CN101295666A - 半导体器件的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种半导体器件的制造方法，包括：提供半导体结构；在所述半导体结构上形成铝金属层；在所述铝金属层上形成阻挡层；在所述阻挡层上形成光刻胶层；图形化所述光刻胶层，形成光刻胶图案；去除未被所述光刻胶图案覆盖的阻挡层和铝金属层；去除所述光刻胶图案。该方法能够在图形化铝金属层后减少或消除在铝金属层下面的绝缘层(或钝化层)表面的金属残留物。

Description

半导体器件的制造方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种半导体器件的制造方法。

背景技术

在半导体制造工艺中，铝金属由于具有较低的电阻率、与二氧化硅等介质材料良好的附着特性和较为容易刻蚀等优点而被用作金属互连材料或外引线焊垫材料。铝材质的金属互连线或引线焊垫通过沉积铝金属层、光刻和刻蚀该铝金属层的工艺而形成。专利号为5785236的美国专利公开了一种铝引线焊垫的制造方法。图1至图4为所述美国专利公开的铝引线焊垫的制造方法的各步骤相应结构的剖面示意图。

如图1所示，在集成电路结构10上具有层间介质层14，在所述层间介质层14中形成有铜互连线12。

如图2所示，在所述层间介质层14和铜互连线12上形成绝缘层(或钝化层)26。

如图3所示，图形化所述绝缘层26，在所述绝缘层26中形成开口28，所述开口28的底部露出所述铜互连线12的表面24。

在所述开口28中和绝缘层26上沉积铝金属层20(未示出)，并图形化所述铝金属层20，形成如图4所示的铝引线焊垫20’。

所述的铝引线焊垫20’的制造方法中，图形化所述铝金属层20形成铝引线焊垫的工艺如下：如图5所示，首先在所述铝金属层20上旋涂光刻胶层28；然后通过曝光显影工艺形成如图6所示的引线焊垫图案28a，接着刻蚀去除未被所述引线焊垫图案28a覆盖的铝金属层20；去除所述引线焊垫图案28a，即形成如图4所示的铝引线焊垫20’。然而，在通过刻蚀去除未被所述引线焊垫图案28a覆盖的铝金属层20的工艺中，会在所述绝缘层26表面形成金属残留物，如图7所示的残留物29，该金属残留物会造成所述绝缘层26与其上的其它材料粘附性变差，进而影响形成的器件性能。

发明内容

本发明提供一种半导体器件的制造方法，该方法能够在图形化铝金属层后减少或消除在铝金属层下面的绝缘层(或钝化层)表面的金属残留物。

本发明提供的一种半导体器件的制造方法，包括：

提供半导体结构；

在所述半导体结构上形成铝金属层；

在所述铝金属层上形成阻挡层；

在所述阻挡层上形成光刻胶层；

图形化所述光刻胶层，形成光刻胶图案；

去除未被所述光刻胶图案覆盖的阻挡层和铝金属层；

去除所述光刻胶图案。

可选的，所述阻挡层至少为一层。

可选的，所述阻挡层至少为钽、氮化钽、钛、氮化钛、钛化钨、钨、钼、钴、铂中的一种。

可选的，所述形成阻挡层的工艺和形成铝金属层的工艺原位进行。

可选的，所述阻挡层为氮氧化硅。

可选的，所述阻挡层为钽金属层和氮化钽层的交替堆叠结构。

可选的，所述阻挡层为钽金属层-氮化钽层-钽金属层的堆叠结构。

可选的，所述阻挡层为钛金属层和氮化钛层的交替堆叠结构。

可选的，所述形成阻挡层的方法为物理气相沉积、化学气相沉积、电镀中的一种。

可选的，所述光刻胶图案为金属互连线的光刻胶图案。

可选的，该方法进一步包括：在所述阻挡层上形成光刻胶层之前，在所述阻挡层上形成抗反射层；并在去除所述光刻胶图案之后，去除所述抗反射层。

本发明还提供一种半导体器件的制造方法，包括：

提供半导体结构，该半导体结构具有金属导线层及位于所述金属导线层上的绝缘层，在所述绝缘层中具有底部露出所述金属导线层的开口；

在所述开口中和绝缘层上形成铝金属层；

在所述铝金属层上形成阻挡层；

在所述阻挡层上形成光刻胶层；

图形化所述光刻胶层，形成引线焊垫的光刻胶图案，所述引线焊垫的光刻胶图案位于所述开口上方相应位置；

去除未被所述引线焊垫的光刻胶图案覆盖的阻挡层和铝金属层；

去除所述引线焊垫的光刻胶图案。

可选的，所述阻挡层至少为钽、氮化钽、钽和氮化钽、钛、氮化钛、钛和氮化钛中的一种。

可选的，所述形成阻挡层的方法为物理气相沉积、化学气相沉积、电镀中的一种。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

