专利名称：半导体器件的金属线路图案及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的金属线路图案以及该金属线路的制造方法。
背景技术：
通常，采用硅衬底制造的半导体器件包括用于储存和处理数据的单元以 及用于将信号输入该单元或从该单元输出信号的线路图案。由于铝和铝合金 具有极好的导电率、对氧化物层极高的附着力、以及相对简单的工艺，它们 最广泛的用于半导体器件中的线路图案的制造工艺。
在典型的金属线路图案形成方法中，在衬底上形成金属层，并且在该金 属层上形成钝化层以防止该金属层被氧化。在该钝化层上形成光致抗蚀剂图 案，并且用该光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模来蚀刻该钝化层和该金属层以形 成金属线路图案。
然而，由于用于该金属线路图案的设计规则最近被明显的减弱了，因此 频繁发生用于形成该金属线路图案的光致抗蚀剂图案的对准错误。有必要将 光致抗蚀剂图案在该金属层之上/上方精确的对准。
当该光致抗蚀剂图案未对准时，用氧等离子体或蚀刻剂移除该光致抗蚀 剂图案，并且在该金属层上形成新的光致抗蚀剂图案。然而，当在该金属层 上重新形成新的光致抗蚀剂图案时，在该钝化层上也形成氧化物层。尤其是，
当该钝化层由Ti或TiN形成时，在该钝化层上形成了不需要的氧化物层。 在钝化层的氧化物层上形成六甲基二硅氮烷(Hexamethyl disilazane， HMDS)。这样，由于该氧化物层的不均匀性，该HMDS不均匀的形成在该 钝化层之上或上方。结果，当在上面具有氧化物层的钝化层上重新形成光致 抗蚀剂图案时，在蚀刻该金属层前，该新的光致抗蚀剂图案会塌陷(或向旁 边倒下)。这导致不会精确形成该金属线路图案。
发明内容
在本发明的实施例中， 一种半导体器件的金属线路图案的形成方法包 括在半导体衬底上形成初步结构，该初步结构具有下部阻挡金属层、金属 层、和其上的具有第一厚度的上部阻挡层和/或钝化层(下文中，该"钝化层")； 移除该钝化层的上表面使得该钝化层具有第二厚度(通常小于该第一厚度)； 在上表面被移除的钝化层上任意形成次钝化层；在该钝化层或次钝化层(下 文中，该"(次)钝化层")上形成附着力增强层；在该附着力增强层上形 成光致抗蚀剂图案；以及采用该光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模蚀刻该初步结 构，形成金属线路图案结构。
在另一个实施例中，半导体器件的金属线路包括图案化铝线路，位于 半导体衬底上；钝化层，位于该铝线路上，包括Ti并具有100A至300A的 厚度，以及次钝化层，位于该钝化层上。
结合附图的检查以及下面详细的说明书，其它系统、方法、特征和优点 将是，或将变成，对于本领域技术人员是显而易见的。该部分中没有对权利 要求做出限制的内容。下面结合多个实施例讨论进一步的方面和优点。
图1是剖面图，示出根据本发明实施例的形成在半导体衬底上的初步金 属线路结构。
图2是剖面图，示出根据本发明实施例的形成在钝化层上的氧化物层。
图3是剖面图，示出描述图2的氧化物层的移除。
图4是剖面图，示出形成在图3的钝化层上的次钝化层。
图5是剖面图，示出通过图案化图4的初步金属线路结构而形成的金属 线路结构。
图6是流程图，示出根据本发明的金属线路结构的示例性制造工艺。
具体实施例方式
对于本发明的实施例详细设定附图标记，在附图中描述它们的示例。
图1至图5是描述根据本发明的多个实施例的金属线路图案的形成方法 的剖面图。
图1是剖面图，示出形成在半导体衬底上的初步金属线路结构。参见图1，在半导体衬底10上形成下部阻挡金属层20、金属层30、上部金属层40、 和钝化层50以确定初步金属线路结构。然而，在本发明中该上部金属层40 不是必需的。
