专利名称：半导体器件的金属互连的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件的金属互连的制造方法。
背景技术：
为了制造半导体器件，需要用到金属互连工艺。金属互连具有诸如电路连接、电路 匹配和信号相位改变等多种功能。根据应用领域，金属互连有着各种不同的大小和形状。
图像传感器是高度集成并被制造成小型尺寸的半导体器件。随着时间的推移，图 像传感器的设计尺度(design rule)已逐渐减小。因此，金属互连的长宽比已有增加。通 过首先形成金属层，在金属层上方形成光致抗蚀剂图案，然后再选择性地蚀刻该金属层，从 而形成所述金属互连。 然而，当在较小的图像传感器件中形成多个金属互连时，在蚀刻工艺中采用光致
抗蚀剂图案作为掩模就有其局限性。因此，在金属互连层的上方会采用硬掩模。 在金属互连层上方形成硬掩模层和光致抗蚀剂图案后，根据光致抗蚀剂图案和硬
掩模层之间的选择性而对硬掩模层进行图案化。然后，通过使用硬掩模来蚀刻金属互连层，
从而形成该金属互连。 金属互连的设计尺度和表面分布可根据硬掩模的表面分布和在该硬掩模上方形 成的光致抗蚀剂图案来确定。这是因为聚合物(其生成于在使用光致抗蚀剂图案形成硬掩 模时)会在硬掩模的侧壁上方或光致抗蚀剂图案的上表面上方沉淀。通过随后的工艺，该 聚合物会对金属互连的分布产生影响。例如，聚合物可能会使光致抗蚀剂图案和硬掩模的 厚度沿向下方向逐渐增大。如果金属互连在这样的状态下形成，金属互连的下部可能会电 连接到邻近的金属互连，或者金属互连的表面分布可能会粗糙不平。 金属互连的表面分布关系到器件的电学特性。如果金属互连的表面分布不均匀， 器件的电阻特性就会恶化，从而縮短器件的寿命。
发明内容
本发明的实施例涉及一种半导体器件的金属互连的制造方法，当通过使用光致抗 蚀剂图案来形成硬掩模时，该方法能够通过控制蚀刻条件而优化硬掩模的表面分布，进而 使金属互连的电学特性得到改善。 本发明的实施例涉及一种半导体器件的金属互连的制造方法，该方法包括如下步 骤在半导体衬底上方形成包含接触插塞的层间介电层；在层间介电层上方形成金属层、 硬掩模层和防反射层；在防反射层上方形成光致抗蚀剂图案；利用光致抗蚀剂图案作为蚀 刻掩模，通过执行第一次蚀刻工艺以蚀刻防反射层，从而形成防反射图案；通过使用第一 次蚀刻工艺中生成的聚合物，在防反射图案和光致抗蚀剂图案的表面上方形成第一聚合物 层；使用防反射图案、光致抗蚀剂图案和第一聚合物层作为蚀刻掩模，通过执行第二次蚀刻 工艺以蚀刻硬掩模层，从而形成硬掩模；以及使用光致抗蚀剂图案、防反射图案、第一聚合 物层和硬掩模作为蚀刻掩模，通过执行第三次蚀刻工艺以蚀刻金属层，从而形成金属互连。
本发明的实施例涉及一种设备，其被配置为在半导体衬底上方形成包含接触插塞 的层间介电层；在层间介电层上方形成金属层、硬掩模层和抗反射层；在抗反射层上方形 成光致抗蚀剂图案；使用光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模，在第一次蚀刻工艺中蚀刻抗反射 层以形成抗反射图案；通过使用在第一次蚀刻工艺中生成的聚合物，在抗反射图案和光致 抗蚀剂图案的表面上方形成第一聚合物层；使用抗反射图案、光致抗蚀剂图案和第一聚合 物层作为蚀刻掩模，在第二次蚀刻工艺中蚀刻硬掩模层以形成硬掩模；以及使用光致抗蚀 剂图案、抗反射图案、第一层聚合物和硬掩模作为蚀刻掩模，在第三次蚀刻工艺中蚀刻金属 层以形成金属互连。 本发明可以形成符合设计尺度且具有均匀的表面分布的金属互连45。因此，金属 互连的电气特性得以改善，从而使得器件质量得以增强。此外，因为能够确保硬掩模和有机 底部抗反射(BARC)图案的工艺裕度(margin)，则诸如设备和蚀刻条件的改变等问题都可 以得到检查和预防。
