[发明专利]减小金属层刻蚀损伤的方法

说明书

技术领域

本发明应用于半导体制造领域的大马士革制造工艺中，具体涉及一种减小金属层刻蚀损伤的方法。

背景技术

随着集成电路的发展,半导体芯片的集成度越来越高,晶体管的特征尺寸越来越小。由于铝的髙电阻特性,使得铜成为金属互连的主流。然而，由于铜的干法刻蚀工艺不易实现,铜线的制作方法不能像铝连线那样，通过刻蚀金属层而获得，因此，目前广泛采用的铜互联线的制作方法为双大马士革工艺的镶嵌技术。双大马士革工艺是ー种将金属导线和通孔铜一次填充成形的方法。

目前对于金属硬质掩模大马士革一体化刻蚀技术，在刻蚀形成通孔后，通常采用一步刻蚀介质层至底部金属铜，然后进行铜互联工艺。由于采用一步刻蚀对介质层选择比较低，刻蚀均匀性以及微负载效应导致晶圆某些结构或者区域NDC被吃穿，其工艺流程见附图1-4所示；

步骤a、提供一半导体器件，该半导体器件包括自下而上依次包括底部金属层1、阻挡层2、第一介质层3、第二介质层4、和金属硬掩膜层5，如图1所示结构；步骤b、采用光刻工艺于器件形成沟槽，如图2所示；步骤c、再次进行光刻工艺，形成通孔图案窗口，然后利用该图案窗口向下进行刻蚀去除通孔底部剩余的第二介质层3′，如图3所示；步骤d、然后再采用干法刻蚀一次性刻蚀去除通孔底部的阻挡层2，在通孔底部暴露出金属层1的上表面，于沟槽底部通孔通孔，如图4所示。

由于第一步刻蚀对阻挡层选择比较低，刻蚀均匀性以及微负载效应导致晶圆某些结构或者区域阻挡层被吃穿，同时由于是采用一步刻蚀去除通孔底部的阻挡层到达底部的金属层1，高轰击性步骤会对底部金属层造成损伤，底部的含金属聚合物容易溅射到在通孔底部的阻挡层侧壁（如图4所示），在后续填充工艺中会造成不利影响，进而影响器件性能。

中国专利（申请号：201210014790.X）公开了一种制备双大马士革结构的方法，包括以下步骤：在半导体衬底上依次形成刻蚀阻挡层、介质层和第一金属硬掩膜；刻蚀打开第一金属硬掩膜并直至去除部分介质层以形成沟槽；淀积第二金属硬掩膜；刻蚀打开第二金属硬掩膜并直至去除介质层和刻蚀阻挡层以形成通孔；在所述沟槽和通孔内填充金属。本发明的制备双金属硬掩膜的双大马士革结构的方法使用了金属硬掩膜，因此可以很好的控制沟槽和通孔的尺寸，从而减少漏电流，电学性能和可靠性显著提高。

该专利采用的技术方案是在形成沟槽后，使用光刻工艺一次性刻蚀至底部的金属铜，形成通孔；由于是采用一步刻蚀介质层和阻挡层，在刻蚀至底部的金属铜层时，容易对底部的金属铜层造成损伤，底部的金属铜层容易溅射至通孔底部的侧壁，进而对器件造成影响。

中国专利（申请号：200910201709.7）公开了一种钨双大马士革工艺，晶圆上包括依次从下到上的下层金属层、金属覆盖层、层间介质层、金属布线槽阻挡层、上层金属层，下层金属层中有填充有金属的金属布线槽，其中，包括以下步骤：一.通孔的光刻与刻蚀，通孔由晶圆表面上层金属层至下层金属层中的金属布线槽；二.在所述通孔中填充钨；三.上层金属层中的金属布线槽的光刻和钨刻蚀，将上层金属层中的金属布线槽上方的钨去除；四.上层金属层中的金属布线槽刻蚀，形成上层金属层中的金属布线槽；五.对通孔和上层金属层中的金属布线槽进行钨填充；六.钨化学机械抛光，磨去晶圆表面多余的钨。

该发明利用钨的填充性和可刻蚀性，直接利用钨替代传统通孔的填充材料，作为刻蚀形成金属布线槽时，保护通孔底部的下层金属层及金属覆盖层的材料；由此可见，由于在刻蚀前增加了一填充金属钨的步骤，在刻蚀形成通孔后还需再次沉积金属钨，工艺步骤比较繁琐，生产成本也较高。

发明内容

本发明根据现有技术的不足提供了一种减小金属层刻蚀损伤的方法，在形成沟槽后，先利用光刻工艺刻蚀至阻挡层上表面停止，然后干法刻蚀的选择比，刻蚀至阻挡层一定深度后停止，然后再采用低轰击性的干法刻蚀工艺刻蚀阻挡层形成通孔图案，由于是采用分布刻蚀阻挡层形成通孔，保护了底部的金属层在刻蚀通孔时避免刻蚀速率较快进而对其造成的损伤，影响器件性能。

本发明采用的技术方案为：

一种减小金属层刻蚀损伤的方法，应用于大马士革刻蚀工艺流程中，其中，包括以下步骤：

提供一半导体器件，所述半导体器件包括一金属层，及所述金属层上方自下而上顺序依次沉积的阻挡层、第一介质层、第二介质层、和金属硬掩膜层；

利用光刻工艺依次刻蚀所述金属硬掩膜层、第二介质层至所述第一介质层内，形成沟槽；

然后再次进行光刻工艺刻蚀去除部分剩余第一介质层至所述阻挡层的上表面，形成通孔图案；