通孔優(yōu)先銅互連制作方法
【專利摘要】一種通孔優(yōu)先銅互連制作方法，包括：提供硅基襯底，并依次沉積低k值介質(zhì)層、硬掩模薄膜、第一無定形碳薄膜，且在第一無定形碳薄膜上涂布第一光刻膠；曝光和顯影在第一光刻膠中，并形成第一通孔；在硬掩模薄膜中形成第二通孔；在硬掩模薄膜上沉積第二無定形碳薄膜，并涂布第二光刻膠；曝光和顯影在第二光刻膠中，并形成第一金屬槽；在低k值介質(zhì)層中形成通孔和金屬槽；實現(xiàn)導線金屬和通孔金屬填充。本發(fā)明通過使用第一無定形碳薄膜和第二無定形碳薄膜，并結(jié)合可形成硬膜之第一光刻膠和第二光刻膠，不僅減少了工藝材料和工藝步驟，提高了光刻工藝能力，并可以滿足刻蝕后圖形結(jié)構(gòu)均勻度的要求，而且有效的提高產(chǎn)能和減少制作成本。
【專利說明】通孔優(yōu)先銅互連制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體器件【技術領域】，尤其涉及一種通孔優(yōu)先銅互連制作方法。
【背景技術】
[0002]進入到130nm技術節(jié)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(xiàn)，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?，F(xiàn)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(jié)構(gòu)銅互連可以通過多種工藝方法實現(xiàn)。其中，溝槽優(yōu)先雙大馬士革工藝是實現(xiàn)金屬導線和通孔銅填充一次成形的方法之一。
[0003]請參閱圖9 (a)?圖9 Ce),圖9 (a)?圖9 (e)所示為現(xiàn)有溝槽優(yōu)先雙大馬士革工藝流程示意圖。所述現(xiàn)有溝槽優(yōu)先雙大馬士革工藝，包括:
[0004]在襯底硅片20上沉積低介電常數(shù)介質(zhì)層21，并在所述低介電常數(shù)介質(zhì)層21上涂布所述第一光阻層22 ；
[0005]通過第一光刻和刻蝕，在所述低介電常數(shù)介質(zhì)層21中形成所述通孔結(jié)構(gòu)23 ；
[0006]在所述低介電常數(shù)介質(zhì)層21上涂布所述第二光阻層24 ；
[0007]通過第二光刻和刻蝕，在所述通孔結(jié)構(gòu)23上形成所述金屬槽結(jié)構(gòu)25 ；
[0008]繼續(xù)后續(xù)金屬沉積和金屬化學機械研磨，完成所述金屬導線251和所述金屬通孔231填充。
[0009]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(zhàn)也越來越大。傳統(tǒng)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 Ant1-reflective Coating, BARC)來提高光刻工藝的能力。
[0010]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(jié)構(gòu)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(diào)整有機抗反射薄膜26之厚度還可以擴大刻蝕工藝的可調(diào)適范圍，提高刻蝕后圖形結(jié)構(gòu)的均勻度。
[0011]但是，在進入45nm技術節(jié)點之后，以傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)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(tǒng)有機抗反射薄26很難提供較低的反射率。
[0012]另外，利用等離子增強化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition, PECVD)方法制作的無定形碳薄膜是替代傳統(tǒng)的有機抗反射薄膜的新材料之一。無定形碳薄膜可以提供較低的反射率，尤其是在膜厚度較厚的條件下。
