專利名稱：半導(dǎo)體器件的金屬互連的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的金屬互連的制造方法。
背景技術(shù)：
為了制造半導(dǎo)體器件，需要用到金屬互連工藝。金屬互連具有諸如電路連接、電路 匹配和信號相位改變等多種功能。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，金屬互連有著各種不同的大小和形狀。
圖像傳感器是高度集成并被制造成小型尺寸的半導(dǎo)體器件。隨著時(shí)間的推移，圖 像傳感器的設(shè)計(jì)尺度(design rule)已逐漸減小。因此，金屬互連的長寬比已有增加。通 過首先形成金屬層，在金屬層上方形成光致抗蝕劑圖案，然后再選擇性地蝕刻該金屬層，從 而形成所述金屬互連。 然而，當(dāng)在較小的圖像傳感器件中形成多個(gè)金屬互連時(shí)，在蝕刻工藝中采用光致
抗蝕劑圖案作為掩模就有其局限性。因此，在金屬互連層的上方會采用硬掩模。 在金屬互連層上方形成硬掩模層和光致抗蝕劑圖案后，根據(jù)光致抗蝕劑圖案和硬
掩模層之間的選擇性而對硬掩模層進(jìn)行圖案化。然后，通過使用硬掩模來蝕刻金屬互連層，
從而形成該金屬互連。 金屬互連的設(shè)計(jì)尺度和表面分布可根據(jù)硬掩模的表面分布和在該硬掩模上方形 成的光致抗蝕劑圖案來確定。這是因?yàn)榫酆衔?其生成于在使用光致抗蝕劑圖案形成硬掩 模時(shí))會在硬掩模的側(cè)壁上方或光致抗蝕劑圖案的上表面上方沉淀。通過隨后的工藝，該 聚合物會對金屬互連的分布產(chǎn)生影響。例如，聚合物可能會使光致抗蝕劑圖案和硬掩模的 厚度沿向下方向逐漸增大。如果金屬互連在這樣的狀態(tài)下形成，金屬互連的下部可能會電 連接到鄰近的金屬互連，或者金屬互連的表面分布可能會粗糙不平。 金屬互連的表面分布關(guān)系到器件的電學(xué)特性。如果金屬互連的表面分布不均勻， 器件的電阻特性就會惡化，從而縮短器件的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體器件的金屬互連的制造方法，當(dāng)通過使用光致抗 蝕劑圖案來形成硬掩模時(shí)，該方法能夠通過控制蝕刻條件而優(yōu)化硬掩模的表面分布，進(jìn)而 使金屬互連的電學(xué)特性得到改善。 本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體器件的金屬互連的制造方法，該方法包括如下步 驟在半導(dǎo)體襯底上方形成包含接觸插塞的層間介電層；在層間介電層上方形成金屬層、 硬掩模層和防反射層；在防反射層上方形成光致抗蝕劑圖案；利用光致抗蝕劑圖案作為蝕 刻掩模，通過執(zhí)行第一次蝕刻工藝以蝕刻防反射層，從而形成防反射圖案；通過使用第一 次蝕刻工藝中生成的聚合物，在防反射圖案和光致抗蝕劑圖案的表面上方形成第一聚合物 層；使用防反射圖案、光致抗蝕劑圖案和第一聚合物層作為蝕刻掩模，通過執(zhí)行第二次蝕刻 工藝以蝕刻硬掩模層，從而形成硬掩模；以及使用光致抗蝕劑圖案、防反射圖案、第一聚合 物層和硬掩模作為蝕刻掩模，通過執(zhí)行第三次蝕刻工藝以蝕刻金屬層，從而形成金屬互連。
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種設(shè)備，其被配置為在半導(dǎo)體襯底上方形成包含接觸插塞 的層間介電層；在層間介電層上方形成金屬層、硬掩模層和抗反射層；在抗反射層上方形 成光致抗蝕劑圖案；使用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，在第一次蝕刻工藝中蝕刻抗反射 層以形成抗反射圖案；通過使用在第一次蝕刻工藝中生成的聚合物，在抗反射圖案和光致 抗蝕劑圖案的表面上方形成第一聚合物層；使用抗反射圖案、光致抗蝕劑圖案和第一聚合 物層作為蝕刻掩模，在第二次蝕刻工藝中蝕刻硬掩模層以形成硬掩模；以及使用光致抗蝕 劑圖案、抗反射圖案、第一層聚合物和硬掩模作為蝕刻掩模，在第三次蝕刻工藝中蝕刻金屬 層以形成金屬互連。 本發(fā)明可以形成符合設(shè)計(jì)尺度且具有均勻的表面分布的金屬互連45。因此，金屬 互連的電氣特性得以改善，從而使得器件質(zhì)量得以增強(qiáng)。此外，因?yàn)槟軌虼_保硬掩模和有機(jī) 底部抗反射(BARC)圖案的工藝裕度(margin)，則諸如設(shè)備和蝕刻條件的改變等問題都可 以得到檢查和預(yù)防。


