CN101452876A - 金属互连结构的制备方法 - Google Patents

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陈华伦
罗啸
陈雄斌
熊涛
陈瑜
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Abstract

本发明公开了一种金属互连结构的制备方法，包括：淀积金属层；光刻定义出金属连线的图案；刻蚀至前层介质层，形成金属连线；用光刻胶光刻，使光刻胶覆盖在金属层间互连导线的位置处的金属层上；刻蚀金属层深度为金属层间互连导线的厚度，形成金属层间互连导线；淀积后层介质层；用CMP法研磨后层介质层至金属层间互连导线表面。本发明还提供了一种先刻蚀金属层间互连导线，后刻蚀金属连线的方法，本发明利用两次光刻和刻蚀，将金属连线和金属层间互连导线集成在一个制造过程里，且用同一种金属来实现，故只需要一步CMP研磨，节省了工艺步骤和成本。同时，还可以降低金属连线结构的电阻。

Description

金属互连结构的制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属互连结构的制备方法。
背景技术
在半导体器件制造过程中，后段制程是指利用金属连线以及金属连线层间的互连导线将各个晶体管按照布线要求连接起来，进而实现设计的功能，上述金属连线和金属连线层间的互连导线称谓金属互连结构。在现在通用的铝制程里，金属互连结构是通过Al导线和Al导线层间用于连接两层Al导线的通孔(Via)层来实现的，而通孔层的金属一般采用填充性能较好的钨(W)，同时还需要用Ti层和TiN层来将钨包裹以实现隔离和较好的层与层之间的粘附性。在这个流程里，除了需要淀积Al和W之外，还需要淀积Ti和TiN，以及两次CMP工艺，其具体工艺流程为：
(1)在第一层介质层(可为二氧化硅层)上依次淀积Ti、TiN、Al、Ti和TiN层(见图1)，有时为了金属层的光刻的需要，还可以再淀积一个抗反射层；
(2)用光刻胶定义出金属连线图案(见图2)；
(3)依次刻蚀TiN、Ti、Al、Ti和TiN层，形成金属连线(见图3)；
(4)第二层介质层(可为二氧化硅层)淀积(见图4)；
(5)CMP研磨，平整化第二层介质层(见图5)；
(6)再淀积第三层介质层(见图6)；
(7)用光刻胶定义出通孔(Via)图案(见图7)；
(8)刻蚀第三层介质层至金属连线表面，形成通孔(见图8)；
(9)在通孔内依次淀积Ti和TiN层，分别作接触层和金属阻挡层，再用钨W填充通孔，最后CMP研磨钨至第三层介质层表面(见图9)。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种金属互连结构的制备方法，其能简化金属互连结构的制备流程，降低生产成本。
为解决上述技术问题，本发明的金属互连结构的制备方法，包括如下步骤：
(1)在第一层介质层上淀积Ti层和TiN层，接着淀积金属层，所述金属层的厚度等于金属连线的厚度和金属层间互连导线的厚度之和；
(2)用光刻胶光刻，定义出金属连线的图案；
(3)依次刻蚀金属层、TiN层和Ti层至第一层介质层表面，形成金属连线；
(4)用光刻胶光刻，使光刻胶覆盖在金属层间互连导线(类似普通方法的Al层间互连的钨)的位置处的金属层上；
(5)刻蚀没有被光刻胶覆盖的金属层，所述刻蚀深度为金属层间互连导线的厚度，使该部分形成金属连线，而被光刻胶覆盖的金属层部分形成金属层间互连导线；
(6)淀积第二层介质层；
(7)用CMP法研磨第二层介质层至金属层间互连导线表面。
本发明还提供了一种金属互连结构的制备方法，包括如下步骤：
(1)在第一层介质层上淀积Ti层和TiN层，接着淀积金属层，所述金属层的厚度等于金属连线的厚度和金属层间互连导线的厚度之和；
(2)用光刻胶光刻，使光刻胶覆盖在所述金属层中的金属层间互连导线的图案上；
(3)刻蚀没有被光刻胶覆盖的金属层，所述刻蚀的深度为金属层间互连导线的厚度，得到金属层间互连导线；
(4)用光刻胶光刻，定义出金属连线的图案；
(5)依次刻蚀金属层、TiN层和Ti层至第一层介质层表面，得到金属连线；
(6)淀积第二层介质层；
(7)用CMP法研磨第二层介质层至金属层间互连导线表面。
本发明的金属互连结构制备方法，利用两次光刻和刻蚀，将晶片上的金属层分两部分，上面部分和下面部分分别作为金属连线和金属层间互连导线，从而得到金属互连结构。在本发明的制备方法中，因为金属连线和金属层间互连导线全部都是一种金属(例如Al)，所以不需要淀积Ti和TiN层。而且金属连线和金属层间互连导线集成在一个制造过程里，故只需要一步CMP研磨工艺，节省了工艺步骤。同时，还可以降低金属连线结构的电阻。故本发明的制备方法在降低生产成本的同时，还降低金属互连结构的电阻。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为现有技术中金属互连结构制备流程的步骤(1)示意图；
图2为现有技术中金属互连结构制备流程的步骤(2)示意图；
图3为现有技术中金属互连结构制备流程的步骤(3)示意图；
图4为现有技术中金属互连结构制备流程的步骤(4)示意图；
图5为现有技术中金属互连结构制备流程的步骤(5)示意图；
图6为现有技术中金属互连结构制备流程的步骤(6)示意图；
图7为现有技术中金属互连结构制备流程的步骤(7)示意图；
图8为现有技术中金属互连结构制备流程的步骤(8)示意图；
图9为现有技术中金属互连结构制备流程的步骤(9)示意图；
图10为本发明的制备方法流程图；
图11中左图为本发明的制备流程的步骤(1)截面示意图，右图为其俯视图；
图12中左图为本发明的制备流程的步骤(2)截面示意图，右图为其俯视图；
图13中左图为本发明的制备流程的步骤(3)截面示意图，右图为其俯视图；
图14中左图为本发明的制备流程的步骤(4)涂光刻胶后的截面示意图，右图为其俯视图；
图15中左图为本发明的制备流程的步骤(4)光刻后的截面示意图，右图为其俯视图；
图16中左图为本发明的制备流程的步骤(5)截面示意图，右图为其俯视图；
图17为图16中左图旋转90度后的截面示意图；
图18中左图为本发明的制备流程的步骤(6)截面示意图，右图为其俯视图；
图19中左图为本发明的制备流程的步骤(7)截面示意图，右图为其俯视图；
图20为本发明的另一实施例中步骤(2)后的俯视图；
图21为本发明的另一实施例中步骤(4)后的俯视图。
具体实施方式
本发明的金属互连结构制备方法，这里的金属互连结构包括金属连线和金属层间互连导线，包括如下步骤(见图10)：
(1)在第一层介质层上淀积Ti层(作接触金属)和TiN层(作金属阻挡层)，接着淀积金属层(见图11)，现在通用的为Al或Cu，金属层的厚度应该等于或大于设计的金属连线的厚度和金属层间互连导线的厚度之和；
(2)用光刻胶光刻，定义出金属连线的图案(见图12)；
(3)依次刻蚀金属层、TiN层和Ti层至第一层介质层表面，形成金属连线(见图13)；
(4)用光刻胶光刻，该步骤中要特别注意工艺条件以确保光刻胶的比较平坦(见图14)，使光刻胶覆盖在金属层间互连导线的位置处的金属层上，该次曝光的图案也可以将光刻胶条覆盖在与金属层垂直方向上(见图15)，如图15中左图所示，光刻胶和金属连线交叉处就是金属层间互连导线位置；
(5)刻蚀没有被光刻胶覆盖的金属层，所述刻蚀的深度为金属层间互连导线的厚度，使该部分形成金属连线，而被光刻胶覆盖的金属层部分形成金属层间互连导线(见图16和图17))；
(6)淀积第二层介质层(见图18)；
(7)用CMP法(化学机械研磨法)研磨第二层介质层至金属层间互连导线表面(见图19)。
本发明的另一种方案基于本发明的构思，但将流程更改，即先刻蚀金属层间互连导线，再刻蚀金属连线。本发明的另一实施例中步骤(2)和步骤(4)的刻蚀与上述实施例不同，在这个实施例中，步骤(2)金属层的刻蚀时，刻蚀的深度为金属层间互连导线的厚度，最终刻蚀结果是得到金属层间互连导线(见图20)；而在步骤(4)中刻蚀至第一层介质层，得到金属连线(见图21)。
本发明的金属互连结构制备方法，利用两次光刻和刻蚀，将晶片上的金属层分两部分，上面部分和下面部分分别作为金属连线和金属层间互连导线，从而得到金属互连结构。在本发明的制备方法中，因为金属连线和金属层间互连导线全部都是一种金属(例如Al)，所以不需要淀积Ti和TiN层。而且金属连线和金属层间互连导线集成在一个制造过程里，故只需要一步CMP研磨，节省了工艺步骤。同时，还可以降低金属连线结构的电阻。故本发明的制备方法在降低生产成本的同时，还降低金属互连结构的电阻。