示例性图1-6是示出根据本发明实施例的用于制造半导体器件的金属互连的方 法的一系列视图。
具体实施例方式
在下文中，根据本发明实施例，将结合附图来说明制造半导体器件的金属互连的 方法。示例性图l-6是示出根据本发明实施例的用于制造半导体器件的金属互连的方法的 一系列视图。 参阅示例性图l，可在半导体衬底10上方形成层间介电层20、金属层40、硬掩模 层50和一个有机底部抗反射(BARC)层60。该半导体衬底10可包括诸如晶体管等大量的 器件。在半导体衬底10上方可形成层间介电层20，该层间介电层20可包含有氧化层或氯 化层和穿过该层间介电层20的接触插塞30。接触插塞30穿过层间介电层20，使得接触插 塞30与在半导体衬底中形成的器件电连接。例如，在图像传感器中，半导体器件可以被制 备成包含光电二极管和晶体管电路的单位像素的形式。 接下来，可在层间介电层20上方形成金属层40。金属层40可通过接触插塞30而
电连接至半导体器件。金属层40可包含诸如金属、合金或硅化物等大量的导电材料。例如，
金属层40可包含铝、铜、钴或钨。可在金属层40之上或之下形成包含Ti/TiN的抗氧化层。 接着，在金属层40上方形成硬掩模层50。在蚀刻金属层40时，硬掩模层50可作
为掩模。硬掩模层50可为氧化物层、氮化物层和氮氧化物层其中之一。然后，可在硬掩模50上方形成有机BARC层60。有机BARC层60被设计用来协助
临界尺寸免于在金属互连工艺期间由于来自较低层的光衍射和光反射而发生改变。通过使
用可以很容易从曝光光源的波长带宽中吸收光的有机材料，有机BARC层60可以防止来自
较低层的光反射。因此，就避免了来自较低层的光反射。例如，有机BARC层60可包含光致
抗蚀剂材料。 参阅示例性图2，在有机BARC60上方形成光致抗蚀剂图案100。通过使用旋涂法 来涂覆厚度约为1600A至2000A的ArF光致抗蚀剂，可形成光致抗蚀剂图案100。然后对所生成的结构执行曝光和显影工艺。光致抗蚀剂图案ioo可对应于用于金属互连的区域而 覆盖在BARC 60的表面，并暴露BARC 60表面的剩余区域。 参阅示例性图3，可在硬掩模层50上方形成BARC图案65。该BARC图案65可在 使用光致抗蚀剂图案100作为蚀刻掩模而对BARC图案60执行第一次蚀刻工艺之后形成。 BARC图案65可确定金属互连的设计尺度。换言之，在对BARC层60执行第一次蚀刻工艺 时，就生成了聚合物。这种聚合物可沉积在光致抗蚀剂图案100的表面和BARC图案65的 侧壁上方，从而形成第一聚合物层110。例如，第一聚合物层IIO可包括含有C-C或C-F的 化合物。 特别是，较厚的第一聚合物层110可沉积在光致抗蚀剂图案100的表面上方。例 如，第一聚合物层110可形成在光致抗蚀剂图案100的侧壁和表面上方，并具有在1 : 3和
i : io之间的厚度比。 CF4、 Ar和02可在第二次蚀刻工艺中被用作蚀刻气体，以形成BARC图案65。特别 是，为了根据BARC图案65所需要的设计尺度而形成结构，就必须使用CF4、Ar和02蚀刻气 体。 例如，通过分别提供流量(flow rate)为65sccm至95sccm的CF4、300sccm至 360sccm的Ar和9sccm至15sccm的02，可形成BARC图案65。例如，当分别以80sccm、 300sccm和12sccm的流量提供CF4、Ar和02时，就可以实现形成BARC图案65的最佳条件。
