专利名称：一种超厚顶层金属的金属硬掩模双大马士革工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体制备技术领域，更确切的说，本发明涉及一种超厚顶层金属的金属硬掩模双大马士革工艺。
背景技术：
在现有半导体元器件制造技术中，平面电感器是射频集成电路的重要组成部分。 对于电感器来说，品质因子是一个很重要参数。品质因子越高，电感器的功耗越小、效率越高。为了提高电感器品质因子，要求尽可能提高沟槽深度以降低电感器寄生电阻。目前业界通常使用厚度在3μπι以上的超厚金属层。而通过先全通孔(Via)后沟槽(Trench)的双大马士革制造工艺，通孔刻蚀的深宽比超过10:1以上，通孔刻蚀工艺很难实现。目前，半导体业界内在超厚顶层金属的制造过程中常用分别制造通孔(Via)和沟槽(Trench)的单大马士革制造工艺。使用这种制造工艺，首先淀积介电层，随后光刻通孔图形并采用干法刻蚀通孔随后淀积金属阻挡层和铜籽晶层并用电镀铜填满通孔，而后用化学机械研磨去除多余金属；在完成通孔后，在通孔上再次淀积介电层并光刻形成沟槽图形， 采用干法刻蚀沟槽随后淀积金属阻挡层和铜籽晶层并用电镀铜填满沟槽，而后再次用化学机械研磨去除多余金属。该种技术解决了通孔刻蚀高深宽比的问题，但是这种技术会增加制造的工艺步骤，延长生产周期。还有，如专利公开的一种先部分通孔后沟槽双大马士革制作工艺，可以先刻蚀部分通孔来解决全通孔刻蚀高深宽比的问题，但这种方法很难控制通孔尺寸。如专利US745^06公开的一种方法通孔和沟槽分别使用高选择比介电材料作为硬掩模制作双大马士革结构，但是对于介电材料硬掩模刻蚀工艺窗口小，很难实现超高选择比刻蚀工艺。这两种工艺在解决通孔刻蚀高深宽比问题时，都无法解决刻蚀工艺控制的问题。本发明正是为了满足现在半导体生产应用中的需求而提出的一种新的双大马士革工艺制造超厚顶层金属，以解决现有生产技术中的不足。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种超厚顶层金属的金属硬掩模双大马士革工艺，包括以下步骤
步骤1，于一晶圆基体上自下而上分别淀积有通孔介电阻挡层、通孔介电层和通孔金属硬掩模；
步骤2，在所述的金属硬掩模上利用光刻刻蚀工艺打开金属硬掩模形成通孔开口和沟槽阻挡层；
步骤3，在形成的沟槽阻挡层上依次自下而上淀积沟槽介电层和沟槽金属硬掩模； 步骤4，通过光刻刻蚀打开沟槽金属硬掩模形成沟槽开口 ；
步骤5，通过所述的沟槽金属硬掩模沟槽开口刻蚀沟槽介电层形成沟槽，并进一步通过通孔金属硬掩模通孔开口刻蚀通孔介电层，以形成通孔；步骤6，在所得的沟槽和通孔上淀积金属阻挡层和铜籽晶层，并电镀铜填满所述的通孔和沟槽；
步骤7，对所得的材料表面进行化学机械研磨平坦化去除多余金属、及残余的沟槽金属硬掩模。上述的工艺，其中，在打开通孔金属硬掩模形成通孔开口和沟槽阻挡层时，采用两次光刻刻蚀工艺分别打开硬掩模通孔开口和形成沟槽阻挡层。上述的工艺，其中，在打开通孔金属硬掩模形成通孔开口和沟槽阻挡层时，采用一次光刻刻蚀工艺同时打开硬掩模通孔开口和形成沟槽阻挡层。上述的工艺，其中，所述介电阻挡层为化学气相淀积的SiN、SiC、SiCN等。上述的工艺，其中，所述的通孔介电层和沟槽介电层采用化学气相淀积硅氧化物。上述的工艺，其中，所述化学气相淀积硅氧化物包括纯硅酸盐玻璃或加氟的硅酸盐玻璃。上述的工艺，其中，所述金属阻挡层为TaN/Ta金属阻挡层。上述的工艺，其中，所述的沟槽介电层的厚度> 3μπι。上述的工艺，其中，所述通孔金属硬掩模及沟槽金属硬掩模为化学气相淀积或物理气相淀积的TaN、Ta、TiN, Ti等。上述的工艺，其中，所述沟槽阻挡层的尺寸大于所述沟槽的尺寸。上述的工艺，其中，所述步骤5的分步工艺操作时，刻蚀沟槽后采用湿法清洗去除因刻蚀积聚的聚合物。本发明超厚顶层金属的金属硬掩模双大马士革工艺，优点在于
