專利名稱:金屬互連線的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及半導體技術領域,特別涉及金屬互連線的制作方法。
背景技術:
在半導體工業(yè)中,互連結構用于提供在IC芯片上的器件和整個封裝之間的布線。 通常,首先在半導體襯底表面形成例如場效應管(FET)的器件,然后在后段工藝(BE0L, back-end-of-1 ine)中形成互連結構。所述互連結構通常包括至少一種介電材料,該介電材料中形成有金屬互連線和接觸插塞?,F(xiàn)有的金屬互連線的制作方法請參考圖1 圖5所示。首先,參考圖1,提供半導體襯底100,所述半導體襯底100表面形成有器件層,然后在所述半導體襯底100表面形成金屬層101。所述金屬層101的厚度范圍為4000 6000埃。接著,請參考圖2,在所述金屬層101表面形成光刻膠層102。所述光刻膠層102利用曝光、顯影制作。所述光刻膠層102內形成有開口,所述開口暴露出部分金屬層101。所述光刻膠層102的厚度范圍為4000 10000埃。然后,請參考圖3,沿所述開口進行刻蝕工藝,去除所述開口暴露出的金屬層101, 直至露出所述半導體襯底100,剩余的金屬層形成金屬互連線103。所述金屬互連線103之間具有露出所述半導體襯底100的開口。接著,請參考圖4,進行灰化工藝,去除所述光刻膠層102。然后,請參考圖5,在所述金屬互連線103之間的開口內填充介質層104。在公開號為CN101752279A的中國專利申請中可以發(fā)現(xiàn)更多關于現(xiàn)有的金屬互連線的信息。在實際中發(fā)現(xiàn),在現(xiàn)有的金屬互連線的制作工藝中,存在如下的問題用于掩膜的光刻膠層102的厚度偏大,從而容易發(fā)生光刻膠層的剝離或卷曲的問題;并且由于光刻膠層102厚度偏大,在利用掩膜版將圖案從掩膜版轉移至光刻膠層102時,在所述光刻膠層 102內形成的開口的位置與實際需要形成開口的位置不一致;以所述光刻膠層102為掩膜, 在所述金屬層1021內形成的開口形貌不符合要求,這造成了所述開口的關鍵尺寸(⑶)偏大;光刻膠層102的厚度過大,使得所述光刻膠層102難于去除;在金屬互連線103形成后, 金屬互連線103之間填充的介質層104內存在空洞(void),影響金屬互連線之間絕緣效果。 因此,現(xiàn)有的金屬互連線的制作工藝不穩(wěn)定。
發(fā)明內容
本發(fā)明解決的問題是提供了一種金屬互連線的制作方法,提高了金屬互連線制作工藝的穩(wěn)定性。為解決上述問題,本發(fā)明提供了一種金屬互連線的制作方法,包括提供半導體襯底;在所述半導體襯底表面形成金屬層;
在所述金屬層表面形成抗反射層;在所述抗反射層表面形成光刻膠層,所述光刻膠層內形成有露出所述抗反射層的開口 ;沿所述開口依次刻蝕所述抗反射層和金屬層,形成金屬互連線;沿所述開口位置進行刻蝕,形成有露出半導體襯底的溝槽;去除所述金屬互連線上方的抗反射層和光刻膠層;在所述溝槽內填充介質層可選地,所述抗反射層的材質為有機薄膜??蛇x地,所述抗反射層的厚度范圍為100 3000埃??蛇x地,所述金屬層的厚度范圍為2000 2500埃,所述光刻膠層的厚度不超過 4000 埃??蛇x地,所述金屬層的材質為鋁或含鋁合金??蛇x地,還包括在所述金屬層與半導體襯底之間形成粘附金屬層的步驟??蛇x地,還包括在所述金屬層與所述抗反射層之間形成粘附金屬層的步驟??蛇x地,所述粘附金屬層的材質為鈦層/氮化鈦層或鉭層/氮化鉭層??蛇x地,所述粘附金屬層的厚度范圍為30 500埃??蛇x地,所述介質層利用化學氣相沉積工藝制作。