專利名稱：半導(dǎo)體器件的金屬化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種半導(dǎo)體器件的金屬化，尤其涉及在集成電路基片上對(duì)金屬層進(jìn)行構(gòu)圖使其成為一些導(dǎo)線。
本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)公知，在現(xiàn)代集成電路金屬化工藝中，導(dǎo)線是用光刻和化學(xué)腐蝕工藝在集成電路基片上形成的。在此工藝中，光致抗蝕層沉積于金屬層表面，在金屬層中將形成一些導(dǎo)線。將具有所需導(dǎo)線圖案的掩模置于光致抗蝕層之上。用光線照射掩模，光線通過(guò)掩模開(kāi)孔處照射到光致抗蝕層暴露的部分。因而該光致抗蝕層便在光照下顯影，其暴露部分被去除。構(gòu)圖了的光致抗蝕層用作腐蝕掩模，以腐蝕掉被顯影了的光致抗蝕層掩模所暴露的金屬層。因此，光致抗蝕掩模的圖案轉(zhuǎn)換到金屬層上，從而金屬層被構(gòu)圖成導(dǎo)線。
在形成四分之一微米數(shù)量級(jí)寬度的導(dǎo)線時(shí)，要求光致抗蝕層具有極高的平面度。然而，在形成金屬層時(shí)它卻具有非平面的表面，因?yàn)樵谒旅娴谋砻媸欠瞧矫娴?。所以，如果把光致抗蝕層沉積到所述金屬化層上，通常該光致抗蝕層是不一致的，將具有不均勻的厚度。有一種工藝可獲得均勻厚度的光致抗蝕劑層，即用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)技術(shù)把下面的待沉積金屬層的表面進(jìn)行平面化處理。但是，這種CMP技術(shù)是比較昂貴的。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種在基片上形成多條導(dǎo)線的方法。該方法包括在基片的一個(gè)表面上形成一個(gè)相對(duì)非平面的金屬層。在該金屬層上沉積一層自平面化材料。該自平面化材料在金屬層表面形成一個(gè)平面化層。該平面化層與所述相對(duì)非平面的金屬層相比，具有一個(gè)相對(duì)平面的表面。在所述平面化層上沉積一光致抗蝕層。該光致抗蝕層具有一個(gè)平面表面并被構(gòu)圖一些溝槽以制成掩模。這些溝槽暴露出其下面的平面化層的部分。所述光致抗蝕掩模作為一個(gè)掩模用于對(duì)平面化層的暴露部分刻蝕溝槽。所述被刻蝕了的平面化層形成第二個(gè)掩模。該第二個(gè)掩模暴露其下方相對(duì)非平面的金屬層部分。該第二個(gè)掩模用于在相對(duì)非平面的金屬層中刻蝕溝槽以在其中形成多條導(dǎo)線。這些導(dǎo)線彼此被在相對(duì)非平面的金屬層中形成的溝槽隔離開(kāi)來(lái)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，形成平面化層的步驟中包括旋涂自平面化材料的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，所述旋涂步驟包括旋涂一種有機(jī)聚合物的步驟，例如，一種含硅的有機(jī)聚合物，或一種流動(dòng)性氧化物，或一種氫化倍半氧化硅(hydrogensilsesquioxane)，或二乙烯基硅氧烷苯并環(huán)丁烯(divinyl-siloxane-benzocyclobutene)。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)特征，刻蝕金屬層的步驟包括利用反應(yīng)離子刻蝕的步驟。
本發(fā)明的其它特征以及本發(fā)明本身，從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中會(huì)變得更加明顯，其中

圖1-6均為橫截面示意圖，顯示了一個(gè)具有多條導(dǎo)線的基片，這些導(dǎo)線是按照本發(fā)明的各個(gè)制造步驟而在其中形成的；圖2A是按照本發(fā)明處于一個(gè)制造步驟時(shí)的基片的橫截面示意圖。
參照?qǐng)D1，包括例如硅片的半導(dǎo)體基片10。值得注意的是，基片10的上表面12是相對(duì)非平面的表面。這種非平面性典型地是在基片10上形成各種元件或結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的。例如，基片10的上表面12可以是形成于柵極上的二氧化硅絕緣層13和形成于硅基片10的外延層內(nèi)的電極接觸區(qū)(未圖示)。
