專利名稱：一種銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的光刻方法，尤其是一種銅互聯(lián)溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體性能要求的不斷提高，集成電路芯片的尺寸也越來越小，光刻過程成為芯片制造中最核心的工序。通常一個(gè)完整的45納米工藝芯片，視性能要求的不同大約需要40到60次光刻工序。隨著器件尺寸的縮小，光刻的圖形尺寸也不斷縮小，光阻材料層越來越薄，光刻完成后的尺寸也越來越小。隨著芯片生產(chǎn)工藝從微米級(jí)到目前最先進(jìn)的15納米工藝，光刻所使用的波長(zhǎng)也隨著芯片工藝的進(jìn)步不斷縮小，從汞的I系線(365nm)、G系線 (436nm)到紫外區(qū)域的193nm紫外線，極紫外線EUV(10nm-15nm)、乃至電子束。光刻成為一項(xiàng)精密加工技術(shù)。為了提高抗電遷移性能和降低信號(hào)在線路上的延時(shí)損耗，銅互連工藝成為先進(jìn)集成電路互連的主流技術(shù)。而銅互連工藝最大的特點(diǎn)就是形成溝槽結(jié)構(gòu)的嵌入式工藝。通過在絕緣介電層中經(jīng)過光刻刻蝕獲得溝槽結(jié)構(gòu)，而后通過物理氣相沉積生長(zhǎng)阻擋層并通過電鍍生長(zhǎng)銅，最后通過化學(xué)機(jī)械研磨去處多余的銅和其他材料獲得所需的互連結(jié)構(gòu)。所以，溝槽結(jié)構(gòu)是銅互連工藝的基礎(chǔ)，需要在光刻和刻蝕工藝中有精確地控制才能獲得均勻合格的形狀和尺寸。所以，制作銅互連溝槽圖形是CMOS工藝技術(shù)的重要步驟，對(duì)光刻的要求較高。 隨著設(shè)計(jì)線寬的不斷縮小，工藝窗口及所容許的誤差也越來越小，而且缺陷也越來越多。初次光刻過程完成后，如果參數(shù)不符合規(guī)格或缺陷過高，可以進(jìn)行返工重新進(jìn)行第二次光刻過程，甚至可能發(fā)生多次返工，最終才能達(dá)到所需要的要求。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，銅互連溝槽層光刻工藝的返工率接近1(Γ20%，特別是處于工藝開發(fā)期以及尚未穩(wěn)定的工藝，光刻返工率要更高。銅互連溝槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行光刻時(shí)一般是多層薄膜堆疊的結(jié)構(gòu)，銅線結(jié)構(gòu)對(duì)邊緣粗糙度要求很高，所以為了消除筑波效應(yīng)，通常會(huì)在最表層上沉積一層介質(zhì)抗反射層。同時(shí)該抗反射層也可以作為下層絕緣介質(zhì)材料的保護(hù)層，起到隔離保護(hù)的作用。如果發(fā)生光刻返工或同層需要多次曝光，由于最表層的上覆層薄膜在去除光阻過程中發(fā)生性質(zhì)改變、如反射率， 折射率，厚度，均勻性，粗糙度，吸光率等等，在已經(jīng)改性后的表層薄膜上曝光，極易發(fā)生尺寸偏差，形狀不合格，光阻起皮脫落等失效現(xiàn)象，因此再次光刻時(shí)，所有的相關(guān)光刻參數(shù)都需要人工調(diào)節(jié)，由于返工次數(shù)的不同或相同返工次數(shù)但表層改變程度不一樣，所需要調(diào)節(jié)的參數(shù)的調(diào)節(jié)量也不一樣，造成該人工調(diào)節(jié)光刻參數(shù)的過程難度大，不穩(wěn)定，極容易失敗導(dǎo)致再次返工，進(jìn)一步加大成功實(shí)現(xiàn)光刻的難度。如何找到一種方法可以實(shí)現(xiàn)快速、有效、可靠地方法提高銅互連溝槽層曝光返工參數(shù)穩(wěn)定性和可重復(fù)性，以實(shí)現(xiàn)高效率，高速度的自動(dòng)化生產(chǎn)成為一個(gè)半導(dǎo)體業(yè)界亟待解決的重要技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有的銅互聯(lián)溝槽結(jié)構(gòu)形成時(shí)光刻過程中存在的問題，本發(fā)明提供一種銅互聯(lián)溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為
一種銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其中，具體包括如下步驟 步驟a、于一待生成銅互聯(lián)溝槽的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)上進(jìn)行第一次光刻，所述多層復(fù)合結(jié)構(gòu)自頂層起由表及里依次為光阻材料層、底部抗反射層、介質(zhì)抗反射層、氧化保護(hù)層、介電層、 阻擋層和下層結(jié)構(gòu)；
步驟b、去除所述第一次光刻后殘余的所述光阻材料層和所述底部抗反射層；
步驟C、去除所述介質(zhì)抗反射層；
步驟d、形成新的介質(zhì)抗反射層；
