半導體器件的金屬線路圖案及其製造方法
2023-04-29 12:36:56 3
專利名稱：半導體器件的金屬線路圖案及其製造方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件的金屬線路圖案以及該金屬線路的製造方法。
背景技術：
通常，採用矽襯底製造的半導體器件包括用於儲存和處理數據的單元以 及用於將信號輸入該單元或從該單元輸出信號的線路圖案。由於鋁和鋁合金 具有極好的導電率、對氧化物層極高的附著力、以及相對簡單的工藝，它們 最廣泛的用於半導體器件中的線路圖案的製造工藝。
在典型的金屬線路圖案形成方法中，在襯底上形成金屬層，並且在該金 屬層上形成鈍化層以防止該金屬層被氧化。在該鈍化層上形成光致抗蝕劑圖 案，並且用該光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模來蝕刻該鈍化層和該金屬層以形 成金屬線路圖案。
然而，由於用於該金屬線路圖案的設計規則最近被明顯的減弱了，因此 頻繁發生用於形成該金屬線路圖案的光致抗蝕劑圖案的對準錯誤。有必要將 光致抗蝕劑圖案在該金屬層之上/上方精確的對準。
當該光致抗蝕劑圖案未對準時，用氧等離子體或蝕刻劑移除該光致抗蝕 劑圖案，並且在該金屬層上形成新的光致抗蝕劑圖案。然而，當在該金屬層 上重新形成新的光致抗蝕劑圖案時，在該鈍化層上也形成氧化物層。尤其是，
當該鈍化層由Ti或TiN形成時，在該鈍化層上形成了不需要的氧化物層。 在鈍化層的氧化物層上形成六甲基二矽氮烷(Hexamethyl disilazane， HMDS)。這樣，由於該氧化物層的不均勻性，該HMDS不均勻的形成在該 鈍化層之上或上方。結果，當在上面具有氧化物層的鈍化層上重新形成光致 抗蝕劑圖案時，在蝕刻該金屬層前，該新的光致抗蝕劑圖案會塌陷(或向旁 邊倒下)。這導致不會精確形成該金屬線路圖案。
發明內容
在本發明的實施例中， 一種半導體器件的金屬線路圖案的形成方法包 括在半導體襯底上形成初步結構，該初步結構具有下部阻擋金屬層、金屬 層、和其上的具有第一厚度的上部阻擋層和/或鈍化層(下文中，該"鈍化層")； 移除該鈍化層的上表面使得該鈍化層具有第二厚度(通常小於該第一厚度)； 在上表面被移除的鈍化層上任意形成次鈍化層；在該鈍化層或次鈍化層(下 文中，該"(次)鈍化層")上形成附著力增強層；在該附著力增強層上形 成光致抗蝕劑圖案；以及採用該光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模蝕刻該初步結 構，形成金屬線路圖案結構。
在另一個實施例中，半導體器件的金屬線路包括圖案化鋁線路，位於 半導體襯底上；鈍化層，位於該鋁線路上，包括Ti並具有100A至300A的 厚度，以及次鈍化層，位於該鈍化層上。
結合附圖的檢查以及下面詳細的說明書，其它系統、方法、特徵和優點 將是，或將變成，對於本領域技術人員是顯而易見的。該部分中沒有對權利 要求做出限制的內容。下面結合多個實施例討論進一步的方面和優點。
圖1是剖面圖，示出根據本發明實施例的形成在半導體襯底上的初步金 屬線路結構。
圖2是剖面圖，示出根據本發明實施例的形成在鈍化層上的氧化物層。
圖3是剖面圖，示出描述圖2的氧化物層的移除。
圖4是剖面圖，示出形成在圖3的鈍化層上的次鈍化層。
圖5是剖面圖，示出通過圖案化圖4的初步金屬線路結構而形成的金屬 線路結構。
圖6是流程圖，示出根據本發明的金屬線路結構的示例性製造工藝。
具體實施例方式
對於本發明的實施例詳細設定附圖標記，在附圖中描述它們的示例。
圖1至圖5是描述根據本發明的多個實施例的金屬線路圖案的形成方法 的剖面圖。
圖1是剖面圖，示出形成在半導體襯底上的初步金屬線路結構。參見圖1，在半導體襯底10上形成下部阻擋金屬層20、金屬層30、上部金屬層40、 和鈍化層50以確定初步金屬線路結構。然而，在本發明中該上部金屬層40 不是必需的。
