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1、(10)申请公布号 CN 102938391 A (43)申请公布日 2013.02.20 C N 1 0 2 9 3 8 3 9 1 A *CN102938391A* (21)申请号 201210432401.5 (22)申请日 2012.11.02 H01L 21/768(2006.01) (71)申请人上海华力微电子有限公司 地址 201210 上海市浦东新区张江高科技园 区高斯路568号 (72)发明人毛智彪 (74)专利代理机构上海申新律师事务所 31272 代理人竺路玲 (54) 发明名称 一种铜互联线的制作工艺 (57) 摘要 本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种 铜互联线的制。
2、作工艺。本发明提出一种铜互联线 的制作工艺，通过在沟槽优先的铜互联工艺中采 用交联材料于双重曝光技术中的两层光阻之间形 成隔离膜，并依次将光阻中的通孔和金属槽结构 转移至介质层，从而替代了传统将金属槽刻蚀和 通孔刻蚀分为两个独立步骤的现有工艺，有效地 减少了双大马士革金属互连线工艺中的刻蚀步 骤，提高产能、减少制作成本。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图10页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 10 页 1/1页 2 1.一种铜互联线的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤： 步骤S1：在一硅衬底的上表面沉。
3、积一低介电常数介质层后，涂布可形成硬掩膜的第一 光刻胶覆盖所述低介电常数介质层； 步骤S2：曝光、显影后，去除多余的第一光刻胶，形成具有金属槽结构的第一硬掩膜光 阻； 步骤S3：加热所述第一硬掩膜光阻后，涂布交联材料覆盖所述第一硬掩膜光阻的表 面，固化形成隔离膜； 步骤S4：涂布可形成硬掩膜的第二光刻胶充满所述金属槽结构并覆盖所述硬掩膜光 阻的上表面；其中，所述隔离膜与所述第二光刻胶不相溶； 步骤S5：曝光、显影后，去除多余的第二光刻胶，形成具有通孔结构的第二硬掩膜光 阻； 步骤S6：采用刻蚀工艺，依次将所述第二硬掩膜光阻中的通孔结构和所述第一硬掩膜 光阻中的金属槽结构转移至所述低介电常数介质。
4、层后，继续金属沉积工艺和研磨工艺，以 形成导线金属和通孔金属； 其中，步骤S3中涂布交联材料并冷却固化后，去除多余的交联材料，形成覆盖所述第 一硬掩膜光阻表面的所述隔离膜。 2.根据权利要求1所述的铜互联线的制作工艺，其特征在于，所述第一光刻胶的材质 中含有硅烷基、硅烷氧基或笼形硅氧烷。 3.根据权利要求1所述的铜互联线的制作工艺，其特征在于，所述交联材料的主要成 分为季铵碱和胺类化材料。 4.根据权利要求1所述的铜互联线的制作工艺，其特征在于，步骤S3中加热所述第一 硬掩膜光阻的温度至150至200。 5.根据权利要求1所述的铜互联线的制作工艺，其特征在于，步骤S3中加热所述第一 硬掩膜光阻。
5、的温度至170至180。 6.根据权利要求1所述的铜互联线的制作工艺，其特征在于，所述第一光刻胶的刻蚀 能力与所述第二光刻胶的刻蚀能力的比值大于1.5:1。 7.根据权利要求1-6任意一项所述的铜互联线的制作工艺，其特征在于，步骤S3中采 用去离子水去除所述多余的交联材料。 8.根据权利要求7所述的铜互联线的制作工艺，其特征在于，步骤S6中先以所述第二 硬掩膜光阻为掩膜刻蚀所述低介电常数介质层至所述硅衬底的上表面后，依次去除所述第 二硬掩膜光阻和所述隔离膜，并以所述第一硬掩膜光阻为掩膜，部分刻蚀剩余的低介电常 数介质层，去除所述第一硬掩膜光阻，于再次刻蚀后剩余的低介电常数介质层中形成金属 槽和。
6、通孔。 9.根据权利要求8所述的铜互联线的制作工艺，其特征在于，沉积金属充满所述金属 槽和通孔，电镀工艺后进行平坦化处理，形成所述导线金属和通孔金属。 10.根据权利要求9所述的铜互联线的制作工艺，其特征在于，采用化学机械研磨工艺 进行所述平坦化处理。 权 利 要 求 书CN 102938391 A 1/3页 3 一种铜互联线的制作工艺 技术领域 0001 本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种铜互联线的制作工艺。 背景技术 0002 随着半导体芯片的集成度不断提高，晶体管的特征尺寸在不断缩小。 0003 当晶体管的特征尺寸进入到130纳米技术节点之后，由于铝的高电阻特性，铜互 连逐渐替代铝互。
