半導體器件及其形成方法
2023-10-07 03:47:59 1
半導體器件及其形成方法
【專利摘要】本發明提供一種半導體器件及其形成方法，所述半導體器件的形成方法包括：提供一襯底；在所述襯底上形成金屬層；在所述金屬層上形成第一圖形化的光阻層，並以其為掩膜刻蝕所述金屬層，形成第一金屬圖形；以及在所述第一金屬圖形上形成第二圖形化的光阻層，並以其為掩膜刻蝕所述第一金屬圖形，形成第二金屬圖形，所述第二金屬圖形的下部作為金屬互連線，所述第二金屬圖形的上部作為金屬層間連線。本發明對一層金屬分兩次刻蝕分別形成金屬互連線及金屬層間連線，減少了工藝步驟，並且因為同層金屬互連線與金屬層間連線由一種金屬形成，還可降低金屬互連線與金屬層間連線間的電阻。
【專利說明】半導體器件及其形成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體製造【技術領域】，特別涉及一種半導體器件及其形成方法。
【背景技術】
[0002]在半導體器件製造過程中，後段製程是利用金屬互連線以及金屬層間連線來將各電晶體按照布線要求連接起來，從而實現設計功能。如鋁(Al)製程裡，金屬互連線結構是通過鋁導線互連線和鋁導線層間的插塞來實現的。
[0003]圖1是現有技術中半導體器件形成方法的流程圖，圖2a?2c是現有技術中半導體器件形成過程中的剖面結構示意圖。
[0004]如圖1和圖2a?2c所示，半導體器件形成方法如下:
[0005]執行步驟S10，如圖2a所示，提供一襯底100，並在所述襯底100上形成金屬前介質層110以及貫穿所述金屬前介質層110的插塞120。
[0006]執行步驟SI I，繼續參考圖2a，在所述襯底100上形成第一黏合阻擋層130，接著在第一黏合阻擋層130上形成鋁金屬層140，接著再形成第二黏合阻擋層131。所述第一黏合阻擋層130和第二黏合阻擋層131均包括依次形成的Ti層和TiN層，Ti層作為粘合層，其可更好地和鋁粘合，TiN層作為阻擋層，防止鋁的擴散和電遷移(EM)。
[0007]執行步驟S12，如圖2b所示，在第二黏合阻擋層131上塗布光阻並以其為掩膜，進行第一次刻蝕，即，刻蝕所述第二黏合阻擋層131、鋁金屬層140、第一黏合阻擋層130，形成金屬互連線150。
[0008]執行步驟S13，繼續參考圖2b，在所述襯底100上形成第一金屬間介質層180，由於金屬互連線的存在，在金屬互連線的上方所述第一金屬間介質層180形成突起，對所述第一金屬間介質層180進行第一次化學機械研磨，直至所述第一金屬間介質層180的突起消失並保持研磨麵水平，所述第一金屬間介質層180可以為二氧化矽層。
[0009]執行步驟S14，如圖2c所示，在所述襯底100上形成第二金屬間介質層181，所述第二金屬間介質層181可以為二氧化矽層。
[0010]執行步驟S15，繼續參考圖2c，在第二金屬間介質層181上塗布光阻，並以其為掩膜，進行第二次刻蝕，刻蝕所述第二金屬間介質層181形成通孔。
[0011]執行步驟S16，繼續參考圖2c，在通孔側壁以及第二金屬間介質層181上形成第三黏合阻擋層132，並在所述第三黏合阻擋層132上形成鎢金屬。
[0012]執行步驟S17，如圖2c所示，對所述襯底100進行第二次化學機械研磨，去除所述第二金屬間介質層181上的鎢和第三黏合阻擋層132，直至露出所述第二金屬間介質層181，形成第二插塞170。
[0013]由上可知，現有技術工藝中金屬互連線及金屬層間連線的製作除了需要形成鋁金屬層和鎢之外，還形成三次黏合阻擋層(第一黏合阻擋層130、第二黏合阻擋層131、第三黏合阻擋層132)、兩次刻蝕(第一次刻蝕，主要刻蝕鋁金屬層形成金屬互連線；第二次刻蝕，刻蝕第二金屬間介質層形成通孔)、兩次研磨(第一次化學機械研磨，研磨第一金屬間介質層180 ;第二次化學機械研磨，研磨鎢和第三黏合阻擋層132)，工藝繁瑣。
【發明內容】
[0014]本發明的目的在於簡化半導體器件的形成方法。