下部阻擋金屬層20例如，通過化學氣相沉積(CVD)法形成。該下部 阻擋金屬層20包括Ti、 TiN或它們的雙層(例如，Ti上的TiN)。可選擇 的，該下部阻擋金屬層20可以包括含有Ti的材料或實質上由含有Ti的材料 構成。
該金屬層30例如通過物理氣相沉積(例如，濺射)形成。在各種實施 例中，該金屬層30包括或實質上由鋁或鋁合金(例如，其中含0.5至4wt.。/。 的Cu的鋁；其中含0.1至2wt,n/。的Ti和/或Si的鋁)構成。
上部金屬層40例如通過CVD或PVD (例如，濺射)法形成。該上部金 屬層20包括或實質上由Ti、 Ta或Hf構成，其能促進鈍化層50對於金屬層 30的附著性和/或減小各層之間的歐姆接觸。
在該上部金屬層40上形成該阻擋層和/或鈍化層50，以保護該上部金屬 層40、該金屬層30、和該下部阻擋金屬層20。該阻擋層和/或鈍化層50也 可以減小或防止金屬層30和覆蓋氧化物(overlying oxide)之間的原子擴散， 和/或抑制金屬層30中的小丘(hillocks)的形成。在這個實施例中，該鈍化層 50具有厚度Tl並且包括或實質上由金屬氮化物例如TiN、 WN、 MoN、 TaN、 HfN等，或者金屬合金例如TiW (例如，以30: 70左右的原子比包含Ti和 W)構成。
為了通過圖案化鈍化層50、上部金屬層40、金屬層30、和下部阻擋金 屬層20形成金屬線路圖案，在該鈍化層50上形成附著力增強層(未示出)。 該附著力增強層包括或實質上由例如HMDS構成。
在該附著力增強層上形成光致抗蝕劑膜(未示出)。該光致抗蝕劑膜可 以，例如通過旋塗(spin coating)來形成。
在形成該光致抗蝕劑膜之後，通過包括曝光(例如，經光掩模照射)和 顯影工藝的光刻方法將該光致抗蝕劑膜圖案化，從而在附著力增強層上形成 光致抗蝕劑圖案64。
然而，由於金屬線路之間的設計規則的減少，光致抗蝕劑圖案64的線 路之間的間隙可以變化，由此該光致抗蝕劑圖案64可以偏離預定位置。圖l顯示用於該光致抗蝕劑圖案的目標位置62。
當光致抗蝕劑圖案64未對準時，從鈍化層50移除該光致抗蝕劑圖案64 並且在該鈍化層50上形成新的光致抗蝕劑圖案64。這樣，通過溼法蝕刻或 幹法蝕刻(例如，用含氧等離子體)移除該未對準的光致抗蝕劑圖案64。
圖2是剖面圖，示出鈍化層50上的氧化物層55。
參見圖2，當通過蝕刻劑或氧等離子體移除該光致抗蝕劑圖案64時，在 該鈍化層50上形成氧化物層55。例如，該氧化物層55包括氧化的氮化鈦(例 如，它可以是或者包括TiON層)。由於該未對準的光致抗蝕劑圖案64保護 該鈍化層50的某些部分在暴露於溼法蝕刻(其可以包括氧化劑，例如過氧 化氫、臭氧、硝酸、硫酸等)或者含氧等離子體(例如，其可以包括氧自由 基源(oxygen radical source)，例如雙氧和/或臭氧)時不被立即氧化，該氧 化物層55的表面是不均勻的。
圖3是描述圖2的氧化物層55的移除工藝的剖面圖。 參見圖3，通過幹法或溼法蝕刻工藝毯覆蝕刻(blanket-etched)該氧化 物層55。當未移除該氧化物層55時，該附著力增強層(例如，HMDS)不 會均勻的沉積在該氧化物層55上，由此，形成在該氧化物層55上的新的光 致抗蝕劑圖案附著不好(並且可能倒向一旁)。因此，在這個實施例中，移 除該氧化物層55。
移除該氧化物層55之後， 一般也與該氧化物層55 —起部分移除該鈍化 層50，以便防止該氧化物層55保留在該鈍化層50上。因此，如圖3所述的 鈍化層52的厚度T2小於圖1所述的鈍化層50的厚度Tl。在這個實施例中， 鈍化層52的厚度T2在從100A至300A的範圍內。
