改善通孔金属连接缺陷的方法

文档序号:2698739阅读:365来源:国知局
专利名称:改善通孔金属连接缺陷的方法
技术领域
本发明涉及半导体器件的制造方法,尤其涉及在制作金属导线连接过程 中,改善通孔金属连接缺陷的方法。
背景技术
随着ULSI(超大规模集成)技术的飞速发展,半导体设备的布线设计原则的 小型化在不断进展。被集成的元件数量在增加,大规模集成电路的布线更为 复杂,在此情况下,多层互连吸引了注意力,通孔鴒塞沉积便是其中关键的 一种互连技术。互连技术对产品成品率的提高起着关键性的作用。
现有形成通孔金属连接的方法请参考申请号为200310122396中国申请专 利公开的技术方案。如图1A所示,首先,用物理气相沉积法在金属层10表面 形成阻挡层12,用以防止金属扩散;用物理气相沉积法在阻挡层12上形成氧 化硅层14。
如图1B所示,用旋涂法在氧化硅层14上形成光阻层(未图示),经过曝 光显影工艺后,在光阻层上形成开口图形;以光阻层为掩膜,用等离子体蚀 刻法蚀刻氧化硅层14至露出阻挡层12,形成开口宽度为60nm至350nm的通孔 16;用化学气相沉积法在氧化硅层14上形成金属钨层15,且将金属钨层15填 充满通孔16,形成通孔鴒塞,由于通孔16的开口宽度小于350nm,所以在向通 孔16中沉积金属鴒层15时很容易出现孔洞17。
如图1C所示,用化学机械抛光法研磨金属鴒层至露出氧化硅层14,由于 通孔16中的金属鴒内有孔洞17,所以在研磨后会将孔洞17露出金属鴒层表面。
现有技术由于通孔内的金属物质中有孔洞的存在,在研磨金属物质时会 使孔洞露出,使得后续沉积材料时,容易陷于通孔内的孔洞中,进而导致元 件之间电性能变差。

发明内容
本发明解决的问题是提供一种改善金属导线连接缺陷的方法,防止由于 通孔内的金属物质中有孔洞的存在,在研磨金属物质时会使孔洞露出,使得 后续沉积材料时,容易陷于通孔内的孔洞中,进而导致元件之间电性能变差。
为解决上述问题,本发明提供一种改善金属导线连接缺陷的方法,包括
下列步骤在金属层上形成氧化硅层;在氧化硅层上形成图案化第一光阻层; 以第一光阻层为掩膜,蚀刻氧化硅层至露出金属层,形成接触孔;去除第一 光阻层;在氧化硅层形成抗反射层,且抗反射层填充满接触孔;在抗反射层 上形成图案化第二光阻层;以第二光阻层为掩膜,蚀刻抗反射层和氧化硅层, 形成开口宽度大于等于500nm的沟槽,与接触孔连通构成通孔;去除第二光阻 层和抗反射层;在通孔内填充满金属。
沟槽的开口宽度为500nm 1000nm ,沟槽的深度为氧化硅层厚度的 1/10~1/2。
接触孔的开口宽度为60nm 350um。
在通孔内填充的金属为钨。
本发明提供一种改善金属导线连接缺陷的方法,包括下列步骤在金属 层上形成氧化硅层;在氧化硅层上形成图案化第一光阻层;以第一光阻层为 掩膜,蚀刻氧化硅层,形成开口宽度大于等于500nm的沟槽;去除第一光阻层; 在氧化硅层形成抗反射层,且抗反射层填充满沟槽;在抗反射层上形成图案 化第二光阻层;以第二光阻层为掩膜,蚀刻抗反射层和氧化硅层至露出金属
层,形成接触孔,与沟槽连通构成通孔;去除第二光阻层和抗反射层;在通 孔内填充满金属。
沟槽的开口宽度为500nm 1000nm ,沟槽的深度为氧化硅层厚度的 1/10 1/2。
接触孔的开口宽度为60nm 350um。
在通孔内填充的金属为鴒。
与现有技术相比,本发明具有以下优点本发明在接触孔上方形成开口 宽度大于等于500nm的沟槽构成通孔,由于沟槽的开口宽度大,所以在将金属 物质填充入通孔时,只有接触孔中出现孔洞,而沟槽内不会出现孔洞,在研 磨金属钨层后由于沟槽在接触孔上方,不会使接触孔中的孔洞露出金属镇层 表面,使得后续沉积的材料,不会陷于接触孔内的孔洞中,进而提高了元件 之间电性能。


