专利名称：基于压印技术的互连方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术，特别涉及一种基于压印(imprint)技术的互连方法。
背景技术：
随着半导体制造工艺的发展，半导体芯片的面积越来越小，同时，在一个半导体芯片上的半导体器件的数量也越来越多。在半导体电路中，半导体器件之间的信号传输需要高密度的互连线，在传统的半导体工艺中，金属铝一般被用作半导体器件之间的金属互连线，随着半导体工艺的发展，金属铝互连线已经部分被金属铜互连线所替代，这是因为金属铜与金属铝相比具有较小的电阻值，采用金属铜互连线可提高半导体器件之间信号的传输速度。下面对现有技术中基于金属铜的互连方法进行介绍，图1 图5为现有技术中互连方法的过程剖面示意图。现有技术中的互连方法包括以下步骤步骤1001，参见图1，在介质层101之上涂覆光阻胶(PR) 102。在实际应用中，在ra之下还可能涂覆有底部抗反射涂层(BARC)。步骤1002，参见图2，在I3R 102上施加掩膜版(图未示出)，并进行曝光和显影，从而形成光刻图案。光刻图案用来定义后续步骤中形成的通孔的开口宽度。步骤1003，参见图3，以光刻图案作为掩膜，对介质层101进行刻蚀，从而在介质层 101中形成通孔。步骤1004，参见图4，将光刻图案剥离后，采用电化学镀工艺(ECP)生长金属铜 103。具体来说，主要采用两种方法剥离光刻图案，第一，采用氧气(02)进行干法刻蚀， 氧气与ra发生化学反应，可将ra去除；第二，还可采用湿法去胶法，例如，采用硫酸和双氧水的混合溶液可将I3R去除。所生长的金属铜103填充于通孔中，并覆盖在介质层ιο 的表面。步骤1005，参见图5，采用化学机械研磨工艺(CMP)将金属铜抛光至介质层103的表面。上述步骤仅为现有技术中互连方法的举例说明，在实际应用中，可能互连方法还涉及其他步骤，例如，在金属铜之下、通孔的侧壁上可能还包括扩散阻挡层和铜籽晶层，由于其他步骤与本发明无关，故不再一一详细描述。至此，本流程结束。可见，在现有技术中的互连方法中，主要采用光刻工艺形成光刻图案，然后按照光刻图案刻蚀介质层，从而在介质层中形成通孔，最后在通孔中填充金属铜，完成了互连线的制作。然而用于实施光刻的光刻机是一种比较昂贵的机台，因此，现有技术中制作互连线的成本比较高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于压印技术的互连方法，以降低制作互连线的成本。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种基于压印技术的互连方法，该方法包括采用模具对聚合物层进行压印，在所述聚合物层中形成沟槽；对所述聚合物层进行石墨化处理，石墨化处理后的聚合物层为石墨层；在所述模具的表面涂覆一层粘合剂，将模具下压至所述石墨层中，然后从石墨层中移出模具，如此多次重复执行直至石墨层中所述沟槽底部的石墨被完全去除而形成通孔；形成介质层，所述介质层填充于所述通孔中，并覆盖在所述石墨层的表面，然后采用化学机械研磨工艺CMP将所述介质层抛光至所述石墨层的表面。所述聚合物层的主要成分为下列之一或下列任意几个聚恶二唑 polyoxadiazole、聚苯并噻唑 polybenzothiazole、聚苯并二噻唑 polybenzobisthiazole、 聚苯并恶唑polybenzoxazole、聚酰亚胺polyimide、聚酰胺polyamide、聚亚苯苯并咪唑 polyphenylenebenzimidazole> 聚噻唑 polythiazole、聚对苯乙撑 po lyparapheriy lerieviriy Ierie ο在所述聚合物层中，所沟槽底部与聚合物层底部之间的距离为1纳米至10纳米。所述介质层为低介电常数绝缘材料。所述石墨层的主要成分为石墨。所述石墨为软石墨。在本发明所提供的一种基于压印技术的互连方法中，首先采用模具对聚合物层进行压印，在聚合物层中形成沟槽，然后对聚合物层进行石墨化处理形成石墨层，接着在模具的表面涂覆一层粘合剂，将模具下压至石墨层中，然后从石墨层中移出模具，如此多次重复执行直至石墨层中沟槽底部的石墨被完全去除而形成通孔，最后在通孔中和石墨层的表面形成介质层，并采用CMP将介质层抛光至石墨层的表面。可见，本发明采用压印技术实现了互连线的制作，降低了互连线的制作成本。同时，本发明采用石墨作为互连线，这是对现有技术中互连线材料的一种新的拓展。