7、连成为金属互连的主流，现在广泛采用的铜导线的制作方法是大马士革 工艺的镶嵌技术，其中沟槽优先双大马士革工艺是实现铜导线和通孔铜一次成形的方法之 一。 0004 图1a-1f为本发明背景技术中沟槽优先双大马士革工艺的结构流程示意图；如图 1a-1f所示，沉积低介电常数介质层12覆盖硅衬底11的上表面后，涂布光刻胶13覆盖介质 层12的上表面，依次采用光刻、刻蚀工艺于介质层12中形成金属槽14后，再次涂布光刻胶 15充满金属槽14并覆盖剩余的介质层12的上表面，经过光刻、刻蚀工艺后，于金属槽14的 底部形成贯穿至硅衬底11的上表面的通孔16，最后利用金属沉积工艺和化学机械研磨工 艺，形成金属导线1。
8、7和金属通孔18。 0005 而当晶体管的特征尺寸微缩进入到32纳米及其以下技术节点后，单次光刻曝光 已经不能满足制作密集线阵列图形所需的分辨率，于是双重图形(double patterning)成 形技术被广泛应用于制作32纳米及其以下技术节点的密集线阵列图形。 0006 图2a-2e为本发明背景技术中双重图形成形工艺的结构流程示意图；如图2a-2e 所示，在衬底硅21上依次沉积衬底膜22、硬掩膜23和光刻胶24，对光刻胶24进行曝光、显 影后，形成光阻，并以该光阻为掩膜回蚀部分硬掩膜23至衬底膜22的上表面，去除上述光 阻后形成第一光刻图形25和金属槽26，且第一光刻图形25和金属槽26的。
9、长度比例为1:3； 之后，涂布第二光刻胶27覆盖第一光刻图形25的侧壁及其上表面和衬底膜22暴露的上表 面，曝光、显影后，去除多余的光刻胶，于金属槽26中间部位形成与第一光刻图形25相同长 度的第二光刻图形28；最后，以第一光刻图形25和第二光刻图形28为掩膜部分刻蚀衬底 膜22至硅衬底21的上表面，去除上述的第一光刻图形25和第二光刻图形28后，形成目标 线条29和金属槽结构210，且目标线条29和金属槽结构210的长度比例为1:1，即目标线 条29和金属槽结构210组合形成密集线阵列图形。由于，双重图形成形技术需要两次光刻 和刻蚀，其成本远大于传统的单次曝光成形技术。因此，降低双重图形成形。
10、技术的成本成为 新技术开发的方向之一。 发明内容 0007 针对上述存在的问题，本发明揭示了一种沟槽优先铜互连制作方法，主要是一种 采用双重曝光技术和可形成硬膜的光刻胶来制作双大马士革金属互连的工艺。 本发明的目的是通过下述技术方案实现的： 一种铜互联线的制作工艺，其中，包括以下步骤： 说 明 书CN 102938391 A 2/3页 4 步骤S1：在一硅衬底的上表面沉积一低介电常数介质层后，涂布可形成硬掩膜的第一 光刻胶覆盖所述低介电常数介质层； 步骤S2：曝光、显影后，去除多余的第一光刻胶，形成具有金属槽结构的第一硬掩膜光 阻； 步骤S3：加热所述第一硬掩膜光阻后，涂布交联材料覆盖所述第一。
11、硬掩膜光阻的表 面，固化形成隔离膜； 步骤S4：涂布可形成硬掩膜的第二光刻胶充满所述金属槽结构并覆盖所述硬掩膜光 阻的上表面；其中，所述隔离膜与所述第二光刻胶不相溶； 步骤S5：曝光、显影后，去除多余的第二光刻胶，形成具有通孔结构的第二硬掩膜光 阻； 步骤S6：采用刻蚀工艺，依次将所述第二硬掩膜光阻中的通孔结构和所述第一硬掩膜 光阻中的金属槽结构转移至所述低介电常数介质层后，继续金属沉积工艺和研磨工艺，以 形成导线金属和通孔金属； 其中，步骤S3中涂布交联材料并冷却固化后，去除多余的交联材料，形成覆盖所述第 一硬掩膜光阻表面的所述隔离膜。 0008 上述的铜互联线的制作工艺，其中，所述第一光刻。
12、胶的材质中含有硅烷基、硅烷氧 基或笼形硅氧烷等。 0009 上述的铜互联线的制作工艺，其中，所述交联材料的主要成分为季铵碱和胺类化 材料。 0010 上述的铜互联线的制作工艺，其中，步骤S3中加热所述第一硬掩膜光阻的温度至 150至200。 0011 上述的铜互联线的制作工艺，其中，步骤S3中加热所述第一硬掩膜光阻的温度至 170至180。 0012 上述的铜互联线的制作工艺，其中，所述第一光刻胶的刻蚀能力与所述第二光刻 胶的刻蚀能力的比值大于1.5:1。 0013 上述的铜互联线的制作工艺，其中，步骤S3中采用去离子水去除所述多余的交联 材料。 0014 上述的铜互联线的制作工艺，其中，步骤。
13、S6中先以所述第二硬掩膜光阻为掩膜刻 蚀所述低介电常数介质层至所述硅衬底的上表面后，依次去除所述第二硬掩膜光阻和所述 隔离膜，并以所述第一硬掩膜光阻为掩膜，部分刻蚀剩余的低介电常数介质层，去除所述第 一硬掩膜光阻，于再次刻蚀后剩余的低介电常数介质层中形成金属槽和通孔。 0015 上述的铜互联线的制作工艺，其中，沉积金属充满所述金属槽和通孔，电镀工艺后 进行平坦化处理，形成所述导线金属和通孔金属。 上述的铜互联线的制作工艺，其中，采用化学机械研磨工艺进行所述平坦化处理。 综上所述，本发明一种铜互联线的制作工艺，通过采用交联材料于双重曝光技术中的 两层光阻之间形成隔离膜，并依次将光阻中的通孔和金属。
