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：提供硅基衬底，并依次沉积低k值介质层、硬掩模薄膜、第一无定形碳薄膜，且在第一无定形碳薄膜上涂布第一光刻胶；曝光和显影在第一光刻胶中，并形成第一通孔；在硬掩模薄膜中形成第二通孔；在硬掩模薄膜上沉积第二无定形碳薄膜，并涂布第二光刻胶；曝光和显影在第二光刻胶中，并形成第一金属槽；在低k值介质层中形成通孔和金属槽；实现导线金属和通孔金属填充。本发明专利技术通过使用第一无定形碳薄膜和第二无定形碳薄膜，并结合可形成硬膜之第一光刻胶和第二光刻胶，不仅减少了工艺材料和工艺步骤，提高了光刻工艺能力，并可以满足刻蚀后图形结构均匀度的要求，而且有效的提高产能和减少制作成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件
，尤其涉及一种。
技术介绍
进入到130nm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的主流。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，沟槽优先双大马士革工艺是实现金属导线和通孔铜填充一次成形的方法之一。请参阅图9 (a)?图9 Ce),图9 (a)?图9 (e)所示为现有沟槽优先双大马士革工艺流程示意图。所述现有沟槽优先双大马士革工艺，包括:在衬底硅片20上沉积低介电常数介质层21，并在所述低介电常数介质层21上涂布所述第一光阻层22 ；通过第一光刻和刻蚀，在所述低介电常数介质层21中形成所述通孔结构23 ；在所述低介电常数介质层21上涂布所述第二光阻层24 ；通过第二光刻和刻蚀，在所述通孔结构23上形成所述金属槽结构25 ；继续后续金属沉积和金属化学机械研磨，完成所述金属导线251和所述金属通孔231填充。同时，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，对光刻工艺的挑战也越来越大。传统的光刻工艺通常采用以高分子材料为主体的有机抗反射薄膜(Bottom Ant1-reflective Coating, BARC)来提高光刻工艺的能力。请参阅图10、图11，图10所示为衬底硅片、有机抗反射薄膜和光阻层的结构图示。图11所示为有机抗反射薄膜与反射率的关系曲线。显然地，所述有机抗反射薄膜26可以有效地减少衬底对所述光阻层27的反射率，进而提高了光刻工艺能力。通过调整有机抗反射薄膜26之厚度还可以扩大刻蚀工艺的可调适范围，提高刻蚀后图形结构的均匀度。但是，在进入45nm技术节点之后，以传统高分子材料为主体的有机抗反射薄膜26越来越难以满足光刻工艺和刻蚀后图形结构均匀度的要求。一方面，高端光刻胶需要更低反射率的衬底，另一方面当衬底表面凹凸不平时，需要较厚的抗反射薄膜26来平滑衬底表面。然而，较厚的传统有机抗反射薄26很难提供较低的反射率。另外，利用等离子增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition, PECVD)方法制作的无定形碳薄膜是替代传统的有机抗反射薄膜的新材料之一。无定形碳薄膜可以提供较低的反射率，尤其是在膜厚度较厚的条件下。请参阅图12，图12所示为衬底硅片、无定形碳薄膜、含碳氧化硅薄膜和光阻的结构示意图。在PECVD中，通常采用无定形碳薄膜28和含碳氧化硅薄膜29搭配替代传统的有机抗反射薄膜26。利用无定形碳薄膜28和含碳氧化硅薄膜29的抗刻蚀能力之差，可以使用较厚的无定形碳薄膜28。较厚的无定形碳薄膜28可以有效地平滑凹凸不平的衬底表面，很好地满足光刻工艺和刻蚀后图形结构均匀度的要求。作为本领域技术人员，容易理解地，现有工艺采用无定形碳薄膜28和含碳氧化硅薄膜29搭配虽然解决了传统的有机抗反射薄膜26的厚膜高反射率问题。但是，带来了材料成本增加和刻蚀工艺复杂的问题。如何减少材料和简化工艺，以利于大规模量产成为本领域亟待解决的技术问题之一。故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本专利技术一种。
技术实现思路
本专利技术是针对现有技术中，所述传统的沟槽优先双大马士革工艺之材料成本增加和刻蚀工艺复杂等缺陷提供一种。为实现本专利技术之目的，本专利技术提供一种，所述包括:执行步骤S1:提供硅基衬底，并在所述硅基衬底上依次沉积所述低k值介质层、硬掩模薄膜、第一无定形碳薄膜，且在所述第一无定形碳薄膜上涂布可形成硬膜之第一光刻胶；执行步骤S2:曝光和显影在所述第一光刻胶中，并形成所述第一通孔；执行步骤S3:依次以所述第一光刻胶和所述第一无定形碳薄膜为刻蚀掩模，在所述硬掩模薄膜中形成所述第二通孔，并去除多余的所述第一无定形碳薄膜；执行步骤S4:在所述硬掩模薄膜上沉积第二无定形碳薄膜，并在所述第二无定形碳薄膜上涂布可形成硬膜之第二光刻胶；执行步骤S5:曝光和显影在所述第二光刻胶中，并形成所述第一金属槽；执行步骤S6:依次以所述第二光刻胶、第二无定形碳薄膜和所述硬掩模薄膜为刻蚀掩模，并在所述低k值介质层中形成所述通孔和所述金属槽；执行步骤S7:进行所述金属沉积和所述化学机械研磨工艺，实现所述导线金属和所述通孔金属填充。