在向铝金属层上旋涂光刻胶层之前，在铝金属层上形成阻挡层，阻止光刻胶层向所述铝金属层的晶粒间隙中扩散，减少或消除在对光刻胶层曝光显影后在铝金属层的晶粒间隙中的光刻胶残留物，进而减少或消除对铝金属层和金属阻挡层刻蚀后的金属残留物；从而使得铝金属层下方的绝缘层(或钝化层)的表面和后续该绝缘层上形成膜层的粘附性增强，增强形成的半导体器件的稳定性。

此外，当阻挡层材质为氮化钛或氮氧化硅时，该阻挡层可作为光刻胶层的抗反射层，减小或消除铝金属层表面的反射光对光刻工艺的影响，有助于在图形化该光刻胶层时形成侧壁轮廓较好的光刻胶图案。

通过在铝金属层和光刻胶层之间形成阻挡层，可阻止所述光刻胶层向所述铝金属层的晶粒间隙中扩散，减少或消除在对铝金属层刻蚀后在铝金属层下面的绝缘层上形成的金属残留物；进而，后续在所述绝缘层上形成第二钝化层后，使得绝缘层的表面和第二钝化层的粘附性增强，增加了器件的稳定性。

附图说明

图1至图4为现有一种铝引线焊垫的制造工艺各步骤相应结构的剖面示意图；

图5和图6为现有一种图形化铝金属层形成引线焊垫的工艺各步骤相应结构的剖面示意图；

图7为现有铝引线焊垫的制造方法在绝缘层上形成的金属残留物的剖面示意图；

图8为本发明半导体器件的制造方法的第一实施例的流程图；

图9至图14为本发明半导体器件的制造方法的第一实施例的各步骤相应结构的剖面示意图；

图15为本发明半导体器件的制造方法的第二实施例的流程图；

图16至图22为本发明半导体器件的制造方法的第二实施例的各步骤相应结构的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明的方法中，在铝金属层上旋涂光刻胶层之前，首先在所述铝金属层上形成阻挡层，然后在所述阻挡层上旋涂光刻胶层，并图形化所述光刻胶层形成金属互连线图案或引线焊垫图案；接着刻蚀去除未被所述金属互连线图案或引线焊垫图案覆盖的阻挡层和铝金属层，形成铝材质的金属互连线或引线焊垫。通过在光刻胶层和铝金属层之间形成阻挡层，可阻止光刻胶层向铝金属层的晶粒间隙中扩散，进而减少或消除由此引起的金属残留物。

图8为本发明半导体器件的制造方法的第一实施例的流程图；图9至图14为本发明的半导体器件的制造方法的第一实施例的各步骤相应结构的剖面示意图。

如图8所示的流程图，步骤S100，提供半导体结构。

如图9所示，首先提供半导体结构，该半导体结构包括半导体基底30和位于所述半导体基底30上的绝缘层32。

所述半导体基底30材质可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅中的一种，所述半导体基底30的材质也可以是硅锗化合物，所述半导体基底30还可以是绝缘层上硅(Silicon On Insulator，SOI)结构或硅上外延层结构。在所述半导体基底30中形成有半导体器件(未示出)，例如具有栅极、源极和漏极的金属氧化物半导体器件。

所述绝缘层32的材质可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧硅化合物、氟硅玻璃、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、黑钻石(BlackDiamond，BD)中的一种，在所述绝缘层32中具有金属导线或连接插塞或接触插塞31，所述金属导线或连接插塞或接触插塞31的材质为钨，在所述钨和绝缘层32之间可以有粘结层(未示出)，所述粘结层可以是钛、氮化钛和钛中的一种。

步骤S110，如图8所示的流程图，在所述半导体结构上形成铝金属层。

如图10所述，在所述半导体结构上形成金属阻挡层33，在所述金属阻挡层33上形成铝金属层34；在其中的一个实施例中，所述金属阻挡层33为钛、氮化钛、钛和氮化钛、钽、氮化钽、钽和氮化钽中的一种；形成所述金属阻挡层33的方法为物理气相沉积、化学气相沉积、电镀中的一种；所述金属阻挡层33一方面用作所述铝金属层34和绝缘层32之间的隔离阻挡层，阻止铝金属层34中的铝向所述绝缘层32中扩散而引起短路，另一方增强所述铝金属层34和所述绝缘层32之间的粘附性，进而增强器件的稳定性。