[0013]請參閱圖12，圖12所示為襯底硅片、無定形碳薄膜、含碳氧化硅薄膜和光阻的結(jié)構(gòu)示意圖。在PECVD中，通常采用無定形碳薄膜28和含碳氧化硅薄膜29搭配替代傳統(tǒng)的有機抗反射薄膜26。利用無定形碳薄膜28和含碳氧化硅薄膜29的抗刻蝕能力之差，可以使用較厚的無定形碳薄膜28。較厚的無定形碳薄膜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(jié)構(gòu)均勻度的要求。
[0014]作為本領域技術人員，容易理解地，現(xiàn)有工藝采用無定形碳薄膜28和含碳氧化硅薄膜29搭配雖然解決了傳統(tǒng)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(guī)模量產(chǎn)成為本領域亟待解決的技術問題之一。
[0015]故針對現(xiàn)有技術存在的問題，本案設計人憑借從事此行業(yè)多年的經(jīng)驗，積極研究改良，于是有了本發(fā)明一種通孔優(yōu)先銅互連制作方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明是針對現(xiàn)有技術中，所述傳統(tǒng)的溝槽優(yōu)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通孔優(yōu)先銅互連制作方法。
[0017]為實現(xiàn)本發(fā)明之目的，本發(fā)明提供一種通孔優(yōu)先銅互連制作方法，所述通孔優(yōu)先銅互連制作方法包括:
[0018]執(zhí)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(zhì)層、硬掩模薄膜、第一無定形碳薄膜，且在所述第一無定形碳薄膜上涂布可形成硬膜之第一光刻膠；
[0019]執(zhí)行步驟S2:曝光和顯影在所述第一光刻膠中，并形成所述第一通孔；
[0020]執(zhí)行步驟S3:依次以所述第一光刻膠和所述第一無定形碳薄膜為刻蝕掩模，在所述硬掩模薄膜中形成所述第二通孔，并去除多余的所述第一無定形碳薄膜；
[0021]執(zhí)行步驟S4:在所述硬掩模薄膜上沉積第二無定形碳薄膜，并在所述第二無定形碳薄膜上涂布可形成硬膜之第二光刻膠；
[0022]執(zhí)行步驟S5:曝光和顯影在所述第二光刻膠中，并形成所述第一金屬槽；
[0023]執(zhí)行步驟S6:依次以所述第二光刻膠、第二無定形碳薄膜和所述硬掩模薄膜為刻蝕掩模，并在所述低k值介質(zhì)層中形成所述通孔和所述金屬槽；
[0024]執(zhí)行步驟S7:進行所述金屬沉積和所述化學機械研磨工藝，實現(xiàn)所述導線金屬和所述通孔金屬填充。
[0025]可選地，所述低k值介質(zhì)層的介電常數(shù)k < 3。
[0026]可選地，所述可形成硬膜之第一光刻膠和所述可形成硬膜之第二光刻膠為含硅烷基(SiIyl)、娃燒氧基(Si1xyl)和籠形娃氧燒(SiIsesquioxane)的光刻膠。
[0027]可選地，所述硬掩模薄膜為氧化硅、氮化硅、碳化硅、鈦、氧化鈦、氮化鈦、鉭、氧化鉭、氮化鉭的其中之一，或者其組合膜層。
[0028]可選地，所述硬掩模薄膜的膜層厚度范圍為O?50nm。
[0029]可選地，所述硬掩模薄膜的膜層厚度范圍為5?35nm。
[0030]可選地，所述第一無定形碳薄膜和所述第二無定形碳薄膜的厚度范圍均為10?500nmo
[0031]可選地，所述第一無定形碳薄膜和所述第二無定形碳薄膜的厚度范圍均為80?350nmo
[0032]綜上所述，本發(fā)明通過使用所述第一無定形碳薄膜和所述第二無定形碳薄膜，并結(jié)合可形成硬膜之第一光刻膠和第二光刻膠實現(xiàn)溝槽優(yōu)先銅互連制作工藝，不僅減少了工藝材料和工藝步驟，提高了光刻工藝能力，并可以滿足刻蝕后圖形結(jié)構(gòu)均勻度的要求，而且有效的提聞廣能和減少制作成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1所示為本發(fā)明通孔優(yōu)先銅互連制作方法之流程圖；
[0034]圖2?圖8所示為本發(fā)明通孔優(yōu)先銅互連制作方法的階段性結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖9 Ca)?圖9 Ce)所示為現(xiàn)有溝槽優(yōu)先雙大馬士革工藝流程示意圖；
[0036]圖10所示為襯底硅片、有機抗反射薄膜和光阻層的結(jié)構(gòu)圖示；
[0037]圖11所示為有機抗反射薄膜與反射率的關系曲線；
