专利名称：半导体器件中的金属线及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种制造半导体器件中的金属线的方法，更具体 地，涉及一种半导体器件中的金属线及其制造方法。虽然本发明适 合大范围的应用，但是它尤其适合通过形成金属线而不形成通孔"l妄 触件(via-contact)来防止接触失效(contact failure )。
背景技术：
通常，半导体制造技术中的需求已经集中在获得高度的集成 上。因此，在形成晶体管、位线(bitlines)、电容器等之后，需要
用于在半导体器件中形成多层线诸如用于将器件电连接在一起的 金属线的后处理(post process )以实现尺寸降低、半导体器件的超 大尺寸降低和超高集成。
如实例图1A中所示，在半导体器件的金属线制造方法中，在 半导体衬底l上和/或上方已经形成诸如光电二极管、晶体管、电容 器等的半导体器件之后，在半导体衬底1上和/或上方形成保护层 (protective layer) 2。在实例图1A中，将包括M册电才及G、源极S 和漏极D的MOS晶体管作为半导体器件示出。如实例图IB中所示，通过光刻法来选4奪性地去除保护层以形 成接触孔(contact holes )。在保护层2上和/或上方已经形成阻挡金 属层(barrier metal layer ) 3和金属层(例如，鴒层)4以填充4妄触 孔之后，通过CMP来在每个4妄触孔中形成第一4妄触插塞，该第一 接触插塞包括堆叠在其上和/或其上方的阻挡金属层3和金属层4。
如实例图1C中所示，在保护层2上和/或上方沉积用于形成金 属线的金属物质，并然后图样化该金属物质以形成电连接至第 一接 触插塞的第一金属线5。随后，在第一金属线5上和/或上方形成第 一绝缘隔层(insulating interlayer) 6。由于在第一绝缘隔层6之下 的第一金属线5的阶梯差异(step difference )，形成的第 一绝缘隔层 6的表面可能不平坦。为了平坦化第一绝缘隔层6，可以实施化学 机械抛光(CMP)。
如实例图ID中所示，通过光刻法选4奪性:地去除部分第一绝乡彖 隔层6来在第一金属线5上和/或上方形成4妾触孔。在第一绝^^隔层 6上和/或上方已经形成阻挡金属层7和金属层8以填充形成在第一 绝纟彖隔层6中的4妄触孔之后，通过CMP来在每个"l妾触孔中形成第 二"^妄触插塞，该第二"^妄触插塞包4舌在其上和/或其上方堆叠的阻挡金 属层7和金属层8。随后，通过重复实例图1C和图1D中所示的上 述步骤来形成多层金属线。
如以上描述中所提及，在形成半导体器件的多层金属线的过程 中，在下部金属线上和/或上方沉积绝缘隔层，通过选4奪性地去除绝 缘隔层来形成接触孔，在接触孔内形成接触插塞，以及然后在其上 形成上部金属线。然而，倘若在接触区周围或上的绝缘隔层上和/ 或上方存在微粒物(particles)等，接触孔就不能被形成以充分暴露 下部金属线或者4妄触孔^皮形成以部分暴露下部金属线。因此，如果 不能完全形成接触孔，则使金属线开路(open)以引起半导体器件故障。而且，将增加接触电阻以降低半导体器件的操作速度
(operational speed )。
发明内容
本发明的实施例涉及一种制造半导体器件中的金属线的方法， 该方法用于通过形成金属线而不形成通孔接触件(via-contact)来 防止4妄触失-文。
本发明的实施例涉及一种半导体器件中的金属线及其制造方 法，通过该方法，以在才莫块结构(modular structure )中^寻下部金属 线和上部金属线形成在一起的方式来防止4妄触失效。
本发明的实施例涉及一种半导体器件中的金属线及其制造方 法，通过该方法，可以以在冲莫块结构中将下部金属线和上部金属线 形成在一起的方式来减小金属线的电阻以最大化操作速度。
本发明的实施例涉及一种制造半导体器件中的金属线的方法， 该方法可以包括以下步骤中的至少之一在半导体衬底上和/或上方 形成保护层，在保护层中形成第一接触插塞，在包含第一接触插塞 的衬底上和/或上方顺序形成第一绝纟彖隔层和第一蚀刻阻止层(first etch stopper layer),通过去除第一绝缘隔层和第一蚀刻阻止层来形 成沟槽以暴露第一4妄触插塞，在包括沟槽的衬底上和/或上方沉积金 属层，通过使用蚀刻阻止层蚀刻金属层来在模块结构中同时形成沟 槽中的金属线和从沟槽中突出的第二接触插塞，在包括第二接触插 塞的4于底上和/或上方;咒积第二绝纟彖隔层，以及然后实施CMP直到 暴露第二接触插塞。