步驟e、形成新的底部抗反射層和新的光阻材料層；
步驟f、對(duì)所述多層復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行第二次光刻。上述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其中，所述光阻材料層為光刻膠。上述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其中，所述步驟a中所述下層結(jié)構(gòu)為下層銅互聯(lián)布線層。上述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其中，所述步驟a中所述下層結(jié)構(gòu)為接觸孔層。上述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其中，所述步驟a中所述介質(zhì)抗反射層為氮氧化硅薄膜。上述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其中，所述步驟a中所述氧化保護(hù)層為氧化硅薄膜。上述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其中，所述步驟b中去除所述光阻材料層和底部抗反射層的方法為灰化后進(jìn)行酸洗而后進(jìn)行干燥。上述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其中，所述步c驟中去除所述介質(zhì)抗反射層的方法為化學(xué)刻蝕。上述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其中，所述步c驟中去除所述介質(zhì)抗反射層的方法為干法刻蝕。上述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其中，所述步驟d中形成所述新的介質(zhì)抗反射層的方法與所述多層復(fù)合結(jié)構(gòu)中原有的介質(zhì)抗反射層的形成方法相同。上述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其中，于步驟f執(zhí)行完畢后重復(fù)步驟b 至步驟f。上述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其中，所述第二次光刻的參數(shù)與所述第一次光刻的參數(shù)相同。本發(fā)明的有益效果是
快速穩(wěn)定可靠地自動(dòng)實(shí)現(xiàn)返工的光刻參數(shù)設(shè)定，降低缺陷的產(chǎn)生，提高生產(chǎn)速度，有利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。高穩(wěn)定性和重復(fù)性的實(shí)現(xiàn)返工，增加最大返工次數(shù)，增大研發(fā)過程中晶片材料的循環(huán)使用次數(shù)，提高利用率，降低成本。


圖1是本發(fā)明一種銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法的流程圖2是本發(fā)明一種銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法步驟a完成后的狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖； 圖3是本發(fā)明一種銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法步驟b完成后的狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖； 圖4是本發(fā)明一種銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法步驟c完成后的狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖； 圖5是本發(fā)明一種銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法步驟d完成后的狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖； 圖6是本發(fā)明一種銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法步驟e完成后的狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為本發(fā)明的限定。如圖1所示本發(fā)明一種銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法其中，具體包括如下步驟