可选地，所述低k值介质层的介电常数k < 3。可选地，所述可形成硬膜之第一光刻胶和所述可形成硬膜之第二光刻胶为含硅烷基(SiIyl)、娃烧氧基(Si1xyl)和笼形娃氧烧(SiIsesquioxane)的光刻胶。可选地，所述硬掩模薄膜为氧化硅、氮化硅、碳化硅、钛、氧化钛、氮化钛、钽、氧化钽、氮化钽的其中之一，或者其组合膜层。可选地，所述硬掩模薄膜的膜层厚度范围为O?50nm。可选地，所述硬掩模薄膜的膜层厚度范围为5?35nm。可选地，所述第一无定形碳薄膜和所述第二无定形碳薄膜的厚度范围均为10?500nmo可选地，所述第一无定形碳薄膜和所述第二无定形碳薄膜的厚度范围均为80?350nmo综上所述，本专利技术通过使用所述第一无定形碳薄膜和所述第二无定形碳薄膜，并结合可形成硬膜之第一光刻胶和第二光刻胶实现沟槽优先铜互连制作工艺，不仅减少了工艺材料和工艺步骤，提高了光刻工艺能力，并可以满足刻蚀后图形结构均匀度的要求，而且有效的提闻广能和减少制作成本。【附图说明】图1所示为本专利技术之流程图；图2?图8所示为本专利技术的阶段性结构示意图；图9 Ca)?图9 Ce)所示为现有沟槽优先双大马士革工艺流程示意图；图10所示为衬底硅片、有机抗反射薄膜和光阻层的结构图示；图11所示为有机抗反射薄膜与反射率的关系曲线；图12所示为衬底硅片、无定形碳薄膜、含碳氧化硅薄膜和光阻的结构示意图。【具体实施方式】为详细说明本专利技术创造的
技术实现思路
、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。请参阅图1，图1所示为本专利技术之流程图。所述，包括:执行步骤S1:提供硅基衬底，并在所述硅基衬底上依次沉积所述低k值介质层、硬掩模薄膜、第一无定形碳薄膜，且在所述第一无定形碳薄膜上涂布可形成硬膜之第一光刻胶；执行步骤S2:曝光和显影在所述第一光刻胶中，并形成所述第一通孔；执行步骤S3:依次以所述第一光刻胶和所述第一无定形碳薄膜为刻蚀掩模，在所述硬掩模薄膜中形成所述第二通孔，并去除多余的所述第一无定形碳薄膜；执行步骤S4:在所述硬掩模薄膜上沉积第二无定形碳薄膜，并在所述第二无定形碳薄膜上涂布可形成硬膜之第二光刻胶；执行步骤S5:曝光和显影在所述第二光刻胶中，并形成所述第一金属槽；执行步骤S6:依次以所述第二光刻胶、第二无定形碳薄膜和所述硬掩模薄膜为刻蚀掩模，并在所述低k值介质层中形成所述通孔和所述金属槽；执行步骤S7:进行所述金属沉积和所述化学机械研磨工艺，实现所述导线金属和所述通孔金属填充。作为本专利技术的【具体实施方式】，优选地，所述低k值介质层的介电常数k< 3。所述可形成硬膜之第一光刻胶和所述可形成硬膜之第二光刻胶包括但不限于含硅烷基(Silyl)、娃烧氧基(Siloxyl)和笼形娃氧烧(S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，所述通孔优先铜互连制作方法包括：执行步骤S1：提供硅基衬底，并在所述硅基衬底上依次沉积所述低k值介质层、硬掩模薄膜、第一无定形碳薄膜，且在所述第一无定形碳薄膜上涂布可形成硬膜之第一光刻胶；执行步骤S2：曝光和显影在所述第一光刻胶中，并形成所述第一通孔；执行步骤S3：依次以所述第一光刻胶和所述第一无定形碳薄膜为刻蚀掩模，在所述硬掩模薄膜中形成所述第二通孔，并去除多余的所述第一无定形碳薄膜；执行步骤S4：在所述硬掩模薄膜上沉积第二无定形碳薄膜，并在所述第二无定形碳薄膜上涂布可形成硬膜之第二光刻胶；执行步骤S5：曝光和显影在所述第二光刻胶中，并形成所述第一金属槽；执行步骤S6：依次以所述第二光刻胶、第二无定形碳薄膜和所述硬掩模薄膜为刻蚀掩模，并在所述低k值介质层中形成所述通孔和所述金属槽；执行步骤S7：进行所述金属沉积和所述化学机械研磨工艺，实现所述导线金属和所述通孔金属填充。

【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，所述通孔优先铜互连制作方法包括: 执行步骤S1:提供硅基衬底，并在所述硅基衬底上依次沉积所述低k值介质层、硬掩模薄膜、第一无定形碳薄膜，且在所述第一无定形碳薄膜上涂布可形成硬膜之第一光刻胶； 执行步骤S2:曝光和显影在所述第一光刻胶中，并形成所述第一通孔； 执行步骤S3:依次以所述第一光刻胶和所述第一无定形碳薄膜为刻蚀掩模，在所述硬掩模薄膜中形成所述第二通孔，并去除多余的所述第一无定形碳薄膜； 执行步骤S4:在所述硬掩模薄膜上沉积第二无定形碳薄膜，并在所述第二无定形碳薄膜上涂布可形成硬膜之第二光刻胶； 执行步骤S5:曝光和显影在所述第二光刻胶中，并形成所述第一金属槽； 执行步骤S6:依次以所述第二光刻胶、第二无定形碳薄膜和所述硬掩模薄膜为刻蚀掩模，并在所述低k值介质层中形成所述通孔和所述金属槽； 执行步骤S7:进行所述金属沉积和所述化学机械研磨工艺，实现所述导线金属和所述通孔金属填充。2.如权利要求1所述的通孔优先铜互连制作方法，其...

【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：