图1 图5为现有技术中互连方法的过程剖面示意图。图6为本发明所提供的一种基于压印技术的互连方法的流程图。图7 图13为本发明中基于压印技术的互连方法实施例的过程剖面示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明所述方案作进一步地详细说明。本发明的核心思想为采用压印技术实现了互连线的制作，没有采用现有技术中的光刻工艺，降低了互连线的制作成本。同时，将石墨作为互连线的材料，代替了现有技术中的金属铜互连线。图6为本发明所提供的一种基于压印技术的互连方法的流程图。该方法包括以下步骤步骤11，采用模具对聚合物层进行压印，在所述聚合物层中形成沟槽。步骤12，对所述聚合物层进行石墨化处理，石墨化处理后的聚合物层为石墨层。步骤13，在所述模具的表面涂覆一层粘合剂，将模具下压至所述石墨层中，然后从石墨层中移出模具，如此多次重复执行直至石墨层中所述沟槽底部的石墨被完全去除而形成通孑L。步骤14，形成介质层，所述介质层填充于所述通孔中，并覆盖在所述石墨层的表面，然后采用CMP将所述介质层抛光至所述石墨层的表面。至此，本流程结束。图7 图13为本发明中基于压印技术的互连方法实施例的过程剖面示意图。在详细介绍该实施例之前，对该实施例涉及的压印技术进行简单介绍。在压印技术的原理为采用机械压力将具有小尺寸图案的模具，压在可塑材料上，模具上的图案会使得可塑材料发生变形，从而在可塑材料上形成与模具上的图案互补的图案。该实施例包括步骤2001，参见图7，采用模具202对聚合物(polymer)层201进行压印。聚合物层201之下还可有一基底(图未示出)。聚合物层201为可塑材料，当模具202在下压过程中，聚合物层201受到压力发生变形。优选地，聚合物层201的主要成分为下列之一或下列任意几个聚恶二唑(polyoxadiazole)、聚苯并噻唑(polybenzothiazole)、聚苯并二噻唑 (polybenzobisthiazole)、聚苯并恶唑(polybenzoxazole)、聚酉先亚胺(polyimide)、 聚酰胺(polyamide)、聚亚苯苯并咪唑(polyphenylenebenzimidazole)、聚噻唑 (polythiazole)、聚对苯乙撑(polyparaphenylenevinyIene)。步骤2002，参见图8，撤除模具202后，在聚合物层201中形成沟槽。在聚合物层201中形成的图案与模具202上的图案是互补的，模具202上凸起的部分对应于聚合物层201中凹陷的部分。需要说明的是，沟槽底部与聚合物层201底部之间的距离不可过大，否则，后续可能多次粘附石墨也难以使得沟槽底部的石墨被完全去除。优选地，沟槽底部与聚合物层201底部之间的距离d为1纳米至10纳米。步骤2003，参见图9，对聚合物层201进行石墨化(graphitize)处理，使之转变为石墨层203ο石墨化处理的方法为现有技术的内容，此处不再详细介绍，可参考现有技术中石墨化处理的方法，例如，可参考如下出处Materials Chemistry And Physics 96， 253-277(2006).16. Ferrari, A. C. e. a. ψ H % Nanoimprinting of 2-DGraphene Nanowires的文献，此文献揭示了对聚合物进行石墨化处理的具体方案，可作为石墨化处理的优选实施例。在此，仅对石墨化处理的原理进行简单说明有机高子材料经热裂解后，有机高子材料中乱层二维无定型结构转化成有序的石墨晶体结构。
石墨层203的主要成分为石墨，优选地，石墨层203的主要成分为软石墨。需要说明的是，本实施例之所以没有采用模具202直接对石墨层203进行压印，是因为石墨是一种比较坚硬的材料，即使对石墨施加压力，也难以使得石墨发生形变。需要说明的是，即使石墨层203为软石墨，软石墨也是比较坚硬的材料，即使对软石墨施加压力， 也难以使得软石墨发生形变。步骤2004，参见图10，在模具202的表面涂覆一层粘合剂204，将模具202下压至石墨层203中，然后从石墨层203中移出模具202，则石墨层203中的石墨会粘附在粘合剂 204的表面。当从石墨层203中移出模具202时，与粘合剂204接触的石墨会粘附在粘合剂204 的表面而从石墨层203中脱离。步骤2005，参见图11，将模具202下压至石墨层203中，然后从石墨层203中移出模具202，如此多次重复执行，直至石墨层203中沟槽底部的石墨被完全去除。