专利名称：金属互连线的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及金属互连线的制作方法。
背景技术：
在半导体工业中，互连结构用于提供在IC芯片上的器件和整个封装之间的布线。 通常，首先在半导体衬底表面形成例如场效应管(FET)的器件，然后在后段工艺(BE0L， back-end-of-1 ine)中形成互连结构。所述互连结构通常包括至少一种介电材料，该介电材料中形成有金属互连线和接触插塞。现有的金属互连线的制作方法请参考图1 图5所示。首先，参考图1，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100表面形成有器件层，然后在所述半导体衬底100表面形成金属层101。所述金属层101的厚度范围为4000 6000埃。接着，请参考图2，在所述金属层101表面形成光刻胶层102。所述光刻胶层102利用曝光、显影制作。所述光刻胶层102内形成有开口，所述开口暴露出部分金属层101。所述光刻胶层102的厚度范围为4000 10000埃。然后，请参考图3，沿所述开口进行刻蚀工艺，去除所述开口暴露出的金属层101， 直至露出所述半导体衬底100，剩余的金属层形成金属互连线103。所述金属互连线103之间具有露出所述半导体衬底100的开口。接着，请参考图4，进行灰化工艺，去除所述光刻胶层102。然后，请参考图5，在所述金属互连线103之间的开口内填充介质层104。在公开号为CN101752279A的中国专利申请中可以发现更多关于现有的金属互连线的信息。在实际中发现，在现有的金属互连线的制作工艺中，存在如下的问题用于掩膜的光刻胶层102的厚度偏大，从而容易发生光刻胶层的剥离或卷曲的问题；并且由于光刻胶层102厚度偏大，在利用掩膜版将图案从掩膜版转移至光刻胶层102时，在所述光刻胶层 102内形成的开口的位置与实际需要形成开口的位置不一致；以所述光刻胶层102为掩膜， 在所述金属层1021内形成的开口形貌不符合要求，这造成了所述开口的关键尺寸(⑶)偏大；光刻胶层102的厚度过大，使得所述光刻胶层102难于去除；在金属互连线103形成后， 金属互连线103之间填充的介质层104内存在空洞(void)，影响金属互连线之间绝缘效果。 因此，现有的金属互连线的制作工艺不稳定。
发明内容
本发明解决的问题是提供了一种金属互连线的制作方法，提高了金属互连线制作工艺的稳定性。为解决上述问题，本发明提供了一种金属互连线的制作方法，包括提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面形成金属层；
在所述金属层表面形成抗反射层；在所述抗反射层表面形成光刻胶层，所述光刻胶层内形成有露出所述抗反射层的开口 ；沿所述开口依次刻蚀所述抗反射层和金属层，形成金属互连线；沿所述开口位置进行刻蚀，形成有露出半导体衬底的沟槽；去除所述金属互连线上方的抗反射层和光刻胶层；在所述沟槽内填充介质层可选地，所述抗反射层的材质为有机薄膜。可选地，所述抗反射层的厚度范围为100 3000埃。可选地，所述金属层的厚度范围为2000 2500埃，所述光刻胶层的厚度不超过 4000 埃。可选地，所述金属层的材质为铝或含铝合金。可选地，还包括在所述金属层与半导体衬底之间形成粘附金属层的步骤。可选地，还包括在所述金属层与所述抗反射层之间形成粘附金属层的步骤。可选地，所述粘附金属层的材质为钛层/氮化钛层或钽层/氮化钽层。可选地，所述粘附金属层的厚度范围为30 500埃。可选地，所述介质层利用化学气相沉积工艺制作。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明首先在半导体衬底表面形成金属层，然后在所述金属层表面形成抗反射层和光刻胶层，在进行曝光工艺将掩膜版内的图案转移至光刻胶层内时，所述抗反射层能够吸收反射光线，减小所述光刻胶层内形成的开口与所述掩膜版内的开口的尺寸的差异，以减小以所述光刻胶层制作的金属互连线与掩膜版中定义的金属互连线的尺寸的差异，提高了工艺的精度和稳定性；进一步优化地，所述金属层的厚度范围为2000 2500埃，对应的所述光刻胶层的厚度不超过4000埃，所述金属层在上述厚度范围内，对制作的金属互连线的电阻影响不大，并且，与现有技术相比，所述光刻胶层的厚度大大降低，因此改善光刻胶层的剥离 (peeling)或卷曲(scrumming)的问题，提高了工艺的稳定性；由于所述金属层的厚度降低为2000 2500埃，对应的形成的金属互连线之间的沟槽的深度降低，在所述沟槽的宽度不变的情况下，降低了所述沟槽的深宽比，从而有利于介质层的沉积，可以防止由于所述沟槽的深宽比较大在所述介质层内形成的空洞现象，有效地将相邻的金属互连线绝缘；进一步优化地，本发明在所述半导体衬底与金属层之间、以及所述金属层与抗反射层之间形成粘附金属层，所述粘附金属层用于提高所述金属层与半导体衬底、所述金属层与抗反射层之间的粘附性，并且位于所述半导体衬底与金属层之间的粘附金属层还能够减小金属层与半导体衬底之间的接触电阻；进一步优化地，所述金属层的材质铝或含铝合金，与铜互连线相比，降低了金属互连线的成本，并且提高了工艺的稳定性。
图1 图5是现有的金属互连线的制作方法剖面结构示意图；图6是本发明的金属互连线的制作方法流程示意图7 图12是本发明的一个实施例的金属互连线的制作方法剖面结构示意图。
具体实施例方式现有的制作金属互连线的工艺不稳定。经过发明人研究发现，造成上述问题的原因是用于制作金属互连线的金属层的厚度偏大。刻蚀所述金属层时，为了能够对不需要刻蚀的金属层进行有效的保护，从而光刻胶层也需要满足一定的厚度，从而能够保证不需要刻蚀去除的金属层不会被刻蚀工艺损伤。因此，降低用于制作金属互连线的金属层的厚度，可以减小光刻胶层的厚度，从而消除由于光刻胶层的厚度偏大而带来的光刻胶层剥离、 卷曲、开口位置与实际位置不一致、光刻胶层难以去除等问题。降低用于制作金属互连线的金属层的厚度，形成的金属互连线之间的开口的深度相应减低，在所述开口的宽度不变的情况下，降低了所述开口的深宽比，从而有利于介质层的填充，可以防止介质层沉积工艺时在所述开口内形成空洞，提高金属互连线之间的绝缘效果。但是，发明人考虑到，减小用于制作金属互连线的金属层的厚度，会导致互连线的电阻增大，从而增大器件的RC时间常数。随着半导体器件的特征尺寸的进一步缩小，用于制作金属互连线的金属层的厚度偏大造成金属互连线的工艺不稳定的更加严重，若简单减小金属层的厚度，可能增加器件的RC时间常数。若采用电阻值较小的铜互连线取代现有的普通的铝互连线，可以减小金属互连线的电阻，降低器件的RC时间常数，但是这将使得金属互连线的制造成本大大提高，并且提高了工艺的复杂度。如何在不增加工艺成本和工艺复杂度的情况下，解决上述的金属互连线制作工艺不稳定的问题，并且不影响器件的RC时间常数是本发明所关注的。为了解决上述问题，发明人提出一种金属互连线的制作方法，所述方法包括步骤Si，提供半导体衬底；步骤S2，在所述半导体衬底表面形成金属层；步骤S3，在所述金属层表面形成抗反射层；步骤S4，在所述抗反射层表面形成光刻胶层，所述光刻胶层内形成有露出所述抗反射层的开口；步骤S5，沿所述开口依次刻蚀所述抗反射层和金属层，形成金属互连线；步骤S6，沿所述开口位置进行刻蚀，形成有露出半导体衬底的沟槽；步骤S7,去除所述金属互连线上方的抗反射层和光刻胶层；步骤S8，在所述沟槽内填充介质层。下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细地说明。为了更好地说明本发明的技术方案，请结合图7 图12所示的本发明的一个实施例的金属互连线的制作方法剖面结构示意图。首先，请参考图7，提供半导体衬底200。所述半导体衬底200的材质可以为硅、锗硅或绝缘体上硅。本实施例中，所述半导体衬底200的材质为硅。所述半导体衬底200表面还形成有器件层，所述器件层内形成有晶体管、二极管等器件。然后，在所述半导体衬底200上依次制作第一粘附金属层205、金属层201和第二粘附金属层206。所述第一粘附金属层205、金属层201和第二粘附金属层206位于所述器件层上方，所述金属层201用于在后续工艺步骤中制作的金属互连线，所述金属互连线用于将所述器件层内形成的器件与外部电连接。作为一个实施例，所述第一粘附金属层205用于提高所述金属层201与半导体衬底200之间的粘附性，减小所述金属层201与半导体衬底200之间的接触电阻，所述第一粘附金属层205的厚度范围为30 500埃。本实施例中，所述第一粘附金属层205的材质为钛层/氮化钛层，所述氮化钛层位于所述半导体衬底200上，所述钛层位于所述氮化钛层上，所述金属层201位于所述钛层上。在其他的实施例中，所述第一粘附金属层205的材质还可以为钽层/氮化钽层。