专利名称：一种沟槽优先铜互连制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域铜互连大马士革制造工艺，尤其涉及一种沟槽优先铜互连制作方法。
背景技术：
随着半导体芯片的集成度不断提高，晶体管的特征尺寸不断缩小。在晶体管的特征尺寸进入到130纳米技术节点之后，由于铝的高电阻特性，铜互连逐渐替代铝互连成为金属互连的主流，现在广泛采用的铜导线的制作方法是大马士革工艺的镶嵌技术，其中沟槽优先双大马士革工艺是实现铜导线和通孔铜一次成形的方法之一。如图Ia-If为沟槽优先双大马士革工艺的结构流程示意图。如图Ia所示，在衬底硅片11上首先沉积低介电常数介质层12 ;如图Ib所示，在低介电常数介质层12上涂布第一光刻胶13 ;如图Ic所示，通过光刻和刻蚀工艺，去除第一光刻胶13,在低介电常数介质层12中形成金属槽结构14 ;如 图Id所示，在低介电常数介质层12上表面和金属槽结构14的侧壁和底部上涂布第二光刻胶15 ;如图Ie所示，再通过光刻和刻蚀工艺，去除第二光刻胶15，在金属槽结构14中直至形成衬底硅片11的上表面形成通孔16 ;如图If所示，再利用金属沉积和化学机械研磨工艺，在金属槽结构14和通孔16中填充金属材料，形成导线金属17和通孔金属18。在晶体管的特征尺寸微缩进入到32纳米技术节点后，单次光刻曝光不能满足制作密集线阵列图形所需的分辨率，于是双重图形(double patterning)成形技术被广泛应用于制作32纳米以下技术节点的密集线阵列图形。图2a _2e为双重图形成形技术的结构流程示意图。如图2a所示，在衬底硅片21上依次沉积衬底膜22、硬掩膜23和第一光刻胶24 ;如图2b所示，利用曝光、显影和刻蚀工艺，去除第一光刻胶24，在硬掩膜23中形成第一光刻图形25和金属槽结构26，且第一光刻图形25和金属槽结构26的长度比例为1:3 ;如图2c所不,在衬底膜22的上表面、第一光刻图形25的上表面及侧面、金属槽结构26的侧壁和底部上涂布第二光刻胶27;如图2d所示，利用曝光和显影工艺，在第二光刻胶27中形成第二光刻图形28，同时去除剩余的第二光刻胶27，且第二光刻图形28和金属槽结构26的长度比例为1:3，同时第二光刻图形28位于金属槽结构26的中间位置；如图2e所示，利用刻蚀工艺，去除衬底膜22上的第一光刻图形25和第二光刻图形28，在衬底膜22中至衬底娃片21的上表面形成目标线条29和金属槽结构210,且目标线条29和金属槽结构210的长度比例为1:1，即目标线条29和金属槽结构210组合形成密集线阵列图形。双重图形成形技术需要两次光刻和刻蚀，其成本远大于传统的单次曝光成形技术。因此，降低双重图形成形技术的成本成为新技术开发的方向之一。美国专利(US20100190104)提出在第一光刻图形显影后，在第一光刻胶上涂布含烷氧基的高分子固化材料固化第一光刻胶中第一光刻图形的方法。采用此方法后的双重图形成形工艺过程缩减为光刻-光刻-刻蚀，省略了原工艺中的第一刻蚀步骤，从而有效地降低了双重图形成形技术的成本。此种方法也称作双重曝光技术。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明揭示了一种沟槽优先铜互连制作方法，主要是一种采用双重曝光技术和可形成硬膜的光刻胶来制作双大马士革金属互连的工艺。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的
一种沟槽优先铜互连制作方法，其中，包括以下步骤
51:在一衬底娃片上沉积一介质层；
52:在所述介质层上涂布第一光刻胶；
53:曝光、显影后，去除部分所述第一光刻胶至所述介质层的上表面，于剩余第一光刻胶中形成第一金属槽结构； S4:涂布固化材料覆盖所述剩余第一光刻胶的上表面和所述第一金属槽结构的底部及其侧壁；
