CN102376567A

CN102376567A - 金属刻蚀方法

Info

Publication number: CN102376567A
Application number: CN2010102538063A
Authority: CN
Inventors: 王新鹏; 张海洋
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2030-08-12
Also published as: CN102376567B

Abstract

本发明公开了一种金属刻蚀方法，该方法包括：提供一基底，在基底上沉积金属层后，在金属层表面依次形成第一材料层、第二材料层和光阻胶PR，其中，第一材料层具有绝缘性；对PR进行曝光、显影，形成光刻图案，并按照光刻图案对第二材料层进行刻蚀，然后去除光刻图案；以刻蚀后的第二材料层作为掩膜，对第一材料层进行刻蚀；以刻蚀后的第一材料层和第二材料层作为掩膜，对金属层进行刻蚀，然后依次去除刻蚀后的第二材料层和第一材料层。采用本发明公开的方法能够避免半导体器件的损伤。

Description

金属刻蚀方法

技术领域

本发明涉及半导体技术，特别涉及一种金属刻蚀方法。

背景技术

随着电子设备的广泛应用，半导体的制造工艺得到了飞速的发展，半导体制造流程中的金属线形成、铝衬垫(Al pad)形成等步骤均涉及金属刻蚀工艺，下面以现有铝衬垫的形成方法为例对现有技术中的金属刻蚀方法进行介绍。

图1～图5为现有技术中铝衬垫的形成方法的过程剖面示意图，该方法主要包括：

步骤101，参见图1，提供一基底1011，在基底1011上沉积铝(Al)金属层1012。

其中，基底1011可包括若干金属互连层以及位于金属互连层下方的有源区，每一金属互连层又包括：金属层和包括通孔的介质层，铝金属层1012沉积于最上方的介质层的表面，最上方的介质层还包括通孔。

沉积的方法可以采用物理气相沉积(PVD)工艺。

步骤102，参见图2，在铝金属层1012上旋涂光阻胶(PR)1013。

步骤103，参见图3，施加掩膜版(图未示出)，对PR 1013进行曝光、显影，从而形成光刻图案。

步骤104，参见图4，按照光刻图案对铝金属层1012进行刻蚀，形成铝衬垫。

刻蚀的方法通常为：采用等离子体进行干法刻蚀。

步骤105，参见图5，去除PR 1013。

至此，本流程结束。

然而，如图4所示，在实际应用中，当采用等离子体进行干法刻蚀时，若等离子体发生异常放电，PR 1013的上表面以及侧面会吸附大量的电荷1000，电荷1000可沿刻蚀后的金属层(例如刻蚀后的铝金属层1012)以及其下层的金属互连通路而被传导至半导体器件的有源区，而对半导体器件造成损伤。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种金属刻蚀方法，能够避免半导体器件的损伤。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种金属刻蚀方法，该方法包括：

提供一基底，在基底上沉积金属层后，在金属层表面依次形成第一材料层、第二材料层和光阻胶PR，其中，第一材料层具有绝缘性；

对PR进行曝光、显影，形成光刻图案，并按照光刻图案对第二材料层进行刻蚀，然后去除光刻图案；

以刻蚀后的第二材料层作为掩膜，对第一材料层进行刻蚀；

以刻蚀后的第一材料层和第二材料层作为掩膜，对金属层进行刻蚀，然后依次去除刻蚀后的第二材料层和第一材料层。

所述金属层为铝金属层。

所述第一材料层为聚酰亚胺、先进制程材料或有机底部抗反射涂层。

所述第一材料层的上表面与金属层上表面的距离为1000埃至4000埃。

所述第二材料层为绝缘材料或金属。

所述第二材料层为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化钛、氮化钽、钛或钽。

第二材料层的上表面与第一材料层上表面的距离为400埃至1000埃。

在本发明所提供的一种金属刻蚀方法中，在基底上沉积金属层后，在金属层表面依次形成第一材料层、第二材料层和光阻胶PR，其中，第一材料层具有绝缘性，然后对PR进行曝光、显影，形成光刻图案，并按照光刻图案对第二材料层进行刻蚀，其次以刻蚀后的第二材料层作为掩膜，对第一材料层进行刻蚀，最后以刻蚀后的第一材料层和第二材料层作为掩膜对金属层进行刻蚀，可见，当对第二材料层进行刻蚀时，即使PR的上表面以及侧面吸附了电荷，但是电荷无法沿第二材料层、第一材料层以及金属层而被传导至半导体器件的有源区，避免了半导体器件的损伤。

