專利名稱：凸點下金屬層和連接墊層的形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，特別涉及凸點下金屬層和連接墊層的 形成方法。
背景技術：
在制造半導體器件的過程中，金屬層常被用作半導體器件的電極和互連 線。通常絕緣介質(zhì)層位于金屬層的下方，而絕緣介質(zhì)層主要用于相鄰金屬層 之間的電隔離。
現(xiàn)有技術公開了一種蝕刻以A1為基體材料最終形成凸點下金屬層的方 法，提供了 一種可以在保持高的刻蝕速率和高刻蝕選擇比的同時可以抑制布 線層的側壁刻蝕或圖形形狀不合格的半導體裝置的制造方法。
在專利號為98124176的中國專利中還可以發(fā)現(xiàn)更多與上述技術方案相關 的信息。
在上述形成凸點下金屬層的方法中并未給出如何去除光刻膠層的方法， 但是根據(jù)半導體常規(guī)工藝，通常采用如下步驟進行去除
如圖1A所示，在半導體襯底100上形成有絕緣介質(zhì)層101和金屬層102。在 刻蝕金屬層102之前，需先在金屬層102之上形成光刻膠層103。如圖1B所示， 對光刻膠層103進行曝光，將掩模板上的凸點下金屬層圖形轉(zhuǎn)移至光刻膠層 103上。接著如圖1C所示，以光刻膠層103為掩膜，刻蝕金屬層102。最后如圖 1D所示，用灰化法去除光刻膠層103形成凸點下金屬層。
所述絕緣介質(zhì)層101為聚合物，例如在制造存儲器件時，常會使用聚酰亞 胺(polyimide)作為絕緣介質(zhì)層的材料。在上述方案中，在灰化去除光刻膠 的過程中，由于絕緣介質(zhì)層101暴露在外，而絕緣介質(zhì)層101又有與光刻膠層103同樣的刻蝕速率，這直接導致了在金屬層102下方有大量的聚酰亞胺損失， 嚴重時甚至形成空洞。由于金屬層102本身很薄，如果下方的絕緣介質(zhì)層IOI 被掏空則會影響金屬層結構的穩(wěn)定性，嚴重時會造成金屬層剝落。
圖2給出采用現(xiàn)有技術形成凸點下金屬層的電子掃描顯微鏡(SEM )結果, 可以看出凸點下金屬層下方的區(qū)域20內(nèi)出現(xiàn)空洞，這主要由于大量的聚酰亞 胺在灰化工藝中被去除所致。
此外，在現(xiàn)有技術中連接墊層的形成方法包括去除光刻膠層這一工藝步 驟，在去除光刻膠的過程中也會造成金屬層下方的絕緣介質(zhì)層中大量聚酰亞 胺的損失。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種凸點下金屬層和一種連接墊層的形成方 法，防止灰化過程中絕緣介質(zhì)層的大量損失甚至金屬層剝落。
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種凸點下金屬層的形成方法，包括如 下步驟提供半導體村底，所述半導體村底上形成有金屬層、絕緣介質(zhì)層及 位于絕緣介質(zhì)層中的凹槽，金屬層位于絕緣介質(zhì)層之上以及凹槽內(nèi)；在金屬 層之上形成硬掩膜層；在硬掩膜層之上形成光刻膠層，定義出凸點下金屬層 形狀；以光刻膠層為掩膜刻蝕硬掩膜層；去除光刻膠層；以硬掩膜層為掩膜 刻蝕金屬層；去除硬掩膜層。
所述硬掩膜層與金屬層具有不同刻蝕比。硬掩膜層為二氧化硅、氮化硅、 氮氧化硅中的一種或者它們的組合，其厚度為500埃至1000埃。
所述絕緣介質(zhì)層為聚酰亞胺(polyimide)、苯并環(huán)丁烯(BCB)、六曱基 二硅胺烷(HMDS )中的一種或者它們的組合。
所述金屬層為鋁、鴒、銅中的一種或者它們的合金。
本發(fā)明還提供了一種連接墊層的形成方法，包括如下步驟提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有絕緣介質(zhì)層及位于絕緣介質(zhì)層中的通孔；在 絕緣介質(zhì)層之上和通孔內(nèi)形成金屬層；在金屬層之上形成硬掩膜層；在硬掩 膜層之上形成光刻膠層，定義出連接墊層形狀；以光刻膠層為掩膜刻蝕硬掩 膜層；去除光刻膠層；以硬掩膜層為掩膜刻蝕金屬層；去除硬掩膜層。
所述硬掩膜層與金屬層具有不同刻蝕比。硬掩膜層為二氧化硅、氮化硅、 氮氧化硅中的一種或者它們的組合，其厚度為500埃至1000埃。
所述絕緣介質(zhì)層為聚酰亞胺(polyimide)、苯并環(huán)丁烯(BCB)、六曱基 二硅胺烷(HMDS)中的一種或者它們的組合。
所述金屬層為鋁、鴒、銅中的一種或者它們的合金。
與現(xiàn)有技術相比，上述所公開的技術方案具有以下優(yōu)點