本发明的实施例涉及一种半导体器件中的金属线，该半导体器 件可以包含下列中的至少之一在衬底上和/上方的第 一接触插塞；在包括第一接触插塞的衬底上和/或上方顺序堆叠的第一绝缘隔层
和第 一蚀刻阻止层；在第 一绝缘隔层和第 一蚀刻阻止层中的沟槽； 在沟槽中的金属线层，该金属线层包含从沟槽中突出的第二接触插 塞；以及在包括具有第二4妄触插塞的金属线的4十底上和/或上方的第 二绝纟彖隔层。
本发明的实施例涉及一种半导体器件中的金属线，该半导体器 件可以包含下列中的至少之一在衬底上的第一接触插塞；在包括 第一接触插塞的衬底上方的第一绝缘隔层；形成在第一绝缘隔层上 方的第 一蚀刻阻止层；在第 一绝缘隔层和第 一蚀刻阻止层中的沟 槽；沟槽中的金属线，该金属线包括从沟槽中突出的第二接触插塞 以《更金属线和沟冲曹形成为单个本体(single body );以及在包含金属 线和第二接触插塞的衬底上方的第二绝缘隔层。
本发明的实施例涉及一种方法，该方法包括如下步骤中的至少 之一在半导体衬底上方形成保护层；形成贯穿保护层的第一接触 插塞；在包含第一接触插塞的保护层上方顺序形成第一绝缘隔层和 第 一蚀刻阻止层；形成贯穿第一绝缘隔层和第一蚀刻阻止层的沟槽 以暴露第一接触插塞；在包括保护层、第一接触插塞、第一蚀刻阻 止层以及沟纟曹侧壁和底部表面的整个半导体^]"底上方顺序形成第 一阻挡金属层、金属层和第二阻挡金属层；以及然后同时形成沟槽 中的金属线以及形成从金属线延伸并且从沟槽中突出的第二接触 插塞。
因此，根据本发明的实施例，以沉积用于形成金属线的金属层 以及然后选才奪性地蚀刻金属层以在一个本体中同时将金属线和接 触插塞形成在一起的形式来形成多层金属线。因此，防止了金属线 之间的接触失效。并且，使金属线和接触插塞之间的接触电阻最小 化以提高半导体器件的操作速度。
实例图1A到图1D示出了制造半导体器件中的金属线的方法。
实例图2A到图2G示出了才艮据本发明的实施例制造半导体器 件中的金属线的方法。
具体实施例方式
现在将详细地参照才艮据本发明实施方式的形成半导体器件中 的金属线的方法，其实施例在实例附图中示出。在任何可能的地方， 整个实例附图中使用相同的标号以表示相同或相似的部件。
如实例图2A中所示，在半导体衬底11上和/或上方已经形成 诸如光电二极管、晶体管、电容器等的半导体器件之后，在半导体 衬底11上和/或上方沉积保护层12。将包括栅电极G、源极S和漏 极D的MOS晶体管作为半导体器件示出。随后，通过光刻法来选 4奪性地去除保护层12以形成接触孔。在保护层12上和/或上方已经 形成金属层(例如，钨层)以填充接触孔之后，通过CMP在每个 接触孔中形成包括金属层的第一接触插塞13。第一接触插塞13可 以具有阻挡金属层和金属层堆叠在接触孔中的结构。
如实例图2B中所示，在包括第一接触插塞13的保护层12上 和/或上方顺序形成由非纟参杂^^圭酸盐3皮璃(USG)组成的第一绝^彖隔 层14和第一氮化石圭层15。在第一氮化石圭层15上和/或上方形成光 刻胶膜，以及然后通过光刻法来图样化该光刻胶膜以形成第 一光刻 胶图样16,该第一光刻胶图样16暴露与用于形成下部金属线的区 域相对应的部分氮化硅层15。例如，第一光刻胶图样16暴露相应 于部分第一氮化^圭层15的第一区域。布i定将相应于第一4妄触插塞 13的部分第一氮化石圭层15称为第二区域，则第一区域包含第二区域。例如，第一区域包含第二区域并且能够进一步包含第二区域的 ^卩近区i或。
如实例图2C中所示，使用第一光刻胶图样16作为掩膜以选揭， 性地去除第一氮化石圭层15和第一绝缘隔层14的方式来形成沟槽 15-1以暴露第一接触插塞13。然后去除残留的第一光刻胶图样16。 例如，使用第一光刻胶图样16作为掩膜通过蚀刻在所暴露的第一 区域中的第一氮化硅层15以及蚀刻在第一氮化硅层15之下的第一 绝缘隔层14来形成暴露第一接触插塞13的沟槽15-1。
