通孔优先铜互连制作方法技术

一种通孔优先铜互连制作方法，包括：在衬底上沉积介质层，以及在该介质层上涂布能够形成硬膜的第一光刻胶，并在该第一光刻胶中形成通孔结构；在该第一光刻胶图形上涂布微缩固化材料以固化所述通孔结构，并加热使该微缩固化材料与第一光刻胶表面反应，在该第一光刻胶表面形成隔离膜；在固化后的第一光刻胶上涂布第二光刻胶，其中，上述隔离膜不溶于该第二光刻胶，在该第二光刻胶中形成位于所述通孔结构上方的沟槽结构；将所述通孔结构和所述沟槽结构转移到所述介质层中；继续后续的导线金属和通孔金属填充。本发明专利技术利用可形成硬膜的光刻胶材料，减少了一步刻蚀步骤，大大地减少了制作成本，有效地提高了产能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造工艺，且特别涉及。
技术介绍
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，由于受到铝的高电阻特性的限制，铜互连技术逐渐替代铝互连成为金属互连的主流。由于铜硬度较大，干法刻蚀工艺不易实现，制作铜导线无法像制作铝导线那样通过刻蚀金属层而实现。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。大马士革工艺镶嵌结构的铜互连可以通过多种工艺方法实现。其中，通孔优先的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。在该工艺中，参考图 1，首先，在衬底硅片101上沉积具有低介电系数(k)值的介质层102，并在该低k值的介质层102上涂布第一光刻胶103 ;接着，参考图2，通过第一光刻和刻蚀，在上述低k值介质层102中形成通孔104结构；接下来，参考图3，在该低k值介质层102上涂布第二光刻胶105 ；接着，参考图4，通过第二光刻和刻蚀，在上述低k值介质层102的通孔104结构上形成金属槽106结构。最后，参考图5，继续后续的金属沉积和金属化学机械研磨等工艺，以完成导线金属107和通孔金属108的填充。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，继而双重图形(double patterning)成形技术被大量研究并广泛应用于制作32纳米以下技术节点的密集线阵列图形。在该双重图形成形技术中，首先，参考图6，在需要制作密集线阵列图形的衬底硅片201上，沉积衬底膜209和硬掩膜210，然后涂布第一光刻胶203 ;参考图7，通过曝光、显影、刻蚀后，在硬掩膜210中形成第一光刻图形211，其中，线条和沟槽的特征尺寸比例为1:3。接着，参考图8，在硅片201上涂布第二光刻胶205，并参考图9，通过曝光和显影，在第二光刻胶205膜中形成第二光刻图形212，其中，线条和沟槽的特征尺寸比例也是1:3，但位置与第一光刻图形211交错。参考图10，继续刻蚀在衬底硅片201上形成与第一光刻图形211交错的第二光刻图形212。第一光刻图形211与第二光刻图形211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。然而，由于双重图形成形工艺过程中需要进行两次光刻和刻蚀，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。此外，应用双重图形成形技术实现通孔优先双大马士革金属互联工艺时，必须分别进行通孔光刻一通孔刻蚀沟槽光刻沟槽刻蚀,既增加了工艺成本,也减少了生产产出量。
技术实现思路
本专利技术提供了一种，通过减少了双大马士革金属互连的工艺中的刻蚀步骤，从而降低制作成本以及提高产能。为了实现上述技术目的，本专利技术提出一种，其中包括在衬底硅片上沉积介质层，并在所述介质层上涂布第一光刻胶，以及在所述第一光刻胶中形成通孔结构，所述第一光刻胶能够形成硬膜；在同一显影机台内，在所述第一光刻胶图形上涂布微缩固化材料使得所述第一光刻胶中的通孔结构固化，并通过加热使所述微缩固化材料与所述第一光刻胶表面反应，从而在所述第一光刻胶表面形成隔离膜；在固化后的第一光刻胶上涂布第二光刻胶，其中，上述步骤所形成的隔离膜不溶于所述第二光刻胶，并在所述第二光刻胶中形成位于所述通孔结构上方的沟槽结构；通过刻蚀，将所述通孔结构和所述沟槽结构转移到所述介质层中；继续后续的金属沉积和金属化学机械研磨工艺，以完成导线金属和通孔金属填充。可选的，所述介质层具有低介电常数。可选的，所述第一光刻胶和所述第二光刻胶的抗刻蚀能力比大于等于I. 5 :1。可选的，所述第一光刻胶米用含娃烧基、娃烧氧基和笼形娃氧烧之一或组合的光刻胶。可选的，所述微缩固化材料为微缩辅助膜。可选的，所述微缩固化材料为微缩固化材料为东京应化工业株式会社所生产的微缩辅助膜。可选的，所述加热的温度为所述第一光刻胶主体高分子材料的玻璃化温度减30摄氏度至所述第一光刻胶主体高分子材料的玻璃化温度加30摄氏度之间的任一值。可选的，生成隔离膜之后，通过去离子水或表面活性剂的去离子水溶液将多余的微缩固化材料去除。