示例性圖1-6是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體器件的金屬互連的方 法的一系列視圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，將結(jié)合附圖來說明制造半導(dǎo)體器件的金屬互連的 方法。示例性圖l-6是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體器件的金屬互連的方法的 一系列視圖。 參閱示例性圖l，可在半導(dǎo)體襯底10上方形成層間介電層20、金屬層40、硬掩模 層50和一個(gè)有機(jī)底部抗反射(BARC)層60。該半導(dǎo)體襯底10可包括諸如晶體管等大量的 器件。在半導(dǎo)體襯底10上方可形成層間介電層20，該層間介電層20可包含有氧化層或氯 化層和穿過該層間介電層20的接觸插塞30。接觸插塞30穿過層間介電層20，使得接觸插 塞30與在半導(dǎo)體襯底中形成的器件電連接。例如，在圖像傳感器中，半導(dǎo)體器件可以被制 備成包含光電二極管和晶體管電路的單位像素的形式。 接下來，可在層間介電層20上方形成金屬層40。金屬層40可通過接觸插塞30而
電連接至半導(dǎo)體器件。金屬層40可包含諸如金屬、合金或硅化物等大量的導(dǎo)電材料。例如，
金屬層40可包含鋁、銅、鈷或鎢?？稍诮饘賹?0之上或之下形成包含Ti/TiN的抗氧化層。 接著，在金屬層40上方形成硬掩模層50。在蝕刻金屬層40時(shí)，硬掩模層50可作
為掩模。硬掩模層50可為氧化物層、氮化物層和氮氧化物層其中之一。然后，可在硬掩模50上方形成有機(jī)BARC層60。有機(jī)BARC層60被設(shè)計(jì)用來協(xié)助
臨界尺寸免于在金屬互連工藝期間由于來自較低層的光衍射和光反射而發(fā)生改變。通過使
用可以很容易從曝光光源的波長帶寬中吸收光的有機(jī)材料，有機(jī)BARC層60可以防止來自
較低層的光反射。因此，就避免了來自較低層的光反射。例如，有機(jī)BARC層60可包含光致
抗蝕劑材料。 參閱示例性圖2，在有機(jī)BARC60上方形成光致抗蝕劑圖案100。通過使用旋涂法 來涂覆厚度約為1600A至2000A的ArF光致抗蝕劑，可形成光致抗蝕劑圖案100。然后對所生成的結(jié)構(gòu)執(zhí)行曝光和顯影工藝。光致抗蝕劑圖案ioo可對應(yīng)于用于金屬互連的區(qū)域而 覆蓋在BARC 60的表面，并暴露BARC 60表面的剩余區(qū)域。 參閱示例性圖3，可在硬掩模層50上方形成BARC圖案65。該BARC圖案65可在 使用光致抗蝕劑圖案100作為蝕刻掩模而對BARC圖案60執(zhí)行第一次蝕刻工藝之后形成。 BARC圖案65可確定金屬互連的設(shè)計(jì)尺度。換言之，在對BARC層60執(zhí)行第一次蝕刻工藝 時(shí)，就生成了聚合物。這種聚合物可沉積在光致抗蝕劑圖案100的表面和BARC圖案65的 側(cè)壁上方，從而形成第一聚合物層110。例如，第一聚合物層IIO可包括含有C-C或C-F的 化合物。 特別是，較厚的第一聚合物層110可沉積在光致抗蝕劑圖案100的表面上方。例 如，第一聚合物層110可形成在光致抗蝕劑圖案100的側(cè)壁和表面上方，并具有在1 : 3和
i : io之間的厚度比。 CF4、 Ar和02可在第二次蝕刻工藝中被用作蝕刻氣體，以形成BARC圖案65。特別 是，為了根據(jù)BARC圖案65所需要的設(shè)計(jì)尺度而形成結(jié)構(gòu)，就必須使用CF4、Ar和02蝕刻氣 體。 例如，通過分別提供流量(flow rate)為65sccm至95sccm的CF4、300sccm至 360sccm的Ar和9sccm至15sccm的02，可形成BARC圖案65。例如，當(dāng)分別以80sccm、 300sccm和12sccm的流量提供CF4、Ar和02時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)形成BARC圖案65的最佳條件。