與現(xiàn)有技術相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明首先在半導體襯底表面形成金屬層,然后在所述金屬層表面形成抗反射層和光刻膠層,在進行曝光工藝將掩膜版內的圖案轉移至光刻膠層內時,所述抗反射層能夠吸收反射光線,減小所述光刻膠層內形成的開口與所述掩膜版內的開口的尺寸的差異,以減小以所述光刻膠層制作的金屬互連線與掩膜版中定義的金屬互連線的尺寸的差異,提高了工藝的精度和穩(wěn)定性;進一步優(yōu)化地,所述金屬層的厚度范圍為2000 2500埃,對應的所述光刻膠層的厚度不超過4000埃,所述金屬層在上述厚度范圍內,對制作的金屬互連線的電阻影響不大,并且,與現(xiàn)有技術相比,所述光刻膠層的厚度大大降低,因此改善光刻膠層的剝離 (peeling)或卷曲(scrumming)的問題,提高了工藝的穩(wěn)定性;由于所述金屬層的厚度降低為2000 2500埃,對應的形成的金屬互連線之間的溝槽的深度降低,在所述溝槽的寬度不變的情況下,降低了所述溝槽的深寬比,從而有利于介質層的沉積,可以防止由于所述溝槽的深寬比較大在所述介質層內形成的空洞現(xiàn)象,有效地將相鄰的金屬互連線絕緣;進一步優(yōu)化地,本發(fā)明在所述半導體襯底與金屬層之間、以及所述金屬層與抗反射層之間形成粘附金屬層,所述粘附金屬層用于提高所述金屬層與半導體襯底、所述金屬層與抗反射層之間的粘附性,并且位于所述半導體襯底與金屬層之間的粘附金屬層還能夠減小金屬層與半導體襯底之間的接觸電阻;進一步優(yōu)化地,所述金屬層的材質鋁或含鋁合金,與銅互連線相比,降低了金屬互連線的成本,并且提高了工藝的穩(wěn)定性。
圖1 圖5是現(xiàn)有的金屬互連線的制作方法剖面結構示意圖;圖6是本發(fā)明的金屬互連線的制作方法流程示意圖7 圖12是本發(fā)明的一個實施例的金屬互連線的制作方法剖面結構示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)有的制作金屬互連線的工藝不穩(wěn)定。經(jīng)過發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn),造成上述問題的原因是用于制作金屬互連線的金屬層的厚度偏大。刻蝕所述金屬層時,為了能夠對不需要刻蝕的金屬層進行有效的保護,從而光刻膠層也需要滿足一定的厚度,從而能夠保證不需要刻蝕去除的金屬層不會被刻蝕工藝損傷。因此,降低用于制作金屬互連線的金屬層的厚度,可以減小光刻膠層的厚度,從而消除由于光刻膠層的厚度偏大而帶來的光刻膠層剝離、 卷曲、開口位置與實際位置不一致、光刻膠層難以去除等問題。降低用于制作金屬互連線的金屬層的厚度,形成的金屬互連線之間的開口的深度相應減低,在所述開口的寬度不變的情況下,降低了所述開口的深寬比,從而有利于介質層的填充,可以防止介質層沉積工藝時在所述開口內形成空洞,提高金屬互連線之間的絕緣效果。但是,發(fā)明人考慮到,減小用于制作金屬互連線的金屬層的厚度,會導致互連線的電阻增大,從而增大器件的RC時間常數(shù)。隨著半導體器件的特征尺寸的進一步縮小,用于制作金屬互連線的金屬層的厚度偏大造成金屬互連線的工藝不穩(wěn)定的更加嚴重,若簡單減小金屬層的厚度,可能增加器件的RC時間常數(shù)。若采用電阻值較小的銅互連線取代現(xiàn)有的普通的鋁互連線,可以減小金屬互連線的電阻,降低器件的RC時間常數(shù),但是這將使得金屬互連線的制造成本大大提高,并且提高了工藝的復雜度。如何在不增加工藝成本和工藝復雜度的情況下,解決上述的金屬互連線制作工藝不穩(wěn)定的問題,并且不影響器件的RC時間常數(shù)是本發(fā)明所關注的。為了解決上述問題,發(fā)明人提出一種金屬互連線的制作方法,所述方法包括步驟Si,提供半導體襯底;步驟S2,在所述半導體襯底表面形成金屬層;步驟S3,在所述金屬層表面形成抗反射層;步驟S4,在所述抗反射層表面形成光刻膠層,所述光刻膠層內形成有露出所述抗反射層的開口;步驟S5,沿所述開口依次刻蝕所述抗反射層和金屬層,形成金屬互連線;步驟S6,沿所述開口位置進行刻蝕,形成有露出半導體襯底的溝槽;步驟S7,去除所述金屬互連線上方的抗反射層和光刻膠層;步驟S8,在所述溝槽內填充介質層。