[发明专利]金属互连层的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种金属互连层的制作方法。

背景技术

目前，在半导体器件的后段(BEOL，back-end-of-line)工艺中，可根据不同需要在半导体衬底上生长多层金属互连层，每层金属互连层包括金属互连线和绝缘层，这就需要在绝缘层上形成沟槽，然后在沟槽内沉积金属，沉积的金属即为金属互连线，一般选用铜作为金属互连线材料。

图1为现有金属互连层的制作方法的流程图。如图1所示，包括以下步骤：

步骤11：在硅片表面沉积绝缘层。

可采用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)等沉积方式。其中，PVD是指利用某种物理过程，例如蒸发或溅射实现物质的转移，即原子或离子由源转移到硅片表面，淀积成薄膜。具体来说，蒸发是指在真空系统中加热蒸发源，使原子获得足够的能量后脱离金属表面的束缚而成为蒸气原子，进而淀积在硅片上；溅射是指在真空系统中充入惰性气体，在高压电场作用下，气体放电形成的离子被强电场加速，轰击靶材料，使靶离子逸出并被溅射到硅片上。而CVD是指将含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及所需其它气体引入反应室，并在硅片表面通过化学反应生成薄膜的过程，淀积的薄膜的厚度与淀积时间成正比。

在实际应用中，可根据需要选择其中的任一方式。通常，淀积绝缘层采用CVD沉积方式。

步骤12：利用光刻工艺在硅片表面形成待刻蚀的图形。

光刻工艺为半导体制造技术中广为应用的一种工艺，其实现过程主要包括：

1)对硅片表面进行清洗、脱水和成膜处理。

清洗包括湿法清洗和去离子水冲洗，以去除硅片表面的污染物，如颗粒、有机物以及工艺残余等；脱水致干烘培在一个封闭腔内完成，以去除硅片表面的大部分水汽；脱水后立即用六甲基二硅胺烷(HMDS)等进行成膜处理，以增强硅片表面的黏附性。

2)在处理后的硅片表面旋涂一层光刻胶。

通常，还需要对旋涂到硅片表面的光刻胶进行软烘处理，以去除光刻胶中的溶剂，从而提高光刻胶对硅片表面的黏附性以及光刻胶的均匀性。

3)依次进行对准、曝光和显影。

将光罩与硅片表面的正确位置对准，对准之后，将光罩和硅片曝光，把光罩上的图形以亮暗的特征转移到涂有光刻胶的硅片上。

显影是在光刻工艺中的一种重要处理方式，可利用显影剂将光刻胶上的可溶解区域溶解，将可见的图形留在硅片表面。

后续，还需要进行坚膜烘培，即显影后的热烘处理，以去除光刻胶中残留的溶剂，进一步提高光刻胶对硅片表面的黏附性。

通过上述1)、2)、3)所示过程，即在硅片表面，具体到本示例中，即在绝缘层上形成了待刻蚀的图形，如图2所示，图2为现有光刻完成后的硅片示意图，其中右侧的图形对应左侧图形中的粗线圆圈标示的区域。

步骤13：在光刻胶的保护下刻蚀沟槽，并在刻蚀完成后，去除剩余的光刻胶。

刻蚀是一种通过物理或化学的方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程；现有工艺中提供了两种刻蚀方式，即干法刻蚀和湿法刻蚀。其中，干法刻蚀是指将硅片表面曝露于等离子体中，使等离子体与硅片表面未被光刻胶保护的区域发生物理或化学反应，从而去除该区域的表面材料；而湿法刻蚀是指将硅片浸泡在一定的试剂溶液中，使没有被光刻胶保护的区域的表面与试剂发生化学反应而被去除。

刻蚀完成后，为了避免对后续工艺造成影响，需要去除硅片表面剩余的光刻胶。具体去除方式不限，比如，可利用二氧化碳(CO₂)来去除光刻胶，具体去除过程如下：将硅片放在反应腔内的静电吸盘上，并向反应腔内输入CO₂，通过电极将输入的CO₂电离为等离子体，之后，电离出的氧离子与光刻胶中的有机成份发生化学反应，生成CO₂等气体排除，以达到去除光刻胶的目的。当然，也可采用其它去除方式，比如利用溶解剂对光刻胶进行清洗。

图3为现有完成刻蚀并去除光刻胶后的硅片示意图。

步骤14：采用电化学镀(ECP)工艺在刻蚀出的沟槽内壁以及硅片表面形成铜电镀层。

本步骤中，利用机械臂将硅片移动到电镀槽的上方，电镀槽的上方设置有一个用于固定硅片的电镀环，即硅片的边缘区域通过电镀环夹住，并通过电镀环连接到阴极；之后，通过机械臂将硅片浸没在电镀槽中的包含有铜离子的电镀液中，一般为硫酸铜，电镀液接阳极；在阴极和阳极之间通电，在电场作用下，形成铜电镀层。

图4为现有形成铜电镀层后的硅片示意图。

步骤15：对硅片边缘区域进行清洗。