如上所述，通過第一次蝕刻工藝，可形成BARC圖案65，且第一聚合物層IIO可形成 在光致抗蝕劑圖案100和BARC圖案65的表面上方。可在光致抗蝕劑100的表面上方均勻 地形成第一聚合物層11，使得BARC圖案65、光致抗蝕劑圖案100和第一聚合物層110具有 均勻的表面分布。 如果在第一次蝕刻工藝中沒有使用CF4、 Ar和02而是使用了其他氣體，對BARC圖 案65設(shè)計(jì)尺度的調(diào)整便不可能進(jìn)行。因此，只有CF4、Ar和02可以用于形成BARC圖案65。 在通過第一次蝕刻工藝形成BARC圖案65和第一聚合物層110之后，便確定了 BARC圖案65 的設(shè)計(jì)尺度，基于BARC圖案65的設(shè)計(jì)尺度，可以通過隨后的工藝來確定金屬互連的設(shè)計(jì)尺 度。 參閱示例性圖4，可在金屬層40上方形成硬掩模55。使用光致抗蝕劑圖案100和 BARC圖案65作為蝕刻掩模，通過執(zhí)行第二次蝕刻工藝中而形成硬掩模55。
硬掩模55可以確定金屬互連的表面分布。這是因?yàn)楫?dāng)通過使用光致抗蝕劑圖案 100和BARC圖案65而對硬掩模層50執(zhí)行第二次蝕刻工藝時(shí)，可以確定聚合物的數(shù)量和沉 淀方向。因此，可在光致抗蝕劑圖案100、 BARC圖案65和硬掩模55的表面上方形成第二 聚合物層120，以預(yù)先確定經(jīng)由隨后的工藝而形成的金屬互連的表面分布。例如，聚合物層 120可包括含有C-C或C-F的化合物。 當(dāng)執(zhí)行第二次蝕刻工藝以形成硬掩模55時(shí)，可使用C5F8、Ar和02蝕刻氣體。此夕卜， 在第二次時(shí)刻工藝中可使用C4F8、 Ar和02蝕刻氣體。 例如，可在如下的蝕刻條件下形成硬掩模其中，C5F8 、 Ar和02的流量分別為 12sccm至18sccm、800sccm至960sccm和9sccm至15sccm。提供源功率的范圍為1400W至 2400W且頻率為27MHz士10，提供偏置功率的范圍為1600W至2500W且頻率為5MHz士3。例 如，分別以大約80sccm、300sccm和12sccm的流量提供CF4、 Ar和02，源功率約為1500W且
5頻率約為27MHz，偏置功率約為1700W且頻率約為2MHz，此時(shí)即可實(shí)現(xiàn)形成BARC圖案65的 最佳條件。 如上所述，可經(jīng)由第二次蝕刻工藝而形成硬掩模55，并且可在光致抗蝕劑圖案 100、 BARC圖案65和硬掩模55的表面上方形成第二聚合物層120。 特別是，第二聚合物層120的數(shù)量和沉淀方向可以通過第二次蝕刻工藝來調(diào)整。 因此，可以平坦地(evenly)形成硬掩模55、BARC圖案65、光致抗蝕劑圖案100和第二聚合 物層120的表面分布。因此，可以確定通過隨后的工藝而形成的金屬互連的表面分布。在 第一次和第二次蝕刻工藝中使用的蝕刻氣體不能超出最佳條件范圍的±20%。
參閱示例性圖5和示例性圖6，可在層間介電層20上方形成金屬互連45。該金屬 互連45可通過使用硬掩模55、 BARC圖案65、光致抗蝕劑圖案100和第二聚合物層120作 為蝕刻掩模的蝕刻工藝來形成。此后，可通過蝕刻工藝來去除硬掩模55、 BARC圖案65、光 致抗蝕劑圖案100和第二聚合物層。 如上所述，通過對光致抗蝕劑圖案100進(jìn)行第一次蝕刻工藝來形成BARC圖案65， 因此而確定金屬互連45的設(shè)計(jì)尺度。然后，通過光致抗蝕劑圖案100和BARC圖案65形成 硬掩模55，從而確定金屬互連45的表面分布。因此，在最后階段中，可以形成符合設(shè)計(jì)尺度 且具有均勻的表面分布的金屬互連45。 正因如此，金屬互連的電氣特性得以改善，從而使得器件質(zhì)量得以增強(qiáng)。此外，因 為能夠確保硬掩模55和BARC圖案65的工藝裕度(margin)，則諸如設(shè)備和蝕刻條件的改變 等問題都可以得到檢查和預(yù)防。 對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，顯而易見的是可以在所公開的實(shí)施例中進(jìn)行各種