然而，當如上述減小該鈍化層52的厚度時，該鈍化層52可能失去其一 個或一個以上的功能。在這種情況下，可能損傷或擦傷(例如，通過外部碰 撞)該鈍化層52下方的多個層。然而，在另一個實施例中，該鈍化層52具 有足夠的厚度(例如，大於300 A，優選至少400 A)去提供預定水平的功 能(例如，防止原子從相鄰層擴散，防止小丘，減小反射[例如，提供減反射 功能]，等)。在這種情況中，該附著促進或增強層(例如，HMDS或其它 光致抗蝕劑附著促進物)能夠直接沉積在該相對薄的鈍化層52上。
圖4是形成在圖3的鈍化層52上的次鈍化層53的剖面圖。
參見圖4，為了增強由於厚度的減小造成功能損失的鈍化層52的功能， 在該鈍化層52上形成次鈍化層53。在這個實施例中，該次鈍化層53的材料 與鈍化層52的材料一樣。可選擇的，該次鈍化層53的材料可以不同於鈍化 層52的材料。在這個實施例中，該次鈍化層53包括在此提及的作為鈍化層 和/或阻擋層的TiN、 TaN、 HfN、 TiW或其它材料。
在這個實施例中，該次鈍化層53和鈍化層52的厚度的總和與圖1所述 的鈍化層50的厚度T1完全相同。可選擇的，該鈍化層50的厚度T1可以是 相對高的(例如，從大於500A至卯0A左右，優選從600 A左右至850 A 左右)，使得移除該氧化物層55導致了具有該鈍化層的目標厚度的相對薄 的鈍化層52。
在形成該次鈍化層53之後，在該次鈍化層53的整個表面上形成附著力 增強層60 (或者附著促進物)。該附著力增強層60包括或實質上由HMDS 構成。在該次鈍化層53上非常均勻的形成該附著力增強層60。之後，在該 附著力增強層60的整個表面上形成光致抗蝕劑膜並且圖形化該光致抗蝕劑 膜以形成光致抗蝕劑圖案66。
圖5是剖面圖，示出通過圖案化圖4的初步結構形成的金屬線路結構。
參見圖5，用圖4中所述的光致抗蝕劑圖案66作為蝕刻掩模將圖1所述 的用於金屬線路的初步結構圖案化，以形成金屬線路圖案結構，其包括下部 阻擋金屬圖案25、金屬圖案35、上部阻擋金屬圖案45、鈍化層圖案52a、 和次鈍化圖案53a。在形成金屬線路圖案之後，移除該光致抗蝕劑圖案66， 在這期間移除該附著力增強層60。
圖6是根據本發明的金屬線路結構的示例性製造工藝的流程圖。在步驟 110中，通過在此所述的灰化(ashing)或溼法蝕刻移除光致抗蝕劑圖案(其 未對準或者其已經塌陷或部分倒塌)。然後，如此所述，在步驟120中移除 形成在鈍化層(例如，TiN)表面的任何氧化物。如果該鈍化層需要二次加 工(例如，對於提供一個或一個以上預定功能是不夠厚的；見判定單元130)， 然後在步驟140中增加次鈍化層，並且在步驟150中在該次鈍化層上沉積附 著促進層(例如，HMDS)。如果該鈍化層對於進一步的工藝是足夠厚的， 這時不需要二次加工(見判定單元130)，並且在步驟150中，該附著促進 層(例如，HMDS)直接沉積在已移除氧化物的鈍化層上。
根據本發明，由於隨後通過在其上形成次鈍化層增強在該光致抗蝕劑圖 案的二次加工工藝期間損傷的鈍化層，而形成極好的(並且更加對準的)金 屬線路圖案結構。
在此所述的多個實施例的描述旨在提供各種實施例的結構的一般性理 解。該描述不想作為採用在此說明的結構或方法的裝置和系統的單元和特性 的完全的說明。在回顧該公開後，多個其它實施例對於本領域技術人員是顯 而易見的。可以從該公開中獲得和導出其它實施例，從而可以進行結構性的 和邏輯性的替換和改變而不偏離該公開的範圍。可選擇的，該描述僅僅是代 表性的而不限制範圍。該描述中的某些部分可以放大，同時其它部分可以縮 小。因此，將公開和附圖看做描述性的而不是限制性的。上述公開的主題考 慮為描述性的，而不是限制性的，並且所附權利要求意圖覆蓋所有落入本發 明的實際精神和範圍之內的修改、增加、和其它實施例。
權利要求
