专利名称：双重图形化方法、形成互连结构的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及双重图形化方法、形成互连结构的方法。
背景技术：
随着半导体器件关键尺寸的越来越小，在半导体工艺的工艺结点(二分之一孔距)小于32nm时，在193nm(纳米)水沉浸式光刻条件下利用一个掩膜版作为掩膜形成图形化工艺遇到了物理限制，相邻的图形孔距过小，由于光学邻近效应，会出现相邻图形粘连的现象。基于半导体器件关键尺寸越来越小，利用双重图形化(Double patterning)方法解决以上所述的问题。双重图形化方法的核心思想是将需要形成的图形分割成两种图形， 分别为第一图形和第二图形，第一图形和第二图形的关键尺寸分别为需要形成的图形的两倍，然后分别进行第一次图形化形成第一图形，进行第二次图形化形成第二图形，通过这样双重图形化的方法避免出现相邻图形孔距过小而导致的光学邻近效应。图Ia 图Id为现有技术中一种双重图形化的方法的剖面结构示意图，参考图 Ia 图ld，现有技术中双重图形化的方法为参考图la，提供基底10，在所述基底10上形成低k介质层11，在低k介质层11上形成硬掩膜层12。在硬掩膜层12上形成第一光刻胶层，并对第一光刻胶层进行图形化，定义出第一图形13。参考图lb，以图形化的第一光刻胶层为掩膜，刻蚀硬掩膜层12，相应的第一图形 13定义的图形转移到硬掩膜层12。参考图lc，形成第二光刻胶层，覆盖所述第一图形13以及介质层11，对第二光刻胶层进行图形化，定义出第二图形14。参考图ld，以第一图形13和第二图形14为掩膜，刻蚀介质层11，将第一图形13 和第二图形14定义的图形转移到介质层11。然而以上所述的现有技术的双重图形化的方法工艺复杂，需要旋涂两次光刻胶， 以及需要硬掩膜层。为解决以上的技术问题，公开号为US20080150091A1的美国专利申请，公开了一种“利用可图形化的低k介质材料的多重图形化方法(Multipkpatterning using patternable low-k dielectric materials) ”，其中，可图形化的低k介质材料具有光刻胶和低k材料双重性质，对该可图形化的低k介质层进行图形化时，不需要光刻胶和硬掩膜层，可以直接对其进行光刻然后刻蚀形成预定的结构。图加和图2b为该专利申请中公开的方法的剖面结构示意图，参考图加 图2b，该专利申请中公开的多重图形化方法，包括 参考图加，提供基底20，在基底20上形成中间层21，在一些实施例中该中间层也可以没有； 在中间层21上形成抗反射层(anti-ref lection，ARC) 22 ；在抗反射层22形成第一可图形化低k介质层，图形化第一可图形化低k介质层形成第一结构23 ；然后，形成第二可图形化低k介质层M，覆盖所述第一结构23以及抗反射层22。参考图2b，图形化第二低k介质层，形成第二结构25，第二结构25的高度大于第一结构23的高度；之后，刻蚀抗反射层22和中间层21，将第一结构23和第二结构25定义的图形转移到抗反射层22和中间层21。然而，发明人发现用以上所述的方法形成器件时，会影响器件的性能。
发明内容
本发明解决的问题是现有技术的双重图形化的方法，会影响器件性能的问题。为解决上述问题，本发明提供一种双重图形化方法，包括提供基底；在所述基底上形成抗反射层；在所述抗反射层上形成第一可图形化介质层；图形化所述第一可图形化介质层，形成第一结构；形成第二可图形化介质层，覆盖所述第一结构和抗反射层，且所述第二可图形化介质层的厚度大于所述第一结构的高度；去除部分所述第二可图形化介质层，使所述第二可图形化介质层的厚度与所述第一结构的高度之差小于200埃；图形化所述去除了部分的第二可图形化介质层，形成第二结构；刻蚀所述抗反射层，露出所述基底，将所述第一结构和第二结构形成的图形转移到所述抗反射层。可选的，利用溶剂处理或者干法刻蚀去除部分所述第二可图形化介质层。可选的，所述溶剂处理中使用的溶剂选自环己酮，环己酮衍生物，2-羟基-2-甲基丙酸甲酯，2-甲氧基-1-丙醇乙酸酯其中之一或者他们的任意组合。可选的，所述干法刻蚀中使用的偏置功率小于50w。可选的，在形成第一结构后，形成第二可图形化介质层前还包括对所述第一结构进行处理，所述处理方法选自热处理、电子束处理、紫外线处理、离子束处理、等离子体处理、微波处理其中一种方法或它们的任意组合。可选的，所述处理后的第一结构的介电常数不超过4. 3。