下部阻挡金属层20例如，通过化学气相沉积(CVD)法形成。该下部 阻挡金属层20包括Ti、 TiN或它们的双层(例如，Ti上的TiN)。可选择 的，该下部阻挡金属层20可以包括含有Ti的材料或实质上由含有Ti的材料 构成。
该金属层30例如通过物理气相沉积(例如，溅射)形成。在各种实施 例中，该金属层30包括或实质上由铝或铝合金(例如，其中含0.5至4wt.。/。 的Cu的铝；其中含0.1至2wt,n/。的Ti和/或Si的铝)构成。
上部金属层40例如通过CVD或PVD (例如，溅射)法形成。该上部金 属层20包括或实质上由Ti、 Ta或Hf构成，其能促进钝化层50对于金属层 30的附着性和/或减小各层之间的欧姆接触。
在该上部金属层40上形成该阻挡层和/或钝化层50，以保护该上部金属 层40、该金属层30、和该下部阻挡金属层20。该阻挡层和/或钝化层50也 可以减小或防止金属层30和覆盖氧化物(overlying oxide)之间的原子扩散， 和/或抑制金属层30中的小丘(hillocks)的形成。在这个实施例中，该钝化层 50具有厚度Tl并且包括或实质上由金属氮化物例如TiN、 WN、 MoN、 TaN、 HfN等，或者金属合金例如TiW (例如，以30: 70左右的原子比包含Ti和 W)构成。
为了通过图案化钝化层50、上部金属层40、金属层30、和下部阻挡金 属层20形成金属线路图案，在该钝化层50上形成附着力增强层(未示出)。 该附着力增强层包括或实质上由例如HMDS构成。
在该附着力增强层上形成光致抗蚀剂膜(未示出)。该光致抗蚀剂膜可 以，例如通过旋涂(spin coating)来形成。
在形成该光致抗蚀剂膜之后，通过包括曝光(例如，经光掩模照射)和 显影工艺的光刻方法将该光致抗蚀剂膜图案化，从而在附着力增强层上形成 光致抗蚀剂图案64。
然而，由于金属线路之间的设计规则的减少，光致抗蚀剂图案64的线 路之间的间隙可以变化，由此该光致抗蚀剂图案64可以偏离预定位置。图l显示用于该光致抗蚀剂图案的目标位置62。
当光致抗蚀剂图案64未对准时，从钝化层50移除该光致抗蚀剂图案64 并且在该钝化层50上形成新的光致抗蚀剂图案64。这样，通过湿法蚀刻或 干法蚀刻(例如，用含氧等离子体)移除该未对准的光致抗蚀剂图案64。
图2是剖面图，示出钝化层50上的氧化物层55。
参见图2，当通过蚀刻剂或氧等离子体移除该光致抗蚀剂图案64时，在 该钝化层50上形成氧化物层55。例如，该氧化物层55包括氧化的氮化钛(例 如，它可以是或者包括TiON层)。由于该未对准的光致抗蚀剂图案64保护 该钝化层50的某些部分在暴露于湿法蚀刻(其可以包括氧化剂，例如过氧 化氢、臭氧、硝酸、硫酸等)或者含氧等离子体(例如，其可以包括氧自由 基源(oxygen radical source)，例如双氧和/或臭氧)时不被立即氧化，该氧 化物层55的表面是不均匀的。
图3是描述图2的氧化物层55的移除工艺的剖面图。 参见图3，通过干法或湿法蚀刻工艺毯覆蚀刻(blanket-etched)该氧化 物层55。当未移除该氧化物层55时，该附着力增强层(例如，HMDS)不 会均匀的沉积在该氧化物层55上，由此，形成在该氧化物层55上的新的光 致抗蚀剂图案附着不好(并且可能倒向一旁)。因此，在这个实施例中，移 除该氧化物层55。
移除该氧化物层55之后， 一般也与该氧化物层55 —起部分移除该钝化 层50，以便防止该氧化物层55保留在该钝化层50上。因此，如图3所述的 钝化层52的厚度T2小于图1所述的钝化层50的厚度Tl。在这个实施例中， 钝化层52的厚度T2在从100A至300A的范围内。
然而，当如上述减小该钝化层52的厚度时，该钝化层52可能失去其一 个或一个以上的功能。在这种情况下，可能损伤或擦伤(例如，通过外部碰 撞)该钝化层52下方的多个层。然而，在另一个实施例中，该钝化层52具 有足够的厚度(例如，大于300 A，优选至少400 A)去提供预定水平的功 能(例如，防止原子从相邻层扩散，防止小丘，减小反射[例如，提供减反射 功能]，等)。在这种情况中，该附着促进或增强层(例如，HMDS或其它 光致抗蚀剂附着促进物)能够直接沉积在该相对薄的钝化层52上。
