[发明专利]一种金属互连层刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制造方法，特别涉及一种金属互连层刻蚀方法。

背景技术

目前，半导体集成电路(IC)制造主要在硅衬底的晶片(wafer)器件面上生长半导体器件并进行互连。半导体器件制作在器件层中，以金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)器件为例，MOSFET器件的主要结构包括：有源区、源极、漏极和栅极，其中，所述有源区位于硅衬底中，所述栅极位于有源区上方，所述栅极两侧的有源区分别进行离子注入后形成源极和漏极，所述栅极下方具有导电沟道，所述栅极和导电沟道之间有栅极电介质层。根据MOSFET器件的工作原理，必须通过对MOSFET的源极、栅极和漏极分别施加不同的电压实现MOSFET器件的导通和关闭，因此在MOSFET器件的主要结构制作完成后，还要在器件层中制作钨(W)接触(Contact，CT)和钨栓塞(plug)，将MOSFET器件的各部分相互电连接，完成MOSFET器件的器件层工艺。

在MOSFET器件所在的器件层制作完毕后，还要在器件层之上制作金属互连层，由金属互连层为NOSFET器件之间的信号传输提供物理保证。金属互连层的制作称为金属互连层工艺(BEOL)。现有技术中，BEOL通常是指在金属间电介质(IMD)中刻蚀通孔(via)和沟槽(trench)并在其中填充金属形成金属连线和金属衬垫(metal pad)，其中，IMD用于metal pad和金属连线在金属互连层中的电绝缘，由金属连线将不同MOSFET器件的栅极、源极或者漏极连接到同一metal pad。

现有技术的金属互连层制作工艺是先在器件层的钨CT或者钨栓塞上方依次沉积liner和IMD，liner采用氮化硅材料，作为刻蚀通孔的刻蚀停止层，典型的IMD是富硅二氧化硅(SRO)层(用来避免金属互连层中的氟离子往下渗入半导体器件层)、掺有氟离子的硅玻璃(HDP-FSG)层、离子体增强型掺有氟离子的硅玻璃(PE-FSG)层和二氧化硅组成的多层介质的组合。

随着半导体技术的发展IMD更倾向于采用低介电系数(low-k)介质，例如：含碳原子二氧化硅或者黑钻石(Black Diamond，BD)。同时，在刻蚀通孔和沟槽的过程中也普遍开始采用金属硬掩膜技术。

现有技术中将位于钨CT和钨栓塞之上，与金属钨直接形成电连接的金属互连层称为第一金属互连层。图1为现有技术中采用金属硬掩膜的第一金属互连层刻蚀方法步骤流程图，结合图2～图6所示的现有技术中采用金属硬掩膜的第一金属互连层刻蚀的结构简化剖面示意图，说明现有技术中采用金属硬掩膜的第一金属互连层刻蚀方法的具体步骤。

步骤1、图2为现有技术中采用金属硬掩膜的第一金属互连层刻蚀方法的步骤1的剖面结构示意图，如图2所示，在晶片器件面的钨CT 200(或者钨栓塞)上方依次沉积衬垫(liner)层201和IMD 202；

本步骤中，liner层201作为IMD 202中刻蚀通孔刻蚀停止层，通常是氮化硅或者碳化硅；本实施例中的IMD 202是BD。

步骤2、图3为现有技术中采用金属硬掩膜的第一金属互连层刻蚀方法的步骤2的剖面结构示意图，如图3所示，在IMD 202上方依次沉积正硅酸乙酯(tetraethyl orthosilicate，TEOS)层和TiN金属层后，在TiN金属层上涂覆第一光刻胶(PR)后光刻形成第一光刻图案，以第一光刻图案为掩膜刻蚀TiN金属层形成金属硬掩膜304，露出部分TEOS层203；

其中，光刻形成第一光刻图案的过程包括：对第一PR进行曝光、显影等步骤。本步骤中，刻蚀TiN金属层形成金属硬掩膜304的方法为现有技术，不再赘述；需要注意的是，金属硬掩膜304上的图案是第一光刻图案的传递，用于定义沟槽的位置和开口宽度。TEOS层203作为IMD 202和TiN金属层之间过渡层。

本步骤中，在形成金属硬掩膜304之后还有剥离第一光刻图案的步骤，具体来说，主要采用两种方法剥离第一光刻图案也就是去除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。

步骤3、图4为现有技术中采用金属硬掩膜的第一金属互连层刻蚀方法的步骤3的剖面结构示意图，如图4所示，在晶片器件面涂覆第二PR后光刻形成第二光刻图案405；