[0015]為解決上述技術問題，本發明提供了一種半導體器件的形成方法，包括:
[0016]提供一襯底；
[0017]在所述襯底上形成金屬層；
[0018]在所述金屬層上形成第一圖形化的光阻層，並以其為掩膜刻蝕所述金屬層，形成第一金屬圖形；以及
[0019]在所述第一金屬圖形上形成第二圖形化的光阻層，並以其為掩膜刻蝕所述第一金屬圖形，形成第二金屬圖形，所述第二金屬圖形的下部作為金屬互連線，所述第二金屬圖形的上部作為金屬層間連線。
[0020]可選的，在所述襯底上形成金屬層之前，還包括:
[0021]在所述襯底上形成金屬前介質層以及貫穿所述金屬前介質層的插塞；以及
[0022]在所述金屬前介質層上形成黏合阻擋層。
[0023]可選的，刻蝕所述金屬層一併刻蝕所述黏合阻擋層。
[0024]可選的，刻蝕所述第一金屬圖形一併刻蝕所述黏合阻擋層。
[0025]可選的，所述黏合阻擋層包括Ti層以及形成於所述Ti層上的TiN層。
[0026]可選的，形成第二金屬圖形後，還包括:
[0027]在所述襯底以及第二金屬圖形上形成金屬間介質層；以及
[0028]對所述金屬間介質層進行化學機械研磨，直至暴露所述第二金屬圖形。
[0029]可選的，所述金屬層為鋁金屬層。
[0030]可選的，採用氯氣或氯化硼刻蝕所述第一金屬圖形。
[0031]可選的，所述第一圖形化的光阻層的圖形與所述金屬互連線的形狀相同。
[0032]可選的，所述第一圖形化的光阻層的圖形與所述金屬層間連線的形狀相同。
[0033]根據發明的另一方面，本發明還提供了一種半導體器件，採用如上所述任意一項的方法形成。
[0034]與現有技術相比，本發明通過對一層金屬分別進行兩次刻蝕，形成金屬互連線層及金屬層間連線，從而形成半導體器件，這種方法省去了現有技術中一次金屬間介質層的形成、兩次黏合阻擋層形成、一次化學機械研磨、一次刻蝕、一次金屬的形成。並且因為同層金屬互連線與金屬層間連線由一種金屬形成，不需要形成黏合/阻擋層，所以該方法還降低了金屬互連線與金屬層間連線間的電阻。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]圖1是現有技術中半導體器件形成方法流程圖；
[0036]圖2a?2c是現有技術中半導體器件形成過程中的剖面結構示意圖；
[0037]圖3是本發明一實施例的半導體器件形成方法的流程圖；
[0038]圖4a?4h是本發明實施例一的半導體器件形成過程中的剖面結構示意圖；
[0039]圖4i是圖4e中沿AA』向的剖面結構示意圖；[0040]圖4j是圖4f的左視圖；
[0041]圖5a?5d是本發明實施例二的半導體器件形成過程中的剖面結構示意圖。【具體實施方式】
[0042]以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
[0043]本發明提供一種半導體器件的形成方法，包括:
[0044]提供一襯底；
[0045]在所述襯底上形成金屬層；
[0046]在所述金屬層上形成第一圖形化的光阻層，並以其為掩膜刻蝕所述金屬層，形成第一金屬圖形；以及
[0047]在所述第一金屬圖形上形成第二圖形化的光阻層，並以其為掩膜刻蝕所述第一金屬圖形，形成第二金屬圖形，所述第二金屬圖形的下部作為金屬互連線，所述第二金屬圖形的上部作為金屬層間連線。
[0048]本發明半導體器件的形成方法通過對一層金屬層分兩次刻蝕，形成金屬互連線及金屬層間連線，這種半導體器件的形成方法，只採用了兩次刻蝕，相對現有技術省去了第二金屬間介質層的形成、第一次化學機械研磨、第二次刻蝕、第三黏合阻擋層形成、通孔內鎢金屬形成這些工藝，簡化了工藝流程。同時減少了材料的浪費，提高設備的利用率，同時也提高了產品的生產良率，並且因為金屬互連線與金屬層間連線全部都是一種金屬，比如Al，不需要有第三黏合阻擋層的形成，比如Ti/TiN，所以該方法還可以降低金屬互連線與金屬層間連線二者之間的電阻。
[0049]下面結合附圖詳細說明本發明的具體實施方法、特點、和效果。
