圖形倒塌，使銅填充失效等缺陷，提供一種防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法，所述方法包括
執(zhí)行步驟SI :提供具有金屬互連結(jié)構(gòu)的介質(zhì)材料襯底，并在所述介質(zhì)材料襯底上形成所述介電質(zhì)膜系，所述介電質(zhì)膜系自所述介質(zhì)材料襯底向外依次包括刻蝕阻擋層、超低介電常數(shù)薄膜層、第一介質(zhì)緩沖層、金屬硬掩模層、第二介質(zhì)緩沖層、上覆層；所述第一介質(zhì)緩沖層為具有拉伸應(yīng)力特性的氮化硅；所述第二介質(zhì)緩沖層為具有壓縮應(yīng)力特性的氮化硅；執(zhí)行步驟S2 :溝槽圖形曝光、顯影、刻蝕成型；在所述溝槽圖形的刻蝕過(guò)程中去除部分所述金屬硬掩膜層，所述刻蝕并停止在所述第一介質(zhì)緩沖層；執(zhí)行步驟S3:在具有所述溝槽圖形的介電質(zhì)膜系上依次涂布第一光阻和第二光阻，并將所述第二光阻曝光、顯影、刻蝕以成型所述互連通孔圖形；執(zhí)行步驟S4 :在部分刻蝕工藝下將所述互連通孔圖形停留在所述超低介電常數(shù)薄膜層的預(yù)定深度，并剝離所述第一光阻和所述第二光阻；執(zhí)行步驟S5 :所述互連通孔和所述溝槽的一體化刻蝕； 執(zhí)行步驟S6 :在所述溝槽和所述互連通孔內(nèi)依次沉積銅阻擋層以及銅籽晶層，采用電鍍工藝形成銅填充淀積層，并通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨去除所述金屬硬掩膜層、第一介質(zhì)緩沖層，所述化學(xué)機(jī)械研磨停留在所述超低介電常數(shù)薄膜層上，以形成銅互連層。可選的，所述互連通孔圖形停留在所述超低介電常數(shù)薄膜層中的預(yù)定深度以保證在剝離所述第一光阻和第二光阻的過(guò)程中所述金屬互連結(jié)構(gòu)不被損傷。可選的，所述互連通孔和所述溝槽的一體化刻蝕以所述金屬硬掩膜層為掩模，刻蝕至所述互連通孔與所述介質(zhì)材料襯底的金屬互連結(jié)構(gòu)連通?？蛇x的，所述刻蝕阻擋層的厚度為400埃。可選的，所述超低介電常數(shù)薄膜層的厚度為2500 2800埃?？蛇x的，所述第一介質(zhì)緩沖層的厚度為300 400埃?？蛇x的，所述金屬硬掩模層的厚度為50 150埃?？蛇x的，所述第二介質(zhì)緩沖層的厚度為100 200埃。可選的，所述上覆層的厚度為50埃。綜上所述，本發(fā)明所述防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法通過(guò)在所述金屬硬掩模層兩側(cè)設(shè)置具有拉伸應(yīng)力特性的第一介質(zhì)緩沖層氮化硅和具有壓縮應(yīng)力特性的第二介質(zhì)緩沖層氮化硅，且所述拉伸應(yīng)力與所述壓縮應(yīng)力相互作用，進(jìn)而防止了圖形倒塌的現(xiàn)象，避免了銅互連層失效的產(chǎn)生，提高產(chǎn)品良率。


圖I所示為本發(fā)明防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法流程圖；圖2所示為本發(fā)明所述介質(zhì)材料襯底上沉積所述介電質(zhì)膜系的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3所示為本發(fā)明所述介質(zhì)材料襯底上沉積所述介電質(zhì)膜系并形成所述溝槽圖形的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4所示為本發(fā)明所述具有溝槽圖形的介電質(zhì)膜系表面涂覆第一光阻和第二光阻并形成所述互連通孔圖形的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5所示為本發(fā)明所述互連通孔圖形部分刻蝕并剝離所述第一光阻和所述第二光阻的結(jié)構(gòu)示意圖6所示為本發(fā)明所述溝槽和互連通孔一體化刻蝕的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7所示為本發(fā)明具有互連通孔和溝槽的所述雙大馬士革結(jié)構(gòu)的示意圖；圖8所示為現(xiàn)有40/45納米金屬硬光罩的雙大馬士革結(jié)構(gòu)前段工藝示意圖；圖9所示為傳統(tǒng)金屬硬光罩的雙大馬士革結(jié)構(gòu)第一溝槽圖形的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10所示為傳統(tǒng)金屬硬光罩的雙大馬士革結(jié)構(gòu)第一互連通孔圖形的