[0038]圖12所示為襯底硅片、無定形碳薄膜、含碳氧化硅薄膜和光阻的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實施方式】
[0039]為詳細說明本發(fā)明創(chuàng)造的技術內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達成目的及功效，下面將結(jié)合實施例并配合附圖予以詳細說明。
[0040]請參閱圖1，圖1所示為本發(fā)明通孔優(yōu)先銅互連制作方法之流程圖。所述通孔優(yōu)先銅互連制作方法，包括:
[0041]執(zhí)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(zhì)層、硬掩模薄膜、第一無定形碳薄膜，且在所述第一無定形碳薄膜上涂布可形成硬膜之第一光刻膠；
[0042]執(zhí)行步驟S2:曝光和顯影在所述第一光刻膠中，并形成所述第一通孔；
[0043]執(zhí)行步驟S3:依次以所述第一光刻膠和所述第一無定形碳薄膜為刻蝕掩模，在所述硬掩模薄膜中形成所述第二通孔，并去除多余的所述第一無定形碳薄膜；
[0044]執(zhí)行步驟S4:在所述硬掩模薄膜上沉積第二無定形碳薄膜，并在所述第二無定形碳薄膜上涂布可形成硬膜之第二光刻膠；
[0045]執(zhí)行步驟S5:曝光和顯影在所述第二光刻膠中，并形成所述第一金屬槽；
[0046]執(zhí)行步驟S6:依次以所述第二光刻膠、第二無定形碳薄膜和所述硬掩模薄膜為刻蝕掩模，并在所述低k值介質(zhì)層中形成所述通孔和所述金屬槽；
[0047]執(zhí)行步驟S7:進行所述金屬沉積和所述化學機械研磨工藝，實現(xiàn)所述導線金屬和所述通孔金屬填充。
[0048]作為本發(fā)明的【具體實施方式】，優(yōu)選地，所述低k值介質(zhì)層的介電常數(shù)k< 3。所述可形成硬膜之第一光刻膠和所述可形成硬膜之第二光刻膠包括但不限于含硅烷基(Silyl)、娃燒氧基(Siloxyl)和籠形娃氧燒(Silsesquioxane)的光刻膠。所述硬掩模薄膜包括但不限于氧化硅、氮化硅、碳化硅、鈦、氧化鈦、氮化鈦、鉭、氧化鉭、氮化鉭的其中之一，或者其組合膜層。所述硬掩模薄膜的膜層厚度范圍為O?50nm。更優(yōu)選地，所述硬掩模薄膜的膜層厚度范圍為5?35nm。所述第一無定形碳薄膜和所述第二無定形碳薄膜的厚度范圍均為10?500nm。更優(yōu)選地，所述第一無定形碳薄膜和所述第二無定形碳薄膜的厚度范圍均為80 ?350nm。
[0049]為更直觀的揭露本發(fā)明之技術方案，并凸顯本發(fā)明之有益效果，現(xiàn)以溝槽優(yōu)先銅互連工藝為例進行闡述。[0050]請參閱圖2?圖9，并結(jié)合參閱圖1，圖2?圖9所示為本發(fā)明通孔優(yōu)先銅互連制作方法的制作階段性結(jié)構(gòu)示意圖。所述通孔優(yōu)先銅互連制作方法，包括:
[0051]執(zhí)行步驟S1:提供硅基襯底10，并在所述硅基襯底10上依次沉積所述低k值介質(zhì)層11、硬掩模薄膜12、第一無定形碳薄膜13，且在所述第一無定形碳薄膜13上涂布可形成硬膜之第一光刻膠14 ；
[0052]執(zhí)行步驟S2:曝光和顯影在所述第一光刻膠14中，并形成所述第一通孔141 ；
[0053]執(zhí)行步驟S3:依次以所述第一光刻膠14和所述第一無定形碳薄膜13為刻蝕掩模，在所述硬掩模薄膜12中形成所述第二通孔121，并去除多余的所述第一無定形碳薄膜13 ；
[0054]執(zhí)行步驟S4:在所述硬掩模薄膜12上沉積第二無定形碳薄膜15，并在所述第二無定形碳薄膜15上涂布可形成硬膜之第二光刻膠16 ；
[0055]執(zhí)行步驟S5:曝光和顯影在所述第二光刻膠16中，并形成所述第一金屬槽161 ；
[0056]執(zhí)行步驟S6:依次以所述第二光刻膠16、第二無定形碳薄膜15和所述硬掩模薄膜12為刻蝕掩模，并在所述低k值介質(zhì)層11中形成所述通孔17和所述金屬槽18 ；
[0057]執(zhí)行步驟S7:進行所述金屬沉積工藝和所述化學機械研磨工藝，在所述通孔17和所述金屬槽18內(nèi)實現(xiàn)所述導線金屬181和所述通孔金屬171填充。