[0050]實施例一
[0051]圖3是本發明一實施例的半導體器件的形成方法流程圖，圖4a?4h是本發明實施例一的半導體器件形成過程中的剖面結構示意圖，圖4i是圖4e AA』剖面結構示意圖，圖4j是圖4f的左視圖。下面結合圖3和圖4a?4j詳細描述本發明一實施例的半導體器件的形成方法。
[0052]首先，執行步驟S20，如圖4a所示，提供一襯底200，並在所述襯底200上形成金屬前介質層210以及貫穿所述金屬前介質層210的插塞220。所述襯底200的材料可以為單晶娃、單晶錯、或娃錯等。所述襯底200中形成有半導體器件，例如NMOS電晶體、PMOS電晶體等。後續形成的互聯結構通過所述插塞220與半導體器件連接。
[0053]接著，執行步驟S21，如圖4b所示，在所述襯底200上形成黏合阻擋層230，接著在所述黏合阻擋層230上形成金屬層240。本實施例中，金屬層為鋁金屬層，黏合阻擋層230包括依次形成的Ti層和TiN層，Ti層作為粘合層，更好地和鋁粘合，TiN層作為阻擋層，防止鋁的擴散和電遷移。
[0054]接著，執行步驟S22，如圖4c所示，在所述金屬層240上塗布第一光阻(未圖示)，並進行曝光和顯影，形成第一圖形化的光阻層，然後以第一圖形化的光阻層為掩膜，刻蝕所述金屬層240和黏合阻擋層230,形成第一金屬圖形255,所述第一金屬圖形255的形狀可以是金屬互連線或者金屬層間連線的形狀。本實施例中，第一金屬圖形255的截面形狀與欲形成的金屬互連線的截面形狀相同，其高度等於欲形成的金屬互連線以及金屬層間連線的高度之和。可以採用幹法刻蝕工藝形成所述第一金屬圖形255。
[0055]接著，執行步驟S23，刻蝕所述第一金屬圖形255，得到第二金屬圖形，所述第二金屬圖形的下部250作為金屬互連線，上部270作為金屬層間連線。
[0056]具體的說，首先，在所述襯底200上塗布第二光阻260，如圖4d所示；然後，對所述第二光阻260進行曝光和顯影，形成第二圖形化的光阻層261，如圖4e所示。本實施例中，如圖4i所示，所述第二圖形化的光阻層261的寬度w為欲形成的金屬層間連線的寬度，所述第二圖形化的光阻層261的長度L大於欲形成的金屬互連線的線寬Wl ;根據不同的設計需求，所述第二圖形化的光阻層261的長度L亦可以小於或者等於欲形成的金屬互連線的線寬W1。接下來，以所述第二圖形化的光阻層261為掩膜，刻蝕所述第一金屬圖形255形成第二金屬圖形，所述第二金屬圖形的下部250作為金屬互連線，上部270作為金屬層間連線，如圖4f和4j所示。可採用幹法刻蝕形成第二金屬圖形，本領域技術人員可根據欲形成的金屬層間連線的高度控制刻蝕時間。在本發明優選實施例中，採用氯氣或氯化硼刻蝕所述第一金屬圖形255，上述氣體對二氧化矽具有較高的刻蝕選擇比，可基本不影響已暴露的金屬前介質層210的材料。
[0057]接著，執行步驟S24，如圖4g所示，在所述襯底200上形成金屬間介質層280 ;所述金屬間介質層280可以為二氧化娃,所述金屬間介質層280用以保護金屬。由於襯底上形成有第二金屬圖形，所以形成的金屬間介質層280在所述金屬層間連線對應的位置上突出出來。
[0058]最後，執行步驟S25，如圖4h所示，對上述金屬間介質層280進行化學機械研磨，直至露出金屬層間連線。
[0059]實施例二
[0060]圖5a?5d是本發明實施例二的半導體器件形成過程中的剖面結構示意圖，下面結合圖5a?5d詳細描述本發明實施例二的半導體器件的形成方法。
[0061]首先，如圖5a所示，提供一襯底300，並在所述襯底300上形成金屬前介質層310以及貫穿所述金屬前介質層310的插塞320。
[0062]接著，繼續參考圖5a，在所述襯底300上形成第一黏合阻擋層330，接著在所述第一黏合阻擋層330上形成一金屬層340。
