专利名称：通孔优先铜互连制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造工艺，更具体地说，本发明涉及一种通孔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。进入到130纳米技术节点之后，受到铝的高电阻特性的限制，铜互连逐渐替代铝互连成为金属互连得主流。
由于铜的干法刻蚀工艺不易实现，铜导线的制作方法不能像铝导线那样通过刻蚀金属层而获得。现在广泛采用的铜导线的制作方法是称作大马士革工艺的镶嵌技术。大马士革镶嵌结构铜互连可以通过多种工艺方法实现。其中通孔优先双大马士革工艺是实现通孔和金属导线铜填充一次成形的方法之一。图IA-图IE展示了通孔优先双大马士革工艺流程。在衬底硅片I上首先沉积低k值介质层2，在低k值介质层2上涂布第一光刻胶3 (图1A)，通过第一光刻和刻蚀在低k值介质层2中形成通孔4结构(图1B)。在低k值介质层2上涂布第二光刻胶5 (图1C)，通过第二光刻和刻蚀在通孔4结构上形成金属槽6结构(图1D)。继续后续的金属沉积和金属化学机械研磨完成导线金属7和通孔金属8填充(图1E)。在器件尺寸微缩进入到32纳米技术节点后，单次光刻曝光无法满足制作密集线阵列图形所需的分辨率。双重图形(double patterning)成形技术作为解决这个技术难题的主要方法被大量研究并被广泛应用于制作32纳米以下技术节点的密集线阵列图形。图2A-图2E图示了双重图形成形技术制作密集线阵列图形的过程。在需要制作密集线阵列图形的衬底硅片I上，沉积衬底膜9和硬掩膜10，然后涂布第一光刻胶3 (图2A)，曝光、显影、刻蚀后，在硬掩膜10中形成第一光刻图形11 (图2B)，其线条和沟槽的特征尺寸比例为1:3。在此硅片上涂布第二光刻胶5 (图2C)，曝光和显影后在第二光刻胶5膜中形成第二光刻图形12 (图2D)，其线条和沟槽的特征尺寸比例也是1:3，但其位置与第一光刻图形11交错。继续刻蚀在衬底硅片上形成与第一光刻图形11交错的第二光刻图形12 (图2E)。第一光刻图形11与第二光刻图形11的组合组成了目标线条和沟槽特征尺寸比例为1:1的密集线阵列图形。双重图形成形技术需要两次光刻和刻蚀，即光刻一刻蚀一光刻一刻蚀。其成本远远大于传统的单次曝光成形技术。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US20100330501报道了在第一光刻图形11显影之后，在同一显影机台内，首先加热固化第一光刻图形11，然后在第一光刻胶3上涂布含胺基的交联材料固化第一光刻胶3中第一光刻图形11的方法。采用此方法后的双重图形成形工艺过程为光刻(显影固化)一光刻一刻蚀。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。这种方法也称作双重曝光技术。但是，通孔优先双大马士革金属互联成形过程包括通孔光刻-通孔刻蚀-沟槽光刻-沟槽刻蚀等步骤；其中通孔刻蚀和沟槽刻蚀的存在，通孔优先双大马士革金属互联成形过程仍然较为复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够可以有效地降低沟槽优先双大马士革金属互联成形工艺的成本，并且可以提高生产产出量的通孔优先铜互连制作方法。为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种通孔优先铜互连制作方法，其包括第一步骤，用于在衬底硅片上沉积介质层，并在介质层上涂布第一光刻胶；第二步骤，用于完成曝光和显影以便在第一光刻胶膜中形成通孔结构；第三步骤，用于加热固化通孔结构，然后在第一光刻胶上涂布交联材料固化第一光刻胶中通孔结构图形，形成不溶于第二光刻胶的隔离膜，随后去除交联材料；第四步骤，用于在固化后的第一光刻胶上涂布第二光刻胶；第五步骤，用于完成曝光和显影在第二光刻胶膜中形成在通孔结构上的金属槽结 构；第六步骤，用于完成刻蚀以便将光刻胶中的通孔和金属槽结构转移到介质层中；第七步骤，用于执行金属沉积和金属化学机械研磨以完成导线金属和通孔金属填充。优选地，所述第一光刻胶为可形成硬膜的光刻胶。优选地，所述第一光刻胶为含硅烷基、硅烷氧基和笼形硅氧烷的光刻胶。优选地，所述第三步骤中采用去离子水去除交联材料。优选地，所述交联材料的成分中包含季铵碱和胺类化合物。优选地，所述第一光刻胶和所述第二光刻胶的抗刻蚀能力比大于或等于I. 5:1。优选地，所述第三步骤的固化加热的温度范围为150°C至200°C。优选地，所述第三步骤的固化加热的温度范围为170°C至180°C。根据本发明，将根据现有技术的通孔优先双大马士革金属互联成形过程中的通孔刻蚀和沟槽刻蚀合并成一步刻蚀，替代原工艺中通孔刻蚀和沟槽刻蚀的两步独立工艺，可以有效地降低沟槽优先双大马士革金属互联成形工艺的成本，并且可以提高生产产出量。
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中图IA-图IE示意性地示出了根据现有技术的通孔优先双大马士革工艺流程。图2A-图2E示意性地示出了根据现有技术的双重图形成形技术制作密集线阵列图形的过程。图3A-图3G示意性地示出了根据本发明实施例的通孔优先铜互连制作方法。需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施例方式为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