一個(gè)金屬層14形成于基片10之上，尤其是覆蓋于基片10的相對(duì)非平面的表面12之上(即絕緣層13之上)，如圖1所示。這里，金屬層14是一個(gè)復(fù)合層，下層是較薄的鈦/氮化鈦，中間是較厚的鋁濺射層，上層是較薄的鈦/氮化鈦防反射覆蓋層(ARC)。無(wú)論如何，用以形成該金屬層的沉積/濺射工藝將形成一個(gè)一致性沉積。因此，金屬層14具有均勻厚度，從而其上表面15也是一個(gè)相對(duì)非平面的表面，而且與基片10的非平面的上表面12的非平面的形貌相一致，如圖1所示。
其次，參照?qǐng)D2，一個(gè)平面化層16形成于金屬層14的表面15之上。根據(jù)本發(fā)明，該平面化層16形成一個(gè)非一致性層。即，與金屬層14的表面15的一些相對(duì)非平面的表面部分例如15a、15b相對(duì)比，平面化層16形成一個(gè)大致平面的上表面層18，如圖所示。
在一個(gè)實(shí)施例中，一種自平面化材料沉積于金屬層14上，以形成平面化層16。例如，該平面化層16可由旋涂氧化硅玻璃(SOG)形成。另外一些可用作旋涂平面化層的材料包括一種Dow-Corning公司生產(chǎn)和銷售的流動(dòng)性氧化物如氫化倍半氧化硅(hydrogensilsesquioxane)玻璃FOx-15；一種含硅有機(jī)聚合物；或二乙烯基硅氧烷苯并環(huán)丁烯(divinyl-siloxane-benzocyclobutene)。旋涂這些材料可產(chǎn)生自平面化層16。將材料旋涂上并使其流動(dòng)而實(shí)現(xiàn)自平面化，而后在約150～300℃下烘烤大約1分鐘以去除殘留溶劑和實(shí)現(xiàn)再流動(dòng)。所生成的自平面化層16(見(jiàn)圖2)是比較堅(jiān)硬的。該平面化層具有足夠厚度，以使其上表面19在再流動(dòng)后是個(gè)平面。典型地，該平面的厚度不超過(guò)300～2000。
可作替代的是，平面化層16包括，例如，一個(gè)如圖2A所示的復(fù)合層。如圖中所示，該復(fù)合平面化層16包括一個(gè)旋涂二氧化硅玻璃，作為底部16a和一個(gè)形成于其上的一個(gè)帽層或上層16b。該帽層包括一種介電材料。該帽層促進(jìn)光致抗蝕劑層和平面化層的粘著。在一個(gè)實(shí)施例中，該帽層16b包括二氧化硅，它的形成，例如，可采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣體沉積方法(PE CVD)。該二氧化硅是用PE CVD方法，在大約400℃或以下的溫度沉積的，具有一個(gè)足夠的厚度，以提高光致抗蝕材料和平面化材料間的粘著。在一個(gè)實(shí)施例中，該帽層的厚度約在300～500，優(yōu)選約400～500，更優(yōu)選為500。
再其次，光致抗蝕層18(如圖3所示)旋涂于平面化層16(即，或者是如圖2所示的單一平面化層16，或者是如圖2A所示的復(fù)合平面化層16)的平面的表面19上。用一掩模(未圖示)在光源下對(duì)光致抗蝕層的某些部分進(jìn)行曝光，例如，可采用常規(guī)步進(jìn)式光刻機(jī)曝光。光致抗蝕劑層被曝光源曝光的部分被聚合。光致抗蝕材料因此而顯影，光致抗蝕層曝光的或聚合的部分被去除，形成溝槽或切口20。該光致抗蝕層未被去除的部分便成為掩模，用于對(duì)其下各層構(gòu)圖。如圖所示，該掩模用于對(duì)其下的平面化層16的被暴露出的各部分25構(gòu)圖。例如，暴露部分25對(duì)應(yīng)于將導(dǎo)線分隔開(kāi)的區(qū)域，這些導(dǎo)線形成于金屬導(dǎo)電層14中。可替代的是，一種負(fù)性光致抗蝕層18也是可采用的。應(yīng)用負(fù)性光致抗蝕層將導(dǎo)致未暴露的部分被顯影去除。
如圖4所示，光致抗蝕掩模28用于刻蝕在光致抗蝕層溝槽以內(nèi)所暴露的平面化層部分。該暴露部分是例如用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)被各向異性蝕的的。該平面化層與金屬層相比更易被反應(yīng)離子刻蝕，即平面化層16比金屬層14的刻蝕速率高。因此，金屬層14對(duì)反應(yīng)離子刻蝕來(lái)說(shuō)用作一個(gè)刻蝕阻止層。通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕暴露出金屬層14的某些部分26。在一個(gè)實(shí)施例中，該平面化層是用含氟離子的化學(xué)物，如CF4，C4F8或CHF3進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕的。
