CN101937863A - 金属布线的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种金属布线的制作方法，包括：在半导体衬底上依次形成碳氮化硅层、低介电常数介质层和氧化硅保护层，形成氧化硅保护层的工艺条件为氦气流量为4000sccm、氧气流量为3500sccm～4500sccm、反应时间为18秒～22秒；刻蚀氧化硅保护层、低介电常数介质层和碳氮化硅层，形成金属布线通孔；在氧化硅保护层上形成底部抗反射层，且将底部抗反射层填充满金属布线通孔；在底部抗反射层上依次形成低温氧化硅层；刻蚀低温氧化硅层、底部抗反射层、氧化硅保护层、低介电常数介质层和碳氮化硅层，形成金属布线沟槽；进行金属布线工艺。本发明使器件密集区和器件非密集区的氧化硅保护层同时被抛光去除。

Description

金属布线的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体制作技术领域，特别涉及一种金属布线的制作方法。
背景技术
通常，半导体制程是用淀积工艺、光刻工艺、刻蚀工艺等在硅晶片上形成集成电路的器件。为了连接各个部件构成集成电路，通常使用具有相对高导电率的金属材料例如铜进行布线，也就是金属布线。用于将半导体器件的有源区与其它集成电路连接起来的结构一般为插塞结构。形成插塞的工艺是用金属材料填充通孔或者沟槽的工艺，例如申请号为CN98118290的中国专利申请文件所提供的形成插塞结构的方法。
在半导体器件的后段制作过程中，进行金属布线工艺如图1至图4所示。参考图1，提供一半导体衬底100，所述半导体衬底100具有隔离结构及位于隔离结构间的有源区，所述有源区上形成有诸如晶体管、电容器等半导体器件及金属连线等。随后，在半导体衬底100上依次形成碳氮化硅层102、低介电常数介质层104和氧化硅保护层106。其中，形成氧化硅保护层106的工艺为：先在低介电常数介质层104上形成聚乙烯硅，然后在400℃的高温下，通入氧气进行反应分解；其中反应腔室的压强为5托(1托＝133.32帕斯卡)，高功率为450W～600W，低功率为120W～200W，四乙基硅酸气体的流量为0.75g/m～1.55g/m，氦气的流量为4000sccm(标准立方厘米/分)，氧气的流量为800sccm，反应时间为20秒。
接着，在氧化硅保护层106上形成光刻胶层108，经过曝光显影工艺后，定义出金属布线通孔110。
如图2所示，以光刻胶层108为掩膜，沿金属布线通孔图形对氧化硅保护层106、低介电常数介质层104和碳氮化硅层102进行刻蚀至残留1/3厚度的碳氮化硅层102，形成金属布线通孔112。接着，去除光刻胶层。
如图3所示，用液态有机物旋转沉积方法在氧化硅保护层106上形成底部抗反射层114，且将底部抗反射层114填充满金属布线通孔；用化学气相沉积法在底部抗反射层114上形成低温氧化硅层116，形成低温氧化硅层116的作用为防止碳氮化硅层102中的氮对后续光刻胶层产生影响；于低温氧化硅层116上旋涂光刻胶层118，经过曝光显影工艺后，定义出与金属布线通孔位置对应的金属布线沟槽图形120。
如图4所示，以光刻胶层为掩膜，沿金属布线沟槽图形刻蚀低温氧化硅层116至露出底部抗反射层114，形成第一沟槽图形121；所述刻蚀方法为干法刻蚀法。接着，灰化法去除光刻胶层。
如图5所示，以低温氧化硅层为掩膜，沿第一沟槽图形刻蚀底部抗反射层至露出氧化硅保护层106，形成第二沟槽图形122。用干法刻蚀方法将低温氧化硅层去除。
如图6所示，以底部抗反射层为掩膜，沿第二沟槽图形刻蚀氧化硅保护层106、低介电常数介质层104和部分碳氮化硅层102，形成金属布线沟槽123。接着，去除底部抗反射层。
如图7所示，在氧化硅保护层106上形成金属导电层且将金属导电层填充满金属布线沟槽及金属布线通孔内；用化学机械抛光法平坦化金属导电层至露出氧化硅保护层106，形成导电插塞124；接着，用化学气相沉积法或溅镀法于氧化硅保护层106上形成金属布线层126，且金属布线层126覆盖导电插塞124。
现有技术由于芯片一般分为器件密集区和器件非密集区，在采用化学机械抛光法平坦化金属导电层，形成导电插塞的过程中，会对器件密集区和器件非密集区的金属导电层的抛光速率不同，致使在平坦化处理结束后，在金属布线非密集区的氧化硅保护层还有部分残留，会造成金属线的稳定性降低。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种金属布线的制作方法，防止器件密集区和器件非密集区金属布线电性能不同。