Claims (2)

1、一种金属互连结构的制备方法，所述金属互连结构包括金属连线和金属层间互连导线，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在第一层介质层上淀积Ti层和TiN层，接着淀积金属层，所述金属层的厚度等于金属连线的厚度和金属层间互连导线的厚度之和；
(2)用光刻胶光刻，定义出金属连线的图案；
(3)依次刻蚀金属层、TiN层和Ti层至第一层介质层表面，形成金属连线；
(4)用光刻胶光刻，使光刻胶覆盖在金属层间互连导线的位置处的金属层上；
(5)刻蚀没有被光刻胶覆盖的金属层，所述刻蚀深度为金属层间互连导线的厚度，使该部分形成金属连线，而被光刻胶覆盖的金属层部分形成金属层间互连导线；
(6)淀积第二层介质层；
(7)用CMP法研磨第二层介质层至金属层间互连导线表面。
2、一种金属互连结构的制备方法，所述金属互连结构包括金属连线和金属层间互连导线，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在第一层介质层上淀积Ti层和TiN层，接着淀积金属层，所述金属层的厚度等于金属连线的厚度和金属层间互连导线的厚度之和；
(2)用光刻胶光刻，使光刻胶覆盖在所述金属层中的金属层间互连导线的图案上；
(3)刻蚀没有被光刻胶覆盖的金属层，所述刻蚀的深度为金属层间互连导线的厚度，得到金属层间互连导线；
(4)用光刻胶光刻，定义出金属连线的图案；
(5)依次刻蚀金属层、TiN层和Ti层至第一层介质层表面，得到金属连线；
(6)淀积第二层介质层；
(7)用CMP法研磨第二层介质层至金属层间互连导线表面。
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