专利名称：半导体器件的金属互连件的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件的金属互连件的制造方法。
背景技术：
金属互连件用作集成电路(ic)中的晶体管之间的相互连接件、电源传
输件和信号传输件。
由于设计规则随着近来半导体器件的高度集成化而减少，从而金属互连 件的宽度变窄、深度变深，即深宽比增加。
发展半导体器件的一项需求是在每个金属互连件层的形成期间最小化 缺陷。
发明内容
本发明实施例提供一种半导体器件的金属互连件的制造方法。 在一个实施例中， 一种半导体器件的金属互连件的制造方法包括以下步 骤在上面具有器件的半导体衬底上形成第一电介质；在该第一电介质上形
成第二电介质和金属层图案；在该第二电介质上形成包围光致抗蚀剂图案的 第一聚合物图案；使用该第一聚合物图案作为掩模而执行蚀刻工艺，以在该 半导体衬底上形成通孔；在形成该通孔后，移除该光致抗蚀剂图案和该第二 聚合物图案；以及通过填充该通孔，形成接触件。
在一个实施例中， 一种半导体器件的金属互连件的制造方法包括以下步 骤在其上具有器件的半导体衬底上形成第一电介质；在该第一电介质上形 成金属层图案；在该金属层图案上形成第二电介质；在该第二电介质上形成 光致抗蚀剂图案，该光致抗蚀剂图案限定多个通孔；形成包围该光致抗蚀剂 图案的第一聚合物图案；通过使用该第一聚合物图案和该光致抗蚀剂图案作
为掩模而蚀刻该第二电介质，以形成所述通孔；在形成所述通孔后，移除该 光致抗蚀剂图案和该第一聚合物图案；以及通过使用导体填充所述通孔，形
4成接触件。
在附图和下文的描述中阐述了一个或者多个实施例的细节。对于本领域 普通技术人员而言，通过说明书、附图和权利要求书，其它的特征是显而易 见的。
本发明由于使用公知技术的氟化氪光刻设备而形成光致抗蚀剂图案，因 此不需要额外的设备来获得尺寸更小的孔。
图1到图8是依据本发明实施例示出金属互连件的示例性制造方法的剖 视图。
具体实施例方式
在下文中，将要参考附图详细描述依据本发明实施例的金属互连件的制 造方法。
应当理解，当一层(或者膜)被指为位于另一层或衬底"上"时，其可 以直接位于另一层或衬底上，也可以存在中间层。
在附图中，层和区域的厚度或者尺寸可以用于使图示清楚。另外，可以 夸大元件大小和元件之间的相对大小，以更好的理解本发明。
图1到图8是依据本发明实施例示出金属互连件的示例性制造方法的剖 视图。
如图1所示，层间电介质20形成在半导体衬底10上，在半导体衬底10 上形成有一个或多个器件，并且金属层图案25形成在层间电介质20上。如 晶体管、二极管、电容、电阻等器件可以形成在半导体衬底10上。介电层 可以包括最下部(lowermost)、保形(conformal)蚀刻停止层(如氮化硅)、 保形缓冲器和/或间隙填充层(如富硅氧化硅(SRO) 、 TEOS (如正硅酸乙 酯和氧通过CVD形成的氧化硅)、未掺杂硅酸盐玻璃(USG)或者上述物 质的混合物)以及体介电层(bulk dielectric layer)(如掺杂硼和/或磷的一个 或多个氧化硅层(BSG、 PSG和/或BPSG))。或者，体介电层可以包括低 k电介质，如氟硅酸盐玻璃(FSG)、碳氧化硅(SiOC)或者氢化碳氧化硅 (SiOCH)，其中任意一种均可以包括位于中间蚀刻停止层(如氮化硅)上方和下方的上部低k介电层和下部低k介电层。介电层还可以包括覆盖层，
如TEOS、 USG、等离子体硅烷(plasma silane)(如由硅和氧组成的二氧化 硅通过等离子体辅助CVD而形成的二氧化硅)或者上述物质的混合物，如 USG或TEOS上的等离子体硅烷的双层(bilayer)或者TEOS上的USG的双层。
通过在层间电介质20上形成金属层并将其图案化，得到金属层图案25。 金属层图案25可包括铝(AO 。
金属层可以包括铝或者铝合金(如具有重量百分比达4%的铜、重量百
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和/或阻挡层(如Ti禾B/或TiN，例如Ti上TiN (TiN-on-Ti)双层)上溅射而 沉积，和/或被现有的粘附件、阻挡件、丘形抑制件(hillock suppression)和 /或抗反射层(antireflective layers)(如Ti、 TiN、 WN、 TiW合金或者上述 物质的混合物，例如Ti上TiN双层或者Ti上TiW双层)覆盖，可通过溅射 或者化学气相沉积(CVD)而形成。
