CN1459843A

CN1459843A - 金属层图案的定义方法

Info

Publication number: CN1459843A
Application number: CN 02120606
Authority: CN
Inventors: 李世达
Original assignee: Silicon Integrated Systems Corp
Current assignee: United Microelectronics Corp
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2003-12-03
Anticipated expiration: 2022-05-23
Also published as: CN1246886C

Abstract

一种金属层图案的定义方法。包括提供包含有金属线层的半导体基底；于金属线层表面上形成至少包含有氮元素的第一金属抗反射涂层；于第一金属抗反射涂层表面上形成第二金属抗反射涂层，第一金属抗反射涂层中至少包含有氮元素或氧元素；于第二金属抗反射涂层表面上定义形成具有预定图案的光阻层；以光阻层作为罩幕，蚀刻去除部分的第二金属抗反射涂层、第一金属抗反射涂层以及金属线层，于金属线层内形成多数个开口。具有降低整个制程的复杂性及制程成本，及获得较佳的金属线轮廓和有效减少反射光的功效。

Description

金属层图案的定义方法

技术领域

本发明系有关于一种金属内连线制程，特别有关于一种金属层图案的定义方法，其使用双层的金属抗反射涂层。

背景技术

众所周知，在超大积体电路(ULSI)半导体制程中，随着积集度的要求增加，导线的间距也需配合缩小至一定程度，尤其是在线宽0.18micron、0.15micron或以下的制程中，会遭遇到制程控制困难的问题。

一般而言，内连线结构是由一层或两层以上的金属层所架构而成，其材质可为铝。铜或钛金属，其可经由沉积、微影与蚀刻制程定义形成，以提供欧姆接触(ohmic contact)或萧特基接触(Schottky contact)以及各个电路单元之间的电连接效果。随着积体电路的几何设计缩小，其渠沟、接触窗或是介层窗结构内的金属层的图案需通过深紫外线(DUV)微影制程来定义；而为了缩小光阻层中光反射的变化程度，通常需于光阻层与金属层之间提供抗反射涂层(ARC)，使用抗反射涂层可以抑制从硅基底产生的光反射率，便可轻易地控制光阻层的曝光效果。

目前应用在积体电路制造的抗反射涂层，可分为无机材质的抗反射涂层及有机材质的抗反射涂层两种。举例来说：富含硅的二氧化硅、富含硅的氮化硅、富含硅的氮氧化硅可作为无机抗反射涂层，应用于金属线与闸极的图案定义制程中，不过这需额外一道蚀刻技术以及一较厚的TiN蚀刻停止层。

另外，就有机抗反射涂层而言，其化学性质与一般光阻层相似，且很容易与微影制程结合，因此不会损伤光阻层，目前已被广泛使用。然而，有机抗反射涂层对于光阻显影液具有抵抗性，通常在光阻显影的后会产生残留的现象，因此在蚀刻金属层之间尚需提供一道蚀刻步骤，以完全去除掉有机抗反射涂层，这不但会提高制程成本，也易使下方的沉积层受到不当的蚀刻。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属层图案的定义方法，通过使用双层的金属抗反射涂层，用以取代传统的无机抗反射涂层或有机抗反射涂层，以光阻层作为罩幕，蚀刻去除部分的第二金属抗反射涂层、第一金属抗反射涂层以及金属线层，于金属线层内形成多数个开口，克服现有技术的弊端，达到降低整个制程的复杂性及制程成本，及获得较佳的金属线轮廓和有效减少反射光的目的。

本发明的目的是这样实现的：一种金属层图案的定义方法，其特征是：它包括下列步骤：

(1)提供半导体基底，其包含有金属线层；

(2)于该金属线层表面上形成第一金属抗反射涂层，该第一金属抗反射涂层中至少包含有氮元素；

(3)于该第一金属抗反射涂层表面上形成第二金属抗反射涂层，该第二金属抗反射涂层中至少包含有氮元素或氧元素；

(4)于该第二金属抗反射涂层表面上定义形成具有预定图案的光阻层；

(5)以该光阻层作为罩幕，蚀刻去除部分的该第二金属抗反射涂层、第一金属抗反射涂层及金属线层，于该金属线层内形成多数个开口。

该第一金属抗反射涂层的消光系数k值为0.5-0.8。该第二金属抗反射涂层的消光系数k值为1.2。该第一金属抗反射涂层的折射率n值为1.2-1.95。该第二金属抗反射涂层的折射准n值为1.2-1.95。该第一金属抗反射涂层的材质选自TiN、TaN或WN。该第二金属抗反射涂层的材质选自TiON、TaON或WON。定义该光阻层的预定图案的方法为进行深紫外线微影制程。