如上所述，通过第一次蚀刻工艺，可形成BARC图案65，且第一聚合物层IIO可形成 在光致抗蚀剂图案100和BARC图案65的表面上方。可在光致抗蚀剂100的表面上方均匀 地形成第一聚合物层11，使得BARC图案65、光致抗蚀剂图案100和第一聚合物层110具有 均匀的表面分布。 如果在第一次蚀刻工艺中没有使用CF4、 Ar和02而是使用了其他气体，对BARC图 案65设计尺度的调整便不可能进行。因此，只有CF4、Ar和02可以用于形成BARC图案65。 在通过第一次蚀刻工艺形成BARC图案65和第一聚合物层110之后，便确定了 BARC图案65 的设计尺度，基于BARC图案65的设计尺度，可以通过随后的工艺来确定金属互连的设计尺 度。 参阅示例性图4，可在金属层40上方形成硬掩模55。使用光致抗蚀剂图案100和 BARC图案65作为蚀刻掩模，通过执行第二次蚀刻工艺中而形成硬掩模55。
硬掩模55可以确定金属互连的表面分布。这是因为当通过使用光致抗蚀剂图案 100和BARC图案65而对硬掩模层50执行第二次蚀刻工艺时，可以确定聚合物的数量和沉 淀方向。因此，可在光致抗蚀剂图案100、 BARC图案65和硬掩模55的表面上方形成第二 聚合物层120，以预先确定经由随后的工艺而形成的金属互连的表面分布。例如，聚合物层 120可包括含有C-C或C-F的化合物。 当执行第二次蚀刻工艺以形成硬掩模55时，可使用C5F8、Ar和02蚀刻气体。此夕卜， 在第二次时刻工艺中可使用C4F8、 Ar和02蚀刻气体。 例如，可在如下的蚀刻条件下形成硬掩模其中，C5F8 、 Ar和02的流量分别为 12sccm至18sccm、800sccm至960sccm和9sccm至15sccm。提供源功率的范围为1400W至 2400W且频率为27MHz士10，提供偏置功率的范围为1600W至2500W且频率为5MHz士3。例 如，分别以大约80sccm、300sccm和12sccm的流量提供CF4、 Ar和02，源功率约为1500W且
5频率约为27MHz，偏置功率约为1700W且频率约为2MHz，此时即可实现形成BARC图案65的 最佳条件。 如上所述，可经由第二次蚀刻工艺而形成硬掩模55，并且可在光致抗蚀剂图案 100、 BARC图案65和硬掩模55的表面上方形成第二聚合物层120。 特别是，第二聚合物层120的数量和沉淀方向可以通过第二次蚀刻工艺来调整。 因此，可以平坦地(evenly)形成硬掩模55、BARC图案65、光致抗蚀剂图案100和第二聚合 物层120的表面分布。因此，可以确定通过随后的工艺而形成的金属互连的表面分布。在 第一次和第二次蚀刻工艺中使用的蚀刻气体不能超出最佳条件范围的±20%。
参阅示例性图5和示例性图6，可在层间介电层20上方形成金属互连45。该金属 互连45可通过使用硬掩模55、 BARC图案65、光致抗蚀剂图案100和第二聚合物层120作 为蚀刻掩模的蚀刻工艺来形成。此后，可通过蚀刻工艺来去除硬掩模55、 BARC图案65、光 致抗蚀剂图案100和第二聚合物层。 如上所述，通过对光致抗蚀剂图案100进行第一次蚀刻工艺来形成BARC图案65， 因此而确定金属互连45的设计尺度。然后，通过光致抗蚀剂图案100和BARC图案65形成 硬掩模55，从而确定金属互连45的表面分布。因此，在最后阶段中，可以形成符合设计尺度 且具有均匀的表面分布的金属互连45。 正因如此，金属互连的电气特性得以改善，从而使得器件质量得以增强。此外，因 为能够确保硬掩模55和BARC图案65的工艺裕度(margin)，则诸如设备和蚀刻条件的改变 等问题都可以得到检查和预防。 对本领域的普通技术人员而言，显而易见的是可以在所公开的实施例中进行各种
修改和变动。因此，所公开的实施例涵盖这些显而易见的修改和更正并落入所附权利要求 及其等同物的范围之内。
权利要求