所述第二粘附金属层206用于提高所述金属层201与后续形成的抗反射层与第一粘附金属层205之间的粘附性。所述第二粘附金属层206的厚度范围为30 500埃。所述第二粘附金属层206的材质为钛层/氮化钛层或钽层/氮化钽层。其中所述钛层位于所述金属层201上，所述氮化钛层位于所述钛层上，所述抗反射层位于所述氮化钛层上；或所述钽层位于所述金属层201上，所述氮化钽层位于所述钽层上，所述后续形成的抗反射层位于所述氮化钽层上。所述金属层201的材质为铝或含铝合金，该金属层201用于在后续的步骤中制作金属互连线。与利用铜制作金属互连线相比，利用铝或含铝合金的金属层制作金属互连线的成本低，工艺简单。作为优选的实施例，所述金属层201的材质为铜铝合金，其中铜的含量为5%。利用铜铝合金作为金属层，可以防止铝穿刺。所述金属层201的厚度范围为2000 2500埃。由于所述金属层201将会通过刻蚀工艺将不需要的部分去除，其余部分形成金属互连线，为了保护不需要进行刻蚀的金属层(该部分在刻蚀工艺后即形成金属互连线)，需要在所述的不需要进行刻蚀的金属层表面形成光刻胶层。光刻胶层的厚度取决于金属层201的厚度，该金属层201的厚度越大，光刻胶层的厚度越大。由于本本发明的金属层201的厚度范围为2000 2500埃，在上述的厚度范围内，所需的用于保护的光刻胶层的厚度不超过4000埃，从而与现有的4000 10000 埃的光刻胶层相比，本发明大大降低了光刻胶层的厚度。需要说明的是，所述金属层201的厚度虽然与现有技术的金属层的厚度相比有所减小，但是在所述厚度2000 2500埃的范围内，对最终制作的金属互连线的电阻影响不大，在工艺允许的范围内，不会明显增大最终制作的金属互连线的电阻，从而对器件的RC 时间常数影响较小，基本可以忽略不计。然后，请参考图8，在所述第二粘附金属层206表面形成抗反射层207。所述抗反射层207材质为有机薄膜，其厚度范围为100 3000埃。在进行曝光工艺将掩膜版内的图案转移至光刻胶层内时，所述抗反射层207能够吸收反射光线，减小所述光刻胶层内形成的开口与所述掩膜版内的开口的尺寸的差异，以减小以所述光刻胶层制作的金属互连线与掩膜版中定义的金属互连线的尺寸的差异，提高了工艺的精度和稳定性。然后，请参考图9，在所述抗反射层207表面形成光刻胶层202，所述光刻胶层202 内形成有露出所述抗反射层207的开口。所述光刻胶层202利用旋涂或喷涂工艺制作，并利用曝光、显影工艺将掩膜版上的图形转移到光刻胶层202内，从而在所述光刻胶层内202 内形成所述露出抗反射层207的开口。由于下方设置了抗反射层207，在曝光工艺进行时， 所述抗反射层207能够反射光线，减小所述光刻胶层内形成的开口与所述掩膜版内的开口的尺寸的差异，提高了曝光工艺的精度。所述光刻胶层202的厚度不超过4000埃。在上述的厚度范围内，所述光刻胶层202 的厚度均勻，不易发生剥离或卷曲现象，并且容易利用刻蚀工艺去除，不会有残留的问题。然后，请参考图10，沿所述光刻胶层202内的开口，依次刻蚀所述抗反射层207、第二接触金属层206、金属层201和第一接触金属层205，直至露出开口下方半导体衬底200， 在所述第二接触金属层206、金属层201和剩余的第一接触金属层205内形成沟槽，所述沟槽两侧的剩余的金属层201作为金属互连线。由于所述金属层201厚度与现有技术相比大大减小，从而在宽度不变的情况下， 降低了刻蚀工艺的难度。然后，请参考图11，去除所述光刻胶层和抗反射层。所述光刻胶层和抗反射层的去除方法可以为干法刻蚀或湿法刻蚀工艺。本实施例中，所述光刻胶层和抗反射层利用干法刻蚀工艺。所述干法刻蚀工艺利用等离子体轰击所述光刻胶层和抗反射层表面，将所述光刻胶层或抗反射层转换为气体去除。然后，请参考图12，进行化学气相沉积工艺，在所述第二接触金属层206、金属层 201和第一接触金属层205之间的沟槽内形成介质层208。所述介质层208用于相邻的金属层201之间的电学绝缘。所述介质层208的材质为氧化硅、氮化硅、氮化硅或氮氧化硅。 由于所述沟槽的深度等于第二接触金属层206、金属层201和第一接触金属层205的厚度之和，所述第二接触金属层206和第一接触金属层205的厚度较小，所述金属层201的厚度范围为2000 2500埃，因此所述第二接触金属层206、金属层201和第一接触金属层205之和与现有技术相比也大大减小，因此所述沟槽的深度大大减小，在沟槽的宽度不变的情况下，所述沟槽的深宽比减小，从而更有利于化学气相沉积工艺的进行，防止所述介质层208 内形成空洞。