1.一種金屬線路圖案的製造方法，包括在半導體襯底上形成初步結構，該初步結構具有下部阻擋金屬層、金屬層、和具有第一厚度的上部阻擋層和/或鈍化層；移除該上部阻擋層和/或鈍化層的上表面，使得該上部阻擋層和/或鈍化層具有第二厚度；在具有第二厚度的該上部阻擋層和/或鈍化層上形成次鈍化層；在該次鈍化層上形成附著力增強層；在該附著力增強層上形成光致抗蝕劑圖案；以及採用該光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模蝕刻該初步結構，形成金屬線路圖案。
2. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括，在移除該上部阻擋層和/ 或鈍化層的上表面之前，在該鈍化層上形成氧化物層。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中通過移除未對準的光致抗蝕劑圖 案，在該初步結構上形成該氧化物層。
4. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括，在移除該上部阻擋層和/ 或鈍化層的上表面之前，移除形成在該初步結構上的初步光致抗蝕劑圖案。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中該次鈍化層具有相應於第一和第 二厚度之差的厚度。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中該附著力增強層包括六甲基二矽 氮烷。
7. 根據權利要求1所述的方法，其中該下部阻擋金屬層和該上部阻擋 層和/或鈍化層中的每個包括Ti或TiN。
8. 根據權利要求2所述的方法，其中該氧化物層包括TiON。
9. 根據權利要求2所述的方法，其中該氧化物層的厚度從50A至 150A。
10. 根據權利要求1所述的方法，其中該第二厚度從100A至300A。
11. 根據權利要求3所述的方法，其中採用含氧等離子體或蝕刻劑移除該光致抗蝕劑圖案。
12. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括，在形成該金屬線路圖案之後，移除該光致抗蝕劑圖案和該附著力增強層。
13. 根據權利要求1所述的方法，其中該上部阻擋層和/或鈍化層包括上 部阻擋層和鈍化層。
14. 根據權利要求13所述的方法，其中該上部阻擋金屬層包括Ti、 Ta 或Hf。
15. 根據權利要求13所述的方法，其中該上部阻擋金屬層包括Ti。
16. 根據權利要求13所述的方法，其中該鈍化層包括TiN、 TaN、 HfN、 麗、MoN或TiW。
17. 根據權利要求16所述的方法，其中該鈍化層包括TiN。
18. 根據權利要求15所述的方法，其中該鈍化層包括TiN。
19. 一種金屬線路圖案，位於半導體襯底上，包括 鋁；鈍化圖案，位於該鋁之上，包含Ti、 Ta、 Hf、 Mo或W並且具有100A 至300A的厚度；以及次鈍化圖案，位於該鈍化圖案上。
20. 根據權利要求19所述的金屬線路圖案，進一步包括 下部阻擋金屬圖案，包含Ti，位於該鋁和該半導體襯底之間；以及 上部阻擋金屬圖案，包含Ti、 Ta或Hf，位於在該鋁和該鈍化圖案之間。
全文摘要
本發明提供了一種用於半導體器件的金屬線路圖案的形成方法。該方法包括，在半導體襯底上形成初步結構，其具有下部阻擋金屬層、金屬層、和具有第一厚度的上部阻擋層和/或鈍化層；移除該鈍化層的上表面，使得該鈍化層具有第二厚度；在該鈍化層上形成次鈍化層；在該次鈍化層上形成附著力增強物和光致抗蝕劑圖案；以及通過採用該光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模蝕刻該初步結構形成金屬線路圖案。
文檔編號H01L21/70GK101197315SQ20071019883
公開日2008年6月11日 申請日期2007年12月7日 優先權日2006年12月7日
發明者白寅喆 申請人:東部高科股份有限公司