一种方法，其包括如下步骤在半导体衬底上方形成包含接触插塞的层间介电层；在该层间介电层上方形成金属层、硬掩模层和抗反射层；在该抗反射层上方形成光致抗蚀剂图案；使用该光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模，在第一次蚀刻工艺中蚀刻该抗反射层，以形成抗反射图案；通过使用在第一次蚀刻工艺中生成的聚合物，在该抗反射图案和该光致抗蚀剂图案的表面上方形成第一聚合物层；通过使用该抗反射图案、该光致抗蚀剂图案和该第一聚合物层作为蚀刻掩模，在第二次蚀刻工艺中蚀刻该硬掩模层，以形成硬掩模；以及通过使用该光致抗蚀剂图案、该抗反射图案、该第一聚合物层和该硬掩模作为蚀刻掩模，在第三次蚀刻工艺中蚀刻该金属层，以形成金属互连。
2. 根据权利要求1所述的方法，其包括如下步骤通过使用在第二次蚀刻工艺中生成 的聚合物，在该第一聚合物层和该硬掩模的表面上方形成第二聚合物层。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，在第一次蚀刻工艺中使用CF4、 02和Ar。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，提供CF4的范围为65sccm至95sccm，提供02的 范围为9sccm至15sccm，以及提供Ar的范围为300sccm至360sccm。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，在第二次蚀刻工艺中使用(:5^、02和Ar。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中，在第二次蚀刻工艺中使用(:/8、02和Ar。
7. 根据权利要求5所述的方法，其中，提供C5F8的范围为12sccm至18sccm，提供02的 范围为9sccm至15sccm，以及提供Ar的范围为800sccm至960sccm。
8. 根据权利要求5所述的方法，其中，当执行第二次蚀刻工艺时，提供源功率的范围为 1400W至1600W且频率为lOMHz至37MHz，提供偏置功率的范围为1600W至1800W且频率为 lMHz至5MHz。
9. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一聚合物层和第二聚合物层包括C-C化合 物或C-F化合物。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中，通过使用ArF光致抗蚀剂来形成该光致抗蚀剂 图案。
11. 根据权利要求3所述的方法，其中，当执行第一次蚀刻工艺时，CF4、02和Ar的使用 量在±20%的范围内。
12. 根据权利要求7所述的方法，其中，在第二次蚀刻工艺中，(:5 8、02和八1~的使用量控 制在±20%的范围内。
全文摘要
一种半导体器件的金属互连的制造方法，包括在半导体衬底上方形成包含接触插塞的层间介电层，在层间介电层上方形成金属层、硬掩模层和抗反射层；在抗反射层上方形成光致抗蚀剂图案，使用光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模，在第一次蚀刻工艺中蚀刻抗反射层，以形成抗反射图案；使用第一次蚀刻工艺中生成的聚合物，在抗反射图案和光致抗蚀剂图案的表面上方形成第一聚合物层；使用抗反射图案、光致抗蚀剂图案和第一聚合物层作为蚀刻掩模，在第二次蚀刻工艺中蚀刻硬掩模层以形成硬掩模；使用光致抗蚀剂图案、抗反射图案、第一聚合物层和硬掩模作为蚀刻掩模，在第三次蚀刻工艺中蚀刻金属层以形成金属互连。在抗反射图案和光致抗蚀剂图案的表面上方形成第一聚合物层，使得抗反射图案的设计尺度通过经由第一次蚀刻工艺生成的聚合物而确定。
文档编号H01L21/768GK101714520SQ20091017913
公开日2010年5月26日 申请日期2009年9月29日 优先权日2008年9月30日
发明者尹基准 申请人:东部高科股份有限公司