如图2所示，第二介电层30形成在金属层图案25上。第二介电层30 可包括与介电层20相同的层数和/或材料。
然后，如图3所示，光致抗蚀剂图案100形成在电介质30上。
光致抗蚀剂图案100可以包括用于氟化氪(KrF)光刻的抗蚀剂，并且 可对应于金属层图案25之间的区域。然而， 一般来说，光致抗蚀剂图案100 限定了多个通孔，每个通孔暴露出金属层25的一部分。
如图4所示，第一聚合物层40形成在电介质30和光致抗蚀剂图案100 上。第一聚合物层40覆盖了光致抗蚀剂图案100，并且可通过旋转涂覆而形 成。第一聚合物层40包围光致抗蚀剂图案100的顶部和侧部(如侧壁)。
第一聚合物层40可包括热固性(thermosetting)材料。例如，第一聚合 物层40可以由聚亚安酯(polyurethane, PU)、酚醛树脂、三聚氰胺树脂或 醇酸树脂形成，但是并不限于此。某些可根据此处描述的步骤而移除的环氧 树脂也可以是适用的。
如图5所示，第二聚合物层45形成在光致抗蚀剂图案100与第一聚合 物层40之间，以形成第二聚合物层45。
通过在半导体衬底10上的热处理工艺，可在光致抗蚀剂图案100与第一聚合物层40之间形成第二聚合物层，从而得到第二聚合物图案45，其中 半导体衬底10包括光致抗蚀剂图案100和第一聚合物层40。使用温度在90。C 到300。C之间的烘焙工艺，可以执行热处理工艺。由于光致抗蚀剂图案IOO 与第一聚合物层40在热处理工艺期间的反应，从而形成第二聚合物层。
如图6所示，移除位于第二聚合物图案45上的第一聚合物层40。可以 通过显影工艺(developing process)移除第二聚合物图案45上的第一聚合物 层40。
当通过显影工艺移除第一聚合物层40时，并没有移除第二聚合物图案 45。光致抗蚀剂图案100和第二聚合物图案45存留在移除了第一聚合物层 40的半导体衬底10上。此时，第二聚合物图案45包围光致抗蚀剂图案100。
另外，第二聚合物图案45之间的间隔小于光致抗蚀剂图案100之间的 间隔。S卩，光致抗蚀剂图案IOO之间的孔的大小因包围光致抗蚀剂图案100 的第二聚合物图案45的厚度而减小。
如图7所示，使用第二聚合物图案45作为掩模，在半导体衬底IO (更 明确地说，是第二介电层30)上执行蚀刻工艺，以形成暴露金属层图案25 的通孔50。
由于第二聚合物图案45之间的孔的宽度小于光致抗蚀剂图案100之间 的间隔，所以通过蚀刻工艺形成的通孔50的宽度小于光致抗蚀剂图案之间 的间隔。
艮口，在光致抗蚀剂图案IOO (如用于氟化氪(KrF)光刻的抗蚀剂)的形 成期间，可以获得充分的裕度(margin)。通过形成包围光致抗蚀剂图案100 的第二聚合物层，以縮小光致抗蚀剂图案100之间的间隔，就可使得稍后形 成的接触件的大小相对的小。
位于电介质30中的金属互连层70包括金属层图案25和接触件60，中 通过移除光致抗蚀剂图案100和第二聚合物图案45、并填充通孔50以形成 接触件60而获得金属互连层70。通过使用钨(W)填充电介质30中的通孔 50并且执行平坦化工艺，可以形成接触件60。钨可以通过CVD沉积，并且 形成在现有的粘附件和/或阻挡层(如Ti、 TiN和/或TiW，例如Ti上TiN双 层)上。Ti、 TiN和TiW层可以通过CVD或者溅射而沉积。
依据上述半导体器件的金属互连件的制造方法，通过形成第二聚合物层
7以包围光致抗蚀剂图案，可使得稍后形成的接触件的大小比光致抗蚀剂图案 中的间隔或孔小。
另外，在光致抗蚀剂图案的形成期间，可以获得充分的裕度。因此，可 以增加半导体器件的成品率。
另外，由于使用公知技术的氟化氪(KrF)光刻设备而形成光致抗蚀剂 图案，因此不需要额外的设备来获得尺寸更小的孔。
在本说明书中提到的"一个实施例"、"实施例"，"示例性实施例" 等，都意味着结合实施例所描述的特定的特征、结构、或特性被包含在本发 明的至少一个实施例中。在本说明书各处出现的这些词语并不一定都指同--个实施例。此外，当结合任一实施例来描述特定的特征、结构、或特性时， 则认为其落入本领域技术人员可以结合其它的实施例而实施这些特征、结构 或特性的范围内。
虽然以上参考本发明的多个示例性实施例而对实施例进行了描述，但应 理解的是，本领域普通技术人员可以推导出落在此公开原理的精神和范围内 的其它任何变化和实施例。更具体地，可以在此公开、附图以及所附权利要 求书的范围内对组件和/或主题组合安排中的安排进行各种改变与变化。除了 组件和/或安排的改变与变化之外，对本领域技术人员而言，本发明的其他应 用也是显而易见的。
权利要求