[0063]然後，如圖5b所示，在所述金屬層340上塗布第一光阻，並進行曝光和顯影，形成第一圖形化的光阻層，所述第一圖形化的光阻層的圖形與所述金屬層間連線的形狀相同，然後以所述第一圖形化的光阻層為掩膜，刻蝕所述金屬層340，形成第一金屬圖形355，可通過控制刻蝕時間，使得所述金屬層340隻有上部被刻蝕，形成了金屬層間連線的形狀。
[0064]再然後，如圖5c所示，在所述襯底300上塗布第二光阻，然後，對所述第二光阻進行曝光和顯影，形成第二圖形化的光阻層，並以其為掩膜，刻蝕所述第一金屬圖形355和第一黏合阻擋層330，得到第二金屬圖形，所述第二金屬圖形的下部350作為金屬互連線，上部370作為金屬層間連線。
[0065]再接著，在所述襯底300以及第二金屬圖形上形成金屬間介質層380 ;所述金屬間介質層380可以為二氧化矽，所述金屬間介質層380用以保護金屬層。由於襯底上形成有突出的金屬層間連線370，所以形成的金屬間介質層380在所述金屬層間連線370對應的位直上關出出來。
[0066]最後，參考圖5d，對上述金屬間介質層380進行化學機械研磨，直至暴露出所述金屬層間連線。
[0067]根據發明的另一面，本發明還提供了一種半導體器件，所述半導體器件由上述任一方法形成。本發明的半導體器件並不限制金屬互連線的層數，若多層金屬互連線時，各金屬互連線的層與層之間相互平行。
[0068]綜上所述，本發明的半導體器件及其形成方法，省去了現有技術中一次金屬間介質層的形成、兩次黏合阻擋層形成、一次化學機械研磨、一次刻蝕、一次金屬的形成。並且因為同層金屬互連線與金屬層間連線由一種金屬形成，所以該方法還降低了金屬互連線與金屬層間連線間的電阻。
[0069]上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，並非對本發明範圍的任何限定，本發明領域的普通技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬於權利要求書的保護範圍。
【權利要求】
1.半導體器件的形成方法，其特徵在於，包括: 提供一襯底； 在所述襯底上形成金屬層； 在所述金屬層上形成第一圖形化的光阻層，並以其為掩膜刻蝕所述金屬層，形成第一金屬圖形；以及 在所述第一金屬圖形上形成第二圖形化的光阻層，並以其為掩膜刻蝕所述第一金屬圖形，形成第二金屬圖形，所述第二金屬圖形的下部作為金屬互連線，所述第二金屬圖形的上部作為金屬層間連線。
2.如權利要求1所述半導體器件的形成方法，其特徵在於，在所述襯底上形成金屬層之前，還包括: 在所述襯底上形成金屬前介質層以及貫穿所述金屬前介質層的插塞；以及 在所述金屬前介質層上形成黏合阻擋層。
3.如權利要求2所述半導體器件的形成方法，其特徵在於，刻蝕所述金屬層一併刻蝕所述黏合阻擋層。
4.如權利要求2所述半導體器件的形成方法，其特徵在於，刻蝕所述第一金屬圖形一併刻蝕所述黏合阻擋層。
5.如權利要求2所述半導體器件的形成方法，其特徵在於，所述黏合阻擋層包括Ti層以及形成於所述Ti層上的TiN層。
6.如權利要求1所述半導體器件的形成方法，其特徵在於，形成第二金屬圖形後，還包括: 在所述襯底以及第二金屬圖形上形成金屬間介質層；以及 對所述金屬間介質層進行化學機械研磨，直至暴露所述第二金屬圖形。
7.如權利要求1所述半導體器件的形成方法，其特徵在於，所述金屬層為鋁金屬層。
8.如權利要求1所述半導體器件的形成方法，其特徵在於，採用氯氣或氯化硼刻蝕所述第一金屬圖形。
9.如權利要求1所述半導體器件的形成方法，其特徵在於，所述第一圖形化的光阻層的圖形與所述金屬互連線的形狀相同。
10.如權利要求1所述半導體器件的形成方法，其特徵在於，所述第一圖形化的光阻層的圖形與所述金屬層間連線的形狀相同。
11.一種半導體器件，採用如權利要求1至10中任意一項的方法形成。
【文檔編號】H01L23/528GK103956353SQ201410180839
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】許樂, 黃奕仙, 楊斌 申請人:上海華力微電子有限公司