互連結(jié)構(gòu)中形成圖案化金屬硬掩膜的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種互連結(jié)構(gòu)中形成圖案化金屬硬掩膜的方法，利用濕法刻蝕在被刻蝕物中間位置刻蝕速率高于被刻蝕物邊緣位置的刻蝕速率的性質(zhì)，對(duì)物理氣相沉積形成的金屬硬掩膜進(jìn)行一次回刻，以得到均勻厚度的金屬硬掩膜層，進(jìn)而使得圖案化后的金屬硬掩膜在晶圓中間位置和邊緣位置具有均勻的厚度，從而避免了現(xiàn)有技術(shù)中由于同一晶圓上金屬硬掩膜的厚度存在差異導(dǎo)致后續(xù)干法刻蝕連接孔時(shí)得不到良好的刻蝕形貌，使后續(xù)填充的導(dǎo)電材料存在空洞，影響半導(dǎo)體器件性能的問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】互連結(jié)構(gòu)中形成圖案化金屬硬掩膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種互連結(jié)構(gòu)中形成圖案化金屬硬掩膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體器件制造技術(shù)飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件已經(jīng)具有深亞微米結(jié)構(gòu)，集成電路中包含大量的半導(dǎo)體元件。在如此大規(guī)模集成電路中，元件之間的高性能、高密度的連接不僅在單個(gè)互連層中互連，而且要在多層之間進(jìn)行互連。因此，通常提供多層互連結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)互連層互相堆疊，并且層間介質(zhì)層置于其間，用于連接半導(dǎo)體元件。常規(guī)的方法一般是利用大馬士革雙鑲嵌工藝在層間介質(zhì)層中形成連接孔(via)和溝槽(trench)，然后用導(dǎo)電材料例如銅(Cu)填充所述連接孔和溝槽。這種互連結(jié)構(gòu)已經(jīng)在集成電路制造中得到廣泛應(yīng)用。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，尤其當(dāng)半導(dǎo)體制造工藝節(jié)點(diǎn)小于45納米后，為了避免互連線之間的寄生電容，通常采用低介電常數(shù)絕緣材料(1wk)作為層間介質(zhì)層，并且使用圖案化的金屬硬掩膜，如氮化鈦?zhàn)鳛槠帘慰涛g層間介質(zhì)層形成連接孔，這是由于使用金屬硬掩膜可以減少層間介質(zhì)層在干法刻蝕形成連接孔過(guò)程中的損傷，并保證層間介質(zhì)層在刻蝕后接觸孔的形貌。
[0004]但是使用金屬硬掩膜同樣存在不可避免的缺陷，在典型的互連結(jié)構(gòu)制作時(shí)，如圖laid所示，包括如下步驟:在布線層10表面沉積層間介質(zhì)層ILD11，其中層間介質(zhì)層ILDll的材料優(yōu)選為低介電常數(shù)絕緣材料，然后在ILD層11上通過(guò)物理氣相沉積(PVD)形成金屬硬掩膜層12，其中，優(yōu)選在ILD層11和金屬硬掩膜層12之間設(shè)置用于防止金屬擴(kuò)散的保護(hù)層13，保護(hù)層13的材料可以是Teos (正硅酸乙酯)，金屬硬掩膜層12的材料優(yōu)選為氮化鈦，在金屬硬掩膜層12表面形成圖案化的光刻膠14 ;利用圖案化的光刻膠14對(duì)金屬硬掩膜進(jìn)行刻蝕，去除圖案化的光刻膠14，形成圖案化金屬硬掩膜12’。