下面结合较佳实施例和附图进一步说明。

附图说明

图1-图4是本发明的方法的制程剖面示意图。

具体实施方式

参阅图1-图4所示，本发明的使用双层的金属抗反射涂层定义金属层图案的方法如下：

参阅图1所示，提供一半导体基底10，其内可制作有电晶体二极管和其它熟知的半导体组件以及金属内连线等，其表面上则沉积有金属线层12，金属线层12可由铝、含有硅或铜的铝合金或其它种金属材质所构成，亦可制作成单层或多层结构。在较佳实施例中，金属线层12是制作成为一种多层堆迭结构，其依序包含有Ti层14、TiN层16以及AlCu层18。

另外，金属线层12的表面上依序制作有第一金属抗反射涂层20以及第二金属抗反射涂层22。第一金属抗反射涂层20可由任一种含有氮元素的金属材质所构成，例如：TiN、TaN或WN，其具有较低的消光系数(extinction coefficientvalue，简称k值)，k值约为0.5-0.8，且具有特定的折射率(index ofrefraction，以下简称n值)，n值约为1.2-1.95。

第二金属抗反射涂层22可由任一种含有氮元素与氧元素的金属材质所构成，例如：TiON、TaON或WON，其具有较高的k值，约为1.2，且具有特定的n值，约为1.2-1.95。至于第一金属抗反射涂层20的厚度T1以及第二金属抗反射涂层22的厚度T2符合下列关系式：

T1+T2＝λ/4n

其中符号λ表示光的波长。

在较佳实施例中，厚度T1以及厚度T2的总和大约为数百埃()。

然后，如图2所示，于双层的金属抗反射涂层20和22的上方形成光阻层24，并利用DUV微影制程将光阻层24定义形成预定图案。在对光阻层24进行曝光的过程中，双层的金属抗反射涂层20、22可提供作为四分的一波片(quarter-waveplate)，可减少来自半导体基底10的反射光。经由实验证明：当厚度T1为300及厚度T2为350的条件下，来自半导体基底10的反射光可少5％。而且在后续对金属线层12进行蚀刻时，第一金属抗反射涂层20可用作为硬罩幕。此外，在后续的沉积制程如：HDPCVD制程中，双层的金属抗反射涂层20、22可作为一保护层，以覆盖住每个金属线的顶部转角处。

接下来，如图3所示，以光阻层24作为罩幕，依序蚀刻第二金属抗反射涂层22、第一金属抗反射涂层20、AlCu层18、TiN层16以及Ti层14，可形成多数个开口28，使金属线层12定义成为多数个独立的金属线26。

随后，如图4所示，将光阻层24去除。

其后，进行沉积制程如：PECVD或HDPCVD制程，将一绝缘层填入所有的开口28中。

本发明相较于传统使用SiON或有机材质作为抗反射涂层的技术，本发明是于金属线层12与光阻层24之间提供双层的金属抗反射涂层20、22，则在DUV微影制程中，可有效减少来自半导体基底10的反射光。而且，双层的金属抗反射涂层20、22的沉积以及金属线层12的沉积制程，可于相同环境中进行，可降低整个制程的复杂性以及制程成本。

此外，本发明相较于传统使用有机抗反射涂层的技术，本发明的金属抗反射涂层20、22的k值、n值与厚度T均较匹配于半导体基底10，因此在蚀刻形成金属线26时，其蚀刻参数较易控制，以获得较佳的金属线轮廓，且能有效减少反射光。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，所作些许的更动与润饰，都属于本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种金属层图案的定义方法，其特征是：它包括下列步骤：

(1)提供半导体基底，其包含有金属线层；

2、根据权利要求1所述的金属层图案的定义方法，其特征是：该第一金属抗反射涂层的消光系数k值为0.5-0.8。

3、根据权利要求1所述的金属层图案的定义方法，其特征是：该第二金属抗反射涂层的消光系数k值为1.2。

4、根据权利要求1所述的金属层图案的定义方法，其特征是：该第一金属抗反射涂层的折射率n值为1.2-1.95。

5、根据权利要求1所述的金属层图案的定义方法，其特征是：该第二金属抗反射涂层的折射准n值为1.2-1.95。

6、根据权利要求1所述的金属层图案的定义方法，其特征是：该第一金属抗反射涂层的材质选自TiN、TaN或WN。

7、根据权利要求1所述的金属层图案的定义方法，其特征是：该第二金属抗反射涂层的材质选自TiON、TaON或WON。

8、根据权利要求1所述的金属层图案的定义方法，其特征是：定义该光阻层的预定图案的方法为进行深紫外线微影制程。