解决上述问题，本发明提供一种金属布线的制作方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上依次形成有碳氮化硅层和低介电常数介质层；在低介电常数介质层上形成氧化硅保护层，形成的工艺条件为压力7.5托、高功率为600W～800W、四乙基硅酸气体的流量为1.2g/m～2.0g/m、氦气流量为4000sccm、氧气流量为3500sccm～4500sccm、反应时间为18秒～22秒；刻蚀氧化硅保护层、低介电常数介质层和碳氮化硅层，形成金属布线通孔；在氧化硅保护层上形成底部抗反射层，且将底部抗反射层填充满金属布线通孔；在底部抗反射层上依次形成具有第一沟槽图形的低温氧化硅层；以低温氧化硅层为掩膜，沿第一沟槽图形刻蚀底部抗反射层至露出氧化硅保护层，形成第二沟槽图形；去除低温氧化硅层后，以底部抗反射层为掩膜，沿第二沟槽图形刻蚀氧化硅保护层、低介电常数介质层和碳氮化硅层，形成金属布线沟槽；在氧化硅保护层上形成金属导电层，且将金属导电层填充满金属布线沟槽；平坦化金属导电层至露出氧化硅保护层形成导电插塞后，在氧化硅保护层上形成与导电插塞连通的金属布线。
可选的，所述氧化硅保护层的材料为正硅酸乙酯。所述氧化硅保护层的厚度为40nm～60nm。
可选的，所述平坦化工艺为化学机械抛光法。
可选的，刻蚀氧化硅保护层、低介电常数介质层和碳氮化硅层的方法为干法刻蚀法。所述干法刻蚀法采用的气体为四氟化硅、氩气和氧气，其中四氟化碳的流量为140sccm～160sccm，氩气的流量为140sccm～160sccm，氧气的流量为3sccm～5sccm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：形成氧化硅保护层的工艺条件为压力7.5托、高功率为600W～800W、四乙基硅酸气体的流量为1.2g/m～2.0g/m、氦气流量为4000sccm、氧气流量为3500sccm～4500sccm、反应时间为18秒～22秒。使形成的氧化硅保护层的致密度降低，在后续平坦化金属导电层时，能提高化学机械抛光氧化硅保护层的速率，使器件密集区和器件非密集区的氧化硅保护层同时被抛光去除，进而使后续器件密集区和器件非密集区金属布线的性能一致。
附图说明
图1至图7是金属布线工艺中形成金属布线沟槽的示意图；
图8是本发明形成金属布线沟槽的具体实施方式流程图。
具体实施方式
本发明在形成金属布线的工艺流程如下：执行步骤S11，提供半导体衬底，所述半导体衬底上依次形成有碳氮化硅层和低介电常数介质层。
位于半导体衬底上的厚度为425埃～475埃的碳氮化硅层的作用为刻蚀形成金属布线通孔过程中作为刻蚀阻挡层。位于碳氮化硅层上厚度为4000埃～4300埃的低介电常数介质层的作用为隔绝金属线并且有较低的介电常数；位于低介电常数介质层上厚度为500埃～520埃的氧化硅保护层的作用为保护低介电常数介质层。
执行步骤S12，在低介电常数介质层上形成氧化硅保护层，形成的工艺条件为压力7.5托、高功率为600W～800W、四乙基硅酸气体的流量为1.2g/m～2.0g/m、氦气流量为4000sccm、氧气流量为3500sccm～4500sccm、反应时间为18秒～22秒。
所述氧化硅保护层的材料为正硅酸乙酯，厚度为500埃～520埃，其作用为保护低介电常数介质层。
执行步骤S13，刻蚀氧化硅保护层、低介电常数介质层和碳氮化硅层，形成金属布线通孔。
所述刻蚀采用的刻蚀气体为流量为600sccm(标准状态毫升/分)的Ar、流量为6sccm的O2、流量为9sccm的C4F8，其中气体反应腔的压力为50毫托(1托＝133.32帕斯卡)，刻蚀时间为25秒。
执行步骤S14，在氧化硅保护层上形成底部抗反射层，且将底部抗反射层填充满金属布线通孔。
所述底部抗反射层的厚度为1800埃。
执行步骤S15，在底部抗反射层上依次形成具有第一沟槽图形的低温氧化硅层。
所述低温氧化硅层的低温为200℃～230℃，其厚度为1220埃，作用为防止碳氮化硅层中的氮对后续光刻胶层产生影响。
执行步骤S16，以低温氧化硅层为掩膜，沿第一沟槽图形刻蚀底部抗反射层至露出氧化硅保护层，形成第二沟槽图形。