如圖2所示，步驟a、于一待生成銅互聯(lián)溝槽的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)1上進(jìn)行第一次光刻，多層復(fù)合結(jié)構(gòu)1自頂層起由表及里依次為光阻材料層11、底部抗反射層12、介質(zhì)抗反射層13、 氧化保護(hù)層14、介電層15、阻擋層16和下層結(jié)構(gòu)17 ；其中，光阻材料層11可以是光刻膠， 介質(zhì)抗反射層13可以是氮氧化硅薄膜、氧化硅薄膜或者碳摻雜氮化硅薄膜，用于消除光刻的駐波效應(yīng)和保護(hù)絕緣介電層15，氧化保護(hù)層14可以是氧化硅薄膜，介電層15可以是氧化硅、摻雜氟的氧化硅或者低介電常數(shù)介質(zhì)材料，起到支撐和隔離金屬互連結(jié)構(gòu)，使不同金屬線保持絕緣，使溝槽能穩(wěn)定可靠的分布其中的作用，阻擋層16用于銅互連溝槽刻蝕過程的終點(diǎn)控制，下層結(jié)構(gòu)17可以是下層銅互聯(lián)布線層或者接觸孔層。第一次光刻在光阻材料層 11表面形成銅互聯(lián)溝槽圖案。當(dāng)出現(xiàn)第一次光刻形成的銅互聯(lián)溝槽圖案不符合規(guī)格或缺陷過高的情況時(shí)如圖3 所示，執(zhí)行步驟b、去除第一次光刻后殘余的光阻材料層11和底部抗反射層12，；為沖洗光刻做準(zhǔn)備，去除光阻材料層11和底部抗反射層12的方法可以是灰化后進(jìn)行酸洗而后進(jìn)行干燥，由于去除光阻材料層11和底部抗反射層12的工藝造成介質(zhì)抗反射層13性質(zhì)發(fā)生改變。如圖4所示，步驟C、去除介質(zhì)抗反射層13 ；去除過程可以利用高選擇的刻蝕過程， 盡量不對(duì)最表層之下的材料產(chǎn)生影響。同時(shí)通過選擇不同的表層材料、次表層材料和不同刻蝕工藝的匹配，來達(dá)到最佳的選擇刻蝕比。較佳的選擇是利用化學(xué)刻蝕去除介質(zhì)抗反射層13，也可以選擇干法刻蝕去除介質(zhì)抗反射層13。采用等離子體干法刻蝕時(shí)，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體，功率，壓力，終點(diǎn)監(jiān)測(cè)等實(shí)現(xiàn)高選擇比去除性質(zhì)改變的表層的介質(zhì)抗反射層13 ；也可以選用對(duì)表層和次下層選擇比較高的濕化學(xué)刻蝕方式，如次下層是氧化硅，表層是氮化硅，則可選用熱磷酸濕法刻蝕。如圖5所示，步驟d、形成新的介質(zhì)抗反射層131，形成新的介質(zhì)抗反射層131的方法與多層復(fù)合結(jié)構(gòu)1中原有的介質(zhì)抗反射層13的形成方法相同，即采用原有的薄膜材料沉積生長(zhǎng)相同性質(zhì)、相同厚度的薄膜，使該薄膜具有與第一次光刻時(shí)表層薄膜同樣的性質(zhì)， 從而回復(fù)到初次曝光時(shí)的原有狀態(tài)。因此，該返工光刻工藝可以采用初次曝光相同的工藝參數(shù)，如焦距，能量，曝光劑量，對(duì)準(zhǔn)等等。形成新的介質(zhì)抗反射層131可以采用化學(xué)氣相沉積，爐管生長(zhǎng)或原子層沉積等等方法。
5
如圖6所示，步驟e、形成新的底部抗反射層121和新的光阻材料層111 ；
步驟f、對(duì)所述多層復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行第二次光刻以形成銅互聯(lián)溝槽圖案，如上所述由于介質(zhì)抗反射層131與多層復(fù)合結(jié)構(gòu)1中原有的介質(zhì)抗反射層13性質(zhì)完全相同，所以第二次光刻可以采用與第一次光刻相同的參數(shù)。進(jìn)一步的，如第二次光刻形成的銅互聯(lián)溝槽圖案仍不符合規(guī)格或缺陷過高，則于步驟f執(zhí)行完畢后重復(fù)步驟b至步驟f，及進(jìn)行多次返工。本發(fā)明由于每次光刻時(shí)介質(zhì)抗反射層都恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而可以高穩(wěn)定性和重復(fù)性的實(shí)現(xiàn)返工，因此可以增加最大返工次數(shù)，可以增大研發(fā)過程中晶片材料的循環(huán)使用次數(shù)，提高利用率，降低成本。以上所述僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的申請(qǐng)專利范圍，所以凡運(yùn)用本發(fā)明說明書及圖示內(nèi)容所作出的等效結(jié)構(gòu)變化、利用公知的與本發(fā)明中提到具等同作用的物質(zhì)進(jìn)行代替，利用公知的與本發(fā)明中提到的手段方法具等同作用的手段方法進(jìn)行替換，所得到的實(shí)施方式或者實(shí)施結(jié)果均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其特征在于，具體包括如下步驟步驟a、于一待生成銅互聯(lián)溝槽的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)上進(jìn)行第一次光刻，所述多層復(fù)合結(jié)構(gòu)自頂層起由表及里依次為光阻材料層、底部抗反射層、介質(zhì)抗反射層、氧化保護(hù)層、介電層、 阻擋層和下層結(jié)構(gòu)；步驟b、去除所述第一次光刻后殘余的所述光阻材料層和所述底部抗反射層；步驟C、去除所述介質(zhì)抗反射層；步驟d、形成新的介質(zhì)抗反射層；步驟e、形成新的底部抗反射層和新的光阻材料層；步驟f、對(duì)所述多層復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行第二次光刻。