图1A至图1C是现有技术形成通孔金属连接的示意图。 图2是本发明形成通孔金属连接的第一实施例流程图。 图3A至图3F是本发明形成通孔金属连接的第一实施例示意图。 图4是本发明形成通孔金属连接的第二实施例流程图。 图5A至图5F是本发明形成通孔金属连接的第二实施例示意图。
具体实施例方式
近年来,随着半导体集成电路制造技术的发展,集成电路中所含元件的 数量不断增加,元件的尺寸也因集成度的提升而不断地缩小,线的宽度也越 来越窄,因此对于良好线路连接的需求也越来越大。同时,因为双镶嵌结构 能避免重迭误差以及解决现有金属工艺的限制,双镶嵌制程便被广泛地应用
在半导体制作过程中而提升元件可靠度。因此,双镶嵌制程已成为现今金属 导线连结技术的主流。本发明采用双镶嵌结构来提高元件之间电性能。为使 本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明 的具体实施方式
做详细的说明。
图2是本发明形成通孔金属连接的第一实施例流程图。如图2所示,执 行步骤S201在金属层上形成氧化硅层;S202在氧化石圭层上形成图案化第一光 阻层;S203以第一光阻层为掩膜,蚀刻氧化硅层至露出金属层,形成接触孔; S204去除第一光阻层;S205在氧化硅层形成抗反射层,且抗反射层填充满接 触孔;S206在抗反射层上形成图案化第二光阻层;S207以第二光阻层为掩膜, 蚀刻抗反射层和氧化硅层,形成开口宽度大于等于500nm的沟槽,与接触孔 连通构成通孔;S208去除第二光阻层和抗反射层;S209在通孔内填充满金属。
图3A至图3F是本发明形成通孔金属连接的第 一实施例示意图。如图3A所 示,首先,用物理气相沉积法在金属层20表面形成阻挡层22,阻挡层22的材 料为钛和氮化钛;用物理气相沉积法在阻挡层22上形成氧化硅层24。
如图3B所示,用旋涂法在氧化硅层24上形成第一光阻层26,经过曝光显 影工艺后,在第一光阻层26上形成第一开口图形;以第一光阻层26为掩膜, 用等离子体蚀刻法蚀刻氧化硅层24至阻挡层22,形成接触孔27。
如图3C所示,用灰化和湿法蚀刻法去除第一光阻层26;用旋涂法在氧化 硅层24形成厚度为200nm 500nm的抗反射层28,且抗反射层28填充满接触孔 27;用化学机械抛光法平坦化抗反射层28。
如图3D所示,用旋涂法在抗反射层28上形成第二光阻层30,经过曝光显 影工艺后,在第二光阻层30上形成第二开口图形;以第二光阻层30为掩膜, 用等离子体蚀刻法蚀刻抗反射层28和氧化硅层24,形成沟槽31 。
如图3E所示,用灰化和湿法蚀刻法去除第二光阻层30和抗反射层28,沟 槽31和接触孔27构成通孔29。
如图3F所示,用物理气相沉积法或化学气相沉积法在氧化硅层24上形成 金属钨层32,并将金属鴒层32填充满通孔29,形成通孔鴒塞;用化学机械抛 光法研磨金属鴒层32至露出氧化硅层24。
本实施例中,金属层20的厚度为200nm 1000nm,具体厚度例如200 nm、 300 nm、 400 nm、 500 nm、 600 nm、 700 nm、 800 nm、 900 nm或1000 nm;阻 挡层22的厚度为16 nm 80 nm,具体厚度为16nm、 20 nm、 30nm、 40nm、 50 nm、 60 nm、 70 nm或80 nm;氧化硅层24的厚度为300 nm 1200 nm,具体厚 度例如300 nm、 400 nm、 500 nm、 600 nm、 700 nm、 800 nm、 900 nm、 1000 nm、 1100 nm或1200 nm。
本实施例中,接触孔27的开口宽度为60nm 350nm,具体例如60nm、 100nm、 150nm、 200nm、 250nm、 300nm或350nm;沟槽31的开口宽度为 500nm 1000nm,具体例如500nm、 600nm、 700um、 800nm、 900nm或1000nm。 沟槽31深度为氧化珪层24厚度的1/10 1/2。