下面結合具體實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細地說明。為了更好地說明本發(fā)明的技術方案,請結合圖7 圖12所示的本發(fā)明的一個實施例的金屬互連線的制作方法剖面結構示意圖。首先,請參考圖7,提供半導體襯底200。所述半導體襯底200的材質可以為硅、鍺硅或絕緣體上硅。本實施例中,所述半導體襯底200的材質為硅。所述半導體襯底200表面還形成有器件層,所述器件層內形成有晶體管、二極管等器件。然后,在所述半導體襯底200上依次制作第一粘附金屬層205、金屬層201和第二粘附金屬層206。所述第一粘附金屬層205、金屬層201和第二粘附金屬層206位于所述器件層上方,所述金屬層201用于在后續(xù)工藝步驟中制作的金屬互連線,所述金屬互連線用于將所述器件層內形成的器件與外部電連接。作為一個實施例,所述第一粘附金屬層205用于提高所述金屬層201與半導體襯底200之間的粘附性,減小所述金屬層201與半導體襯底200之間的接觸電阻,所述第一粘附金屬層205的厚度范圍為30 500埃。本實施例中,所述第一粘附金屬層205的材質為鈦層/氮化鈦層,所述氮化鈦層位于所述半導體襯底200上,所述鈦層位于所述氮化鈦層上,所述金屬層201位于所述鈦層上。在其他的實施例中,所述第一粘附金屬層205的材質還可以為鉭層/氮化鉭層。所述第二粘附金屬層206用于提高所述金屬層201與后續(xù)形成的抗反射層與第一粘附金屬層205之間的粘附性。所述第二粘附金屬層206的厚度范圍為30 500埃。所述第二粘附金屬層206的材質為鈦層/氮化鈦層或鉭層/氮化鉭層。其中所述鈦層位于所述金屬層201上,所述氮化鈦層位于所述鈦層上,所述抗反射層位于所述氮化鈦層上;或所述鉭層位于所述金屬層201上,所述氮化鉭層位于所述鉭層上,所述后續(xù)形成的抗反射層位于所述氮化鉭層上。所述金屬層201的材質為鋁或含鋁合金,該金屬層201用于在后續(xù)的步驟中制作金屬互連線。與利用銅制作金屬互連線相比,利用鋁或含鋁合金的金屬層制作金屬互連線的成本低,工藝簡單。作為優(yōu)選的實施例,所述金屬層201的材質為銅鋁合金,其中銅的含量為5%。利用銅鋁合金作為金屬層,可以防止鋁穿刺。所述金屬層201的厚度范圍為2000 2500埃。由于所述金屬層201將會通過刻蝕工藝將不需要的部分去除,其余部分形成金屬互連線,為了保護不需要進行刻蝕的金屬層(該部分在刻蝕工藝后即形成金屬互連線),需要在所述的不需要進行刻蝕的金屬層表面形成光刻膠層。光刻膠層的厚度取決于金屬層201的厚度,該金屬層201的厚度越大,光刻膠層的厚度越大。由于本本發(fā)明的金屬層201的厚度范圍為2000 2500埃,在上述的厚度范圍內,所需的用于保護的光刻膠層的厚度不超過4000埃,從而與現(xiàn)有的4000 10000 埃的光刻膠層相比,本發(fā)明大大降低了光刻膠層的厚度。需要說明的是,所述金屬層201的厚度雖然與現(xiàn)有技術的金屬層的厚度相比有所減小,但是在所述厚度2000 2500埃的范圍內,對最終制作的金屬互連線的電阻影響不大,在工藝允許的范圍內,不會明顯增大最終制作的金屬互連線的電阻,從而對器件的RC 時間常數(shù)影響較小,基本可以忽略不計。然后,請參考圖8,在所述第二粘附金屬層206表面形成抗反射層207。所述抗反射層207材質為有機薄膜,其厚度范圍為100 3000埃。在進行曝光工藝將掩膜版內的圖案轉移至光刻膠層內時,所述抗反射層207能夠吸收反射光線,減小所述光刻膠層內形成的開口與所述掩膜版內的開口的尺寸的差異,以減小以所述光刻膠層制作的金屬互連線與掩膜版中定義的金屬互連線的尺寸的差異,提高了工藝的精度和穩(wěn)定性。