修改和變動。因此，所公開的實(shí)施例涵蓋這些顯而易見的修改和更正并落入所附權(quán)利要求 及其等同物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種方法，其包括如下步驟在半導(dǎo)體襯底上方形成包含接觸插塞的層間介電層；在該層間介電層上方形成金屬層、硬掩模層和抗反射層；在該抗反射層上方形成光致抗蝕劑圖案；使用該光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，在第一次蝕刻工藝中蝕刻該抗反射層，以形成抗反射圖案；通過使用在第一次蝕刻工藝中生成的聚合物，在該抗反射圖案和該光致抗蝕劑圖案的表面上方形成第一聚合物層；通過使用該抗反射圖案、該光致抗蝕劑圖案和該第一聚合物層作為蝕刻掩模，在第二次蝕刻工藝中蝕刻該硬掩模層，以形成硬掩模；以及通過使用該光致抗蝕劑圖案、該抗反射圖案、該第一聚合物層和該硬掩模作為蝕刻掩模，在第三次蝕刻工藝中蝕刻該金屬層，以形成金屬互連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其包括如下步驟通過使用在第二次蝕刻工藝中生成 的聚合物，在該第一聚合物層和該硬掩模的表面上方形成第二聚合物層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在第一次蝕刻工藝中使用CF4、 02和Ar。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，提供CF4的范圍為65sccm至95sccm，提供02的 范圍為9sccm至15sccm，以及提供Ar的范圍為300sccm至360sccm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在第二次蝕刻工藝中使用(:5^、02和Ar。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在第二次蝕刻工藝中使用(:/8、02和Ar。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，提供C5F8的范圍為12sccm至18sccm，提供02的 范圍為9sccm至15sccm，以及提供Ar的范圍為800sccm至960sccm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，當(dāng)執(zhí)行第二次蝕刻工藝時(shí)，提供源功率的范圍為 1400W至1600W且頻率為lOMHz至37MHz，提供偏置功率的范圍為1600W至1800W且頻率為 lMHz至5MHz。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述第一聚合物層和第二聚合物層包括C-C化合 物或C-F化合物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過使用ArF光致抗蝕劑來形成該光致抗蝕劑 圖案。
11. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，當(dāng)執(zhí)行第一次蝕刻工藝時(shí)，CF4、02和Ar的使用 量在±20%的范圍內(nèi)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，在第二次蝕刻工藝中，(:5 8、02和八1~的使用量控 制在±20%的范圍內(nèi)。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件的金屬互連的制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底上方形成包含接觸插塞的層間介電層，在層間介電層上方形成金屬層、硬掩模層和抗反射層；在抗反射層上方形成光致抗蝕劑圖案，使用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，在第一次蝕刻工藝中蝕刻抗反射層，以形成抗反射圖案；使用第一次蝕刻工藝中生成的聚合物，在抗反射圖案和光致抗蝕劑圖案的表面上方形成第一聚合物層；使用抗反射圖案、光致抗蝕劑圖案和第一聚合物層作為蝕刻掩模，在第二次蝕刻工藝中蝕刻硬掩模層以形成硬掩模；使用光致抗蝕劑圖案、抗反射圖案、第一聚合物層和硬掩模作為蝕刻掩模，在第三次蝕刻工藝中蝕刻金屬層以形成金屬互連。在抗反射圖案和光致抗蝕劑圖案的表面上方形成第一聚合物層，使得抗反射圖案的設(shè)計(jì)尺度通過經(jīng)由第一次蝕刻工藝生成的聚合物而確定。
文檔編號H01L21/768GK101714520SQ20091017913
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者尹基準(zhǔn) 申請人:東部高科股份有限公司