本实施例中,抗反射层28的厚度具体例如200nm、 300nm、 400nm或 500nm。
本实施例中,由于接触孔27的开口宽度较小,为60nm 350nm,所以在 向通孔29中沉积金属鴒层32时很容易在接触孔27中出现如图3F所示的孔 洞33;而沟槽31的开口宽度比较大,为500nm 1000nm,所以向通孔29中 沉积金属鴒层32时,不会在沟槽31中出现孔洞;因此在对金属钨层32研磨 后,接触孔27中的孔洞33不会露出金属鴒层32表面。
图4是本发明形成金属通孔的第二实施例流程图。如图4所示,执行步骤 S301在金属层上形成氧化硅层;S302在氧化硅层上形成图案化第一光阻层;S303以第一光阻层为掩膜,蚀刻氧化硅层,形成开口宽度大于等于500nm的沟 槽;S304去除第一光阻层;S305在氧化硅层形成抗反射层,且抗反射层填充 满沟槽;S306在抗反射层上形成图案化第二光阻层;S307以第二光阻层为掩 膜,蚀刻抗反射层和氧化硅层至露出金属层,形成接触孔,与沟槽连通构成 通孔;S308去除第二光阻层和抗反射层;S309在通孔内填充满金属。
图5A至图5E是本发明形成金属通孔的第二实施例示意图。如图5A所示, 首先,用物理气相沉积法在金属层40表面形成阻挡层42,阻挡层42的材料为 钛和氮化钛;用物理气相沉积法在阻挡层42上形成氧化硅层44。
如图5B所示,用旋涂法在氧化硅层44上形成第一光阻层46,经过曝光显 影工艺后,在第一光阻层46上形成第一开口图形;以第一光阻层46为掩膜, 用等离子体蚀刻法蚀刻氧化硅层44,形成沟槽47。
如图5C所示,用灰化和湿法蚀刻法去除第一光阻层46;用旋涂法在氧化 硅层44形成厚度为200nm 500nm的抗反射层48,且抗反射层48填充满接触孔 47,抗反射层48用以防止后续曝光工艺对下面膜层的破坏;用化学机械抛光 法平坦化抗反射层48。
如图5D所示,用旋涂法在抗反射层48上形成第二光阻层50,经过曝光显 影工艺后,在第二光阻层50上形成第二开口图形;以第二光阻层50为掩膜, 用等离子体蚀刻法蚀刻抗反射层48和氧化硅层44至阻挡层42,形成接触孔51。
如图5E所示,用灰化和湿法蚀刻法去除第二光阻层50和抗反射层48,沟 槽47和接触孔51构成通孔49。
如图5F所示,用物理气相沉积法或化学气相沉积法在氧化硅层44上形成 金属鴒层52,并将金属钨层52填充满沟槽和接触孔;用化学机械抛光法研磨 金属鴒层52至露出氧化硅层44。
本实施例中,金属层40的厚度为200nm 1000nm,具体厚度例如200 nm、 300 nm、 400 nm、 500 nm、 600 nm、 700 nm、 800 nm、 900 nm或1000 nm;阻 挡层42的厚度为16nm 80nm,具体厚度为16nm、 20 nm、 30nm、 40nm、 50 nm、 60 nm、 70 nm或80 nm;氧化硅层44的厚度为300 nm 1200 nm,具体厚 度例如300 nm、 400 nm、 500 nm、 600 nm、 700 nm、 800 nm、 900 nm、 1000 nm、 1100 nm或1200 nm。
本实施例中,接触孔51的开口宽度为60nm 350nm,具体例如60nm、 100nm、 150nm、 200nm、 250nm、 300nm或350nm;沟槽47的开口宽度为 500nm 1000nm,具体例如500nm、 600nm、 700um、 800nm、 900nm或1000nm。 沟槽47深度为氧化硅层44厚度的1/10-1/2。
本实施例中,抗反射层48的厚度具体例如200nm、 300nm、 400nm或 500亂