然后,請參考圖9,在所述抗反射層207表面形成光刻膠層202,所述光刻膠層202 內形成有露出所述抗反射層207的開口。所述光刻膠層202利用旋涂或噴涂工藝制作,并利用曝光、顯影工藝將掩膜版上的圖形轉移到光刻膠層202內,從而在所述光刻膠層內202 內形成所述露出抗反射層207的開口。由于下方設置了抗反射層207,在曝光工藝進行時, 所述抗反射層207能夠反射光線,減小所述光刻膠層內形成的開口與所述掩膜版內的開口的尺寸的差異,提高了曝光工藝的精度。所述光刻膠層202的厚度不超過4000埃。在上述的厚度范圍內,所述光刻膠層202 的厚度均勻,不易發(fā)生剝離或卷曲現(xiàn)象,并且容易利用刻蝕工藝去除,不會有殘留的問題。然后,請參考圖10,沿所述光刻膠層202內的開口,依次刻蝕所述抗反射層207、第二接觸金屬層206、金屬層201和第一接觸金屬層205,直至露出開口下方半導體襯底200, 在所述第二接觸金屬層206、金屬層201和剩余的第一接觸金屬層205內形成溝槽,所述溝槽兩側的剩余的金屬層201作為金屬互連線。由于所述金屬層201厚度與現(xiàn)有技術相比大大減小,從而在寬度不變的情況下, 降低了刻蝕工藝的難度。然后,請參考圖11,去除所述光刻膠層和抗反射層。所述光刻膠層和抗反射層的去除方法可以為干法刻蝕或濕法刻蝕工藝。本實施例中,所述光刻膠層和抗反射層利用干法刻蝕工藝。所述干法刻蝕工藝利用等離子體轟擊所述光刻膠層和抗反射層表面,將所述光刻膠層或抗反射層轉換為氣體去除。然后,請參考圖12,進行化學氣相沉積工藝,在所述第二接觸金屬層206、金屬層 201和第一接觸金屬層205之間的溝槽內形成介質層208。所述介質層208用于相鄰的金屬層201之間的電學絕緣。所述介質層208的材質為氧化硅、氮化硅、氮化硅或氮氧化硅。 由于所述溝槽的深度等于第二接觸金屬層206、金屬層201和第一接觸金屬層205的厚度之和,所述第二接觸金屬層206和第一接觸金屬層205的厚度較小,所述金屬層201的厚度范圍為2000 2500埃,因此所述第二接觸金屬層206、金屬層201和第一接觸金屬層205之和與現(xiàn)有技術相比也大大減小,因此所述溝槽的深度大大減小,在溝槽的寬度不變的情況下,所述溝槽的深寬比減小,從而更有利于化學氣相沉積工藝的進行,防止所述介質層208 內形成空洞。綜上,本發(fā)明提供的金屬互連線的制作方法,本發(fā)明首先在半導體襯底表面形成金屬層,然后在所述金屬層表面形成抗反射層和光刻膠層,在進行曝光工藝將掩膜版內的圖案轉移至光刻膠層內時,所述抗反射層能夠吸收反射光線,減小所述光刻膠層內形成的開口與所述掩膜版內的開口的尺寸的差異,以減小以所述光刻膠層制作的金屬互連線與掩膜版中定義的金屬互連線的尺寸的差異,提高了工藝的精度和穩(wěn)定性;在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中,所述金屬層的厚度范圍為2000 2500埃,對應的所述光刻膠層的厚度不超過 4000埃,所述金屬層在上述厚度范圍內,對制作的金屬互連線的電阻影響不大,并且,與現(xiàn)有技術相比,所述光刻膠層的厚度大大降低,因此改善光刻膠層的剝離(peeling)或卷曲 (scrumming)的問題,提高了工藝的穩(wěn)定性;由于所述金屬層的厚度降低為2000 2500 埃,對應的形成的金屬互連線之間的溝槽的深度降低,在所述溝槽的寬度不變的情況下, 降低了所述溝槽的深寬比,從而有利于介質層的沉積,可以防止由于所述溝槽的深寬比較大在所述介質層內形成的空洞現(xiàn)象,有效地將相鄰的金屬互連線絕緣;本發(fā)明還在所述半導體襯底與金屬層之間、以及所述金屬層與抗反射層之間形成粘附金屬層,所述粘附金屬層用于提高所述金屬層與半導體襯底、所述金屬層與抗反射層之間的粘附性,并且位于所述半導體襯底與金屬層之間的粘附金屬層還能夠減小金屬層與半導體襯底之間的接觸電阻;進一步優(yōu)化地,所述金屬層的材質鋁或含鋁合金,與銅互連線相比,降低了金屬互連線的成本,并且提高了工藝的穩(wěn)定性。 