所述铝金属层34的形成方法为物理气相沉积、化学气相沉积、电镀中的一种，所述铝金属层34用于形成铝金属互连线或铝引线焊垫；在其中的一个实施例中，在所述铝金属层34中还可以掺入硅或金属铜，以减小电致迁移现象。

步骤S120，如图8所示的流程图，在所述铝金属层上形成阻挡层。

如图11所示，在所述铝金属层34上形成阻挡层36。所述阻挡层36至少为一层，所述阻挡层36的材质至少为钽、氮化钽、钛、氮化钛、钛化钨、钨、钼、钴、铂、氮氧化硅中的一种。形成所述阻挡层36的方法为物理气相沉积、化学气相沉积、电镀中的一种。

在其中的一个实施中，所述阻挡层36为钽金属层和氮化钽层的交替堆叠结构。

在其中的一个实施中，所述阻挡层36为钽金属层-氮化钽层-钽金属层的堆叠结构。

在其中的一个实施中，所述阻挡层36为钛金属层和氮化钛层的交替堆叠结构。

形成所述阻挡层36的工艺和形成所述铝金属层34的工艺可以在不同的半导体设备中进行或在同一半导体设备中原位进行。

形成所述金属阻挡层33的工艺、形成所述铝金属层34的工艺和形成所述阻挡层36的工艺可以在不同的半导体设备中分别进行或在同一半导体设备中原位进行。

在所述铝金属层34上形成阻挡层36，用于阻止后续的光刻胶层向所述铝金属层34中扩散；由于铝金属层34中存在有晶粒间隙，在所述铝金属层34上直接覆盖光刻胶层会引起光刻胶向所述铝金属层34的晶粒间隙中扩散，在曝光显影后所述晶粒间隙中的光刻胶材料会成为残留物，阻止对该晶粒间隙下方的物质的刻蚀，从而会形成刻蚀残留物。通过在铝金属层34和光刻胶层之间形成阻挡层36，可阻止光刻胶层的光刻胶向铝金属层34中进行扩散，进而可减小或消除对所述铝金属层34刻蚀后的金属残留物(该金属残留物可以是铝金属层34的材料和/或金属阻挡层33的材料)。从而使得所述绝缘层32和后续的其它物质的粘附性增强，也增强形成的半导体器件的稳定性。

此外，当所述阻挡层36材质为氮化钛或氮氧化硅时，该阻挡层36可作为后续的光刻胶层的抗反射层，减小或消除铝金属层34表面的反射光对光刻工艺的影响，有助于在图形化光刻胶层时形成侧壁轮廓较好的光刻胶图案。

步骤S130，如图8所示的流程图，在所述阻挡层上形成光刻胶层。

如图12所示，在所述阻挡层36上旋涂光刻胶层38。

步骤S140，如图8所示的流程图，图形化所述光刻胶层，形成光刻胶图案。

如图13所示，通过曝光显影图形化所述光刻胶层38，形成光刻胶图案38a；所述光刻胶图案38a可以是金属互连线图案或引线焊垫图案。

在其它的实施例中，在所述阻挡层36上旋涂光刻胶层38之前可以先在所述阻挡层36上旋涂抗反射层(未示出)，然后再在所述抗反射层上旋涂光刻胶层38。

步骤S150，如图8所示的流程图，去除未被所述光刻胶图案覆盖的阻挡层和铝金属层。

如图14所示，通过刻蚀去除未被所述光刻胶图案38a覆盖的阻挡层36、铝金属层34和金属阻挡层33，形成金属互连线或引线焊垫34a，所述刻蚀可以是等离子体干法刻蚀，在其中的一个实施例中，产生等离子体的气体为含氯的气体。

步骤S160，如图8所示的流程图，去除所述光刻胶图案。

通过氧气等离子体刻蚀去除所述光刻胶图案38a，若所述阻挡层36和光刻胶层38之间形成有抗反射层，通过刻蚀去除该抗反射层。

通过在所述铝金属层34上形成阻挡层36，可阻止所述光刻胶层38向所述铝金属层34的晶粒间隙中扩散，减少或消除在所述绝缘层32上形成的金属残留物；进而使得所述绝缘层32的表面和其它膜层(例如上层金属间介质层)的粘附性增强，增加了器件的稳定性。