本实施例中,由于接触孔51的开口宽度较小,为60nm 350um,所以在 向通孔49中沉积金属鸫层52时很容易在接触孔51中出现如图5F所示的孔 洞53,而沟槽47的开口宽度比较大,为500nm 1000nm,所以向通孔49中 沉积金属鵠层52时,不会在沟槽47中出现孔洞;因此在对金属钨层52研磨 后,接触孔51中的孔洞53不会露出金属鴒层52表面。
本发明虽然以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何 本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做出可能的变动和 修改,因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种改善通孔金属连接缺陷的方法,其特征在于,包括下列步骤在金属层上形成氧化硅层;在氧化硅层上形成图案化第一光阻层;以第一光阻层为掩膜,蚀刻氧化硅层至露出金属层,形成接触孔;去除第一光阻层;在氧化硅层形成抗反射层,且抗反射层填充满接触孔;在抗反射层上形成图案化第二光阻层;以第二光阻层为掩膜,蚀刻抗反射层和氧化硅层,形成开口宽度大于等于500nm的沟槽,与接触孔连通构成通孔;去除第二光阻层和抗反射层;在通孔内填充满金属。
2. 根据权利要求l所述的改善通孔金属连接缺陷的方法,其特征在于沟槽的 开口宽度为500nm 1000nm。
3. 根据权利要求2所述的改善通孔金属连接缺陷的方法,其特征在于沟槽的 深度为氧化硅层厚度的1/10 1/2。
4. 根据权利要求l所述的改善通孔金属连接缺陷的方法,其特征在于接触孔 的开口宽度为60nm 350nm。
5. 根据权利要求l所述的改善通孔金属连接缺陷的方法,其特征在于在通孔 内填充的金属为钨。
6. —种改善通孔金属连接缺陷的方法,其特征在于,包括下列步骤 在金属层上形成氧化硅层; 在氧化硅层上形成图案化第一光阻层; 以第一光阻层为掩膜,蚀刻氧化硅层,形成开口宽度大于等于500nm的沟槽;去除第一光阻层;在氧化硅层形成抗反射层,且抗反射层填充满沟槽; 在抗反射层上形成图案化第二光阻层;以第二光阻层为掩膜,蚀刻抗反射层和氧化硅层至露出金属层,形成接触 孑L,与沟槽连通构成通孔;去除第二光阻层和抗反射层;在通孔内填充满金属。
7. 根据权利要求6所述的改善通孔金属连接缺陷的方法,其特征在于沟槽的 开口宽度为500nm 1000nm。
8. 根据权利要求7所述的改善通孔金属连接缺陷的方法,其特征在于沟槽的 深度为氧化硅层厚度的1/10 1/2。
9. 根据权利要求6所述的改善通孔金属连接缺陷的方法,其特征在于接触孔 的开口宽度为60nm 350nm。
10. 根据权利要求6所述的改善通孔金属连接缺陷的方法,其特征在于在通孔 内填充的金属为钨。
全文摘要
一种改善通孔金属连接缺陷的方法,包括下列步骤在金属层上形成氧化硅层;在氧化硅层上形成图案化第一光阻层;以第一光阻层为掩膜,蚀刻氧化硅层至露出金属层,形成接触孔;去除第一光阻层;在氧化硅层形成抗反射层,且抗反射层填充满接触孔;在抗反射层上形成图案化第二光阻层;以第二光阻层为掩膜,蚀刻抗反射层和氧化硅层,形成开口宽度大于等于500nm的沟槽,与接触孔连通构成通孔;去除第二光阻层和抗反射层;在通孔内填充满金属。经过上述步骤,后续沉积的材料,不会陷于通孔内的孔洞中,进而实现提高元件之间电性能。
文档编号G03F7/20GK101196691SQ20061011915
公开日2008年6月11日 申请日期2006年12月5日 优先权日2006年12月5日
发明者洪中山 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
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