1.本发明超厚顶层金属的金属硬掩模双大马士革工艺所提供的制备生产工艺可减少工艺步骤，缩短生产周期。2.本发明超厚顶层金属的金属硬掩模双大马士革工艺所提供的制备生产工艺可降低生产成本。3.本发明超厚顶层金属的金属硬掩模双大马士革工艺所提供的制备工艺可同时满足通孔刻蚀高深宽比且控制通孔尺寸。本领域的技术人员阅读以下较佳实施例的详细说明，并参照附图之后，本发明的这些和其他方面的优势无疑将显而易见。
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。图1-8是本发明超厚顶层金属的金属硬掩模双大马士革工艺的流程示意图。
具体实施例方式参见图1-8所示，在本发明超厚顶层金属的金属硬掩模双大马士革工艺中，
1)首先在一晶圆基体1上自下而上分别淀积通孔介电阻挡层2、通孔介电层3和通孔金属硬掩模4 ；
2)随后在所述的金属硬掩模4上涂上光刻胶5，光刻形成通孔和沟槽阻挡层的图形6，随后对其利用刻蚀工艺打开金属硬掩模4形成通孔开口和沟槽阻挡层7，其中，形成通孔开口和沟槽阻挡层7时，采用两次光刻刻蚀分别打开硬掩模通孔和形成沟槽阻挡层7，或一次光刻刻蚀同时打开硬掩模通孔和形成沟槽阻挡层7 ；
3)再在沟槽阻挡层7上依次自下而上淀积沟槽介电层8和沟槽金属硬掩模9；
4)沿着光刻打开的沟槽图形10进行刻蚀工艺以打开沟槽金属硬掩模9形成沟槽开
Π ；
5)通过所述的沟槽开口刻蚀沟槽介电层8形成沟槽11，并进一步通过通孔开口刻蚀通孔介电层3和通孔阻挡层2形成通孔12，其中，在本步骤中可以采用一步工艺直接刻蚀沟槽 11和通孔12或分步工艺分开刻蚀沟槽11和通孔12 ；
6)于前一步所得的沟槽11和通孔12上淀积金属阻挡层(TaN/Ta)和铜籽晶层，并电镀铜13填满所述的通孔12和沟槽11 ；
7)最后对所得的材料表面进行化学机械研磨平坦化去除多余金属以及残余的沟槽金属硬掩模9。如图1所示，于一晶圆基体1自下而上分别上淀积通孔介电阻挡层2、通孔介电层 3和通孔金属硬掩模4。其中，通孔介电阻挡层2 —般采用化学气相淀积的SiN、SiC、SiCN 等材料，而所述的通孔介电层3则采用化学气相淀积硅氧化物，如纯硅酸盐玻璃(USG)或加氟的硅酸盐玻璃(FSG)等；金属硬掩模4则采用化学气相淀积或物理气相淀积的TaN、Ta、 TiN, Ti等构成。图2中，所述的金属硬掩模4上涂上光刻胶5，采用光刻在金属硬掩模4上形成通孔和沟槽阻挡层图形6。在图3中，沿着光刻打开的金属硬掩模4 (图2)上形成通孔和沟槽阻挡层图形6 (图2 )，对其利用刻蚀工艺打开金属硬掩模4 (图2)形成通孔开口和沟槽阻挡层7，并灰化去除光阻得到光洁的材料表面。图4中，在图3所示的沟槽阻挡层7上自下而上再行淀积沟槽介电层8和沟槽金属硬掩模9 ；其中，所述的沟槽介电层8采用化学气相淀积硅氧化物，如纯硅酸盐玻璃(USG) 或加氟的硅酸盐玻璃(FSG)等，沟槽介电层8的厚度> 3 μ m ；沟槽金属硬掩模9则采用化学气相淀积或物理气相淀积的TaN、Ta、TiN, Ti等构成。如图5所示，在完成前一步骤的淀积沟槽介电层8和沟槽金属硬掩模9之后，在沟槽金属硬掩模9上涂上光刻胶14，并光刻形成沟槽图形10。依图6及图7所示，在形成沟槽图形10之后，采用分步工艺分开刻蚀沟槽11和通孔12，在本步骤中，刻蚀沟槽金属硬掩模9将其打开形成沟槽开口，随后灰化去除光阻并继续刻蚀沟槽介电层8形成沟槽11。所得的沟槽11与前序操作中已形成的沟槽阻挡层相连通，且沟槽11的尺寸小于沟槽阻挡层7。图7中，接前一步骤操作，在刻蚀沟槽11之后，进而刻蚀通孔12的操作，其中，沟槽阻挡层7在阻挡其下的通孔介电层3以防止被刻蚀时，同时充当通孔12的硬掩模；在刻蚀通孔12之前，先用湿法清洗去除因刻蚀沟槽11而积聚的聚合物，随后进行刻蚀操作，沟槽阻挡层7下方的通孔介电层3被保留，刻蚀形成通孔12。在图8中，在沟槽11和通孔12上淀积金属阻挡层(TaN/Ta)和铜籽晶层并用电镀铜13填满通孔12和沟槽11，而后用化学机械研磨去除多余金属以及残余的沟槽金属硬掩模9，即最终完成本发明所提供的超厚顶层金属的金属硬掩模双大马士革工艺。通过说明和附图，给出了具体实施方式
