具有双大马士革结构的半导体器件的制备方法与流程

本发明涉及半导体制造，特别是涉及一种具有双大马士革结构的半导体器件的制备方法。

背景技术：

1、tm(top metal)是芯片多层金属互联结构的顶层，现有技术中通常采用两次曝光和刻蚀形成包括tv(through vias，通孔)和tm的双大马士革结构，由于tm的cd(criticaldimension，临界尺寸)比层间金属(inter metal)更大、厚度更高，所以刻蚀的要求比层间金属低。

2、具体地，具有tv和tm的双大马士革结构通常采用via first trench last工艺形成。在这个工艺中，第一次曝光刻蚀形成via(通孔)，再经过第二次曝光刻蚀在via上方刻蚀形成trench(沟槽)，由于存在两次曝光和两次刻蚀，晶圆需要在曝光机台和刻蚀机台之间来回转移，使得工艺复杂，成本高。且由于在tm图形刻蚀过程中，通孔的填充不易控制，且在之后的沟槽光刻制程时，由于光阻及抗反射层会将孔洞填满，造成在沟槽刻蚀后，通孔内可能会有有机残余物，导致出现如图1圆圈处标记的微沟槽(micro trench)和如图2圆圈处标记的围栏(fence)等不良。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有双大马士革结构的半导体器件的制备方法，用于解决现有技术中采用via first trench last工艺形成具有tv和tm的双大马士革结构时需要进行两次曝光和两次刻蚀，晶圆需要在曝光机台和刻蚀机台之间来回转移，工艺复杂，制备成本高，且在tm图形刻蚀过程中通孔的填充不易控制，刻蚀产物容易残留，导致出现微沟槽和围栏等不良的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有双大马士革结构的半导体器件的制备方法，所述制备方法包括步骤：

3、提供基底，于所述基底上依次形成底部布线层、硬掩膜层、第一介质层、刻蚀阻挡层、第二介质层和光刻胶层，所述第一介质层和第二介质层的材质相同；

4、对所述光刻胶层进行第一次曝光，以于所述光刻胶层中定义出通孔形貌；

5、对所述光刻胶层对应所述通孔的区域进行第二次曝光，以于通孔上部定义出沟槽形貌，第二次曝光为散焦曝光；

6、对所述光刻胶层进行显影，以于曝光区域形成双大马士革结构图形，所述双大马士革结构图形贯穿所述光刻胶层，包括位于下部的通孔及位于上部的沟槽，所述沟槽和通孔相互连通，且沟槽的开口尺寸大于通孔的开口尺寸；

7、先后采用对第一介质层和刻蚀阻挡层具有第一刻蚀选择比和第二刻蚀选择比的刻蚀剂对得到的结构进行刻蚀，以将所述光刻胶层中的双大马士革结构图形顺次转移至所述第二介质层、刻蚀阻挡层、第一介质层和硬掩膜层中直至显露出所述底部布线层，第一刻蚀选择比小于第二刻蚀选择比；

8、去除残余的光刻胶层；

9、于转移至所述第一介质层、刻蚀阻挡层、第二介质层和硬掩膜层中的双大马士革结构图形中进行金属填充以得到双大马士革结构，所述双大马士结构与所述底部布线层电连接。

10、可选地，所述第一介质层和第二介质层为氧化硅层，所述刻蚀阻挡层为氮化硅层。

11、可选地，第一刻蚀选择比为1:1，第二刻蚀选择比为20:1。

12、可选地，先后使用的刻蚀剂均为刻蚀气体，具有第一刻蚀选择比的刻蚀剂包括cf4气体，具有第二刻蚀选择比的刻蚀剂包括c4f8气体。

13、可选地，第一次曝光采用正常聚焦曝光形成通孔，第二次曝光时，先通过聚焦曝光找到最佳焦点，然后设置为曝光焦点在最佳焦点之上的位置，以使第二次形成的图案呈现为上宽下窄的椭圆形切面沟槽，曝光后经一次显影在光刻胶层中形成具有双大马士革结构图形。

14、可选地，所述硬掩膜层的材质包括掺杂碳化硅薄膜层。

15、可选地，所述光刻胶层的厚度为1200nm±100nm。

16、可选地，所述光刻胶层和所述第二介质层之间还形成有抗反射涂层，刻蚀过程中，所述抗反射涂层被同步刻蚀。

17、可选地，填充的金属包括铜。

18、更可选地，采用电镀工艺进行金属填充。

19、如上所述，本发明的具有双大马士革结构的半导体器件的制备方法，具有以下有益效果：本发明提供的具有双大马士革结构的半导体器件的制备方法，先连续进行两次曝光以在光刻胶层中定义出双大马士革结构的图形，之后经连续的刻蚀工艺将图形转移至介质层中，完成金属填充后制备得到双大马士革结构。相较于现有技术的曝光-刻蚀-曝光-刻蚀的via first trench last工艺，可以减少基板(例如晶圆)在不同设备中的转移次数，可以有效简化制备工艺和降低制备成本，且连续的刻蚀使通孔和沟槽充分打开，便于后续的金属填充，可以有效避免刻蚀产物残留，避免出现微沟槽和围栏等不良，有助于提高工艺良率。

技术特征：

1.一种具有双大马士革结构的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一介质层和第二介质层为氧化硅层，所述刻蚀阻挡层为氮化硅层。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，第一刻蚀选择比为1:1，第二刻蚀选择比为20:1。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，先后使用的刻蚀剂均为刻蚀气体，具有第一刻蚀选择比的刻蚀剂包括cf4气体，具有第二刻蚀选择比的刻蚀剂包括c4f8气体。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第一次曝光采用正常聚焦曝光形成通孔，第二次曝光时，先通过聚焦曝光找到最佳焦点，然后设置为曝光焦点在最佳焦点之上的位置，以使第二次曝光形成的图案呈现为上宽下窄的椭圆形切面沟槽，曝光后经一次显影在光刻胶层中形成具有双大马士革结构图形。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硬掩膜层的材质包括掺杂碳化硅薄膜层。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶层的厚度为1200nm±100nm。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶层和所述第二介质层之间还形成有抗反射涂层，刻蚀过程中，所述抗反射涂层被同步刻蚀。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，填充的金属包括铜。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，采用电镀工艺进行金属填充。

技术总结
本发明提供一种具有双大马士革结构的半导体器件的制备方法，包括步骤：提供基底，依次形成底部布线层、硬掩膜层、第一介质层、刻蚀阻挡层、第二介质层和光刻胶层；进行第一次曝光，以定义出通孔形貌；进行第二次曝光，以定义出沟槽形貌；进行显影，以于曝光区域形成双大马士革结构图形；先后采用对第一介质层和刻蚀阻挡层具有第一刻蚀选择比和第二刻蚀选择比的刻蚀剂对得到的结构进行刻蚀，以将双大马士革结构图形顺次转移，第一刻蚀选择比小于第二刻蚀选择比；去除残余的光刻胶层；进行金属填充以得到双大马士革结构，其与底部布线层电连接。本发明可以有效简化制备工艺和降低制备成本，可以有效避免刻蚀产物残留，有助于提高工艺良率。

技术研发人员：秦二帅,张春智,王科
受保护的技术使用者：芯恩（青岛）集成电路有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13