本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上,但其并不是用來限定本發(fā)明,任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內,都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發(fā)明技術方案做出可能的變動和修改,因此,凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容,依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾,均屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.一種金屬互連線的制作方法,其特征在于,包括 提供半導體襯底;在所述半導體襯底表面形成金屬層; 在所述金屬層表面形成抗反射層;在所述抗反射層表面形成光刻膠層,所述光刻膠層內形成有露出所述抗反射層的開π ;沿所述開口依次刻蝕所述抗反射層和金屬層,形成金屬互連線; 沿所述開口位置進行刻蝕,形成有露出半導體襯底的溝槽; 去除所述金屬互連線上方的抗反射層和光刻膠層; 在所述溝槽內填充介質層。
2.如權利要求1所述的金屬互連線的制作方法,其特征在于,所述抗反射層的材質為有機薄膜。
3.如權利要求1所述的金屬互連線的制作方法,其特征在于,所述抗反射層的厚度范圍為100 3000埃。
4.如權利要求1所述的金屬互連線的制作方法,其特征在于,所述金屬層的厚度范圍為2000 2500埃,所述光刻膠層的厚度不超過4000埃。
5.如權利要求1所述的金屬互連線的制作方法,其特征在于,所述金屬層的材質為鋁或含鋁合金。
6.如權利要求1所述的金屬互連線的制作方法,其特征在于,還包括在所述金屬層與半導體襯底之間形成粘附金屬層的步驟。
7.如權利要求1所述的金屬互連線的制作方法,其特征在于,還包括在所述金屬層與所述抗反射層之間形成粘附金屬層的步驟。
8.如權利要求6或7所述的金屬互連線的制作方法,其特征在于,所述粘附金屬層的材質為鈦層/氮化鈦層或鉭層/氮化鉭層。
9.如權利要求6或7所述的金屬互連線的制作方法,其特征在于,所述粘附金屬層的厚度范圍為30 500埃。
10.如權利要求1所述的金屬互連線的制作方法,其特征在于,所述介質層利用化學氣相沉積工藝制作。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種金屬互連線的制作方法,包括提供半導體襯底;在所述半導體襯底表面形成金屬層;在所述金屬層表面形成抗反射層;在所述抗反射層表面形成光刻膠層,所述光刻膠層內形成有露出所述抗反射層的開口;沿所述開口依次刻蝕所述抗反射層和金屬層,形成金屬互連線;沿所述開口依次刻蝕所述抗反射層和金屬層,形成金屬互連線;沿所述開口位置進行刻蝕,形成有露出半導體襯底的溝槽;去除所述金屬互連線上方的抗反射層和光刻膠層;在所述溝槽內填充介質層。本發(fā)明在不增加制作成本和工藝復雜度的情況下,提高了金屬互連線制作工藝的穩(wěn)定性。
文檔編號H01L21/3105GK102569168SQ20101060256
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權日2010年12月23日
發(fā)明者方浩, 王榮, 郭振強, 顧勇 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司, 無錫華潤上華科技有限公司