通常，刻蚀底部抗反射层的方法为干法刻蚀法，采用的气体为四氟化碳、氧气和氩气的混合气体；其中四氟化碳的流量为100sccm，氧气的流量为4sccm，氩气的流量为的流量为100sccm。
执行步骤S17，去除低温氧化硅层后，以底部抗反射层为掩膜，沿第二沟槽图形刻蚀氧化硅保护层、低介电常数介质层和碳氮化硅层，形成金属布线沟槽。
刻蚀氧化硅保护层、低介电常数介质层和碳氮化硅层的方法为干法刻蚀，其采用的气体为氩气、氧气和四氟甲烷。
执行步骤S18，在氧化硅保护层上形成金属导电层，且将金属导电层填充满金属布线沟槽。
形成金属导电层的方法可以是电化学电镀法。
执行步骤S19，平坦化金属导电层至露出氧化硅保护层形成导电插塞后，在氧化硅保护层上形成与导电插塞连通的金属布线。
所述平坦化工艺为化学机械抛光法。
本发明的目的是形成氧化硅保护层的工艺条件为压力7.5托、高功率为600W～800W、四乙基硅酸气体的流量为1.2g/m～2.0g/m、氦气流量为4000sccm、氧气流量为3500sccm～4500sccm、反应时间为18秒～22秒。使形成的氧化硅保护层的致密度降低，在后续平坦化金属导电层时，能提高化学机械抛光氧化硅保护层的速率，使器件密集区和器件非密集区的氧化硅保护层同时被抛光去除，进而使后续器件密集区和器件非密集区金属布线的性能一致。
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
如图1所示，提供一半导体衬底100，所述半导体衬底100具有隔离结构及位于隔离结构间的有源区，所述有源区上形成有诸如晶体管、电容器等半导体器件和金属连线。随后，用化学气相沉积法在半导体衬底100上形成厚度为425埃～475埃的碳氮化硅层102，优选厚度为450埃，所述碳氮化硅层102的作用为通孔刻蚀的阻挡层。用化学气相沉积法在碳氮化硅层102上形成厚度为4000埃～4300埃的低介电常数介质层104，其中，低介电常数介质层104的优选厚度为4050埃；所述低介电常数介质层104的作用为隔绝金属布线。在低介电常数介质层104上形成厚度为500埃～520埃的氧化硅保护层106，所述氧化硅保护层106的材料为正硅酸乙酯，其作用为保护低介电常数介质层104免受后续工艺的影响。
本实施例中，当氧化硅保护层106的材料为正硅酸乙酯时，其形成步骤具体包括：用化学气相沉积法在低介电常数介质层104上形成聚乙烯硅；然后，在380℃～420℃的高温下通入氧气进行反应分解。在通入氧气反应的工艺条件为压力7.5托、高功率为600W～800W、四乙基硅酸气体的流量为1.2g/m～2.0g/m、氦气流量为4000sccm、氧气流量为3500sccm～4500sccm、反应时间为20秒。
将碳氮化硅层102的厚度增加为425埃～475埃，在后续刻蚀过程中不容易被刻穿。
形成氧化硅保护层的工艺条件为压力7.5托、高功率为600W～800W、四乙基硅酸气体的流量为1.2g/m～2.0g/m、氦气流量为4000sccm、氧气流量为3500sccm～4500sccm、反应时间为20秒。使形成的氧化硅保护层的致密度降低，在后续平坦化金属导电层时，能提高化学机械抛光正硅酸乙酯的速率，使器件密集区和器件非密集区的氧化硅保护层同时被抛光去除，进而使后续器件密集区和器件非密集区金属布线的性能一致。
再参考图1，用旋涂法在氧化硅保护层106上形成光刻胶层108，经过曝光显影工艺后，定义出金属布线通孔图形110。
如图2所示，以光刻胶层为掩膜，沿金属布线通孔图形对氧化硅保护层106、低介电常数介质层104和碳氮化硅层102进行刻蚀至残留1/3厚度的碳氮化硅层102，形成金属布线通孔112。
接着，去除光刻胶层。
本实施例中，所述刻蚀采用的刻蚀气体为流量为600sccm(标准状态毫升/分)的Ar、流量为6sccm的O2、流量为9sccm的C4F8，其中气体反应腔的压力为50毫托(1托＝133.32帕斯卡)，刻蚀时间为25秒。
如图3所示，用液态有机物旋转沉积方法在氧化硅保护层106上形成底部抗反射层114，且将底部抗反射层114填充满金属布线通孔；其中，底部抗反射层114在氧化硅保护层106上的厚度为1600埃～2000埃，优选厚度为1800埃。
本实施例中，所述底部抗反射层114分两次形成，其优势在于能更好地填充金属布线通孔，且使填充后的底部抗反射层114表面平坦。
