[发明专利]一种减小铜互连沟槽关键尺寸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，具体涉及一种缩小铜互连沟槽关键尺寸的方法。

背景技术

随着技术的不断发展，半导体器件的关键尺寸也越来越小，器件的关键尺寸越小意味着器件性能的提高，本领域技术人员一直致力研究采用何种工艺以减小器件关键尺寸，进而提升器件性能。

图1-3为现有技术中微电子领域的铜互连沟槽关键尺寸制作工艺的流程图,一般包括光刻、金属硬质掩模刻蚀和金属沟槽刻蚀三个步骤：步骤a：提供一半导体结构，该半导体结构包括一衬底1，衬底1自下而上依次形成有介质层和金属硬质掩模5（TiN＿MHM）和氧化层6（OX），其中，介质层自下而上依次包括第一介质层2（SiCN），第二介质层3（SiCOH），第三介质层4（TEOS）；此外，衬底1有一金属通孔区9，在铜互连沟槽关键尺寸制作工艺中，需要制作一沟槽以完全暴露出该金属通孔9，进而在满足后续的通孔连线工艺。首先在氧化层6表面先涂覆一层抗反射层7，然后在涂覆一层光阻覆盖于抗反射层7的上表面，进行曝光显影工艺后，于光阻中形成刻蚀的窗口，形成图1所示结构；步骤b：然后以剩余光阻8为掩膜进行刻蚀至介质层，形成窗口图案后，移除剩余光阻8和抗反射层7，形成如图2所示结构；步骤c：利用介质层形成的图案进行金属沟槽刻蚀至衬底，暴露出衬底1的金属通孔区9，形成图3所示结构。

由于传统光刻机的解析能力较差，经过曝光显影工艺后，开出的窗口图案尺寸较大；在后续的沟槽刻蚀工艺中，是以光刻的窗口图案进行刻蚀，进而导致了刻蚀出的沟槽图案尺寸也较大，而沟槽尺寸越大，对器件的性能也有所降低。因此在保证刻蚀沟槽能够完全暴露衬底1内的金属通孔去9的同时，尽可能减小沟槽尺寸为本领域技术人员不断致力研究的方向。

在现有技术中，为了减小沟槽的关键尺寸，可采用新一代光刻机实现该方案，图4-6为利用新一代光刻机制备铜互联沟槽的流程图，如图所示，由于制备工艺与现有技术相同，故在此不再赘述。由于新一代的光刻机解析能力较强，经过曝光显影后可以在光阻中形成尺寸更小的窗口图案，进而在后续工艺中可以制造出更小的关键尺寸的沟槽，在暴露出衬底1内的通孔的同时，减小了沟槽的关键的尺寸，从而提升器件性能。但是新一代的光刻机造价十分昂贵，利用新一代光刻机虽然可以减小沟槽的关键尺寸，但是由于新一代的光刻机造价昂贵，如果采用新一代光刻机器会极大增加生产成本。因此，在控制生产成本的前提下，如何减小器件沟槽的关键尺寸成为本领域技术人员研究的方向。

中国专利（申请号：201210432507.5）公开了一种铜互联线的制作工艺，其中，包括以下步骤：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：涂布固化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；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中涂布固化材料固化形成所述隔离膜后，先采用酸性溶液处理多余的固化材料，再去除该多余的固化材料，形成覆盖所述第一硬掩膜光阻表面的所述隔离膜。

该发明是通过过在沟槽优先的铜互联工艺中采用多胺化合物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，从而减少刻蚀步骤。但是该发明是通过采用光刻工艺形成窗口后再刻蚀沟槽，由于传统光刻机的解析能力较差，曝光显影后的窗口图案较大，这对提升器件性能是不利的，而如果采用新一代光刻机的话成本又很高，影响了铜互联工艺的发展。

发明内容

本发明根据现有技术的不足提供了一种减小沟槽关键尺寸的方法，在传统光刻机形成图案并刻蚀后，再在半导体器件表面沉积一层氮化硅膜层，然后回蚀该氮化硅膜层，在窗口侧壁形成一定厚度的氮化硅膜层并在窗口内形成一较小的窗口图案，然后进行沟槽刻蚀，刻蚀完成后去除窗口内剩余氮化硅膜并进行后续的工艺。由于在窗口侧壁形成有了氮化硅膜层，在进行沟槽刻蚀后可形成一尺寸较小的沟槽，减小了器件沟槽的关键尺寸，进而有利于器件性能的提升。

本发明采用的技术方案为：