综上，本发明提供的金属互连线的制作方法，本发明首先在半导体衬底表面形成金属层，然后在所述金属层表面形成抗反射层和光刻胶层，在进行曝光工艺将掩膜版内的图案转移至光刻胶层内时，所述抗反射层能够吸收反射光线，减小所述光刻胶层内形成的开口与所述掩膜版内的开口的尺寸的差异，以减小以所述光刻胶层制作的金属互连线与掩膜版中定义的金属互连线的尺寸的差异，提高了工艺的精度和稳定性；在本发明的优选实施例中，所述金属层的厚度范围为2000 2500埃，对应的所述光刻胶层的厚度不超过 4000埃，所述金属层在上述厚度范围内，对制作的金属互连线的电阻影响不大，并且，与现有技术相比，所述光刻胶层的厚度大大降低，因此改善光刻胶层的剥离(peeling)或卷曲 (scrumming)的问题，提高了工艺的稳定性；由于所述金属层的厚度降低为2000 2500 埃，对应的形成的金属互连线之间的沟槽的深度降低，在所述沟槽的宽度不变的情况下， 降低了所述沟槽的深宽比，从而有利于介质层的沉积，可以防止由于所述沟槽的深宽比较大在所述介质层内形成的空洞现象，有效地将相邻的金属互连线绝缘；本发明还在所述半导体衬底与金属层之间、以及所述金属层与抗反射层之间形成粘附金属层，所述粘附金属层用于提高所述金属层与半导体衬底、所述金属层与抗反射层之间的粘附性，并且位于所述半导体衬底与金属层之间的粘附金属层还能够减小金属层与半导体衬底之间的接触电阻；进一步优化地，所述金属层的材质铝或含铝合金，与铜互连线相比，降低了金属互连线的成本，并且提高了工艺的稳定性。 本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.一种金属互连线的制作方法，其特征在于，包括 提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面形成金属层； 在所述金属层表面形成抗反射层；在所述抗反射层表面形成光刻胶层，所述光刻胶层内形成有露出所述抗反射层的开π ；沿所述开口依次刻蚀所述抗反射层和金属层，形成金属互连线； 沿所述开口位置进行刻蚀，形成有露出半导体衬底的沟槽； 去除所述金属互连线上方的抗反射层和光刻胶层； 在所述沟槽内填充介质层。
2.如权利要求1所述的金属互连线的制作方法，其特征在于，所述抗反射层的材质为有机薄膜。
3.如权利要求1所述的金属互连线的制作方法，其特征在于，所述抗反射层的厚度范围为100 3000埃。
4.如权利要求1所述的金属互连线的制作方法，其特征在于，所述金属层的厚度范围为2000 2500埃，所述光刻胶层的厚度不超过4000埃。
5.如权利要求1所述的金属互连线的制作方法，其特征在于，所述金属层的材质为铝或含铝合金。
6.如权利要求1所述的金属互连线的制作方法，其特征在于，还包括在所述金属层与半导体衬底之间形成粘附金属层的步骤。
7.如权利要求1所述的金属互连线的制作方法，其特征在于，还包括在所述金属层与所述抗反射层之间形成粘附金属层的步骤。
8.如权利要求6或7所述的金属互连线的制作方法，其特征在于，所述粘附金属层的材质为钛层/氮化钛层或钽层/氮化钽层。
9.如权利要求6或7所述的金属互连线的制作方法，其特征在于，所述粘附金属层的厚度范围为30 500埃。
10.如权利要求1所述的金属互连线的制作方法，其特征在于，所述介质层利用化学气相沉积工艺制作。
全文摘要
本发明提供了一种金属互连线的制作方法，包括提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面形成金属层；在所述金属层表面形成抗反射层；在所述抗反射层表面形成光刻胶层，所述光刻胶层内形成有露出所述抗反射层的开口；沿所述开口依次刻蚀所述抗反射层和金属层，形成金属互连线；沿所述开口依次刻蚀所述抗反射层和金属层，形成金属互连线；沿所述开口位置进行刻蚀，形成有露出半导体衬底的沟槽；去除所述金属互连线上方的抗反射层和光刻胶层；在所述沟槽内填充介质层。本发明在不增加制作成本和工艺复杂度的情况下，提高了金属互连线制作工艺的稳定性。
文档编号H01L21/3105GK102569168SQ20101060256
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者方浩, 王荣, 郭振强, 顾勇 申请人:无锡华润上华半导体有限公司, 无锡华润上华科技有限公司