一种金属连线刻蚀方法技术

本发明专利技术提供了一种金属连线刻蚀方法，在低介电系数层间介质上依次沉积第一二氧化硅层和掩膜层后，该方法包括：涂覆第一光刻胶后形成用于定义通孔的第一光刻图案；在所述第一光刻图案表面形成保护层；在所述保护层上涂覆第二光刻胶后形成用于定义沟槽的第二光刻图案；以第一光刻图案和第二光刻图案为掩膜刻蚀形成通孔和沟槽；灰化去除刻蚀后所述掩膜层残留，露出所述第一二氧化硅层。本发明专利技术提供的金属连线刻蚀方法，采用一次刻蚀在低介电系数层间介质中形成通孔和沟槽，减小灰化过程中由于等离子对低介电系数层间介质轰击造成的低介电系数层间介质的介电系数k升高，避免了半导体电路的信号传输速度和半导体器件的工作速度降低。

【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
随着半导体制造工艺的进步，半导体芯片的面积越来越小，同时，同一半导体芯片上集成的半导体器件的尺寸越来越小，数量越来越多。半导体器件由金属连线连接形成半导体电路，实现所述半导体器件之间的信号传输。所述金属连线是由高密度的金属线路和所述金属线路之间的层间介质共同组成。金属连线的电阻电容延迟现象(Resistance Capacitance Delay, RC Delay)使得半导体电路的信号传输速率下降，从而降低了半导体器件的工作速度。半导体电路的信号传输速率取决于金属连线的寄生电阻(Parasitic Resistance, R)与寄生电容(Parasitic Capacitance, C)两者乘积。其中，寄生电阻问题在于金属铝作为金属线路的电阻大，因此必须使用低电阻、高传导率的材料作为金属线路。 现有技术中，普遍采用金属铜取代金属铝作为金属线路，因为金属铜比金属铝有更高的传导性、更低的电阻，可以解决寄生电阻问题。寄生电容与层间介质的介电系数k成正比，当k越小，寄生电容就越小。因此必须使用低介电系数的材料作为金属间的层间介质，以降低金属线路之间电流的互相干扰，进而提升半导体电路的信号传输速度和半导体器件的工作速度。低介电系数的材料作为层间介质(Inter-Layer Dielectric, ILD)称为low_k层间介质。过去一直作为层间介质的二氧化硅(SiO2),其介电系数约为3.9 4.5间，然而随着半导体工艺的不断进步，二氧化硅逐渐接近应用的极限。为了降低半导体器件相互间的信号干扰，开始用low-k ILD取代传统二氧化硅的层间介质，通常采用在二氧化硅中掺杂碳原子的方法，增大二氧化碳原子间的空隙，使二氧化硅晶格结构变得疏松，降低其介电系数，成为 low-k ILD。下面结合附图Ia If对现有技术中采用大马士革工艺的金属连线刻蚀方法进行介绍，其步骤如下步骤101、图Ia为现有技术中金属连线刻蚀方法的步骤101的剖面结构示意图，如图Ia所示，第一光刻形成用于定义通孔(via)的第一光刻图案；本步骤中，在第一底部抗反射涂层(BARC) 206上涂覆第一光刻胶(PR) 207并对第一冊207进行曝光和显影，从而形成第一光刻图案。其中，第一光刻图案用来定义后续步骤中的通孔的开口宽度。图Ia中，最下方的氮化硅层(Si3N4) 201作为刻蚀停止层，其上方是low-k ILD 202，例如掺杂碳原子的二氧化硅；low-k ILD 202上方是第一二氧化硅层203，作为后续工艺中化学机械研磨(CMP)的停止层；第一二氧化硅层203上方依次为第一底部光阻层(Bottom Photoresist，BPR) 204、第二二氧化硅层205和第一 BARC206，其中，第一 BARC206用于减少在曝光过程中的光反射。 在实际应用中可以省略。所述第一 BPR204和所述第二二氧化硅层205作为掩膜层，共同用于在后续刻蚀过程中增加掩膜层高度，延长掩膜层的耗尽时间，传递光刻图案，第二二氧化硅层205用于保护第一 BPR 204不受到曝光和显影过程的影响，保证第一 BPR 204的完整性；此外掩膜层并不局限于所述第一 BPR204和所述第二二氧化硅层205组成的结构，还可以用金属掩膜，例如氮化钛。步骤102、图Ib为现有技术中金属连线刻蚀方法的步骤102的剖面结构示意图，如图Ib所示，第一刻蚀形成通孔208，按照第一光刻图案对low-k ILD202进行第一刻蚀，从而在low-k ILD 202中形成通孔208。