可选的，在形成第二结构后，刻蚀所述抗反射层前还包括对所述第二结构进行处理，所述处理方法选自热处理、电子束处理、紫外线处理、离子束处理、等离子体处理、微波处理其中一种方法或它们的任意组合。可选的，所述处理后的第二结构的介电常数不超过4. 3。可选的，所述第一可图形化介质层和所述第二可图形介质的材料相同或者不同。可选的，所述第一可图形化介质层和所述第二可图形化介质层的材料为对光和酸敏感的聚合物，所述聚合物可以选自碳氢化合物、氟化的碳氢化合物、硅氧烷、硅烷、碳硅烷、有机硅酸盐、硅倍半氧烷其中之一或者他们的组合。可选的，在所述基底和所述抗反射层之间还形成有中间层，所述中间层为连续层或断续层；刻蚀所述抗反射层后继续刻蚀所述中间层，露出所述基底。为解决以上技术问题，本发明还提供一种形成互连结构的方法，包括以上所述的双重图形化方法；填充金属于所述第一结构和第二结构之间的沟槽形成互连结构。
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可选的，所述金属为铜。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明的技术方案在形成第一结构后，形成厚度大于第一结构的第二可图形化介质层，然后去除部分第二可图形化介质层，使所述第二可图形化介质层的厚度与所述第一结构的高度相近；之后，图形化第二可图形化介质层，形成第二结构；这样第一结构和第二结构的高度相近，在后续的平坦化工艺中，平坦化工艺易于控制。而且，在第一结构和第二结构之间的沟槽内填充金属后，进行平坦化工艺时，需要使用较少的过研磨工艺，而且，由于第一结构和第二结构的高度相近不易产生金属残留，从而也可以避免或者至少减弱金属腐蚀，以及大块金属凹陷问题。
图Ia 图Id为现有技术中一种双重图形化的方法的剖面结构示意图；图加和图2b现有的专利申请中公开的一种图形化方法的剖面结构示意图；图3是本发明具体实施方式
的双重图形化方法的流程图；图如 图4f为本发明具体实施例的双重图形化方法的剖面结构示意图；图4g为形成的互连结构的剖面结构示意图。
具体实施例方式背景技术中描述的专利申请公开的双重图形化方法会影响器件的性能，发明人经过长时间的钻研发现，在第一结构和第二结构之间的沟槽内沉积金属铜形成互连结构时， 由于第二结构的高度大于第一结构的高度，在对铜进行化学机械研磨过程中，第一结构上容易保留金属铜残留，因而需要更长时间的过研磨工艺以完全地去除金属铜残留；而更长时间的金属铜过研磨过程有可能导致严重的金属铜腐蚀，大块金属凹陷等问题，从而影响器件性能。因此发明人提出了本发明的双重图形化的方法以及形成互连结构的方法，以解决以上所述的方法会影响器件性能的问题。本发明具体实施方式
的双重图形化的方法，在基底上形成抗反射层；在所述抗反射层上形成第一可图形化介质层；图形化所述第一可图形化介质层，形成第一结构；形成第二可图形化介质层，覆盖所述第一结构和抗反射层，且所述第二可图形化介质层的厚度大于所述第一结构的高度；去除所述第二可图形化介质层的上部，使所述第二可图形化介质层的厚度与所述第一结构的高度相同；图形化所述去除了上部的第二可图形化介质层， 形成第二结构。这样第一结构和第二结构的高度相同，在后续的平坦化工艺中，平坦化工艺易于控制。为了使本领域的技术人员可以更好的理解本发明，下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式
。图3是本发明具体实施方式
的双重图形化方法的流程图，参考图3，本发明具体实施方式
的双重图形化方法包括步骤S31，提供基底；步骤S32，在所述基底上形成抗反射层；步骤S33，在所述抗反射层上形成第一可图形化介质层；
步骤S34，图形化所述第一可图形化介质层，形成第一结构；步骤S35，形成第二可图形化介质层，覆盖所述第一结构和抗反射层，且所述第二可图形化介质层的厚度大于所述第一结构的高度；步骤S36，去除部分所述第二可图形化介质层，使所述第二可图形化介质层的厚度与所述第一结构的高度之差小于200埃；步骤S37，图形化所述去除了部分的第二可图形化介质层，形成第二结构；步骤S38，刻蚀所述抗反射层，露出所述基底，将所述第一结构和第二结构构成的图形转移到所述抗反射层。图如 图4f为本发明具体实施例的双重图形化方法的剖面结构示意图，为了使本领域的技术人员可以更好的理解本发明的具体实施方式
，下面结合具体实施例以及图3、 图如 图4f详细说明本发明的具体实施方式