上述所公開的凸點下金屬層和連接墊層的形成方法中，在金屬層上形成 硬掩膜層，再在硬掩膜層上形成光刻膠層，并以光刻膠層為掩膜刻蝕硬掩膜 層，接著再灰化去除光刻膠層。在灰化過程中，由于絕緣介質(zhì)層上方具有硬 掩膜層的保護，故而解決了灰化過程中絕緣介質(zhì)層大量損失的問題。再以硬 掩膜層為掩膜刻蝕金屬層，最后去除硬掩膜層。去除硬掩膜層不會對絕緣介 質(zhì)層造成影響。
圖1A至圖1D是現(xiàn)有技術形成凸點下金屬層的結構示意圖2是采用現(xiàn)有技術形成凸點下金屬層的電子掃描顯微鏡結果；
圖3是本發(fā)明形成凸點下金屬層的方法的一種實施方式流程示意圖4A至圖4H是本發(fā)明的一個實施例的形成凸點下金屬層的結構示意
圖5是本發(fā)明形成連接墊層的方法的一種實施方式流程示意圖；圖6A至圖6H是本發(fā)明的一個實施例的形成連接墊層的結構示意圖；圖7是采用本發(fā)明技術形成凸點下金屬層的電子掃描顯微鏡結果。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種凸點下金屬層的形成方法和一種形成連接墊層的方法中，先形成硬掩膜層，再在硬掩膜層上形成光刻膠層。接著，以光刻膠層為掩膜刻蝕硬掩膜層，再灰化去除光刻膠層。在灰化過程中，由于絕緣介質(zhì)層上方具有硬掩膜層的保護，故而解決了灰化過程中絕緣介質(zhì)層大量損失的問題。然后，再以硬掩膜層為掩膜刻蝕金屬層。最后去除硬掩膜層。其中，去除硬掩膜層不會對絕緣介質(zhì)層造成影響。
為使本發(fā)明的方法、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。
圖3給出本發(fā)明形成凸點下金屬層的方法的一種實施方式流程示意圖。如圖3所示，執(zhí)行步驟S1，提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有金屬層、絕緣介質(zhì)層及位于絕緣介質(zhì)層中的凹槽，金屬層位于絕緣介質(zhì)層之上以及凹槽內(nèi)；執(zhí)行步驟S2，在金屬層之上形成硬掩膜層；執(zhí)行步驟S3，在硬掩膜層之上形成光刻膠層，定義出凸點下金屬層形狀；執(zhí)行步驟S4，以光刻膠層為掩膜刻蝕硬掩膜層；執(zhí)行步驟S5，去除光刻膠層；執(zhí)行步驟S6，以硬掩膜層為掩膜刻蝕金屬層；執(zhí)行步驟S7，去除硬掩膜層。
圖4A至圖4H給出本發(fā)明的一個實施例的形成凸點下金屬層的結構示意圖。
參考圖4A，提供半導體襯底200。所述半導體襯底200上形成有絕緣介質(zhì)層201以及位于絕緣介質(zhì)層201中的凹槽40。
所述半導體襯底200中形成有半導體器件層和互連層，此處為簡化圖示，未示出。形成所述凹槽40的目的是暴露出半導體襯底200中的導電層，實現(xiàn)金屬層之間的互連。凹槽40的尺寸根據(jù)實際需要確定。
所述絕緣介質(zhì)層201主要用于相鄰金屬層之間的電隔離。它是由聚合物組成，可以為聚酰亞胺(polyimide)、苯并環(huán)丁烯(BCB)、六曱基二硅胺烷(HMDS)中的一種或者它們的組合。由于聚酰亞胺有較低的介電常數(shù)、高溫穩(wěn)定性(高達450°C )、平整性以及低成本的特性，所以聚酰亞胺在實際工藝中被廣泛使用。作為本實施例的一個優(yōu)化的實施方式，所述絕緣介質(zhì)層201為聚酰亞胺(polyimide)。
參考圖4B，在絕緣介質(zhì)層201上及凹槽40內(nèi)形成金屬層202。
所述金屬層202可以為鋁、鴒、銅中的一種或者它們的合金。作為本發(fā)明的 一個實施例，所述金屬層202為鋁。
所述金屬層202的厚度范圍為5000埃至15000埃。形成所述金屬層202可以采用化學氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)。
參考圖4C,在金屬層202之上形成硬掩膜層203。作為本發(fā)明的一個實施例，所述硬掩膜層203采用低壓化學氣態(tài)沉積法形成。
所述硬掩膜層203與金屬層可以具有不同刻蝕比，可為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其組合構成，優(yōu)選二氧化硅。
所述硬掩膜層的厚度范圍為500埃至1000埃，優(yōu)選800埃。
參考圖4D,在已經(jīng)形成的硬掩膜層203之上形成光刻膠層204。在光刻膠層204上定義出凸點下金屬層的形狀。
參考圖4E，以光刻膠層204為掩膜，刻蝕硬掩膜層203,去除沒有被光刻膠層遮蔽的硬掩膜層203。
參考圖4F，去除光刻膠層204,暴露出硬掩膜層203。