本步骤中，氮化硅层201作为刻蚀的停止层，在第一刻蚀之后，通孔208底部的氮化硅层201并没有完全刻蚀掉，其残留部分会在后续步骤中去除。其中，所述第一刻蚀为干法刻蚀，在第一刻蚀过程中，第一冊207、第一 BARC206、第二二氧化硅层205和第一 BPR 204会随着刻蚀过程的进行逐渐消耗掉，第一光刻图案也会从第一 PR207开始依次传递到第一 BARC206、第二二氧化硅层205、第一 BPR 204和第一二氧化硅层203上，如图Ib所示，第一刻蚀完成后只有部分第一 BPR 204留在第一二氧化硅层203 上。步骤103、图Ic为现有技术中金属连线刻蚀方法的步骤103的剖面结构示意图，如图Ic所示，第一灰化去除第一刻蚀之后第一 BPR 204残留。本步骤中，第一灰化采用等离子去除残留的第一 BPR 204以及第一刻蚀产生的副产物等，清洗208表面，露出第一二氧化硅层203。步骤104、图Id为现有技术中金属连线刻蚀方法的步骤104的剖面结构示意图，如图Id所示，在第一二氧化硅层203上方依次形成第二 BPR209、第三二氧化硅层210和第二 BARC211后，在第二 BARC211上涂覆第二 ra212，对第二 PR212进行曝光和显影，从而形成第二光刻图案。其中，第二 BPR209会先填充通孔208，然后在第一二氧化硅层203上形成第二 BPR209 ；第三二氧化硅层210和第二 BPR209的作用与第二二氧化硅层205和第一 BPR204 相同；第二 BARC211和第一 BARC206的作用相同；第二光刻图案用来定义后续步骤中的沟槽(trench)的开口宽度。步骤105、图Ie为现有技术中金属连线刻蚀方法的步骤105的剖面结构示意图，如图Ie所示，第二刻蚀形成沟槽213，按照第二光刻图案对low-kILD 202进行第二刻蚀，在通孔208上方形成沟槽213 ；本步骤中，所述第二刻蚀为干法刻蚀；第二刻蚀后，通孔208下方的氮化硅层201残留部分被全部去除；第二 BPR 209并未全部消耗，第一二氧化硅层203 表面还残留第二 BPR 209。步骤106、图If为现有技术中金属连线刻蚀方法的步骤105的剖面结构示意图，如图If所示，第二灰化去除第二刻蚀之后第二 BPR 209残留。本步骤中，第二灰化采用等离子去除残留的第二 BPR 209以及第二刻蚀产生的副产物等，清洗通孔208和沟槽213表面，露出第一二氧化硅层203。至此，金属连线刻蚀完成，在low-k ILD中形成了通孔和沟槽。后续步骤还要在通孔和沟槽中填充金属铜，制作金属线路，具体步骤为在通孔和沟槽表面依次沉积扩散阻挡层和铜籽晶层，采用电化学镀工艺(ECP)在通孔和沟槽中生长金属铜之后，CMP所述金属铜，形成金属连线。本步骤中，为了防止后续步骤通孔和沟槽中所沉积的金属铜落扩散至low-k ILD 中，采用物理气相沉积(PVD)工艺沉积扩散阻挡层；采用PVD工艺在扩散阻挡层上沉积铜籽晶层；所述CMP以第一二氧化硅层作为停止层。在上述金属连线刻蚀过程中，需要两次灰化去除光刻胶的残留和刻蚀之后的副产物，所述两次灰化过程中所用的等离子轰击low-k层间介质时，一方面使low-k层间介质吸收等离子中的水分，减少low-k层间介质的孔隙，另一方面使low-k层间介质中的碳原子和等离子中的氧元素发生反应，生成二氧化碳或一氧化碳，降低low-k层间介质中碳原子的含量。上述两方面均会导致low-k层间介质损伤，使介电系数k的值升高。由于金属连线的信号传输速率取决于寄生电阻与寄生电容两者乘积，寄生电容与本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种金属连线刻蚀方法，在低介电系数层间介质上沉积第一二氧化硅层，在所述第一二氧化硅层上沉积掩膜层后，其特征在于，该方法包括：在所述掩膜层上涂覆第一光刻胶后第一光刻形成用于定义通孔的第一光刻图案；在所述第一光刻图案表面形成保护层；在所述保护层上涂覆第二光刻胶后第二光刻形成用于定义沟槽的第二光刻图案；以第一光刻图案和第二光刻图案为掩膜刻蚀所述低介电系数层间介质形成通孔和沟槽；灰化去除刻蚀后所述掩膜层残留，清洗所述通孔和沟槽表面，露出所述第一二氧化硅层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，周俊卿，
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：31