[发明专利]凸点下金属层和连接垫层的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及凸点下金属层和连接垫层的形成方法。

背景技术

在制造半导体器件的过程中，金属层常被用作半导体器件的电极和互连线。通常绝缘介质层位于金属层的下方，而绝缘介质层主要用于相邻金属层之间的电隔离。

现有技术公开了一种蚀刻以Al为基体材料最终形成凸点下金属层的方法，提供了一种可以在保持高的刻蚀速率和高刻蚀选择比的同时可以抑制布线层的侧壁刻蚀或图形形状不合格的半导体装置的制造方法。

在专利号为98124176的中国专利中还可以发现更多与上述技术方案相关的信息。

在上述形成凸点下金属层的方法中并未给出如何去除光刻胶层的方法，但是根据半导体常规工艺，通常采用如下步骤进行去除：

如图1A所示，在半导体衬底100上形成有绝缘介质层101和金属层102。在刻蚀金属层102之前，需先在金属层102之上形成光刻胶层103。如图1B所示，对光刻胶层103进行曝光，将掩模板上的凸点下金属层图形转移至光刻胶层103上。接着如图1C所示，以光刻胶层103为掩膜，刻蚀金属层102。最后如图1D所示，用灰化法去除光刻胶层103形成凸点下金属层。

所述绝缘介质层101为聚合物，例如在制造存储器件时，常会使用聚酰亚胺(polyimide)作为绝缘介质层的材料。在上述方案中，在灰化去除光刻胶的过程中，由于绝缘介质层101暴露在外，而绝缘介质层101又有与光刻胶层103同样的刻蚀速率，这直接导致了在金属层102下方有大量的聚酰亚胺损失，严重时甚至形成空洞。由于金属层102本身很薄，如果下方的绝缘介质层101被掏空则会影响金属层结构的稳定性，严重时会造成金属层剥落。

图2给出采用现有技术形成凸点下金属层的电子扫描显微镜(SEM)结果，可以看出凸点下金属层下方的区域20内出现空洞，这主要由于大量的聚酰亚胺在灰化工艺中被去除所致。

此外，在现有技术中连接垫层的形成方法包括去除光刻胶层这一工艺步骤，在去除光刻胶的过程中也会造成金属层下方的绝缘介质层中大量聚酰亚胺的损失。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种凸点下金属层和一种连接垫层的形成方法，防止灰化过程中绝缘介质层的大量损失甚至金属层剥落。

为解决上述问题，本发明提供了一种凸点下金属层的形成方法，包括如下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有金属层、绝缘介质层及位于绝缘介质层中的凹槽，金属层位于绝缘介质层之上以及凹槽内；在金属层之上形成硬掩膜层；在硬掩膜层之上形成光刻胶层，定义出凸点下金属层形状；以光刻胶层为掩膜刻蚀硬掩膜层；去除光刻胶层；以硬掩膜层为掩膜刻蚀金属层；去除硬掩膜层。

所述硬掩膜层与金属层具有不同刻蚀比。硬掩膜层为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或者它们的组合，其厚度为500埃至1000埃。

所述绝缘介质层为聚酰亚胺(polyimide)、苯并环丁烯(BCB)、六甲基二硅胺烷(HMDS)中的一种或者它们的组合。

所述金属层为铝、钨、铜中的一种或者它们的合金。

本发明还提供了一种连接垫层的形成方法，包括如下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有绝缘介质层及位于绝缘介质层中的通孔；在绝缘介质层之上和通孔内形成金属层；在金属层之上形成硬掩膜层；在硬掩膜层之上形成光刻胶层，定义出连接垫层形状；以光刻胶层为掩膜刻蚀硬掩膜层；去除光刻胶层；以硬掩膜层为掩膜刻蚀金属层；去除硬掩膜层。

所述硬掩膜层与金属层具有不同刻蚀比。硬掩膜层为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或者它们的组合，其厚度为500埃至1000埃。

所述绝缘介质层为聚酰亚胺(polyimide)、苯并环丁烯(BCB)、六甲基二硅胺烷(HMDS)中的一种或者它们的组合。

所述金属层为铝、钨、铜中的一种或者它们的合金。

与现有技术相比，上述所公开的技术方案具有以下优点：

上述所公开的凸点下金属层和连接垫层的形成方法中，在金属层上形成硬掩膜层，再在硬掩膜层上形成光刻胶层，并以光刻胶层为掩膜刻蚀硬掩膜层，接着再灰化去除光刻胶层。在灰化过程中，由于绝缘介质层上方具有硬掩膜层的保护，故而解决了灰化过程中绝缘介质层大量损失的问题。再以硬掩膜层为掩膜刻蚀金属层，最后去除硬掩膜层。去除硬掩膜层不会对绝缘介质层造成影响。

附图说明

图1A至图1D是现有技术形成凸点下金属层的结构示意图；

图2是采用现有技术形成凸点下金属层的电子扫描显微镜结果；