本發(fā)明在灰化光刻膠層204的過程中，絕緣介質(zhì)層201有了金屬層202
8的保護，因而不會如現(xiàn)有技術中一樣刻蝕大量的絕緣介質(zhì)層，引起金屬層的剝落。
參考圖4G,以硬掩膜層203為掩膜，刻蝕去除硬掩膜層203之外的金屬層202。經(jīng)過刻蝕這個步驟后，原本定義在光刻膠層204上的圖形完全轉(zhuǎn)移到了金屬層202。
作為本發(fā)明的一個具體實施例，采用氯氣、氯化硼的等離子體去除金屬層202。所述產(chǎn)生氯氣、氯化硼等離子體的產(chǎn)生功率為200W至500W，加速功率為200W至500W,刻蝕選擇比大于等于10。
參考圖4H,去除硬掩膜層203,暴露出凸點下金屬層202。其中，去除所述硬掩膜層203可以采用干法或濕法刻蝕。凸點下金屬層是圖形化后的金屬層202。
作為本發(fā)明的一個實施例，濕法刻蝕硬掩膜層203,所用蝕刻液為HF/(NH4)2S04/H20的混合液體，刻蝕的時間為30秒至60秒。在該去除硬掩膜層203的步驟中，所述蝕刻液不會腐蝕絕緣介質(zhì)層201。
至此，形成本發(fā)明的凸點下金屬層202。在后續(xù)的工藝步驟中將會在凸點下金屬層202內(nèi)形成凸點，而所述形成凸點的工藝為本領域人員公知技術，在jt匕才尤不力口詳述了 。
本發(fā)明還提供了一種連接墊層的形成方法。圖5給出本發(fā)明的一個實施例的形成連接墊層的方法流程示意圖。如圖5所示，執(zhí)行步驟A1提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有絕緣介質(zhì)層及位于絕緣介質(zhì)層中的通孔；執(zhí)行步驟A2在絕緣介質(zhì)層之上和通孔內(nèi)形成金屬層；執(zhí)行步驟A3在金屬層之上形成硬掩膜層；執(zhí)行步驟A4在硬掩膜層之上形成光刻膠層，定義出連接墊層形狀；執(zhí)行步驟A5以光刻膠層為掩膜刻蝕硬掩膜層；執(zhí)行步驟A6去除光刻膠層；執(zhí)行步驟A7以硬掩膜層為掩膜刻蝕金屬層；執(zhí)行步驟A8去除硬掩膜層。
下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作詳細的說明。圖6A至圖6H給出本發(fā)明的 一 個實施例的形成連接墊層的結構示意圖。
參考圖6A,提供半導體襯底300。所述半導體襯底300上形成有絕緣介質(zhì)層302以及位于絕緣介質(zhì)層302中的通孔50。所述半導體村底300中形成有半導體導電層301。所述通孔50的尺寸根據(jù)實際需要確定。
所述絕緣介質(zhì)層302主要用于相鄰金屬層之間的電隔離。它是由聚合物組成，可以為聚酰亞胺(polyimide)、苯并環(huán)丁烯(BCB)、六曱基二硅胺烷(HMDS)中的一種或者它們的組合，其中優(yōu)選的是聚酰亞胺(polyimide)。
參考圖6B,在絕緣介質(zhì)層302上和通孔內(nèi)形成金屬層303。
所述金屬層303可以為鋁、鴒、銅中的一種或者它們的合金。形成所述金屬層303可以采用化學氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)。作為本發(fā)明的 一個實施例，所述金屬層303為鋁。
參考圖6C，在金屬層303之上形成石更掩膜層304。
所述硬掩膜層304與金屬層具有不同刻蝕比。所述硬掩膜層304可以為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其組合構成。
參考圖6D，在已經(jīng)形成的硬掩膜層304之上形成光刻膠層305。在光刻膠層305上定義出連接墊層的形狀。
參考圖6E，以光刻膠層305為掩膜，刻蝕硬掩膜層304,去除沒有被光刻膠層遮蔽的硬掩膜層304。
參考圖6F，去除光刻膠層305，暴露硬掩膜層304。
參考圖6G，以硬掩膜層304為掩膜，刻蝕硬掩膜層304之外的金屬層303。
參考圖6H，去除硬掩膜層304，暴露出連接墊層303。作為本發(fā)明的一個實施例，去除所述硬掩膜層304可以采用干法或濕法刻蝕。
圖7中給出使用本技術方案后形成凸點下金屬層的顯微照片。圖中凸點下金屬層的切面70十分平整，沒有出現(xiàn)圖2中金屬層下方被掏空的現(xiàn)象，由此證明了本發(fā)明在實際中確實能解決聚酰亞胺大量損失的問題。