S5 :加热所述固化材料，去除多余固化材料后，于所述剩余第一光刻胶的表面形成隔离
膜；
S6:涂布第二光刻胶充满固化工艺后的所述第一金属槽结构并覆盖所述隔离膜的上表
面；
S7:曝光、显影后，去除部分所述第二光刻胶至所述介质层的上表面，在位于所述第一金属沟槽结构上方的剩余第二光刻胶中形成通孔结构；
S8以所述剩余第二光刻胶为掩膜，刻蚀所述介质层至所述衬底硅片的上表面，去除所述剩余第二光刻胶，形成第一通孔；去除所述隔离膜后，以所述剩余第一光刻胶为掩膜，继续刻蚀部分所述剩余介质层，去除所述剩余第一光刻胶，形成第一金属槽；
S9:在所述第一通孔和所述第一金属槽内填充金属材料，形成通孔金属和导线金属。上述的沟槽优先铜互连制作方法，其中，在执行SI步骤时，所述介质层为低介电常数介质层。上述的沟槽优先铜互连制作方法，其中，在执行S2步骤时，所述第一光刻胶选用可形成硬模的光刻胶。上述的沟槽优先铜互连制作方法，其中，在执行S4步骤时，所述固化材料为含烷氧基的高分子材料。上述的沟槽优先铜互连制作方法，其中，在执行S5步骤时，加热温度范围为30°C至 200。。。上述的沟槽优先铜互连制作方法，其中，在执行S5步骤时，所述隔离膜不溶于所述第二光刻胶。上述的沟槽优先铜互连制作方法，其中，在执行S5步骤时，利用显影液去除多余的固化材料。
上述的沟槽优先铜互连制作方法，其中，所述第一光刻胶与所述第二光刻胶的抗刻蚀能力比大于等于1.5:1。上述的沟槽优先铜互连制作方法，其中，在执行S9步骤时，利用金属沉积和化学机械研磨工艺，在所述第二通孔和所述第二金属槽结构内填充金属材料，形成通孔金属和导线金属。
本发明的有益效果是利用固化材料形成隔离膜，通过曝光和显影在可形成硬模的光刻胶中形成金属槽和通孔结构，再通过一次性刻蚀金属槽和通孔结构，形成金属互连线。替代了把金属槽刻蚀和通孔刻蚀分为两个独立步骤的现有工艺，有效地减少了双大马士革金属互连线工艺中的刻蚀步骤，提高产能、减少制作成本。
图Ia-If是现有的沟槽优先双大马士革工艺的结构流程示意 图2a_2e是现有的双重图形成形技术的结构流程示意 图3a_3i是本发明的一种沟槽优先铜互连制作方法的结构流程示意图。
具体实施例方式下面结合原理图和具体操作实施例对本发明作进一步说明。结合图3a_3i中所示，一种沟槽优先铜互连制作方法，其中，包括以下步骤
如图3a所示，步骤SI :首先在一衬底硅片31上沉积一介质层32 ；
在本发明的一个实施例中，介质层32为低介电常数介质层。如图3b所示，S2 :在介质层32上涂布第一光刻胶33 ；
在此步骤中，第一光刻胶33选用可形成硬模的光刻胶，比如含硅烷基、硅烷氧基和笼形硅氧烷的光刻胶。如图3c所不,S3 :曝光、显影后,去除部分第一光刻胶33至介质层32的上表面,于剩余第一光刻胶33中形成第一金属槽结构34 ；
如图3d所示，S4 :涂布固化材料35覆盖剩余第一光刻胶33的上表面和第一金属槽结构34的底部及其侧壁；
在此步骤中，固化材料35为含烷氧基的高分子材料，例如，可以为含烷氧基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯高分子材料。如图3e所示，S5 :加热固化材料35，去除多余固化材料35后，于剩余第一光刻胶33的表面形成隔离膜36 ；
在本发明的一个实施例中，加热温度范围为30°C至200°C，且在50°C至170°C为宜； 在此步骤中，利用显影液去除多余的固化材料35。如图3f所示，S6 :涂布第二光刻胶37充满固化工艺后的第一金属槽结构34并覆盖隔离膜36的上表面；