图15为本发明半导体器件的制造方法的第二实施例的流程图；图16至图22为本发明半导体器件的制造方法的第二实施例的各步骤相应的结构的剖面示意图。

步骤S200，如图15所示的流程图，提供半导体结构，该半导体结构具有金属导线层及位于所述金属导线层上的绝缘层，在所述绝缘层中具有底部露出所述金属导线层的开口。

如图16所示的剖面示意图，半导体基底40上具有介质层42。所述半导体基底40材质可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅中的一种，所述半导体基底40的材质也可以是硅锗化合物，所述半导体基底40还可以是绝缘层上硅(Silicon On Insulator，SOI)结构或硅上外延层结构。在所述半导体基底40中形成有半导体器件(未示出)，例如具有栅极、源极和漏极的金属氧化物半导体器件。

在所述介质层42中具有金属导线层41，该金属导线层41为顶层金属层。

在所述金属导线层41和所述介质层42上形成有绝缘层44。所述绝缘层44的材质可以是氧化硅、氮化硅、碳氧硅化合物中的一种或组合，该绝缘层44为钝化层，用于保护半导体器件和金属互连层免受污染、划伤等影响。

如图17所示，通过光刻和刻蚀工艺在所述绝缘层44中形成开口43，所述开口43的底部露出所述金属导线层41的表面。

步骤S210，如图15所示的流程图，在所述开口中和绝缘层上形成铝金属层。

如图18所示，在所述开口43底部、侧壁和所述绝缘层44上形成金属阻挡层45，在所述金属阻挡层45上形成铝金属层46。在其中的一个实施例中，所述金属阻挡层45为钛、氮化钛、钛和氮化钛、钽、氮化钽、钽和氮化钽中的一种；形成所述金属阻挡层45的方法为物理气相沉积、化学气相沉积、电镀中的一种；所述金属阻挡层45一方面用作所述铝金属层46和绝缘层44之间的隔离阻挡层，阻止铝金属层46中的铝向所述绝缘层44中扩散而引起短路，另一方增强所述铝金属层46和所述绝缘层44之间的粘附性，进而增强器件的稳定性。

所述铝金属层46的形成方法为物理气相沉积、化学气相沉积、电镀中的一种，所述铝金属层46用于形成铝引线焊垫。

步骤S220，如图15所示的流程图，在所述铝金属层上形成阻挡层。

步骤S230，在所述阻挡层上形成光刻胶层。

如图19所示，在所述铝金属层46上形成阻挡层47，在所述阻挡层47上旋涂光刻胶层48。所述阻挡层47至少为一层，所述阻挡层47的材质至少为钽、氮化钽、钛、氮化钛、钛化钨、钨、钼、钴、铂、氮氧化硅中的一种。形成所述阻挡层47的方法为物理气相沉积、化学气相沉积、电镀中的一种。

在其中的一个实施中，所述阻挡层47为钽金属层和氮化钽层的交替堆叠结构。

在其中的一个实施中，所述阻挡层47为钽金属层-氮化钽层-钽金属层的堆叠结构。

在其中的一个实施中，所述阻挡层47为钛金属层和氮化钛层的交替堆叠结构。

形成所述阻挡层47的工艺和形成所述铝金属层46的工艺可以在不同的半导体设备中进行或在同一半导体设备中原位进行。

形成所述金属阻挡层45的工艺、形成所述铝金属层46的工艺和形成所述阻挡层47的工艺可以在不同的半导体设备中分别进行或在同一半导体设备中原位进行。

所述阻挡层47用于阻止光刻胶层48向所述铝金属层46中扩散；由于铝金属层46中存在有晶粒间隙，在所述铝金属层46上直接覆盖光刻胶层48会引起光刻胶向所述铝金属层46的晶粒间隙中扩散，在曝光显影后所述晶粒间隙中的光刻胶材料会成为残留物，阻止对该晶粒间隙下方的物质的刻蚀，从而会形成刻蚀残留物。通过在铝金属层46和光刻胶层48之间形成阻挡层47，可阻止光刻胶层48向铝金属层46中进行扩散，进而可减小或消除对所述铝金属层46刻蚀后的金属残留物(该金属残留物可以是铝金属层46的材料和/或金属阻挡层45的材料)。从而使得所述绝缘层44和后续第二钝化层的粘附性增强，也增强形成的半导体器件的稳定性。