的特定结构的典型实施例，例如，本案是以 TaN/Ta金属阻挡层及电镀铜进行沟槽填满操作，基于本发明精神，上述材质还可用其他物质的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。 因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。
权利要求
1.一种超厚顶层金属的金属硬掩模双大马士革工艺，其特征在于，包括以下步骤步骤1，于一晶圆基体上自下而上分别淀积有通孔介电阻挡层、通孔介电层和通孔金属硬掩模；步骤2，在所述的金属硬掩模上利用光刻刻蚀工艺打开通孔金属硬掩模形成通孔开口和沟槽阻挡层；步骤3，在形成的沟槽阻挡层上依次自下而上淀积沟槽介电层和沟槽金属硬掩模；步骤4，通过光刻刻蚀打开沟槽金属硬掩模形成沟槽开口 ；步骤5，通过所述的沟槽金属硬掩模沟槽开口刻蚀沟槽介电层形成沟槽，并进一步在通过通孔金属硬掩模通孔开口刻蚀通孔介电层，以形成通孔；步骤6，在所得的沟槽和通孔上淀积金属阻挡层和铜籽晶层，并电镀铜填满所述的通孔和沟槽；步骤7，对所得的材料表面进行化学机械研磨平坦化去除多余金属、及残余的沟槽金属硬掩模。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，在打开通孔金属硬掩模形成通孔开口和沟槽阻挡层时，采用两次光刻刻蚀工艺分别打开硬掩模通孔开口和形成沟槽阻挡层。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，在打开通孔金属硬掩模形成通孔开口和沟槽阻挡层时，采用一次光刻刻蚀工艺同时打开硬掩模通孔开口和形成沟槽阻挡层。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述介电阻挡层为化学气相淀积的SiN、 SiC、SiCN。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的通孔介电层和沟槽介电层采用化学气相淀积硅氧化物。
6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述化学气相淀积硅氧化物包括纯硅酸盐玻璃或加氟的硅酸盐玻璃。
7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述金属阻挡层为TaN/Ta金属阻挡层。
8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的沟槽介电层的厚度>3μπι。
9.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述通孔金属硬掩模及沟槽金属硬掩模为化学气相淀积或物理气相淀积的TaN、Ta、TiN, Ti。
10.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述沟槽阻挡层的尺寸大于所述沟槽的尺寸。
11.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述步骤5的分步工艺操作时，刻蚀沟槽后采用湿法清洗去除因刻蚀积聚的聚合物。
全文摘要
本发明涉及一种半导体制备技术领域，更确切的说，本发明涉及一种超厚顶层金属的金属硬掩模双大马士革工艺。首先在一晶圆基体上淀积通孔介电阻挡层、通孔介电层和通孔金属硬掩模；随后在所述的金属硬掩模上光刻刻蚀打开金属硬掩模形成通孔开口和沟槽阻挡层；再在沟槽阻挡层上淀积沟槽介电层和沟槽金属硬掩模；并且光刻刻蚀沟槽金属硬掩模形成沟槽开口；刻蚀介电层形成沟槽和通孔；于前一步所得的通孔和沟槽上淀积金属阻挡层和铜籽晶层，并电镀铜填满所述的通孔和沟槽；最后进行化学机械研磨平坦化去除多余金属和沟槽金属硬掩模。本发明解决了已有方法通孔刻蚀高深宽比和通孔尺寸控制问题，可降低生产成本，缩短生产周期。
文档编号H01L21/768GK102412188SQ20111012366
公开日2012年4月11日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者姬峰, 张亮, 李磊, 胡友存, 陈玉文 申请人:上海华力微电子有限公司