图3A-图3G示意性地示出了根据本发明实施例的通孔优先铜互连制作方法。如图3A-图3G所示，根据本发明实施例的通孔优先铜互连制作方法包括第一步骤，用于在衬底硅片I上首先沉积介质层，更具体地说说沉积低k值介质层2 ;随后，在低k值介质层2上涂布第一光刻胶3，所得到的结构如图3A所示。其中，第一光刻胶可选用可形成硬膜的光刻胶，优选的，含硅烷基(silyl)、硅烷氧基(siloxyl)和笼形娃氧烧(silsesquioxane)的光刻胶。第二步骤，用于完成曝光和显影在第一光刻胶3膜中形成通孔4结构，所得到的结构如图3B所示。第三步骤，用于加热固化通孔4结构，然后在第一光刻胶3上涂布交联材料以便固化第一光刻胶3中通孔4结构图形，形成不溶于第二光刻胶5的隔离膜13。多余的交联材 料可用例如去离子水去除，所得到的结构如图3C所示。优选地，交联材料的成分中包含季铵碱和胺类化合物，更优选地，交联材料的主要成分为季铵碱和胺类化合物。其中，优选地，第三步骤的固化加热的温度范围为150°C至200°C ;进一步优选的，该温度范围为170°C至180°C。第四步骤，用于在固化后的第一光刻胶3上涂布第二光刻胶5，所得到的结构如图3D所不。优选地，第一光刻胶3和第二光刻胶5的抗刻蚀能力比大于或等于I. 5: I。第五步骤，用于完成曝光和显影以便在第二光刻胶5膜中形成在通孔4结构上的金属槽6结构，所得到的结构如图3E所示。第六步骤，用于完成刻蚀以便将光刻胶中的通孔4和金属槽6结构转移到低k值介质层2中，所得到的结构如图3F所示。第七步骤，用于继续后续的金属沉积和金属化学机械研磨完成导线金属7和通孔金属8填充，所得到的结构如图3G所示。根据本发明上述实施例，将根据现有技术的通孔优先双大马士革金属互联成形过程中的通孔刻蚀和沟槽刻蚀合并成一步刻蚀，替代原工艺中通孔刻蚀和沟槽刻蚀的两步独立工艺，可以有效地降低沟槽优先双大马士革金属互联成形工艺的成本，并且可以提高生
产产出量。此外，需要说明的是，说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。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做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.一种通孔优先铜互连制作方法，其特征在于包括 第一步骤，用于在衬底硅片上沉积介质层，并在介质层上涂布第一光刻胶； 第二步骤，用于完成曝光和显影以便在第一光刻胶膜中形成通孔结构； 第三步骤，用于加热固化通孔结构，然后在第一光刻胶上涂布交联材料固化第一光刻胶中通孔结构图形，形成不溶于第二光刻胶的隔离膜，随后去除交联材料； 第四步骤，用于在固化后的第一光刻胶上涂布第二光刻胶； 第五步骤，用于完成曝光和显影在第二光刻胶膜中形成在通孔结构上的金属槽结构； 第六步骤，用于完成刻蚀以便将光刻胶中的通孔和金属槽结构转移到介质层中； 第七步骤，用于执行金属沉积和金属化学机械研磨以完成导线金属和通孔金属填充。
2.根据权利要求I所述的通孔优先铜互连制作方法，其特征在于，所述第一光刻胶为可形成硬膜的光刻胶。
3.根据权利要求I或2所述的通孔优先铜互连制作方法，其特征在于，所述第一光刻胶为含硅烷基、硅烷氧基和笼形硅氧烷的光刻胶。
4.根据权利要求I或2所述的通孔优先铜互连制作方法，其特征在于，所述第三步骤中采用去离子水去除交联材料。
5.根据权利要求I或2所述的通孔优先铜互连制作方法，其特征在于，所述交联材料的成分中包含季铵碱和胺类化合物。
6.根据权利要求I或2所述的通孔优先铜互连制作方法，其特征在于，所述第一光刻胶和所述第二光刻胶的抗刻蚀能力比大于或等于I. 5:1。
7.根据权利要求I或2所述的通孔优先铜互连制作方法，其特征在于，所述第三步骤的固化加热的温度范围为150°C至200°C。
8.根据权利要求I或2所述的通孔优先铜互连制作方法，其特征在于，所述第三步骤的固化加热的温度范围为170°C至180°C。
全文摘要
本发明提供了一种通孔优先铜互连制作方法，包括第一步骤，用于在衬底硅片上沉积介质层，并在介质层上涂布第一光刻胶；第二步骤，用于完成曝光和显影以便在第一光刻胶膜中形成通孔结构；第三步骤，用于加热固化通孔结构，然后在第一光刻胶上涂布交联材料固化第一光刻胶中通孔结构图形，形成不溶于第二光刻胶的隔离膜，随后去除交联材料；第四步骤，用于在固化后的第一光刻胶上涂布第二光刻胶；第五步骤，用于完成曝光和显影在第二光刻胶膜中形成在通孔结构上的金属槽结构；第六步骤，用于完成刻蚀以便将光刻胶中的通孔和金属槽结构转移到介质层中；第七步骤，用于执行金属沉积和金属化学机械研磨以完成导线金属和通孔金属填充。
文档编号H01L21/768GK102881645SQ20121038883
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年10月12日
发明者毛智彪 申请人:上海华力微电子有限公司