在此步骤中，第一光刻胶33与第二光刻胶37的抗刻蚀能力比大于等于I. 5:1，且前述隔离膜36不溶于第二光刻胶37。如图3g所示，S7 :曝光、显影后，去除部分第二光刻胶37至介质层32的上表面，在位于第一金属沟槽结构34上方的剩余第二光刻胶37中形成通孔结构38。如图3h所示，S8 以剩余第二光刻胶37为掩膜，刻蚀介质层32至衬底硅片31的上表面，去除剩余第二光刻胶37，形成第一通孔310 ;去除隔离膜36后，以剩余第一光刻胶33为掩膜，继续刻蚀部分剩余介质层32，去除剩余第一光刻胶33，形成第一金属槽39。如图3i所不，S9 :在第一通孔310和第一金属槽39内填充金属材料,形成通孔金属312和导线金属311 ；
在此步骤中，利用金属沉积和化学机械研磨工艺，在第一通孔310和第一金属槽39内填充金属材料，形成通孔金属312和导线金属311。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
权利要求
1.一种沟槽优先铜互连制作方法，其特征在于，包括以下步骤 51:在一衬底娃片上沉积一介质层； 52:在所述介质层上涂布第一光刻胶； 53:曝光、显影后，去除部分所述第一光刻胶至所述介质层的上表面，于剩余第一光刻胶中形成第一金属槽结构； S4:涂布固化材料覆盖所述剩余第一光刻胶的上表面和所述第一金属槽结构的底部及其侧壁； S5 :加热所述固化材料，去除多余固化材料后，于所述剩余第一光刻胶的表面形成隔离膜； S6:涂布第二光刻胶充满固化工艺后的所述第一金属槽结构并覆盖所述隔离膜的上表面； 57:曝光、显影后，去除部分所述第二光刻胶至所述介质层的上表面，在位于所述第一金属沟槽结构上方的剩余第二光刻胶中形成通孔结构； 58以所述剩余第二光刻胶为掩膜，刻蚀所述介质层至所述衬底硅片的上表面，去除所述剩余第二光刻胶，形成第一通孔；去除所述隔离膜后，以所述剩余第一光刻胶为掩膜，继续刻蚀部分所述剩余介质层，去除所述剩余第一光刻胶，形成第一金属槽； 59:在所述第一通孔和所述第一金属槽内填充金属材料，形成通孔金属和导线金属。
2.根据权利要求I所述的沟槽优先铜互连制作方法，其特征在于，在执行SI步骤时，所述介质层为低介电常数介质层。
3.根据权利要求I所述的沟槽优先铜互连制作方法，其特征在于，在执行S2步骤时，所述第一光刻胶选用可形成硬模的光刻胶。
4.根据权利要求I所述的沟槽优先铜互连制作方法，其特征在于，在执行S4步骤时，所述固化材料为含烷氧基的高分子材料。
5.根据权利要求I所述的沟槽优先铜互连制作方法，其特征在于，在执行S5步骤时，力口热温度范围为30°C至200°C。
6.根据权利要求5所述的沟槽优先铜互连制作方法，其特征在于，在执行S5步骤时，所述隔离膜不溶于所述第二光刻胶。
7.根据权利要求5所述的沟槽优先铜互连制作方法，其特征在于，在执行S5步骤时，利用显影液去除多余的固化材料。
8.根据权利要求I所述的沟槽优先铜互连制作方法，其特征在于，所述第一光刻胶与所述第二光刻胶的抗刻蚀能力比大于等于I. 5:1。
9.根据权利要求I所述的沟槽优先铜互连制作方法，其特征在于，在执行S9步骤时，利用金属沉积和化学机械研磨工艺，在所述第二通孔和所述第二金属槽结构内填充金属材料，形成通孔金属和导线金属。
全文摘要
本发明涉及半导体制造领域铜互连大马士革制造工艺，尤其涉及一种沟槽优先铜互连制作方法。本发明一种沟槽优先铜互连制作方法通过曝光和显影在可形成硬模的光刻胶中形成金属槽和通孔结构，再通过一次性刻蚀金属槽和通孔结构，形成金属互连线。替代了把金属槽刻蚀和通孔刻蚀分为两个独立步骤的现有工艺，有效地减少了双大马士革金属互连线工艺中的刻蚀步骤，提高产能、减少制作成本。
文档编号H01L21/768GK102832168SQ201210333700
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日
发明者毛智彪 申请人:上海华力微电子有限公司