下一步，用光致抗蝕掩模層18的存留部分，以及在平面化層16中形成的第二掩模28(即用第二掩模28暴露出其下面的金屬層14的非平面的表面部分)，金屬層14中被暴露部分用反應(yīng)離子刻蝕腐蝕掉，以在介電層13上方形成一些導(dǎo)線36，如圖4所示。(應(yīng)當(dāng)注意到，導(dǎo)線36的走向與圖4的平面垂直)。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，RIE是用氯離子化學(xué)物實(shí)現(xiàn)的。
就是說(shuō)利用在平面化層16上形成的第二掩模28(見(jiàn)圖4、5)，溝槽38被刻蝕入相對(duì)的非平面的導(dǎo)電金屬層14中，形成多條導(dǎo)線36。導(dǎo)線36被在相對(duì)的非平面的金屬層14中形成的溝槽38與形成于基片10表面之上的介電層13所絕緣分開(kāi)，如圖6所示。典型地，刻蝕液對(duì)金屬層下面的材料是選擇性的。因此，下面這一層就成為刻蝕阻止層。
再下一步，剝掉光致抗蝕層，而后去除平面化層16，例如，可用一種濕化學(xué)物。在一個(gè)實(shí)施例中，濕化學(xué)物包括高度稀釋的氟化氫溶液(例如水與氟化氫配比為200∶1的溶液)或者是負(fù)性光致抗蝕顯影液，形成如圖6所示的結(jié)構(gòu)。值得注意的是，如果第二個(gè)金屬化層被采用，則只去掉光致抗蝕層18，然后在此結(jié)構(gòu)上和溝槽38中沉積上平面化介質(zhì)表面。這種平面化的介質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成，可以采用SOG法，如同形成圖2所示的單層結(jié)構(gòu)16或圖2A所示的復(fù)合結(jié)構(gòu)16?？梢蕴娲氖牵砂讯趸鑼映练e到刻槽結(jié)構(gòu)的表面上，采用的方法是亞大氣化學(xué)氣相沉積法(SA CVD)，或高濃度等離子沉積(HDP)工藝。然后，第二金屬化層被沉積到經(jīng)過(guò)構(gòu)圖的平面化層16上(圖5)。值得指出的是，如果第二金屬層的平面度不夠，則將自平面化材料(即結(jié)構(gòu)層16)旋涂到第二金屬化層表面上之后，再按照已經(jīng)在前面結(jié)合圖4～6所描述的步驟進(jìn)行操作，以制備第二層的多條導(dǎo)線。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參照各個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了具體的說(shuō)明和描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)明白，在不超出本發(fā)明范圍的情況下仍可以對(duì)其進(jìn)行各種修正和更改。僅作為舉例，可用一種氣相沉積工藝代替利用旋涂沉積材料的工藝，可以形成如同所述旋涂玻璃材料而獲得具有類似的流動(dòng)性的自平面化材料，用于氣相沉積的一種材料是PMT-E1ectrotech，Chatsworth，CA.公司所售的Flowfill流動(dòng)填充材料。因此，本發(fā)明的范圍不限于以上描述，而是由后附的權(quán)利要求書(shū)及其等同物所界定。
權(quán)利要求
1.一種用于在一個(gè)基片上形成多條導(dǎo)線的方法，包括以下步驟在所述基片的一個(gè)表面形成一個(gè)相對(duì)非平面的金屬層；在該金屬層的表面上沉積一種自平面化材料，以形成一個(gè)與所述相對(duì)非平面的金屬層相比具有一個(gè)相對(duì)平面的表面的平面化層；在所述平面化層的表面沉積一個(gè)光致抗蝕層；對(duì)該光致抗蝕層進(jìn)行構(gòu)圖，使構(gòu)圖了的光致抗蝕層形成一個(gè)掩模，以便選擇性地暴露所述平面化層的某些部分；在所述平面化層的暴露部分和該平面化層暴露部分之下的非平面的金屬層上蝕刻出溝槽，以形成一些導(dǎo)線，其中這些導(dǎo)線被溝槽隔離開(kāi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成平面化層的步驟包括旋涂所述自平面化材料的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成平面化層的步驟包括氣相沉積自平面化材料的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，所述形成平面化層的步驟包括在所述自平面化材料上沉積一個(gè)介電層的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，旋涂步驟包括旋涂一種含硅的有機(jī)聚合