如实例图2D中所示，在包括保护层12、第一接触插塞13、第 一氮〗匕石圭层15以及沟冲曹15-1侧壁和底部表面的整个半导体邱t底11 上和/或上方沉积第一阻挡金属层17。随后，在包括第一阻挡金属 层17的半导体衬底11上的保护层12上沉积用于形成金属线的金 属层18，该金属层18填充沟槽15-1。由于其中形成有沟槽15-1的 第一绝缘隔层14的阶梯差异，所以用于形成金属线的金属层18具 有阶梯差异。例如，在用于形成沟槽15-1的区域中形成的金属层 18的厚度大于在其中没有形成沟槽15-1的第一绝缘隔层14上和/ 或上方形成的金属层18的厚度。随后，在金属层18上和/或上方沉 积第二阻挡金属层19。第二阻挡金属层19具有和金属层18的最上 表面相似的轮廓差异(profile difference )。在第二阻挡金属层19上 和/或上方形成光刻胶膜，以及然后通过光刻法将该光刻胶膜图样化 以在与用于形成第二接触插塞的区域相对应的第二阻挡金属层19 上和/或上方形成第二光刻胶图样20，其中通过暴露剩余部分来形 成第二光刻月交图样20。例如，可以形成第二光刻月交图样20以覆盖 相应于第一接触插塞的一部分第二阻挡金属层19而暴露第二阻挡 金属层19的剩余部分。第一金属阻挡层17和第二金属阻挡层19 的每个都可以由钛(Ti)、氮化钛或其合金中的至少之一形成。用于形成金属线的金属层18可以由铝(Al)、 Al合金、铜(Cu)、 Cu 合金以及Cu-Al合金中的至少之一形成。
如实例图2E中所示，使用第二光刻胶图样20作为蚀刻掩膜， 选择性地去除第二阻挡金属层19、金属层18和第一阻挡金属层17。 使用第一氮化硅层15作为蚀刻阻止层，选择性地蚀刻去除第二阻 挡金属层19、金属层18和第一阻挡金属层17以暴露第一氮化石圭层 15的表面。由于金属层18具有阶梯差异，所以在使用第二光刻胶 图样20作为蚀刻掩膜的蚀刻工艺之后，金属层18通过被嵌入在沟 槽15-1中而残留下来。
如实例图2F中所示，去除第二光刻月交图才羊20，然后在包^fe第 一氮化硅层15、第二阻挡金属层19、金属层18和第一阻挡金属层 17的整个衬底11上和/或上方沉积第二氮化硅层21。随后，在第二 氮^f匕石圭层21上和/或上方沉积第二绝纟彖隔层22。
如实例2G中所示，通过CMP平坦化第二绝缘隔层22来暴露 第二氮化硅层21。然后通过平坦化所暴露的第二氮化硅层21和第 二绝缘隔层22来暴露第二阻挡金属层19。随后，持续平坦化所暴 露的第二阻挡金属层19和第二绝缘隔层22直到暴露用于形成金属 线的金属层18。在沟槽15-1上方形成暴露的金属层18以相应于第 二光刻力交图样20，所暴露的金属层18就是第二4妄触插塞24。随后， 可以通过重复实例图2C和图2G中所示的步-银来形成多层金属线。
尽管本文中描述了多个实施例，j旦是应该理解，本领域^支术人 员可以想到多种其他^修改和实施例，它们都将落入本7>开的原则的 精神和范围内。更特别地，在本公开、附图、以及所附权利要求的 范围内，可以在主题结合排列的排列方式和/或组成部分方面进行各 种^f'f改和改变。除了组成部分和/或排列方面的〗务改和改变以外，可 选的使用对本领域技术人员来说也是显而易见的选择。
权利要求
1. 一种制造半导体器件中的金属线的方法，包括在半导体衬底上方形成保护层；在所述保护层中形成第一接触插塞；在包括所述第一接触插塞的所述半导体衬底上方顺序形成第一绝缘隔层和第一蚀刻阻止层；通过去除所述第一绝缘隔层和所述第一蚀刻阻止层来形成沟槽以暴露所述第一接触插塞；在包括所述沟槽的所述衬底上方形成金属层；通过蚀刻所述金属层，同时形成所述沟槽中的金属线和形成从金属线中延伸并且从所述沟槽中突出的第二接触插塞；在包括所述第二接触插塞的所述衬底上方沉积第二绝缘隔层；以及然后实施CMP直到暴露所述第二接触插塞。
2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括在同时形成所述金属 线和所述第二4妄触插塞之后形成第二蚀刻阻止层。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一和第二蚀刻阻止 层包含氮化石圭层。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述沟槽中的所述金属层 被形成厚于在所述第一绝缘隔层上方的所述金属层。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述金属层包括顺序 堆叠第一阻挡金属层、金属线层和第二阻挡金属层。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一和第二阻挡金属 层由从由钬、氮化钛及其合金组成的组中选出的 一种来形成。
7. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述金属线层由从由铝(Al)、 Al合金、铜(Cu)、铜合金以及Cu-Al合金组成的组 中选出的一种来形成。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述沟槽包括在所述蚀刻阻止层上方形成第一光刻胶图样以暴露第一 区域；使用所述第 一光刻胶图样作为蚀刻掩膜来蚀刻所述蚀刻 阻止层和所述第一绝缘隔层；以及然后去除所述第 一光刻胶图样，其中，所述第一区域包括相应于所述第一接触插塞的第 二区域以及与所述第二区域相邻的区i或。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中，同时形成所述金属线和所 述第二接触插塞包括形成覆盖与用于形成所述第二4妄触插塞的区域相对应的 所述金属层的区域的第二光刻胶图样以暴露剩余的所述金属 层；以及然后通过使用所述第二光刻胶图样作为掩膜蚀刻所述金属层 以暴露所述蚀刻阻止层来形成所述第二接触插塞。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中，形成所述第二光刻胶图样 包括形成覆盖与所述第一接触插塞相对应的所述金属层的区 域的所述第二光刻胶图样以暴露所述金属层的剩余区域。
11. 一种半导体器件，包括第一接触插塞，在衬底上；第一绝纟彖隔层，在包括所述第一4妄触插塞的所述衬底上方；第一蚀刻阻止层，形成在所述第一绝纟彖隔层上方；沟槽，在所述第一绝^^隔层和所述第一蚀刻阻止层中；金属线层，在所述沟槽中，所述金属线层包括金属线， 所述金属线包括从所述沟槽中突出的第二接触插塞，其中，所 述金属线和所述沟槽形成为单个本体；以及第二绝缘隔层，在包括所述金属线和所述第二接触插塞 的戶斤述^]r底上方。
12. 根据权利要求11所述的半导体器件，其中，所述第一蚀刻阻 止层包括氮化石圭层。
13. 根据权利要求11所述的半导体器件，其中，所述金属线层包 括第一阻挡金属层和堆叠在所述第一阻挡金属层上的金属层。
14. 根据权利要求11所述的半导体器件，进一步包括在所述金属 线层和所述第二绝缘隔层之间的第二阻挡金属层。
15. 根据权利要求14所述的半导体器件，其中，所述第一和第二 阻挡金属层由/人由钬、氮化钬及其合金组成的组中选出的 一种 来形成。
16. 根据权利要求11所述的半导体器件，其中，所述金属线由从 由铝(Al)、 Al合金、铜(Cu)、 Cu合金以及Cu-Al合金组成 的组中选出的一种来形成。
17. 根据权利要求11所述的半导体器件，其中，所述第一绝缘隔 层包括非掺杂硅酸盐玻璃(USG)。
18. 根据权利要求11所述的半导体器件，其中，所述第一蚀刻阻 止层包括氮化石圭。
19. 一种方法，包4舌在半导体衬底上方形成保护层；形成贯穿所述保护层的第 一接触插塞；在包括所述第一接触插塞的所述保护层上方顺序形成第 一绝缘隔层和第一蚀刻阻止层；形成贯穿所述第一绝缘隔层和所述第一蚀刻阻止层的沟 槽以暴露所述第 一接触插塞；在包括所述保护层、所述第一接触插塞、所述第一蚀刻 阻止层以及所述沟冲曹侧壁和底部表面的所述整个半导体坤于底 上方顺序形成第一阻挡金属层、金属层和第二阻挡金属层；以 及然后同时形成所述沟槽中的金属线和形成/人所述金属线中延 伸并从所述沟槽中突出的第二接触插塞。
20. 根据权利要求19所述的方法，其中，所述金属线和所述第二 接触插塞由从由铝(Al)、 Al合金、铜(Cu)、 Cu合金以及 Cu-Al合金组成的组中选出的 一种来形成。
全文摘要
一种半导体器件中的金属线及其制造方法，该半导体器件包括在衬底上的第一接触插塞；在包括第一接触插塞的衬底上方的第一绝缘隔层；形成在第一绝缘隔层上方的第一蚀刻阻止层；在第一绝缘隔层和第一蚀刻阻止层中的沟槽；沟槽中的金属线，该金属线包括从沟槽中突出的第二接触插塞，其中，金属线和沟槽形成为单个本体；以及在包括金属线和第二接触插塞的衬底上方的第二绝缘隔层。
文档编号H01L23/52GK101419935SQ200810171198
公开日2009年4月29日 申请日期2008年10月24日 优先权日2007年10月25日
发明者李熙培 申请人:东部高科股份有限公司