在通過(guò)物理氣相沉積形成金屬硬掩膜層12時(shí)由于受物理氣相沉積工藝的限制，對(duì)于整片晶圓而言，位于晶圓中間區(qū)域的金屬硬掩膜層的厚度要高于晶圓邊緣區(qū)域的金屬硬掩膜的厚度，因而形成金屬硬掩膜在不同區(qū)域的高度差，并且在形成圖案化的金屬硬掩膜層后該高度差異依然存在，在后續(xù)工藝中，由于需要以圖案化的金屬硬掩膜作為屏蔽進(jìn)行干法刻蝕形成連接孔，在相同的刻蝕工藝條件下，所述的高度差勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致位于晶圓邊緣區(qū)域的圖案化的金屬硬掩膜的屏蔽作用小于晶圓中間區(qū)域的圖案化金屬硬掩膜的屏蔽作用，使得位于晶圓中間區(qū)域的層間介質(zhì)層在干法刻蝕中形成的連接孔形貌得不到保障，進(jìn)而導(dǎo)致在填充導(dǎo)電材料時(shí)受連接孔形貌影響形成空洞，使得半導(dǎo)體器件的可靠性降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種互連結(jié)構(gòu)中形成圖案化金屬硬掩膜的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中物理氣相沉積形成的金屬硬掩膜在晶圓邊緣區(qū)域與晶圓中間區(qū)域的厚度存在差異，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件可靠性降低的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下:一種互連結(jié)構(gòu)中形成圖案化金屬硬掩膜的方法，包括:
[0007]提供具有布線層的晶圓；
[0008]在布線層表面沉積層間介質(zhì)層，并在層間介質(zhì)層上通過(guò)物理氣相沉積形成金屬硬掩膜層；
[0009]通過(guò)濕法刻蝕回刻部分所述金屬硬掩膜層；
[0010]在剩余的所述金屬硬掩膜層表面形成圖案化光刻膠；
[0011]以圖案化光刻膠作為屏蔽刻蝕剩余的所述金屬硬掩膜層以形成圖案化金屬硬掩膜。
[0012]進(jìn)一步，所述金屬硬掩膜的材料為氮化鈦，所述層間介質(zhì)層的材料為低介電常數(shù)絕緣材料，所述濕法刻蝕劑為過(guò)氧化氫與EKC-575混合溶液、取代胺、雜環(huán)化合物、二甲亞砜、苯并三唑、二甘醇、N- 丁基醚、多羥基烷烴或芳香烴中任意一種或所組成的混合溶液。
[0013]進(jìn)一步，當(dāng)所述濕法刻蝕劑為過(guò)氧化氫與EKC溶液形成體積比為1:2至1:10的混合溶液時(shí)，刻蝕溫度為30°C至50°C。
[0014]采用本發(fā)明所提供的方法，利用濕法刻蝕在被刻蝕物中間位置刻蝕速率高于被刻蝕物邊緣位置的刻蝕速率的性質(zhì)，對(duì)物理氣相沉積形成的金屬硬掩膜進(jìn)行一次回刻，以得到均勻厚度的金屬硬掩膜層，進(jìn)而使得圖案化后的金屬硬掩膜在晶圓中間位置和邊緣位置具有均勻的厚度，從而避免了現(xiàn)有技術(shù)中由于同一晶圓上金屬硬掩膜的厚度存在差異導(dǎo)致后續(xù)干法刻蝕連接孔時(shí)得不到良好的刻蝕形貌，使后續(xù)填充的導(dǎo)電材料存在空洞，影響半導(dǎo)體器件性能的問(wèn)題。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1a?圖1b為現(xiàn)有技術(shù)中形成圖案化硬掩膜的流程結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明一種互連結(jié)構(gòu)中形成圖案化金屬硬掩膜的流程示意圖；
[0017]圖3a?圖3c為本發(fā)明一種互連結(jié)構(gòu)中形成圖案化金屬硬掩膜的工藝流程結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]如圖2所示，本發(fā)明提供了一種互連結(jié)構(gòu)中形成圖案化金屬硬掩膜的方法，包括:
[0020]提供表面形成有布線層的晶圓；
[0021]在布線層表面沉積層間介質(zhì)層，并在層間介質(zhì)層上通過(guò)物理氣相沉積形成金屬硬掩膜層；
[0022]通過(guò)濕法刻蝕回刻部分所述金屬硬掩膜層；
[0023]在剩余的所述金屬硬掩膜層表面形成圖案化光刻膠；
