[发明专利]一种超厚顶层金属的金属硬掩模双大马士革工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制备技术领域，更确切的说，本发明涉及一种超厚顶层金属的金属硬掩模双大马士革工艺。

背景技术

在现有半导体元器件制造技术中，平面电感器是射频集成电路的重要组成部分。对于电感器来说，品质因子是一个很重要参数。品质因子越高，电感器的功耗越小、效率越高。为了提高电感器品质因子，要求尽可能提高沟槽深度以降低电感器寄生电阻。目前业界通常使用厚度在3μm以上的超厚金属层。而通过先全通孔（Via）后沟槽（Trench）的双大马士革制造工艺，通孔刻蚀的深宽比超过10:1以上，通孔刻蚀工艺很难实现。

目前，半导体业界内在超厚顶层金属的制造过程中常用分别制造通孔（Via）和沟槽（Trench）的单大马士革制造工艺。使用这种制造工艺，首先淀积介电层，随后光刻通孔图形并采用干法刻蚀通孔随后淀积金属阻挡层和铜籽晶层并用电镀铜填满通孔，而后用化学机械研磨去除多余金属；在完成通孔后，在通孔上再次淀积介电层并光刻形成沟槽图形，采用干法刻蚀沟槽随后淀积金属阻挡层和铜籽晶层并用电镀铜填满沟槽，而后再次用化学机械研磨去除多余金属。该种技术解决了通孔刻蚀高深宽比的问题，但是这种技术会增加制造的工艺步骤，延长生产周期。

还有，如专利US7297629公开的一种先部分通孔后沟槽双大马士革制作工艺，可以先刻蚀部分通孔来解决全通孔刻蚀高深宽比的问题，但这种方法很难控制通孔尺寸。如专利US7452806公开的一种方法通孔和沟槽分别使用高选择比介电材料作为硬掩模制作双大马士革结构，但是对于介电材料硬掩模刻蚀工艺窗口小，很难实现超高选择比刻蚀工艺。这两种工艺在解决通孔刻蚀高深宽比问题时，都无法解决刻蚀工艺控制的问题。

本发明正是为了满足现在半导体生产应用中的需求而提出的一种新的双大马士革工艺制造超厚顶层金属，以解决现有生产技术中的不足。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种超厚顶层金属的金属硬掩模双大马士革工艺，包括以下步骤：

步骤1，于一晶圆基体上自下而上分别淀积有通孔介电阻挡层、通孔介电层和通孔金属硬掩模；

步骤2，在所述的金属硬掩模上利用光刻刻蚀工艺打开金属硬掩模形成通孔开口和沟槽阻挡层；

步骤3，在形成的沟槽阻挡层上依次自下而上淀积沟槽介电层和沟槽金属硬掩模；

步骤4，通过光刻刻蚀打开沟槽金属硬掩模形成沟槽开口；

步骤5，通过所述的沟槽金属硬掩模沟槽开口刻蚀沟槽介电层形成沟槽，并进一步通过通孔金属硬掩模通孔开口刻蚀通孔介电层，以形成通孔；

步骤6，在所得的沟槽和通孔上淀积金属阻挡层和铜籽晶层，并电镀铜填满所述的通孔和沟槽；

步骤7，对所得的材料表面进行化学机械研磨平坦化去除多余金属、及残余的沟槽金属硬掩模。

上述的工艺，其中，在打开通孔金属硬掩模形成通孔开口和沟槽阻挡层时，采用两次光刻刻蚀工艺分别打开硬掩模通孔开口和形成沟槽阻挡层。

上述的工艺，其中，在打开通孔金属硬掩模形成通孔开口和沟槽阻挡层时，采用一次光刻刻蚀工艺同时打开硬掩模通孔开口和形成沟槽阻挡层。

上述的工艺，其中，所述介电阻挡层为化学气相淀积的SiN、SiC、SiCN等。

上述的工艺，其中，所述的通孔介电层和沟槽介电层采用化学气相淀积硅氧化物。

上述的工艺，其中，所述化学气相淀积硅氧化物包括纯硅酸盐玻璃或加氟的硅酸盐玻璃。

上述的工艺，其中，所述金属阻挡层为TaN/Ta金属阻挡层。

上述的工艺，其中，所述的沟槽介电层的厚度≥3μm。

上述的工艺，其中，所述通孔金属硬掩模及沟槽金属硬掩模为化学气相淀积或物理气相淀积的TaN、Ta、TiN、Ti等。

上述的工艺，其中，所述沟槽阻挡层的尺寸大于所述沟槽的尺寸。

上述的工艺，其中，所述步骤5的分步工艺操作时，刻蚀沟槽后采用湿法清洗去除因刻蚀积聚的聚合物。

本发明超厚顶层金属的金属硬掩模双大马士革工艺，优点在于：

1.本发明超厚顶层金属的金属硬掩模双大马士革工艺所提供的制备生产工艺可减少工艺步骤，缩短生产周期。

2. 本发明超厚顶层金属的金属硬掩模双大马士革工艺所提供的制备生产工艺可降低生产成本。

3. 本发明超厚顶层金属的金属硬掩模双大马士革工艺所提供的制备工艺可同时满足通孔刻蚀高深宽比且控制通孔尺寸。