的双重图形化的方法。结合参考图3和图如，执行步骤S31，提供基底40 ；步骤S32，在所述基底40上形成抗反射层41 ；步骤S33，在所述抗反射层41上形成第一可图形化介质层42。具体为执行步骤S31，提供基底40。基底40的材料可以为单晶的硅或硅锗；也可以是绝缘体上硅(SOI)；或者还可以包括其它的材料，例如砷化镓等III-V族化合物。在所述基底 40中形成有器件结构(图中未示)，例如栅结构、隔离沟槽结构等。在基底40中也可以形成有其他的器件结构(图中未示)。在本发明具体实施例中，基底40和抗反射层41之间还形成有中间层(图中未示)，该中间层可以为连续层，也就是说，中间层平铺整个基底，例如氮化硅SiN刻蚀阻挡层。中间层也可以为断续层，也就是说，中间层没有平铺整个基底，基底上有的地方形成有中间层，有的地方没有中间层，例如钴钨磷(CoWP)形成在插栓上，防止电迁移，在插栓之外的其他地方则没有钴钨磷。在其他实施例中也可以没有该中间层，抗反射层41直接形成在基底40上。执行步骤S31，提供基底40后，执行步骤S32，在基底40上形成抗反射层41。在本发明具体实施例中，抗反射层41用来防止穿过可图形化介质层的光线在基底40上反射进入可图形化介质层，从而干扰入射至图形化介质层的光线而导致曝光不均勻。所述抗反射层41的材料可以具体参见背景技术中描述的公开号为US20080150091A1的美国专利申请中公开的内容，形成抗反射层41的方法为气相沉积，例如，化学气相沉积(CVD)、等离子体加强化学气相沉积(PECVD)、物理气相沉积(PVD)以及原子层沉积(ALD)，可以根据选择的抗反射层41的材料选择相应的气相沉积方法。抗反射层41的厚度为5 200nm(纳米)， 优选为20 140nm。抗反射层41在光波波长为248nm、193nm、U6nm以及超紫外线13. 4nm 时的折射率范围为1.4 2. 6。之后，执行步骤S33，在所述抗反射层41上形成第一可图形化介质层42。该第一可图形化介质层42具有光刻胶的性质、在进行相应的处理后可以转换为低k介质层。第一可图形化介质层42的材料可以为功能化的聚合物(functionalized polymer)，该聚合物包括有一个或多个酸敏可成像族群(acid-sensitive imageable groups)，特别地，在本发明具体实施例中，该聚合物为对光和酸敏感的聚合物(photo/acid-sensitive polymer)， 该聚合物可以选自碳氢化合物、氟化的碳氢化合物、硅氧烷、硅烷、碳硅烷、有机硅酸盐、硅倍半氧烷其中之一或者他们的组合。形成第一可图形化介质层42的方法为旋涂(spin-oncoating)、喷@ (spray coating)(dip coating)(brushcoating)或者蒸发，可
以根据实际情况选择相应的方法形成第一可图形化介质层42，本发明具体实施例中，选用旋涂的方法形成第一可图形化介质层42。形成第一可图形化介质层42后，可以利用烘焙工艺处理第一可图形化介质层42以蒸发掉不需要的溶剂，烘焙的温度在60°C 200°C，优选 80°C 140°C。在本发明具体实施例中，第一可图形化介质层42的厚度为50 2000nm。结合参考图3和图4b，执行步骤S34，图形化所述第一可图形化介质层42，形成第一结构421。在本发明具体实施例中，图形化所述第一可图形化介质层42的方法为直接对所述第一可图形化介质层42进行曝光、显影形成第一结构421。在本发明具体实施例中，形成第一结构421后，对第一结构421进行处理，该处理方法选自热处理、电子束处理、紫外线处理、离子束处理、等离子体处理、微波处理其中一种方法或它们的任意组合。在对第一结构421进行处理后，第一结构421的介电常数转换为低介电常数，介电常数k不超过4. 3，优选为1到4. 3。之后，结合参考图3和图4c，执行步骤S35，形成第二可图形化介质层43，覆盖所述第一结构421和抗反射层41，且所述第二可图形化介质层43的厚度大于所述第一结构 421的高度。该第二可图形化介质层43具有光刻胶的性质、在进行相应的处理后可以转换为低k介质层。第二可图形化介质层43的材料可以为功能化的聚合物(fimctionalized polymer)，该聚合物包括有一个或多个酸敏可成像族群(acid-sensitive imageable groups)，特别地，在本发明具体实施例中，该聚合物为对光和酸敏感的聚合物(photo/ acid-sensitiv印olymer)，该聚合物可以选自碳氢化合物、氟化的碳氢化合物、硅氧烷、硅烷、碳硅烷、有机硅酸盐、硅倍半氧烷其中之一或者他们的组合。