当石墨层203中沟槽底部的石墨被完全去除时，相当于沟槽已被打穿，沟槽转变为了通孔。另外，需要说明的是，由于粘合剂204涂覆模具202的整个表面，因此，当从石墨层 203中移出模具202时，不仅沟槽底部的石墨被去除，沟槽侧壁的石墨也会被去除，而且整个石墨层203的厚度也会逐渐减小。步骤2006，参见图12，沉积低介电常数绝缘材料205，所沉积的低介电常数绝缘材料205填充于通孔中，并覆盖在石墨层203的表面。步骤2007，参见图13，采用CMP将低介电常数绝缘材料205抛光至石墨层203的表面。石墨是一种导电材料，如图13所示，石墨代替了现有技术中金属铜的作用而成为互连线。可见，本实施例没有采用现有技术中的光刻技术，取而代之的是压印技术，压印技术的成本是比较低的，因此降低了互连线的制作成本。而且本实施例采用石墨作为互连线， 石墨也是一种电阻比较小的导电材料，这是对现有技术中互连线材料的一种新的拓展。至此，本流程结束。根据本发明所提供的技术方案，首先采用模具对聚合物层进行压印，在聚合物层中形成沟槽，然后对聚合物层进行石墨化处理形成石墨层，接着在模具的表面涂覆一层粘合剂，将模具下压至石墨层中，然后从石墨层中移出模具，如此多次重复执行直至石墨层中沟槽底部的石墨被完全去除而形成通孔，最后在通孔中和石墨层的表面形成介质层，并采用CMP将介质层抛光至石墨层的表面。可见，本发明采用压印技术实现了互连线的制作，降低了互连线的制作成本。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于压印技术的互连方法，该方法包括采用模具对聚合物层进行压印，在所述聚合物层中形成沟槽；对所述聚合物层进行石墨化处理，石墨化处理后的聚合物层为石墨层；在所述模具的表面涂覆一层粘合剂，将模具下压至所述石墨层中，然后从石墨层中移出模具，如此多次重复执行直至石墨层中所述沟槽底部的石墨被完全去除而形成通孔；形成介质层，所述介质层填充于所述通孔中，并覆盖在所述石墨层的表面，然后采用化学机械研磨工艺CMP将所述介质层抛光至所述石墨层的表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物层的主要成分为下列之一或下列任意几个聚恶二唑polyoxadiazole、聚苯并噻唑polybenzothiazole、聚苯并二噻唑 polybenzobisthiazole、聚苯并恶唑 polybenzoxazole、聚酰亚胺 polyimide、聚酰胺 polyamide、聚亚苯苯并咪唑 polyphenylenebenzimidazole、聚噻唑 polythiazole、聚对苯乙撑 polyparaphenylenevinylene。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述聚合物层中，所沟槽底部与聚合物层底部之间的距离为1纳米至10纳米。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述介质层为低介电常数绝缘材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述石墨层的主要成分为石墨。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述石墨为软石墨。
全文摘要
本发明公开了一种基于压印技术的互连方法，该方法包括采用模具对聚合物层进行压印，在所述聚合物层中形成沟槽；对所述聚合物层进行石墨化处理，石墨化处理后的聚合物层为石墨层；在所述模具的表面涂覆一层粘合剂，将模具下压至所述石墨层中，然后从石墨层中移出模具，如此多次重复执行直至石墨层中所述沟槽底部的石墨被完全去除而形成通孔；形成介质层，所述介质层填充于所述通孔中，并覆盖在所述石墨层的表面，然后采用化学机械研磨工艺CMP将所述介质层抛光至所述石墨层的表面。采用本发明公开的方法能够降低制作互连线的成本。
文档编号G03F7/00GK102569169SQ20101060958
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者尹晓明, 张海洋, 王新鹏 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司