2.如權(quán)利要求1所述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其特征在于，所述光阻材料層為光刻膠。
3.如權(quán)利要求1所述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其特征在于，所述步驟a中所述下層結(jié)構(gòu)為下層銅互聯(lián)布線層。
4.如權(quán)利要求1所述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其特征在于，所述步驟a中所述下層結(jié)構(gòu)為接觸孔層。
5.如權(quán)利要求1所述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其特征在于，所述步驟a中所述介質(zhì)抗反射層為氮氧化硅薄膜。
6.如權(quán)利要求1所述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其特征在于，所述步驟a中所述氧化保護(hù)層為氧化硅薄膜。
7.如權(quán)利要求1所述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其特征在于，所述步驟b中去除所述光阻材料層和底部抗反射層的方法為灰化后進(jìn)行酸洗而后進(jìn)行干燥。
8.如權(quán)利要求1所述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其特征在于，所述步c驟中去除所述介質(zhì)抗反射層的方法為化學(xué)刻蝕。
9.如權(quán)利要求1所述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其特征在于，所述步c驟中去除所述介質(zhì)抗反射層的方法為干法刻蝕。
10.如權(quán)利要求1所述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其特征在于，所述步驟d 中形成所述新的介質(zhì)抗反射層的方法與所述多層復(fù)合結(jié)構(gòu)中原有的介質(zhì)抗反射層的形成方法相同。
11.如權(quán)利要求1所述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其特征在于，于步驟f執(zhí)行完畢后重復(fù)步驟b至步驟f。
12.如權(quán)利要求8所述銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其特征在于，所述第二次光刻的參數(shù)與所述第一次光刻的參數(shù)相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種銅互連溝槽結(jié)構(gòu)多次重復(fù)光刻的方法，其中，具體包括如下步驟于一待生成銅互聯(lián)溝槽的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)上進(jìn)行第一次光刻，所述多層復(fù)合結(jié)構(gòu)自頂層起由表及里依次為光阻材料層、底部抗反射層、介質(zhì)抗反射層、氧化保護(hù)層、介電層、阻擋層和下層結(jié)構(gòu)；去除所述第一次光刻后殘余的所述光阻材料層和所述底部抗反射層；去除所述介質(zhì)抗反射層；形成新的介質(zhì)抗反射層；對(duì)所述多層復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行第二次光刻。本發(fā)明的有益效果是快速穩(wěn)定可靠地自動(dòng)實(shí)現(xiàn)返工的光刻參數(shù)設(shè)定，高穩(wěn)定性和重復(fù)性的實(shí)現(xiàn)返工，增加最大返工次數(shù)，增大研發(fā)過程中晶片材料的循環(huán)使用次數(shù)，提高利用率，降低成本。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102446713SQ201110285070
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者姬峰, 張亮, 毛智彪, 胡友存, 陳玉文 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司