相较于现有技术，本专利技术利用可形成硬膜的光刻胶材料，减少了双大马士革金属互连的工艺中的刻蚀步骤，并且将通孔刻蚀和沟槽刻蚀两道工序结合成一道工序，不仅大大地减少了制作成本，还有效地提高了产能。附图说明图I至图5为现有通孔优先双大马士革工艺制作过程中器件的剖面示意图；图6至图10为现有双重图形成形技术制作密集线阵列图形过程中器件的剖面示意图；图11为本专利技术实施方式的流程示意图；图12至图18为本专利技术一种具体实施方式过程中器件的剖面示意图。具体实施例方式下面将结合具体实施例和附图，对本专利技术进行详细阐述。参考图11，本专利技术提供了一种，包括步骤SI，在衬底硅片上沉积介质层，并在所述介质层上涂布第一光刻胶，以及在所述第一光刻胶中形成通孔结构，所述第一光刻胶能够形成硬膜；步骤S2，在同一显影机台内，在所述第一光刻胶图形上涂布微缩固化材料使得所述第一光刻胶中的通孔结构固化，并通过加热使所述微缩固化材料与所述第一光刻胶表面反应，从而在所述第一光刻胶表面形成隔离膜；步骤S3，在固化后的第一光刻胶上涂布第二光刻胶，其中，上述步骤所形成的隔离膜不溶于所述第二光刻胶，并在所述第二光刻胶中形成位于所述通孔结构上方的沟槽结构；步骤S4,通过刻蚀，将所述通孔结构和所述沟槽结构转移到所述介质层中；步骤S5，继续后续的金属沉积和金属化学机械研磨工艺，以完成导线金属和通孔金属填充。在本专利技术的一种具体实施方式中，参考图12，首先，在衬 底娃片301上沉积介质层302,该介质层302具有低介电常数。接着，在该介质层302上涂布可形成硬膜的第一光刻胶303。其中，所述第一光刻胶303的抗刻蚀能力比大于等于I. 5: I。在具体实施例中，所述第一光刻胶303可采用例如，含娃烧基(silyl)、娃烧氧基(siloxyl)和笼形娃氧烧(silsesquioxane)之一或组合的光刻胶。接着，参考图13，通过曝光和显影，在该第一光刻胶303中形成通孔结构304。接着，参考图14，在同一显影机台内，在第一光刻胶303上涂布微缩固化材料使得第一光刻胶303中的通孔结构304固化，该微缩固化材料可为微缩辅助膜(SAFIER，ShrinkAssist Film for Enhanced Resolution)。在具体实施例中，该微缩固化材料可为东京应化工业株式会社所生产的微缩辅助膜。接下来，进行加热使得所述微缩固化材料与第一光刻胶303表面产生反应，以形成隔离膜313，该隔离膜313不溶于后续涂布的第二光刻胶。其中，加热的温度可为所述第一光刻胶主体高分子材料的玻璃化温度减30摄氏度至所述第一光刻胶主体高分子材料的玻璃化温度加30摄氏度之间的任一值。生成隔离膜313之后，可通过去离子水或表面活性剂的去离子水溶液将多余的微缩固化材料去除。接着，参考图15，在固化后的第一光刻胶303上涂布第二光刻胶305。其中，所述第二光刻胶305的抗刻蚀能力比大于等于I. 5: I。接着，参考图16，通过曝光和显影工艺，在所述第二光刻胶305中形成沟槽结构306，所述沟槽结构306位于所述通孔结构304的上层。接着，参考图17，通过刻蚀工艺，将所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通孔优先铜互连制作方法，其特征在于，包括：在衬底硅片上沉积介质层，并在所述介质层上涂布第一光刻胶，以及在所述第一光刻胶中形成通孔结构，所述第一光刻胶能够形成硬膜；在同一显影机台内，在所述第一光刻胶图形上涂布微缩固化材料使得所述第一光刻胶中的通孔结构固化，并通过加热使所述微缩固化材料与所述第一光刻胶表面反应，从而在所述第一光刻胶表面形成隔离膜；在固化后的第一光刻胶上涂布第二光刻胶，其中，上述步骤所形成的隔离膜不溶于该第二光刻胶，并在所述第二光刻胶中形成位于所述通孔结构上方的沟槽结构；将所述通孔结构和所述沟槽结构转移到所述介质层中；继续后续的金属沉积和金属化学机械研磨工艺，以完成导线金属和通孔金属填充。

【技术特征摘要】
1.一种通孔优先铜互连制作方法，其特征在于，包括 在衬底硅片上沉积介质层，并在所述介质层上涂布第一光刻胶，以及在所述第一光刻胶中形成通孔结构，所述第一光刻胶能够形成硬膜； 在同一显影机台内，在所述第一光刻胶图形上涂布微缩固化材料使得所述第一光刻胶中的通孔结构固化，并通过加热使所述微缩固化材料与所述第一光刻胶表面反应，从而在所述第一光刻胶表面形成隔离膜； 在固化后的第一光刻胶上涂布第二光刻胶，其中，上述步骤所形成的隔离膜不溶于该第二光刻胶，并在所述第二光刻胶中形成位于所述通孔结构上方的沟槽结构； 将所述通孔结构和所述沟槽结构转移到所述介质层中； 继续后续的金属沉积和金属化学机械研磨工艺，以完成导线金属和通孔金属填充。2.如权利要求I所述的通孔优先铜互连制作方法，其特征在于，所述介质层具有低介电常数。3.如权利要求I所述的通孔优先铜互连制...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛智彪，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：