继续参考图3，用化学气相沉积法在底部抗反射层114上形成厚度为1200埃～1250埃的低温氧化硅层116，其优选厚度为1220埃；所述低温所指的温度为200℃～230℃，形成低温氧化硅层116的作用为防止碳氮化硅层102中的氮对后续光刻胶层产生影响；于低温氧化硅层116上旋涂光刻胶层118，经过曝光显影工艺后，定义出与金属布线通孔位置对应的金属布线沟槽图形120。
如图4所示，以光刻胶层为掩膜，沿金属布线沟槽图形刻蚀低温氧化硅层116至露出底部抗反射层114，形成第一沟槽图形121。接着，灰化法去除光刻胶层。
本实施例中，刻蚀低温氧化硅层116的方法为干法刻蚀法，采用的刻蚀气体为四氟化碳、三氟甲烷、氩气混合气体；其中四氟化碳的流量为120sccm，三氟甲烷的流量为30sccm，氩气的流量是150sccm。
如图5所示，以低温氧化硅层为掩膜，沿第一沟槽图形刻蚀底部抗反射层114至露出氧化硅保护层106，形成第二沟槽图形122。用干法刻蚀方法将低温氧化硅层。
本实施例中，刻蚀底部抗反射层114的方法为干法刻蚀法，采用的刻蚀气体为四氟化碳、氧气和氩气的混合气体；其中四氟化碳的流量为90sccm～110sccm，氧气的流量为3sccm～5sccm，氩气的流量为的流量为90sccm～110sccm。作为一个优选的方案，四氟化碳的流量为100sccm，氧气的流量为4sccm，氩气的流量为的流量为100sccm。
如图6所示，以底部抗反射层为掩膜，沿第二沟槽图形刻蚀氧化硅保护层106、低介电常数介质层104和部分碳氮化硅层102，形成金属布线沟槽123。接着，去除底部抗反射层。
本实施例中，刻蚀氧化硅保护层106、低介电常数介质层104和部分碳氮化硅层102的方法为干法刻蚀，采用的气体为氩气、氧气、四氟甲烷混合气体；其中，氩气的流量为120sccm～180sccm，氧气的流量为3sccm～5sccm，四氟甲烷的流量为120sccm～180sccm。作为一个优选方案，氩气的流量为150sccm，氧气的流量为4sccm，四氟甲烷的流量为150sccm。
如图7所示，在氧化硅保护层106上形成金属导电层且将金属导电层填充满金属布线沟槽及金属布线通孔内；用化学机械抛光法平坦化金属导电层至露出氧化硅保护层106，形成导电插塞124；接着，用化学气相沉积法或溅镀法于氧化硅保护层106上形成金属布线层126，且金属布线层126覆盖导电插塞124。
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 (6)

1.一种金属布线的制作方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底上依次形成有碳氮化硅层和低介电常数介质层；
在低介电常数介质层上形成氧化硅保护层，形成的工艺条件为压力7.5托、高功率为600W～800W、四乙基硅酸气体的流量为1.2g/m～2.0g/m、氦气流量为4000sccm、氧气流量为3500sccm～4500sccm、反应时间为18秒～22秒；刻蚀氧化硅保护层、低介电常数介质层和碳氮化硅层，形成金属布线通孔；在氧化硅保护层上形成底部抗反射层，且将底部抗反射层填充满金属布线通孔；
在底部抗反射层上依次形成具有第一沟槽图形的低温氧化硅层；
以低温氧化硅层为掩膜，沿第一沟槽图形刻蚀底部抗反射层至露出氧化硅保护层，形成第二沟槽图形；
去除低温氧化硅层后，以底部抗反射层为掩膜，沿第二沟槽图形刻蚀氧化硅保护层、低介电常数介质层和碳氮化硅层，形成金属布线沟槽；
在氧化硅保护层上形成金属导电层，且将金属导电层填充满金属布线沟槽；平坦化金属导电层至露出氧化硅保护层形成导电插塞后，在氧化硅保护层上形成与导电插塞连通的金属布线。
2.根据权利要求1所述的金属布线的制作方法，其特征在于，所述氧化硅保护层的材料为正硅酸乙酯。
3.根据权利要求2所述的金属布线的制作方法，其特征在于，所述氧化硅保护层的厚度为40nm～60nm。
4.根据权利要求1所述的金属布线的制作方法，其特征在于，所述平坦化工艺为化学机械抛光法。
5.根据权利要求1所述的金属布线的制作方法，其特征在于，刻蚀氧化硅保护层、低介电常数介质层和碳氮化硅层的方法为干法刻蚀法。
6.根据权利要求1所述的金属布线的制作方法，其特征在于，所述干法刻蚀法采用的气体为四氟化硅、氩气和氧气，其中四氟化碳的流量为140sccm～160sccm，氩气的流量为140sccm～160sccm，氧气的流量为3sccm～5sccm。
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