进一步地，第二材料层优选地为二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、钛(Ti)或钽(Ta)，上述材料可用于精确地将光刻图案转换于刻蚀后的第二材料层1015之上，有利用精确控制铝衬垫的关键尺寸(CD)。

附图说明

图1～图5为现有技术中铝衬垫的形成方法的过程剖面示意图。

图6为本发明所提供的一种金属刻蚀方法的流程图。

图7～图12为本发明中铝衬垫的形成方法的过程剖面示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明所述方案作进一步地详细说明。

本发明的核心思想为：在PR和金属层之间还依次形成了第一材料层和第二材料层，且第一材料层具有绝缘性，当对金属层进行刻蚀时，先对PR进行曝光、显影，形成光刻图案，然后按照光刻图案对第二材料层进行刻蚀，其次以刻蚀后的第二材料层作为掩膜，对第一材料层进行刻蚀，最后以刻蚀后的第一材料层和第二材料层作为掩膜对金属层进行刻蚀。由于第二材料层具有绝缘性，即使PR的上表面以及侧面吸附了电荷，但是电荷无法沿第二材料层、第一材料层以及金属层而被传导至半导体器件的有源区，避免了半导体器件的损伤。进一步地，第二材料层优选地为二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、钛(Ti)或钽(Ta)，上述材料可用于精确地将光刻图案转换于刻蚀后的第二材料层1015之上，有利用精确控制铝衬垫的关键尺寸(CD)。

图6为本发明所提供的一种金属刻蚀方法的流程图。如图6所示，该方法包括以下步骤：

步骤11，提供一基底，在基底上沉积金属层后，在金属层表面依次形成第一材料层、第二材料层和PR，其中，第一材料层具有绝缘性。

步骤12，对PR进行曝光、显影，形成光刻图案，并按照光刻图案对第二材料层进行刻蚀，然后去除光刻图案。

步骤13，以刻蚀后的第二材料层作为掩膜，对第一材料层进行刻蚀。

步骤14，以刻蚀后的第一材料层和第二材料层作为掩膜，对金属层进行刻蚀，然后依次去除刻蚀后的第二材料层和第一材料层。

至此，本流程结束。

下面以铝衬垫的形成方法为例对本发明所提供的金属刻蚀方法进行详细介绍。

图7～图12为本发明中铝衬垫的形成方法的过程剖面示意图，该方法主要包括：

步骤201，参见图7，提供一基底1011，在基底1011上沉积铝金属层1012。

步骤202，参见图8，在铝金属层1012表面依次形成第一材料层1014、第二材料层1015和PR 1013。

第一材料层1014具有绝缘性。

优选地，第一材料层1014为聚酰亚胺(polymide)、先进制程材料(Advanced Process Filmstack)或有机底部抗反射涂层(organic BARC)，上述优选的第一材料层1014均为用于平整化的常用材料，在烘烤前为液态溶液，经烘烤后可转变为固态，其可平整化凹凸的表面且自身具有较好的平整性。

第一材料层1014的上表面与铝金属层1012上表面的距离a为1000埃至 4000埃。

第二材料层1015可为任意材料，例如，绝缘材料或金属均可。

优选地，第二材料层1015可为二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、钛(Ti)或钽(Ta)。