[0024]以圖案化光刻膠作為屏蔽刻蝕剩余的所述金屬硬掩膜層以形成圖案化金屬硬掩膜。[0025]作為本發(fā)明的一種典型的實(shí)施例，以下結(jié)合附圖3a?3c進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0026]如圖3a所示，提供表面形成有布線層20的晶圓，為了顯示本發(fā)明核心內(nèi)容，對(duì)于晶圓上的其他結(jié)構(gòu)未示出；在布線層20表面依次沉積層間介質(zhì)層21和保護(hù)層22，其中，層間介質(zhì)層21的材料優(yōu)選為低介電常數(shù)絕緣材料，保護(hù)層22的材料優(yōu)選為正硅酸乙酯；在保護(hù)層22表面通過(guò)物理氣相沉積形成金屬硬掩膜層23，其中金屬硬掩膜層23的材料優(yōu)選為氮化鈦；由于受物理氣相沉積工藝的限制，如圖3a所示，位于晶圓中間區(qū)域的金屬硬掩膜23的厚度要高于位于晶圓邊緣區(qū)域的金屬硬掩膜23的厚度；
[0027]如圖3b所示，通過(guò)濕法刻蝕回刻部分金屬硬掩膜層23，優(yōu)選使用過(guò)氧化氫與EKC-575溶液的混合物進(jìn)行濕法刻蝕，其中EKC-575溶液為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的用于去除后段制程刻蝕后生成的有機(jī)殘?jiān)镔|(zhì)的溶液，作為可替換的，也可以使用取代胺、雜環(huán)化合物、二甲亞砜、苯并三唑、二甘醇、N- 丁基醚、多羥基烷烴或芳香烴中任意一種或多種替代EKC-575溶液，并起到相同的效果；在本實(shí)施例中，使用過(guò)氧化氫與EKC-575溶液作為濕法刻蝕劑，其中過(guò)氧化氫與EKC-575溶液的體積比為1:2至1:10，其中，優(yōu)選使用體積比為1:4的過(guò)氧化氫與EKC溶液的混合溶液，在溫度為30°C至50°C的條件下進(jìn)行濕法刻蝕，由于濕法刻蝕具有在被刻蝕物中間位置刻蝕速率高于被刻蝕物邊緣位置的刻蝕速率的性質(zhì)，因此，可得到均勻厚度的金屬硬掩膜剩余部分23’ ；
[0028]需要說(shuō)明的是，基于不同的刻蝕劑以及不同的金屬硬掩膜的厚度，對(duì)于刻蝕時(shí)間的選擇，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過(guò)經(jīng)驗(yàn)判斷或有限次的實(shí)驗(yàn)得到適合的刻蝕時(shí)間，但均以均勻化金屬硬掩膜的厚度為目的。
[0029]如圖3c所示，在剩余的金屬硬掩膜層23’表面形成圖案化光刻膠24，以圖案化光刻膠24作為屏蔽刻蝕剩余的金屬硬掩膜層23’以形成圖案化金屬硬掩膜23”，在本實(shí)施例中，圖案化的金屬硬掩膜23”定義了互連結(jié)構(gòu)中的連接孔25的位置。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種互連結(jié)構(gòu)中形成圖案化金屬硬掩膜的方法，包括: 提供表面形成有布線層的晶圓； 在布線層表面沉積層間介質(zhì)層，并在層間介質(zhì)層上通過(guò)物理氣相沉積形成金屬硬掩膜層； 通過(guò)濕法刻蝕回刻部分所述金屬硬掩膜層； 在剩余的所述金屬硬掩膜層表面形成圖案化光刻膠； 以圖案化光刻膠作為屏蔽刻蝕剩余的所述金屬硬掩膜層以形成圖案化金屬硬掩膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬硬掩膜的材料為氮化鈦，所述層間介質(zhì)層的材料為低介電常數(shù)絕緣材料，所述濕法刻蝕劑為過(guò)氧化氫與EKC-575溶液、取代胺、雜環(huán)化合物、二甲亞砜、苯并三唑、二甘醇、N- 丁基醚、多羥基烷烴或芳香烴中任意一種或多種所組成的混合溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述濕法刻蝕劑為過(guò)氧化氫與EKC-575溶液形成體積比為1:2至1:10的混合溶液時(shí)，刻蝕溫度為30°C至50°C。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK103779268SQ201210414625
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月26日
【發(fā)明者】劉煥新 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司