形成第二可图形化介质层 43 的方法为旋涂(spin-on coating)、喷涂(spray coating)、滴涂(dip coating)、刷涂 (brush coating)或者蒸发，可以根据实际情况选择相应的方法形成第二可图形化介质层 43，本发明具体实施例中，选用旋涂的方法形成第二图形化介质层43。形成第二可图形化介质层43后，可以利用烘焙工艺处理第二可图形化介质层43以蒸发掉不需要的溶剂，烘焙的温度在60°C 200°C，优选80°C 140°C。在本发明具体实施例中，第二可图形化介质层 43的厚度为50 2000nm。在本发明具体实施例中，第二可图形化介质层43的材料可以与第一可图形化介质层的材料相同，也可以不同。结合参考图3和图4d，执行步骤S36，去除部分所述第二可图形化介质层，使所述第二可图形化介质层的厚度与所述第一结构的高度之差小于200埃。相应地，第二可图形化介质层43转变为第二可图形化介质层43'。在本发明具体实施例中，利用溶剂处理或者干法刻蚀去除部分所述第二可图形化介质层，使所述第二可图形化介质层的厚度与所述第一结构的高度相近。所述溶剂处理中使用的溶剂选自环己酮，环己酮衍生物，2-羟基-2-甲基丙酸甲酯，2-甲氧基-1-丙醇乙酸酯其中之一或者他们的任意组合。所述干法刻蚀中使用的偏置功率小于50w，例如远程等离子体刻蚀(remote plasma etch)，这样可以减少物理轰击作用，也就是减少各向异性刻蚀的作用，尽可能的将第二可图形化介质层各向同性刻蚀。在图4d所示的本发明的具体实施例中，所述第二可图形化介质层43'的厚度与所述第一结构421的高度相同，在具体的工艺中，只要控制第二可图形化介质层43'的厚度减去所述第一结构421的高度时，两者的差值在200埃范围内即可。这样在后续形成薄膜层后， 可以便于控制对薄膜层的平坦化工艺，例如，后续形成铜互连结构时，在第一结构和第二结构之间的沟槽内填充金属铜后，进行平坦化工艺时，需要使用较少的过研磨工艺，而且，由于第一结构和第二结构的高度相近不易产生金属铜残留，从而也可以避免或者至少减弱金属铜腐蚀，以及大块金属铜凹陷问题。结合参考图3和图如，执行步骤S37，图形化所述去除了部分的第二可图形化介质层43'，形成第二结构431。在本发明具体实施例中，图形化所述第二可图形化介质层43' 的方法为直接对所述第二可图形化介质层43'进行曝光、显影形成第二结构431。在本发明具体实施例中，形成第二结构421后，刻蚀抗反射层41前，对第二结构 431进行处理，该处理方法选自热处理、电子束处理、紫外线处理、离子束处理、等离子体处理、微波处理其中一种方法或它们的任意组合。在对第二结构431进行处理后，第二结构 431的介电常数转换为低介电常数，介电常数k不超过4. 3，优选为1到4. 3。结合参考图3和图4f，执行步骤S38，刻蚀所述抗反射层41，露出所述基底40，将所述第一结构421和第二结构431构成的图形转移到抗反射层41。在本发明具体实施例中，如果抗反射层41和基底40之间形成有中间层，则需要刻蚀中间层，以露出基底40。基于以上所述的本发明的精神，本发明还提供一种形成互连结构的方法，包括提供基底；在所述基底上形成抗反射层；在所述抗反射层上形成第一可图形化介质层；图形化所述第一可图形化介质层，形成第一结构；形成第二可图形化介质层，覆盖所述第一结构和抗反射层，且所述第二可图形化介质层的厚度大于所述第一结构的高度；去除部分所述第二可图形化介质层，使所述第二可图形化介质层的厚度与所述第一结构的高度相近，第二可图形化介质层的厚度与所述第一结构的高度之差范围小于200埃；图形化所述去除了部分的第二可图形化介质层，形成第二结构；刻蚀所述抗反射层，露出所述基底，将所述第一结构和第二结构构成的图形转移到所述抗反射层；填充金属于所述第一结构和第二结构之间的沟槽形成互连结构。图4g为形成的互连结构的剖面结构示意图，金属44填充在第一结构421和第二结构431之间的沟槽内，在金属填充后，利用平坦化工艺平坦化金属44， 形成互连结构。在本发明具体实施例中，金属44为铜。在此不对形成互连结构的方法做详细说明，本发明的形成互连结构的方法与以上所述的具体实施例的双重图形化方法比较，增加了在形成第一结构和第二结构后，在所述第一结构和第二结构之间的沟槽内填充金属的步骤。