第二材料层1015的上表面与第一材料层1014上表面的距离b为400埃至1000埃。

其中，形成第一材料层1014、第二材料层1015和PR 1013的方法与可参考现有技术的内容，PR 1013的厚度可与现有技术相同。

步骤203，参见图9，施加掩膜版(图未示出)，对PR 1013进行曝光、显影，从而形成光刻图案。

步骤203与现有技术相同，不再详述。

步骤204，参见图10，按照光刻图案，采用等离子体对第二材料层1015进行干法刻蚀，然后剥离光刻图案。

采用等离子体对第二材料层1015进行干法刻蚀的方法以及剥离光刻图案的方法可参考现有技术的内容。

在本步骤中，当采用等离子体对第二材料层1015进行干法刻蚀时，即使PR 1013的上表面以及侧面吸附了大量的电荷，但是由于PR 1013之下还包括第二材料层1015和第一材料层1014，其可切断电荷沿铝金属层112向下传导的通路，具体地：若第二材料层1015为绝缘材料，则PR 1013的上表面以及侧面的电荷无法沿第二材料层1015向下传导，若第二材料层1015为金属，则PR 1013的上表面以及侧表面的电荷无法沿第一材料层1014向下传导。

步骤205，参见图11，以刻蚀后的第二材料层1015作为掩膜，采用等离子体对第一材料层1014进行干法刻蚀。

其中，采用等离子体对第一材料层1014进行干法刻蚀的方法可采用现有技术的内容。

步骤206，参见图12，以刻蚀后的第一材料层1014和第二材料层1015 作为掩膜，采用等离子体对铝金属层1012进行干法刻蚀，然后依次去除刻蚀后的第二材料层1015和第一材料层1014。

其中，采用等离子体对铝金属层1012进行干法刻蚀的方法以及去除刻蚀后的第一材料层1014和第二材料层1015的方法可采用现有技术的内容。

需要说明的是，在本发明中，第一材料层1014和第二材料层1015的上下位置关系不可互换，这是因为：第一，若第一材料层1014位于第二材料层1015的上方，则以刻蚀后的第一材料层1014作为掩膜，采用等离子体对第二材料层1015进行干法刻蚀时，当第二材料层1015为金属时，若第一材料层1014上表面和侧面积聚有电荷，有可能沿第二材料层1015、铝金属层1012以及下层的金属互连通路而被传导至半导体器件的有源区；第二，由前述介绍可知，由于第一材料层1014优选地为用于平整化的材料，因此第一材料层1014可用于填充沿通孔而形成的金属铝沟槽，可获得更好的平整性，而第二材料层1015优选地为二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、钛(Ti)或钽(Ta)，上述材料可用于精确地将光刻图案转换于刻蚀后的第二材料层1015之上，有利用精确控制铝衬垫的关键尺寸(CD)；第三，通常去除刻蚀后的第一材料层1014的方法为湿法清洗(wet clean)，而第一材料层1014与铝金属层1012之间具有比较大选择比，也就是说，当在步骤206中对第一材料层1014进行湿法清洗的过程中，易于将第一材料层1014全部去除，而对铝衬垫造成很小的损伤。

至此，本流程结束。

上述实施例提供的方法还可应用于其他涉及金属刻蚀的工艺中，例如，当对金属进行干法刻蚀而形成金属线时，也可采用上述方法。

根据本发明所提供的技术方案，在基底上沉积金属层后，在金属层表面依次形成第一材料层、第二材料层和光阻胶PR，其中，第一材料层具有绝缘性，然后对PR进行曝光、显影，形成光刻图案，并按照光刻图案对第二材料层进行刻蚀，其次以刻蚀后的第二材料层作为掩膜，对第一材料层进行刻蚀，最后以刻蚀后的第一材料层和第二材料层作为掩膜对金属层进行刻蚀，可见，当对第二材料层进行刻蚀时，即使PR的上表面以及侧面吸附了电荷，但是电荷无法沿第二材料层、第一材料层以及金属层而被传导至半导体器件的有源区，避免了半导体器件的损伤。

另外，第二材料层优选地为二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、钛(Ti)或钽(Ta)，上述材料可用于精确地将光刻图案转换于刻蚀后的第二材料层1015之上，有利用精确控制铝衬垫的关键尺寸(CD)。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种金属刻蚀方法，该方法包括：

以刻蚀后的第二材料层作为掩膜，对第一材料层进行刻蚀；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属层为铝金属层。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一材料层为聚酰亚胺、先进制程材料或有机底部抗反射涂层。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二材料层为绝缘材料或金属。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二材料层为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化钛、氮化钽、钛或钽。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，第二材料层的上表面与第一材料层上表面的距离为400埃至1000埃。