14、槽结构转移至介质层，从而替代 了传统将金属槽刻蚀和通孔刻蚀分为两个独立步骤的现有工艺，有效地减少了双大马士革 金属互连线工艺中的刻蚀步骤，提高产能、减少制作成本。 说 明 书CN 102938391 A 3/3页 5 附图说明 0016 图1a-1f为本发明背景技术中沟槽优先双大马士革工艺的结构流程示意图； 图2a-2e为本发明背景技术中双重图形成形工艺的结构流程示意图； 图3a-3i是本发明的一种铜互联线的方法的结构流程示意图。 0017 具体实施方式 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明： 图3a-3i是本发明的一种铜互联线的方法的结构流程示意图； 如图3a-3i所示，本发明一。
15、种铜互联线的制作工艺，首先，在硅衬底31的上表面沉积低 介电常数介质层32，涂布可形成硬掩膜的第一光刻胶33覆盖介质层32的上表面，曝光、显 影后，去除多余的光刻胶，形成具有金属槽结构34的第一硬掩膜光阻331；其中，第一光刻 胶33的材质中含有硅烷基、硅烷氧基或笼形硅氧烷等。 0018 其次，在同一显影台内，加热第一硬掩膜光阻331至150-200后，涂布主要成分 为季铵碱和胺类化材料的交联材料35如美国专利（US20100330501）中的所公开的材料等， 交联材料35覆盖第一硬掩膜光阻331的上表面和侧壁上，由于第一硬掩膜光阻331具有高 温，使得交联材料35与第一硬掩膜光阻331进行反。
16、应，并通过去离子水去除多余的交联材 料（覆盖介质层32上表面的交联材料），以形成覆盖第一硬掩膜光阻331的上表面及侧壁的 隔离膜36；其中，优选的加热第一硬掩膜光阻331至170-180，如在175时，交联材料35 能更好的与第一硬掩膜光阻331进行反应。 0019 之后，涂布可形成硬掩膜的第二光刻胶37覆盖隔离膜36的上表面及其侧壁，且充 满第一硬掩膜光阻331中的金属槽结构34，且第一光刻胶33的刻蚀能力与第二光刻胶37 的刻蚀能力的比值大于1.5:1；曝光、显影后去除多余的光刻胶，形成具有通孔结构38的第 二硬掩膜光阻371；其中，隔离膜36与第二光刻胶37不相溶。 0020 最后，以第。
17、二硬掩膜光阻371为掩膜刻蚀介质层32至硅衬底31的上表面后，依次 去除第二硬掩膜光阻371和隔离膜36，并以第一硬掩膜光阻331为掩膜部分刻蚀剩余的介 质层后，于最终剩余的介质层321中形成金属槽39和通孔310，沉积金属如铜等充满金属槽 39和通孔310，并采用电镀工艺后，采用化学机械研磨工艺进行平坦化处理，最终形成导线 金属311和通孔金属321。 0021 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明实施例提出一种铜互联线的制作工 艺，通过采用交联材料于双重曝光技术中的两层光阻之间形成隔离膜，并依次将光阻中的 通孔和金属槽结构转移至介质层，从而替代了传统将金属槽刻蚀和通孔刻蚀分为两个独立 。
18、步骤的现有工艺，有效地减少了双大马士革金属互连线工艺中的刻蚀步骤，提高产能、减少 制作成本。 0022 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，基于本发明精 神，还可作其他的转换。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。 0023 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。 说 明 书CN 102938391 A 1/10页 6 图1a 图1b 说 明 书 附 图C。
19、N 102938391 A 2/10页 7 图1c 图1d 说 明 书 附 图CN 102938391 A 3/10页 8 图1e 图1f 说 明 书 附 图CN 102938391 A 4/10页 9 图2a 图2b 说 明 书 附 图CN 102938391 A 5/10页 10 图2c 图2d 说 明 书 附 图CN 102938391 A 10 6/10页 11 图2e 图3a 说 明 书 附 图CN 102938391 A 11 7/10页 12 图3b 图3c 说 明 书 附 图CN 102938391 A 12 8/10页 13 图3d 图3e 说 明 书 附 图CN 102938391 A 13 9/10页 14 图3f 图3g 说 明 书 附 图CN 102938391 A 14 10/10页 15 图3h 图3i 说 明 书 附 图CN 102938391 A 15 。