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖11所示為傳統(tǒng)金屬硬光罩的雙大馬士革結(jié)構(gòu)光阻剝離的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12所示為傳統(tǒng)金屬硬光罩的雙大馬士革結(jié)構(gòu)第一溝槽和第一互連通孔一體化刻蝕的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13所示為傳統(tǒng)金屬硬光罩的雙大馬士革結(jié)構(gòu)金屬互連結(jié)構(gòu)的示意圖；圖14(a)所示為第一互連通孔刻蝕后的SEM圖；圖14(b)所示為覆蓋中間介質(zhì)層后的SEM圖。
具體實(shí)施例方式為詳細(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。請(qǐng)參閱圖1，圖I所示為本發(fā)明防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法流程圖。所述防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法，包括以下步驟執(zhí)行步驟SI :提供具有金屬互連結(jié)構(gòu)的介質(zhì)材料襯底，并在所述介質(zhì)材料襯底上形成所述介電質(zhì)膜系；所述介電質(zhì)膜系自所述介質(zhì)材料襯底向外依次包括刻蝕阻擋層、超低介電常數(shù)薄膜層、第一介質(zhì)緩沖層、金屬硬掩模層、第二介質(zhì)緩沖層、上覆層。其中，所述第一介質(zhì)緩沖層為具有拉伸應(yīng)力特性的氮化硅；所述第二介質(zhì)緩沖層為具有壓縮應(yīng)力特性的氮化硅。執(zhí)行步驟S2 :溝槽圖形曝光、顯影、刻蝕成型；在所述溝槽圖形的刻蝕過(guò)程中去除部分所述金屬硬掩膜層，所述刻蝕并停止在所述第一介質(zhì)緩沖層。執(zhí)行步驟S3 :在具有所述溝槽圖形的介電質(zhì)膜系上依次涂布第一光阻和第二光阻，并將所述第二光阻曝光、顯影、刻蝕以成型所述互連通孔圖形；執(zhí)行步驟S4 :在部分刻蝕工藝下將所述互連通孔圖形停留在所述超低介電常數(shù)薄膜層的預(yù)定深度，并剝離所述第一光阻和所述第二光阻；所述互連通孔圖形停留在所述超低介電常數(shù)薄膜層中的預(yù)定深度，以保證在剝離所述第一光阻和第二光阻的過(guò)程中所述金屬互連結(jié)構(gòu)不被損傷。執(zhí)行步驟S5 :所述互連通孔和所述溝槽的一體化刻蝕；在本發(fā)明中，以所述金屬硬掩膜層為掩模，進(jìn)行所述互連通孔和所述溝槽的一體化刻蝕，所述互連通孔與所述介質(zhì)材料襯底的金屬互連結(jié)構(gòu)連通。執(zhí)行步驟S6 :在所述溝槽和所述互連通孔內(nèi)依次沉積銅阻擋層以及銅籽晶層，采用電鍍工藝形成銅填充淀積層，并通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨去除所述金屬硬掩膜層、第一介質(zhì)緩沖層，所述化學(xué)機(jī)械研磨停留在所述超低介電常數(shù)薄膜層上，以形成銅互連層。請(qǐng)參閱圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7,并結(jié)合參閱圖I,圖2所示為本發(fā)明所述介質(zhì)材料襯底上沉積所述介電質(zhì)膜系的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3所示為本發(fā)明所述介質(zhì)材料襯底上沉積所述介電質(zhì)膜系并形成所述溝槽圖形的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4所示為本發(fā)明所述具有溝槽圖形的介電質(zhì)膜系表面涂覆第一光阻和第二光阻并形成所述互連通孔圖形的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5所示為本發(fā)明所述互連通孔圖形部分刻蝕并剝離所述第一光阻和所述第二光阻的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6所示為本發(fā)明所述溝槽和互連通孔一體化刻蝕的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7所示為本發(fā)明具有互連通孔和溝槽的所述雙大馬士革結(jié)構(gòu)的示意圖。