图4是形成在图3的钝化层52上的次钝化层53的剖面图。
参见图4，为了增强由于厚度的减小造成功能损失的钝化层52的功能， 在该钝化层52上形成次钝化层53。在这个实施例中，该次钝化层53的材料 与钝化层52的材料一样。可选择的，该次钝化层53的材料可以不同于钝化 层52的材料。在这个实施例中，该次钝化层53包括在此提及的作为钝化层 和/或阻挡层的TiN、 TaN、 HfN、 TiW或其它材料。
在这个实施例中，该次钝化层53和钝化层52的厚度的总和与图1所述 的钝化层50的厚度T1完全相同。可选择的，该钝化层50的厚度T1可以是 相对高的(例如，从大于500A至卯0A左右，优选从600 A左右至850 A 左右)，使得移除该氧化物层55导致了具有该钝化层的目标厚度的相对薄 的钝化层52。
在形成该次钝化层53之后，在该次钝化层53的整个表面上形成附着力 增强层60 (或者附着促进物)。该附着力增强层60包括或实质上由HMDS 构成。在该次钝化层53上非常均匀的形成该附着力增强层60。之后，在该 附着力增强层60的整个表面上形成光致抗蚀剂膜并且图形化该光致抗蚀剂 膜以形成光致抗蚀剂图案66。
图5是剖面图，示出通过图案化图4的初步结构形成的金属线路结构。
参见图5，用图4中所述的光致抗蚀剂图案66作为蚀刻掩模将图1所述 的用于金属线路的初步结构图案化，以形成金属线路图案结构，其包括下部 阻挡金属图案25、金属图案35、上部阻挡金属图案45、钝化层图案52a、 和次钝化图案53a。在形成金属线路图案之后，移除该光致抗蚀剂图案66， 在这期间移除该附着力增强层60。
图6是根据本发明的金属线路结构的示例性制造工艺的流程图。在步骤 110中，通过在此所述的灰化(ashing)或湿法蚀刻移除光致抗蚀剂图案(其 未对准或者其已经塌陷或部分倒塌)。然后，如此所述，在步骤120中移除 形成在钝化层(例如，TiN)表面的任何氧化物。如果该钝化层需要二次加 工(例如，对于提供一个或一个以上预定功能是不够厚的；见判定单元130)， 然后在步骤140中增加次钝化层，并且在步骤150中在该次钝化层上沉积附 着促进层(例如，HMDS)。如果该钝化层对于进一步的工艺是足够厚的， 这时不需要二次加工(见判定单元130)，并且在步骤150中，该附着促进 层(例如，HMDS)直接沉积在已移除氧化物的钝化层上。
根据本发明，由于随后通过在其上形成次钝化层增强在该光致抗蚀剂图 案的二次加工工艺期间损伤的钝化层，而形成极好的(并且更加对准的)金 属线路图案结构。
在此所述的多个实施例的描述旨在提供各种实施例的结构的一般性理 解。该描述不想作为采用在此说明的结构或方法的装置和系统的单元和特性 的完全的说明。在回顾该公开后，多个其它实施例对于本领域技术人员是显 而易见的。可以从该公开中获得和导出其它实施例，从而可以进行结构性的 和逻辑性的替换和改变而不偏离该公开的范围。可选择的，该描述仅仅是代 表性的而不限制范围。该描述中的某些部分可以放大，同时其它部分可以縮 小。因此，将公开和附图看做描述性的而不是限制性的。上述公开的主题考 虑为描述性的，而不是限制性的，并且所附权利要求意图覆盖所有落入本发 明的实际精神和范围之内的修改、增加、和其它实施例。
权利要求
1.一种金属线路图案的制造方法，包括在半导体衬底上形成初步结构，该初步结构具有下部阻挡金属层、金属层、和具有第一厚度的上部阻挡层和/或钝化层；移除该上部阻挡层和/或钝化层的上表面，使得该上部阻挡层和/或钝化层具有第二厚度；在具有第二厚度的该上部阻挡层和/或钝化层上形成次钝化层；在该次钝化层上形成附着力增强层；在该附着力增强层上形成光致抗蚀剂图案；以及采用该光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模蚀刻该初步结构，形成金属线路图案。