本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.一种双重图形化方法，其特征在于，包括提供基底；在所述基底上形成抗反射层；在所述抗反射层上形成第一可图形化介质层；图形化所述第一可图形化介质层，形成第一结构；形成第二可图形化介质层，覆盖所述第一结构和抗反射层，且所述第二可图形化介质层的厚度大于所述第一结构的高度；去除部分所述第二可图形化介质层，使所述第二可图形化介质层的厚度与所述第一结构的高度之差小于200埃；图形化所述去除了部分的第二可图形化介质层，形成第二结构；刻蚀所述抗反射层，露出所述基底，将所述第一结构和第二结构形成的图形转移到所述抗反射层。
2.如权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，利用溶剂处理或者干法刻蚀去除部分所述第二可图形化介质层。
3.如权利要求2所述的双重图形化的方法，其特征在于，所述溶剂处理中使用的溶剂选自环己酮，环己酮衍生物，2-羟基-2-甲基丙酸甲酯，2-甲氧基-1-丙醇乙酸酯其中之一或者他们的任意组合。
4.如权利要求2所述的双重图形化的方法，其特征在于，所述干法刻蚀中使用的偏置功率小于50w。
5.如权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，在形成第一结构后，形成第二可图形化介质层前还包括对所述第一结构进行处理，所述处理方法选自热处理、电子束处理、紫外线处理、离子束处理、等离子体处理、微波处理其中一种方法或它们的任意组合。
6.如权利要求5所述的双重图形化方法，其特征在于，所述处理后的第一结构的介电常数不超过4.3。
7.如权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，在形成第二结构后，刻蚀所述抗反射层前还包括对所述第二结构进行处理，所述处理方法选自热处理、电子束处理、紫外线处理、离子束处理、等离子体处理、微波处理其中一种方法或它们的任意组合。
8.如权利要求7所述的双重图形化方法，其特征在于，所述处理后的第二结构的介电常数不超过4.3。
9.如权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，所述第一可图形化介质层和所述第二可图形介质的材料相同或者不同。
10.如权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，所述第一可图形化介质层和所述第二可图形化介质层的材料为对光和酸敏感的聚合物，所述聚合物可以选自碳氢化合物、氟化的碳氢化合物、硅氧烷、硅烷、碳硅烷、有机硅酸盐、硅倍半氧烷其中之一或者他们的组合。
11.如权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，在所述基底和所述抗反射层之间还形成有中间层，所述中间层为连续层或断续层；刻蚀所述抗反射层后继续刻蚀所述中间层，露出所述基底。
12.—种形成互连结构的方法，其特征在于，包括权利要求1 11任一项所述的双重图形化方法；填充金属于所述第一结构和第二结构之间的沟槽，形成互连结构。
13.如权利要求12所述的形成互连结构的方法，其特征在于，所述金属为铜。
全文摘要
一种双重图形化的方法、形成互连结构的方法，所述双重图形化方法，包括提供基底；在基底上形成抗反射层；在抗反射层上形成第一可图形化介质层；图形化第一可图形化介质层，形成第一结构；形成第二可图形化介质层，覆盖第一结构和抗反射层，且第二可图形化介质层的厚度大于所述第一结构的高度；去除部分第二可图形化介质层，使第二可图形化介质层的厚度与第一结构的高度相近，两者之差范围小于200埃；图形化去除了部分的第二可图形化介质层，形成第二结构；刻蚀所述抗反射层，露出所述基底，将所述第一结构和第二结构形成的图形转移到所述抗反射层。本发明的第一结构和第二结构的高度相同，在后续的平坦化工艺中，平坦化工艺易于控制。
文档编号H01L21/311GK102479700SQ201010560208
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者洪中山 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司