[发明专利]一种金属衬垫制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制造方法，特别涉及一种金属衬垫制作方法。

背景技术

目前，在半导体器件部分的器件层制造完成后，为了能够在半导体器件工作时外加电压或电流，需要在器件层上方制作金属互连层，金属互连层结构包括：器件层上方沉积的层间介质、层间介质中刻蚀的通孔和沟槽中填充金属后分别形成的金属线和金属衬垫(pad)。随着半导体制造技术的发展，半导体器件尺寸不断缩小的同时集成度越来越高，金属互连层的个数不断增加，其中最上面一层金属互连层称为顶层金属互连层(top metal)。现有的金属互连层制作工艺流程中普遍用金属铜填充通孔和沟槽，形成金属线和金属衬垫，对于顶层金属互连层中的金属衬垫，由于金属与层间介质界面间应力(stress)产生的空洞缺陷，将会严重影响半导体器件的电性连接，造成可靠性问题。

下面以如图1所示的现有技术的顶层金属互连层的金属衬垫制作工艺流程图，详细说明顶层金属互连层的金属衬垫制作详细步骤。

步骤01，图2为现有技术中顶层金属互连层的金属衬垫制作方法的步骤01的剖面结构示意图，如图2所示，在第一金属互连层100之上依次沉积第一层间介质101和第二层间介质102。

本步骤中，仅以第一金属互连层100为例对现有技术中的顶层金属互连层的制造方法进行说明，所示第一金属互连层100在实际应用中可为任意一层金属互连层。

步骤02，图3为现有技术中顶层金属互连层的金属衬垫制作方法的步骤02的剖面结构示意图，如图3所示，在第二层间介质102之上涂覆第一光阻胶(PR)，并对第一PR进行曝光、显影，从而形成第一光刻图案301。

其中，本步骤中的第一光刻图案301用来定义后续步骤中形成沟槽401的位置和形状。需要注意的是第一光刻图案301对沟槽401的形状定义不仅是开口宽度，还包括沟槽401的几何形状，也就是后续步骤中形成的pad形状。第一光刻图案301露出pad区域的部分第二层间介质102。在现有技术中，在pad的金属铜与第二层间介质102之间界面上，由于不同材料的晶格系数和热膨胀系数差异，界面处不可避免地产生应力，特别地，考虑到pad的形状为长方形或正方形，pad尖角处(corner)的应力最大。因此，为了尽可能地减小应力，需要局部改变pad的形状，具体地，将曝光时所用掩膜板的掩膜图案额外在长方形或正方形的四个角(或者是最靠近via的一个角)上进行45度倒角，使得曝光和显影后的第一光刻图案301在倒角处呈现圆弧，从而在后续步骤中形成具有圆弧角的pad，以此降低原本pad尖角处的应力。在实际应用中，在第一PR之下还涂覆有底部抗反射涂层(BARC)。

步骤03，图4为现有技术中顶层金属互连层的金属衬垫制作方法的步骤03的剖面结构示意图，如图4所示，按照第一光刻图案301对第二层间介质102进行刻蚀，从而形成沟槽401。

步骤04，图5为现有技术中顶层金属互连层的金属衬垫制作方法的步骤04的剖面结构示意图，如图5所示，将第一光刻图案301剥离后涂覆第二PR，对第二PR进行曝光、显影，从而形成第二光刻图案501。

具体来说，主要采用两种方法剥离第一光刻图案301也就是去除PR，第一，采用氧气(O₂)进行干法刻蚀，氧气与PR发生化学反应，可将PR去除；第二，还可采用湿法去胶法，例如，采用硫酸和双氧水的混合溶液可将PR去除。本步骤中，涂覆的第二PR的一部分存在于第二层间介质102之上，第二PR的其他部分填充于沟槽401中。

在实际应用中，在第一PR之下还涂覆有BARC。

其中，第二光刻图案501用来定义后续步骤中的通孔601的开口宽度。

步骤05，图6为现有技术中顶层金属互连层的金属衬垫制作方法的步骤05的剖面结构示意图，如图6所示，按照第二光刻图案501对第一层间介质101进行刻蚀，从而形成通孔601。

步骤06，图7为现有技术中顶层金属互连层的金属衬垫制作方法的步骤06的剖面结构示意图，如图7所示，将第二光刻图案501剥离后，在通孔601和沟槽401中沉积扩散阻挡层701。

本步骤中，光刻胶剥离的方法可参照步骤04中相关的描述。

为了防止在后续步骤中沟槽401和通孔601中所沉积的金属铜落扩散至第一层间介质101和第二层间介质102中，采用物理气相沉积(PVD)工艺沉积扩散阻挡层701。

步骤07，图8为现有技术中顶层金属互连层的金属衬垫制作方法的步骤07的剖面结构示意图，采用PVD工艺在扩散阻挡层701之上沉积铜籽晶层801。