綜上，本發(fā)明提供了 一種凸點下金屬層的形成方法和一種形成連接墊層的方法。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明重新安排了灰化和刻蝕凸點下金屬層的工藝步序，使絕緣介質(zhì)層在去除光刻膠的過程中有了金屬層的保護，解決了絕緣介質(zhì)層中聚酰亞胺大量損失的問題，有助于提高產(chǎn)品的良率。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以權力要求所限定的范圍為準。
權利要求
1.一種凸點下金屬層的形成方法，其特征在于，包括如下步驟提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有金屬層、絕緣介質(zhì)層及位于絕緣介質(zhì)層中的凹槽，金屬層位于絕緣介質(zhì)層之上以及凹槽內(nèi)；在金屬層之上形成硬掩膜層；在硬掩膜層之上形成光刻膠層，定義出凸點下金屬層形狀；以光刻膠層為掩膜刻蝕硬掩膜層；去除光刻膠層；以硬掩膜層為掩膜刻蝕金屬層；去除硬掩膜層。
2. 根據(jù)權利要求l所述凸點下金屬層的形成方法，其特征在于所述硬掩膜 層與金屬層具有不同刻蝕比。
3. 根據(jù)權利要求2所述凸點下金屬層的形成方法，其特征在于所述硬掩膜 層為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一種或者它們的組合。
4. 根據(jù)權利要求3所述的凸點下金屬層的形成方法，其特征在于所述硬掩 膜層的厚度為500埃至1000埃。
5. 根據(jù)權利要求1所述凸點下金屬層的形成方法，其特征在于所述絕緣介 質(zhì)層為聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯、六甲基二硅胺烷中的一種或者它們的組合。
6. 根據(jù)權利要求1所述凸點下金屬層的形成方法，其特征在于所述金屬層 為鋁、鴒、銅中的一種或者它們的合金。
7. —種連接墊層的形成方法，其特征在于，包括如下步驟 提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有絕緣介質(zhì)層及位于絕緣介質(zhì)層 中的通孑L;在絕緣介質(zhì)層之上和通孔內(nèi)形成金屬層； 在金屬層之上形成硬掩膜層；在硬掩膜層之上形成光刻膠層，定義出連接墊層形狀；以光刻膠層為掩膜刻蝕硬掩膜層；去除光刻膠層；以硬掩膜層為掩膜刻蝕金屬層； 去除硬掩膜層。
8. 根據(jù)權利要求7所述連接墊層的形成方法，其特征在于所述硬掩膜層與 金屬層具有不同刻蝕比。
9. 根據(jù)權利要求8所述連接墊層的形成方法，其特征在于所述硬掩膜層為 二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一種或者它們的組合。
10. 根據(jù)權利要求9所述的連接墊層的形成方法，其特征在于所述硬掩膜層 的厚度為500埃至1000埃。
11. 根據(jù)權利要求7所述連接墊層的形成方法，其特征在于所述絕緣介質(zhì)層 為聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯、六曱基二硅胺烷中的一種或者它們的組合。
12. 根據(jù)權利要求7所述連接墊層的形成方法，其特征在于所述金屬層為鋁、 鴒、銅中的一種或者它們的合金。
全文摘要
一種凸點下金屬層的形成方法，包括如下步驟提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有金屬層、絕緣介質(zhì)層及位于絕緣介質(zhì)層中的凹槽，金屬層位于絕緣介質(zhì)層之上以及凹槽內(nèi)；在金屬層之上形成硬掩膜層；在硬掩膜層之上形成光刻膠層，定義出凸點下金屬層形狀；以光刻膠層為掩膜刻蝕硬掩膜層；去除光刻膠層；以硬掩膜層為掩膜刻蝕金屬層；去除硬掩膜層。類似地，本發(fā)明還提供了一種形成連接墊層的方法。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明重新安排了灰化和刻蝕凸點下金屬層的工藝步序，使絕緣介質(zhì)層在去除光刻膠的過程中有了金屬層的保護，解決了絕緣介質(zhì)層中聚酰亞胺大量損失的問題，有助于提高產(chǎn)品的良率。
文檔編號G03F7/42GK101592876SQ20081011406
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權日2008年5月30日
發(fā)明者武 孫, 沈滿華, 王新鵬, 韓秋華 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司