此外，当阻挡层47材质为氮化钛或氮氧化硅时，该阻挡层47可作为光刻胶层48的抗反射层，减小或消除铝金属层46表面的反射光对光刻工艺的影响，有助于在图形化该光刻胶层时形成侧壁轮廓较好的光刻胶图案。

步骤S240，如图15所示的流程图，图形化所述光刻胶层，形成引线焊垫的光刻胶图案，所述引线焊垫的光刻胶图案位于所述开口上方相应位置。

如图20所示，通过曝光显影图形化所述光刻胶层48，形成引线焊垫的光刻胶图案48a，该光刻胶图案48a位于所述开口43上方相应位置。

在其它的实施例中，在所述阻挡层47上旋涂光刻胶层48之前可以先在所述阻挡层47上旋涂抗反射层(未示出)，然后再在所述抗反射层上旋涂光刻胶层48。

步骤S250，如图15所示的流程图，去除未被所述引线焊垫的光刻胶图案覆盖的阻挡层和铝金属层。

如图21所示，通过刻蚀去除未被所述引线焊垫的光刻胶图案48a覆盖的阻挡层47、铝金属层46和金属阻挡层45，形成引线焊垫46a，所述刻蚀可以是等离子体干法刻蚀，在其中的一个实施例中，产生等离子体的气体为含氯的气体。

步骤S260，如图15所示的流程图，去除所述引线焊垫的光刻胶图案。

如图22所示，通过氧气等离子体刻蚀去除所述引线焊垫的光刻胶图案48a，若所述阻挡层47和光刻胶层48之间形成有抗反射层，通过刻蚀去除该抗反射层。

进一步的，在所述绝缘层44上形成第二钝化层(未示出)，在所述第二钝化层中形成第二开口，该第二开口的底部露出所述引线焊垫46a的表面。

通过在所述铝金属层46上形成阻挡层47，可阻止所述光刻胶层48向所述铝金属层46的晶粒间隙中扩散，减少或消除在所述绝缘层44上形成的金属残留物；进而使得所述绝缘层44的表面和第二钝化层的粘附性增强，增加了器件的稳定性。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (14)

1、一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：

提供半导体结构；

在所述半导体结构上形成铝金属层；

在所述铝金属层上形成阻挡层；

在所述阻挡层上形成光刻胶层；

图形化所述光刻胶层，形成光刻胶图案；

去除未被所述光刻胶图案覆盖的阻挡层和铝金属层；

去除所述光刻胶图案。

2、如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述阻挡层至少为一层。

3、如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述阻挡层至少为钽、氮化钽、钛、氮化钛、钛化钨、钨、钼、钴、铂中的一种。

4、如权利要求3所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述形成阻挡层的工艺和形成铝金属层的工艺原位进行。

5、如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述阻挡层为氮氧化硅。

6、如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述阻挡层为钽金属层和氮化钽层的交替堆叠结构。

7、如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述阻挡层为钽金属层-氮化钽层-钽金属层的堆叠结构。

8、如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述阻挡层为钛金属层和氮化钛层的交替堆叠结构。

9、如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述形成阻挡层的方法为物理气相沉积、化学气相沉积、电镀中的一种。

10、如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述光刻胶图案为金属互连线的光刻胶图案。

11、如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，该方法进一步包括：在所述阻挡层上形成光刻胶层之前，在所述阻挡层上形成抗反射层；并在去除所述光刻胶图案之后，去除所述抗反射层。

12、一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：

提供半导体结构，该半导体结构具有金属导线层及位于所述金属导线层上的绝缘层，在所述绝缘层中具有底部露出所述金属导线层的开口；

在所述开口中和绝缘层上形成铝金属层；

在所述铝金属层上形成阻挡层；

在所述阻挡层上形成光刻胶层；

图形化所述光刻胶层，形成引线焊垫的光刻胶图案，所述引线焊垫的光刻胶图案位于所述开口上方相应位置；

去除未被所述引线焊垫的光刻胶图案覆盖的阻挡层和铝金属层；

去除所述引线焊垫的光刻胶图案。

13、如权利要求12所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述阻挡层至少为钽、氮化钽、钽和氮化钽、钛、氮化钛、钛和氮化钛中的一种。

14、如权利要求12或13所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述形成阻挡层的方法为物理气相沉积、化学气相沉积、电镀中的一种。

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