一种金属互连层刻蚀方法技术

本发明专利技术提出一种应用于采用金属硬掩膜的第一金属互连层刻蚀方法，该方法在主刻蚀形成通孔和沟槽后，先采用双氧水溶液湿法刻蚀全部或部分金属硬掩膜，然后进行LRM，最后用EKC和DHF溶液分别清洗通孔和沟槽表面，完全去除刻蚀副产物的聚合物，解决了在主刻蚀和LRM之后，采用DHF清除刻蚀副产物容易造成金属硬掩膜下方的TEOS层和IMD的结合处出现凹陷的问题，避免由于凹陷破坏通孔表面的平坦，给后续步骤的通孔表面沉积扩散阻挡层和铜籽晶层造成困难。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体制造方法，特别涉及。
技术介绍
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(MD)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MD，liner采用氮化硅材料，作为刻蚀通孔的刻蚀停止层，典型的MD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娃或者黑钻石(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I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MD 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MD 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上方依次沉积正娃酸乙酯(tetraethyl orthosilicate, TE0S)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MD 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 ;本步骤中，涂覆的第二 PR覆盖在金属硬掩膜304上和露出的TEOS层203上，上，光刻形成第二光刻图案405的过程包括对第二 PR进行曝光、显影等步骤，第二光刻图案405 定义通孔的位置和开口宽度。步骤4、图5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4 的剖面结构示意图，如图5所示，主刻蚀MD 202分别形成通孔和沟槽后，去除liner层 201(Liner Removal, LRM)；本实施例以先刻蚀通孔(via first)的大马士革法为例，该方法的主刻蚀过程包括两步第一步以第二光刻图案405为掩膜依次刻蚀TEOS层203和MD202，在MD 202中形成通孔，第二步以金属硬掩膜304为掩膜依次刻蚀TEOS层203和MD 202，在通孔上方的MD 202中形成沟槽，通过主刻蚀在MD 202中分别形成通孔和沟槽的具体方法为现有技术，此不再赘述，需要注意的是，现有技术中的LRM是在主刻蚀形成通孔之后，仍然以第二光刻图案405为掩膜继续刻蚀Liner层直到完全打开liner层201，露出半导体器件层中的钨CT 200 (或者钨栓塞)表面。在LRM之后还有第二光刻图案405的剥离步骤，具体方法参考步骤2中去除第一 PR的方法。步骤5、图6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5的剖面结构示意图，如图6所示，含氢氟酸溶液(DHF)606湿法清除刻蚀副产物；上述步骤4的刻蚀过程中的副产物是聚合物(polymer)，需要在本步骤中清除， 同时为了不腐蚀从打开的liner层 201下方露出的金属钨表面，避免金属钨和后续通孔中形成的金属连线之间的欧姆接触损伤，从而导致金属互连层和半导体器件层之间的电阻增大，本步骤的湿法刻蚀不能采用对金属有强腐蚀性的双氧水(H2O2)溶液，现有技术中普遍采用的DHF溶液606清除刻蚀副产物的方法带来的问题是一方面DHF溶液606会腐蚀 TEOS层203和MD 202的结合处界面，另一方面由于TiN金属层的存在向TEOS层203施加拉应力，以上两方面作用均会导致TEOS层203和MD 202的结合处出现凹陷(necking)，该凹陷破坏了通孔表面的平坦，给后续步骤的通孔表面沉积扩散阻挡层和铜籽晶层造成了困难。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术解决的技术问题是采用金属硬掩膜的第一金属互连层刻蚀方法中，去除liner层之后的DHF湿法清洗步骤会造成严重的凹陷，该凹陷的存在给后续通孔表面沉积扩散阻挡层和铜籽晶层造成了困难。为解决上述问题，本专利技术的技术方案具体是这样实现的，应用于采用金属硬掩膜的第一金属互连层的刻蚀，提供具有半导体器件层的晶片，所述半导体器件层中包括钨接触或钨栓塞，其特征在于，该方法包括在所述钨接触或钨栓塞上方依次沉积衬垫层、金属间介质、正硅酸乙酯层和金属层后，光刻后刻蚀所述金属层形成金属硬掩膜；所述晶片器件面光刻形成第二光刻图案；以所述第二光刻图案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属互连层刻蚀方法，应用于采用金属硬掩膜的第一金属互连层的刻蚀，提供具有半导体器件层的晶片，所述半导体器件层中包括钨接触或钨栓塞，其特征在于，该方法包括：在所述钨接触或钨栓塞上方依次沉积衬垫层、金属间介质、正硅酸乙酯层和金属层后，光刻后刻蚀所述金属层形成金属硬掩膜；所述晶片器件面光刻形成第二光刻图案；以所述第二光刻图案和所述金属硬掩膜为遮蔽主刻蚀所述正硅酸乙酯层和金属间介质，形成通孔和沟槽，以所述衬垫层为主刻蚀停止层；湿法刻蚀去除部分或全部金属硬掩膜；以所述正硅酸乙酯层为遮蔽刻蚀所述衬垫层；碱性的羟基多巴胺类有机溶剂和含氢氟酸溶液分别湿法清洗所述通孔和沟槽。

【技术特征摘要】
1.一种金属互连层刻蚀方法，应用于采用金属硬掩膜的第一金属互连层的刻蚀，提供具有半导体器件层的晶片，所述半导体器件层中包括钨接触或钨栓塞，其特征在于，该方法包括在所述钨接触或钨栓塞上方依次沉积衬垫层、金属间介质、正硅酸乙酯层和金属层后，光刻后刻蚀所述金属层形成金属硬掩膜； 所述晶片器件面光刻形成第二光刻图案； 以所述第二光刻图案和所述金属硬掩膜为遮蔽主刻蚀所述正硅酸乙酯层和金属间介质，形成通孔和沟槽，以所述衬垫层为主刻蚀停止层； 湿法刻蚀去除部分或全部金属硬掩膜； 以所述正硅酸乙酯层为遮蔽刻蚀所述衬垫层； 碱性的羟基多巴胺类有机溶剂和含氢氟酸溶液分别湿法清洗所述通孔和沟槽。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，胡敏达，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：