物的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，旋涂步驟包括旋涂一種氧化物的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，旋涂步驟包括旋涂一種氫化倍半氧化硅的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，旋涂步驟包括旋涂二乙烯基硅氧烷苯并環(huán)丁烯的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的方法，其中，刻蝕所述金屬層的步驟包括應(yīng)用反應(yīng)離子刻蝕的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，包括刻蝕金屬層步驟中的去除平面化層的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，去除平面化層的步驟包括對(duì)該平面化層進(jìn)行濕法化學(xué)刻蝕的步驟。
12.一種用于在一個(gè)基片上形成多條導(dǎo)線的方法，包括下列步驟在所述基片的一個(gè)相對(duì)非平面的表面上形成一個(gè)金屬層，該金屬層具有非平面的表面部分；在所述金屬層的表面沉積一個(gè)平面化層，該平面化層具有一個(gè)與所述金屬層的相對(duì)非平面的表面部分相比相對(duì)平面的表面；在所述平面化層的表面沉積一個(gè)光致抗蝕層；將該光致抗蝕層構(gòu)圖為多個(gè)溝槽，以形成一個(gè)掩模，借助于這些溝槽暴露其下的平面化層部分；利用該光致抗蝕掩模，在所述平面化層的暴露部分刻蝕溝槽，以形成第二掩模，以暴露其下的金屬層的非平面表面部分；以及利用在所述平面化層中形成的掩模，在相對(duì)非平面的金屬層中刻蝕溝槽，以形成多條導(dǎo)線，這些導(dǎo)線被所述形成于相對(duì)的非平面的金屬層中的溝槽隔離開(kāi)來(lái)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述形成平面化層的步驟包括旋涂所述自平面化材料的步驟；
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述形成平面化層的步驟包括氣相沉積所述自平面化材料的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述旋涂步驟包括在所述自平面化材料上沉積一個(gè)介電層的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述旋涂步驟包括旋涂一種含硅有機(jī)聚合物的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述旋涂步驟包括旋涂一種氧化物的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述旋涂步驟包括旋涂一種氫化倍半氧化硅的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求12、13、14、15、16、17、18、或19所述的方法，其中，刻蝕金屬層的步驟包括利用一種反應(yīng)離子刻蝕的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，包括刻蝕金屬層步驟中的去除平面化層的步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述去除平面化層的步驟包括對(duì)該平面化層進(jìn)行濕法化學(xué)刻蝕的步驟。
全文摘要
一種用于在一個(gè)基片上形成多條導(dǎo)線的方法,包括步驟:在基片的表面形成一個(gè)相對(duì)非平面的金屬層;在該金屬層的表面上沉積自平面化材料,以形成與相對(duì)非平面的金屬層相比具有相對(duì)平面的表面的平面化層;在平面化層的表面沉積一個(gè)光致抗蝕層;對(duì)光致抗蝕層構(gòu)圖,使其形成掩模,以便選擇性地暴露平面化層;在平面化層的暴露部分和平面化層暴露部分之下的非平面的金屬層上蝕刻出溝槽,以形成導(dǎo)線,其中這些導(dǎo)線被溝槽隔離開(kāi)。
文檔編號(hào)H05K3/22GK1195194SQ9810519
公開(kāi)日1998年10月7日 申請(qǐng)日期1998年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月31日
發(fā)明者德克·托本, 布魯諾·施普勒, 馬丁·古奇, 彼得·韋甘德 申請(qǐng)人:西門子公司