作為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，本發(fā)明中，所述防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方 法，包括以下步驟執(zhí)行步驟SI :提供具有金屬互連結(jié)構(gòu)10的介質(zhì)材料襯底1，并在所述介質(zhì)材料襯底I上形成所述介電質(zhì)膜系2 ;所述介電質(zhì)膜系2自所述介質(zhì)材料襯底I向外依次包括刻蝕阻擋層20、超低介電常數(shù)薄膜層21、第一介質(zhì)緩沖層22、金屬硬掩模層23、第二介質(zhì)緩沖層24，以及上覆層25。其中，所述第一介質(zhì)緩沖層22為具有拉伸應(yīng)力特性的氮化硅；所述第二介質(zhì)緩沖層24為具有壓縮應(yīng)力特性的氮化硅。作為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，本發(fā)明所述刻蝕阻擋層20的厚度優(yōu)選的為400埃。所述超低介電常數(shù)薄膜層21的厚度優(yōu)選的為2500 2800埃。所述第一介質(zhì)緩沖層22的厚度優(yōu)選的為300 400埃。所述金屬硬掩模層23的厚度優(yōu)選的為50 150埃。所述第二介質(zhì)緩沖層24的厚度優(yōu)選的為100 200埃。所述上覆層25的厚度優(yōu)選的為50埃。本發(fā)明所述的刻蝕阻擋層20、超低介電常數(shù)薄膜層21、金屬硬掩模層23，以及上覆層25可為本領(lǐng)域技術(shù)人員的常規(guī)選擇。執(zhí)行步驟S2 :溝槽圖形26曝光、顯影、刻蝕成型；在所述溝槽圖形26的刻蝕過(guò)程中去除部分所述金屬硬掩膜層23，并將刻蝕停止在所述第一介質(zhì)緩沖層22。執(zhí)行步驟S3 :在具有所述溝槽圖形26的介電質(zhì)膜系2上依次涂布第一光阻27和第二光阻28，并將所述第二光阻28曝光、顯影、刻蝕以成型所述互連通孔圖形29 ；執(zhí)行步驟S4 :在部分刻蝕工藝下將所述互連通孔圖形29停留在所述超低介電常數(shù)薄膜層21的預(yù)定深度，并剝離所述第一光阻27和所述第二光阻28 ;所述互連通孔圖形29停留在所述超低介電常數(shù)薄膜層21中的預(yù)定深度，以保證在剝離所述第一光阻27和第二光阻28的過(guò)程中所述金屬互連結(jié)構(gòu)10不被損傷。執(zhí)行步驟S5 :所述互連通孔291和所述溝槽261的一體化刻蝕；在本發(fā)明中，以所述金屬硬掩膜層23為掩模，進(jìn)行所述互連通孔291和所述溝槽261的一體化刻蝕，所述互連通孔291與所述介質(zhì)材料襯底I的金屬互連結(jié)構(gòu)10連通。執(zhí)行步驟S6 :在所述溝槽261和所述互連通孔291內(nèi)依次沉積銅阻擋層(未圖示)以及銅籽晶層(未圖示)，采用電鍍工藝形成銅填充淀積層(未圖示)，并通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨去除所述金屬硬掩膜層23、第一介質(zhì)緩沖層22，所述化學(xué)機(jī)械研磨停留在所述超低介電常數(shù)薄膜層21上，以形成銅互連層3。明顯地，在本發(fā)明中，形成在所述金屬硬掩模層23 —側(cè)的第一介質(zhì)緩沖層22為具有拉伸應(yīng)力特性的氮化硅，形成在所述金屬硬掩模層23之異于所述第一介質(zhì)緩沖層22 —側(cè)的所述第二介質(zhì)緩沖層24為具有壓縮應(yīng)力特性的氮化硅，所述第一介質(zhì)緩沖層22的拉伸應(yīng)力與所述第二緩沖層24的壓縮應(yīng)力相互作用，進(jìn)而防止了圖形倒塌的現(xiàn)象，避免了所述銅互連層3失效的產(chǎn)生。綜上所述，本發(fā)明所述防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法通過(guò)在所述金屬硬掩模層兩側(cè)設(shè)置具有拉伸應(yīng)力特性的第一介質(zhì)緩沖層氮化硅和具有壓縮應(yīng)力特性的第二介質(zhì)緩沖層氮化硅，且所述拉伸應(yīng)力與所述壓縮應(yīng)力相互作用，進(jìn)而防止了圖形倒塌的現(xiàn)象，避免了銅互連層失效的產(chǎn)生，提高產(chǎn)品良率。
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，可以對(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