[0058]作為本發(fā)明的【具體實施方式】，優(yōu)選地，所述低k值介質(zhì)層11的介電常數(shù)k< 3。所述可形成硬膜之第一光刻膠14和所述可形成硬膜之第二光刻膠16包括但不限于含硅烷基(Silyl)、娃燒氧基(Siloxyl)和籠形娃氧燒(Silsesquioxane)的光刻膠。所述硬掩模薄膜12包括但不限于氧化硅、氮化硅、碳化硅、鈦、氧化鈦、氮化鈦、鉭、氧化鉭、氮化鉭的其中之一，或者其組合膜層。所述硬掩模薄膜12的膜層厚度范圍為O?50nm。更優(yōu)選地，所述硬掩模薄膜12的膜層厚度范圍為5?35nm。所述第一無定形碳薄膜13和所述第二無定形碳薄膜15的厚度范圍均為10?500nm。更優(yōu)選地，所述第一無定形碳薄膜13和所述第二無定形碳薄膜15的厚度范圍均為80?350nm。
[0059]綜上所述，本發(fā)明通過使用所述第一無定形碳薄膜和所述第二無定形碳薄膜，并結(jié)合可形成硬膜之第一光刻膠和第二光刻膠實現(xiàn)溝槽優(yōu)先銅互連制作工藝，不僅減少了工藝材料和工藝步驟，提高了光刻工藝能力，并可以滿足刻蝕后圖形結(jié)構(gòu)均勻度的要求，而且有效的提聞廣能和減少制作成本。
[0060]本領域技術人員均應了解，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可對本發(fā)明進行各種修改和變型。因而，如果任何修改或變型落入所附權利要求書及等同物的保護范圍內(nèi)時，認為本發(fā)明涵蓋這些修改和變型。
【權利要求】
1.一種通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述通孔優(yōu)先銅互連制作方法包括: 執(zhí)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(zhì)層、硬掩模薄膜、第一無定形碳薄膜，且在所述第一無定形碳薄膜上涂布可形成硬膜之第一光刻膠； 執(zhí)行步驟S2:曝光和顯影在所述第一光刻膠中，并形成所述第一通孔； 執(zhí)行步驟S3:依次以所述第一光刻膠和所述第一無定形碳薄膜為刻蝕掩模，在所述硬掩模薄膜中形成所述第二通孔，并去除多余的所述第一無定形碳薄膜； 執(zhí)行步驟S4:在所述硬掩模薄膜上沉積第二無定形碳薄膜，并在所述第二無定形碳薄膜上涂布可形成硬膜之第二光刻膠； 執(zhí)行步驟S5:曝光和顯影在所述第二光刻膠中，并形成所述第一金屬槽； 執(zhí)行步驟S6:依次以所述第二光刻膠、第二無定形碳薄膜和所述硬掩模薄膜為刻蝕掩模，并在所述低k值介質(zhì)層中形成所述通孔和所述金屬槽； 執(zhí)行步驟S7:進行所述金屬沉積和所述化學機械研磨工藝，實現(xiàn)所述導線金屬和所述通孔金屬填充。
2.如權利要求1所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述低k值介質(zhì)層的介電常數(shù)k < 3。
3.如權利要求1所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述可形成硬膜之第一光刻膠和所述可形成硬膜之第二光刻膠為含硅烷基(Silyl)、硅烷氧基(Siloxyl)和籠形娃氧燒(SiIsesquioxane)的光刻膠。
4.如權利要求1所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述硬掩模薄膜為氧化硅、氮化硅、碳化硅、鈦、氧化鈦、氮化鈦、鉭、氧化鉭、氮化鉭的其中之一，或者其組合膜層。
5.如權利要求4所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述硬掩模薄膜的膜層厚度范圍為O?50nm。
6.如權利要求4所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述硬掩模薄膜的膜層厚度范圍為5?35nm。
7.如權利要求1所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述第一無定形碳薄膜和所述第二無定形碳薄膜的厚度范圍均為10?500nm。
8.如權利要求7所述的通孔優(yōu)先銅互連制作方法，其特征在于，所述第一無定形碳薄膜和所述第二無定形碳薄膜的厚度范圍均為80?350nm。
【文檔編號】H01L21/768GK103646912SQ201310565714
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權日:2013年11月13日
【發(fā)明者】毛智彪 申請人:上海華力微電子有限公司