1. 一种半导体器件的金属互连件的制造方法，该方法包括如下步骤在其上具有器件的半导体衬底上形成第一电介质；在该第一电介质上形成第二电介质和金属层图案；在该第二电介质上形成包围光致抗蚀剂图案的第一聚合物图案；使用该第一聚合物图案作为掩模而蚀刻，以形成通孔；在形成该通孔后，移除该光致抗蚀剂图案和该第一聚合物图案；以及通过填充该通孔，形成接触件。
2. 如权利要求1所述的方法，其中形成该第一聚合物图案的步骤包括 在该第二电介质上形成光致抗蚀剂图案；在该光致抗蚀剂图案上形成第二聚合物层；通过在该光致抗蚀剂图案与该第二聚合物层之间形成第一聚合物层，形 成该第一聚合物图案；以及移除位于该第一聚合物图案上的该第二聚合物层。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中通过在具有该光致抗蚀剂图案和该 第二聚合物层的该半导体衬底上执行热处理工艺，形成该第一聚合物图案。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中在90 °C到300 °C的温度执行该 热处理工艺。
5. 根据权利要求2所述的方法，其中通过显影工艺移除该第二聚合物层。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中该第二聚合物层包括热固性材料。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中当形成该通孔时，暴露该金属层图案。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中该第一聚合物图案包围该光致抗蚀 剂图案的顶部和侧部。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中该第一聚合物图案是相互间隔开的。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中该光致抗蚀剂图案形成在多个金 属层图案之间的相应区域上。
11. 一种半导体器件的金属互连件的制造方法，该方法包括如下步骤在其上具有器件的半导体衬底上形成第一电介质；在该第一电介质上形成金属层图案； 在该金属层图案上形成第二电介质；在该第二电介质上形成光致抗蚀剂图案，该光致抗蚀剂图案限定多个通孔；形成包围该光致抗蚀剂图案的第一聚合物图案；通过使用该第一聚合物图案和该光致抗蚀剂图案作为掩模而蚀刻该第 二电介质，以形成所述通孔；在形成所述通孔后，移除该光致抗蚀剂图案和该第一聚合物图案；以及 通过使用导体填充所述通孔，形成接触件。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中形成该第一聚合物图案的步骤包括在该光致抗蚀剂图案上形成第二聚合物层；通过加热该光致抗蚀剂图案和该第二聚合物层，在该光致抗蚀剂图案和 该第二聚合物层之间的界面处形成该第一聚合物图案；以及 移除存留的该第二聚合物层。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中该光致抗蚀剂图案和该第二聚合 物层是在90。C到300。C的温度加热的。
14. 根据权利要求12所述的方法，其中移除存留的该第二聚合物层的步 骤包括显影该第二聚合物层。
15. 根据权利要求12所述的方法，其中该第二聚合物层包括热固性材料。
16. 根据权利要求11所述的方法，其中形成该通孔以暴露该金属层图案。
17. 根据权利要求11所述的方法，其中该第一聚合物图案包围该光致抗 蚀剂图案的顶部和侧壁。
全文摘要
本发明提供一种半导体器件的金属互连件的制造方法。依据此方法，第一电介质形成在其上具有器件的半导体衬底上，并且第二电介质和金属层图案形成在该第一电介质上。然后，包围光致抗蚀剂图案的第一聚合物图案形成在该第二电介质上，并且通过使用该第一聚合物图案作为掩模而蚀刻，从而通孔形成在该第二电介质中。移除该光致抗蚀剂图案和该聚合物图案，并且通过填充该通孔以形成接触件。本发明可使得稍后形成的接触件的大小比光致抗蚀剂图案中的间隔或孔小，还可在光致抗蚀剂图案的形成期间获得充分的裕度，增加半导体器件的成品率，且无需额外的设备来获得尺寸更小的孔。
文档编号H01L21/768GK101488472SQ20081018535
公开日2009年7月22日 申请日期2008年12月22日 优先权日2007年12月22日
发明者崔光善 申请人:东部高科股份有限公司