1.一種防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于，所述方法包括 執(zhí)行步驟Si:提供具有金屬互連結(jié)構(gòu)的介質(zhì)材料襯底，并在所述介質(zhì)材料襯底上形成所述介電質(zhì)膜系，所述介電質(zhì)膜系自所述介質(zhì)材料襯底向外依次包括刻蝕阻擋層、超低介電常數(shù)薄膜層、第一介質(zhì)緩沖層、金屬硬掩模層、第二介質(zhì)緩沖層、上覆層；所述第一介質(zhì)緩沖層為具有拉伸應(yīng)力特性的氮化硅；所述第二介質(zhì)緩沖層為具有壓縮應(yīng)力特性的氮化硅； 執(zhí)行步驟S2 :溝槽圖形曝光、顯影、刻蝕成型；在所述溝槽圖形的刻蝕過(guò)程中去除部分所述金屬硬掩膜層，所述刻蝕并停止在所述第一介質(zhì)緩沖層； 執(zhí)行步驟S3 :在具有所述溝槽圖形的介電質(zhì)膜系上依次涂布第一光阻和第二光阻，并將所述第二光阻曝光、顯影、刻蝕以成型所述互連通孔圖形； 執(zhí)行步驟S4 :在部分刻蝕工藝下將所述互連通孔圖形停留在所述超低介電常數(shù)薄膜層的預(yù)定深度，并剝離所述第一光阻和所述第二光阻； 執(zhí)行步驟S5 :所述互連通孔和所述溝槽的一體化刻蝕； 執(zhí)行步驟S6 :在所述溝槽和所述互連通孔內(nèi)依次沉積銅阻擋層以及銅籽晶層，采用電鍍工藝形成銅填充淀積層，并通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨去除所述金屬硬掩膜層、第一介質(zhì)緩沖層，所述化學(xué)機(jī)械研磨停留在所述超低介電常數(shù)薄膜層上，以形成銅互連層。
2.如權(quán)利要求I所述的防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于，所述互連通孔圖形停留在所述超低介電常數(shù)薄膜層中的預(yù)定深度以保證在剝離所述第一光阻和第二光阻的過(guò)程中所述金屬互連結(jié)構(gòu)不被損傷。
3.如權(quán)利要求I所述的防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于，所述互連通孔和所述溝槽的一體化刻蝕以所述金屬硬掩膜層為掩模，刻蝕至所述互連通孔與所述介質(zhì)材料襯底的金屬互連結(jié)構(gòu)連通。
4.如權(quán)利要求3所述的防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于，所述刻蝕阻擋層的厚度為400埃。
5.如權(quán)利要求I所述的防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于，所述超低介電常數(shù)薄膜層的厚度為2500 2800埃。
6.如權(quán)利要求I所述的防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)緩沖層的厚度為300 400埃。
7.如權(quán)利要求I所述的防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于，所述金屬硬掩模層的厚度為50 150埃。
8.如權(quán)利要求I所述的防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于，所述第二介質(zhì)緩沖層的厚度為100 200埃。
9.如權(quán)利要求I所述的防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于，所述上覆層的厚度為50埃。
全文摘要
一種防止圖形倒塌的雙大馬士革結(jié)構(gòu)制備方法，包括步驟S1在所述介質(zhì)材料襯底上形成所述介電質(zhì)膜系，所述介電質(zhì)膜系的第一介質(zhì)緩沖層為具有拉伸應(yīng)力特性的氮化硅；所述第二介質(zhì)緩沖層為具有壓縮應(yīng)力特性的氮化硅；步驟S2溝槽圖形曝光、顯影、刻蝕成型；步驟S3成型所述互連通孔圖形；步驟S4所述互連通孔圖形停留在所述超低介電常數(shù)薄膜層的預(yù)定深度，并剝離所述光阻；步驟S5所述互連通孔和所述溝槽的一體化刻蝕；步驟S6形成銅互連層。本發(fā)明所述方法通過(guò)在所述金屬硬掩模層兩側(cè)設(shè)置具有拉伸應(yīng)力特性的氮化硅和具有壓縮應(yīng)力特性的氮化硅，所述拉伸應(yīng)力與所述壓縮應(yīng)力相互作用，進(jìn)而防止了圖形倒塌的現(xiàn)象，避免了銅互連層失效的產(chǎn)生，提高產(chǎn)品良率。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102800628SQ20121033554
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者張瑜, 黃君, 李全波 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司