2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括，在移除该上部阻挡层和/ 或钝化层的上表面之前，在该钝化层上形成氧化物层。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中通过移除未对准的光致抗蚀剂图 案，在该初步结构上形成该氧化物层。
4. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括，在移除该上部阻挡层和/ 或钝化层的上表面之前，移除形成在该初步结构上的初步光致抗蚀剂图案。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中该次钝化层具有相应于第一和第 二厚度之差的厚度。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中该附着力增强层包括六甲基二硅 氮烷。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中该下部阻挡金属层和该上部阻挡 层和/或钝化层中的每个包括Ti或TiN。
8. 根据权利要求2所述的方法，其中该氧化物层包括TiON。
9. 根据权利要求2所述的方法，其中该氧化物层的厚度从50A至 150A。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中该第二厚度从100A至300A。
11. 根据权利要求3所述的方法，其中采用含氧等离子体或蚀刻剂移除该光致抗蚀剂图案。
12. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括，在形成该金属线路图案之后，移除该光致抗蚀剂图案和该附着力增强层。
13. 根据权利要求1所述的方法，其中该上部阻挡层和/或钝化层包括上 部阻挡层和钝化层。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中该上部阻挡金属层包括Ti、 Ta 或Hf。
15. 根据权利要求13所述的方法，其中该上部阻挡金属层包括Ti。
16. 根据权利要求13所述的方法，其中该钝化层包括TiN、 TaN、 HfN、 丽、MoN或TiW。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中该钝化层包括TiN。
18. 根据权利要求15所述的方法，其中该钝化层包括TiN。
19. 一种金属线路图案，位于半导体衬底上，包括 铝；钝化图案，位于该铝之上，包含Ti、 Ta、 Hf、 Mo或W并且具有100A 至300A的厚度；以及次钝化图案，位于该钝化图案上。
20. 根据权利要求19所述的金属线路图案，进一步包括 下部阻挡金属图案，包含Ti，位于该铝和该半导体衬底之间；以及 上部阻挡金属图案，包含Ti、 Ta或Hf，位于在该铝和该钝化图案之间。
全文摘要
本发明提供了一种用于半导体器件的金属线路图案的形成方法。该方法包括，在半导体衬底上形成初步结构，其具有下部阻挡金属层、金属层、和具有第一厚度的上部阻挡层和/或钝化层；移除该钝化层的上表面，使得该钝化层具有第二厚度；在该钝化层上形成次钝化层；在该次钝化层上形成附着力增强物和光致抗蚀剂图案；以及通过采用该光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模蚀刻该初步结构形成金属线路图案。
文档编号H01L21/70GK101197315SQ20071019883
公开日2008年6月11日 申请日期2007年12月7日 优先权日2006年12月7日
发明者白寅喆 申请人:东部高科股份有限公司