[发明专利]一种大马士革铜互连工艺

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体涉及一种大马士革铜互连工艺。

背景技术

随着器件尺寸的不断缩小，尤其是90nm节点以下，业界普遍使用大马士革铜互连技术，在大马士革铜互连技术中，需要在器件刻蚀形成铜互连沟槽，然后沉积一铜扩散阻挡层覆盖铜互连沟槽的内表面，然后填充金属铜并进行化学机械研磨得到所需结构。但是在沉积铜扩散阻挡层的工艺中，铜扩散阻挡层溅射时容易在铜互连沟槽开口转角处形成突起，进而导致开口变小，尤其是对于具有较高深宽比的铜互连沟槽，在填充沟槽时，极易由于开口较小而导致铜互连沟槽填充不充分，进而影响器件性能。

图1～图4为现有技术中大马士革铜互连工艺的工艺流程图，包括以下步骤：

步骤1、在衬底结构上的阻挡层1上表面自下而上依次沉积低k介质层2、低k覆盖层3，然后再沉积一金属硬质掩膜4覆盖于低k覆盖层3的上表面，形成图1所示结构；

步骤2、依次刻蚀所述金属硬质掩膜4、低k覆盖层3至低k介质层2中近阻挡层1处停止，形成铜互连沟槽，用来进行后续的铜互连导线的填充，如图2所示结构；

步骤3、制备一铜扩散阻挡层覆盖铜互连沟槽的表面及剩余金属硬质掩膜的上表面，如图3所示结构；

步骤4、进行铜电镀及化学机械研磨工艺去除金属硬质掩膜顶部的铜扩散阻挡层及金属硬质掩膜，然后在在铜互连沟槽中填充铜材料，如图4所示结构。

但是在沉积阻挡层的工艺中，铜扩散阻挡层溅射时容易在铜互连沟槽开口转角处形成突起，进而导致开口变小，如图3所示，尤其是对于具有较高深宽比的铜互连沟槽，在填充铜互连沟槽时，极易由于开口较小而导致铜互连沟槽填充不充分，如图4所示，进而影响器件性能。

中国专利（公开号：CN102403263A）公开了一种双大马士革结构中的沟槽刻蚀方法，该方法通过在第一刻蚀条件下，对所述硬掩膜层进行刻蚀，由于在该刻蚀条件下能产生较多的聚合物，从而保证沟槽的侧面垂直；在第二刻蚀条件和第三刻蚀条件下，对所述通孔内的底部抗反射层进行刻蚀，使得所述第一介质层的高度高于所述通孔内的底部抗反射层的高度；在第四刻蚀条件下对所述通孔之间的第一介质层进行刻蚀，从而使所述通孔之间的第一介质层的拐角圆形化；该方法简单方便，且不会对电路造成其它影响。

中国专利（公开号：CN102569176A）提供的一种制备双大马士革结构的方法，包括以下步骤：在半导体衬底上依次形成刻蚀阻挡层、介质层和第一金属硬质掩膜；刻蚀打开第一金属硬质掩膜并直至去除部分介质层以形成沟槽；淀积第二金属硬质掩膜；刻蚀打开第二金属硬质掩膜并直至去除介质层和刻蚀阻挡层以形成通孔；在所述沟槽和通孔内填充金属。本发明的制备双金属硬质掩膜的双大马士革结构的方法使用了金属硬质掩膜，因此可以很好的控制沟槽和通孔的尺寸，从而减少漏电流，电学性能和可靠性显著提高。

上述两件专利均未解决本发明现有技术中在大马士革铜互连工艺中沉积铜扩散阻挡层的工艺中，铜扩散阻挡层溅射时容易在铜互连沟槽开口转角处形成突起，进而导致开口变小，尤其是对于具有较高深宽比的铜互连沟槽，在填充沟槽时，极易由于开口较小而导致铜互连沟槽填充不充分，进而影响器件性能的问题。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明公开一种大马士革铜互连工艺，以克服现有技术中在铜互连沟槽形成之后沉积铜扩散阻挡层的工艺中，铜扩散阻挡层溅射时容易在铜互连沟槽开口转角处形成突起，进而导致开口变小，尤其是对于具有较高深宽比的铜互连沟槽，在填充铜互连沟槽时，极易由于开口较小而导致铜互连沟槽填充不充分，进而影响器件性能的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大马士革铜互连工艺，其特征在于，所述方法包括：

S1、于一衬底结构的表面依次形成阻挡层、低k介质层、低k覆盖层和金属硬质掩膜层；

S2，依次刻蚀所述金属硬质掩膜层、所述低k覆盖层至所述低k介质层中，形成铜互连沟槽；

S3、回刻所述剩余的金属硬质掩模层，以扩展所述铜互连沟槽的开口端；

S4、继续后续铜扩散阻挡层及铜互连沟槽填充的制备工艺。

上述的大马士革铜互连工艺，其中，所述步骤S2包括：

S301，于金属硬质掩膜层上方旋涂光刻胶，经曝光、显影后，形成具有栅极图形的光阻；

S302，以所述光阻为掩膜，依次刻蚀所述金属硬质掩膜层、所述低k覆盖层至所述低k介质层中，形成铜互连沟槽；

S303，去除所述光阻。