專利名稱：制造金屬線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，更具體地，涉及一種制造半導(dǎo)體 器件的金屬線的方法。
背景技術(shù)：
制造半導(dǎo)體器件可能需要形成一根或多根金屬線。金屬線具有 連接電路、匹配電^各、改變信號相位等各種功能。金屬線可以形成 在層間絕緣層上和/或上方的多層結(jié)構(gòu)中。各個層中的金屬線通過接 觸件(contact)互相電連接。具體地，在制造130 nm級以下的半 導(dǎo)體器件的情形下，為了滿足最小化的設(shè)計條件，上部金屬線可以 通過使用深紫外線(deep ultra-violet) (DUV)光刻膠而不是中紫外 線(mid ultra-violet) (MUV)光刻膠來形成。然而，在DUV光刻膠 的情形下，蝕刻過程中在金屬線上形成鋸齒狀突起(serration )。具 體地，由于蝕刻量(包括對用于上部金屬線和4妻觸件的溝槽的蝕刻) 很大，DUV光刻膠的厚度比較小，而且光刻膠的抗蝕刻性(etching resistance) 4艮弱，所以可能形成鋸齒狀突起。
在解決該問題的嘗試中，可以使用通過控制蝕刻工藝的條件來 才是高絕纟彖層和光刻力交之間的蝕刻選4奪率(蝕刻選4奪性，etching
selectivity)的方法。然而，存在4是高的蝕刻選擇率使得4艮難控制蝕 刻停止位置的問題。換句話說，當使用提高的蝕刻選擇率能夠解決 上部金屬線上的鋸齒狀突起的問題時，引起了蝕刻停止在絕緣層的 中間部分的問題。因此，用于連4妄上部金屬線的4妄觸件沒有形成達 到至下層(underlying layer)的預(yù)定深度。這樣的問題引起了半導(dǎo) 體器件的操作可靠性的降低，并從而導(dǎo)致產(chǎn)品劣等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例涉及一種制造金屬線的方法，該方法防止鋸齒狀 突起。
本發(fā)明實施例涉及一種制造金屬線的方法，在該方法中可以精 確地控制用于金屬線的溝槽的深度。
本發(fā)明實施例涉及制造金屬線的方法，該方法可以包4舌至少以 下步驟之一在具有下部金屬線的^H"底上和/或上方形成第一絕纟彖 層；在第一絕緣層上和/或上方形成氮化層；通過部分蝕刻第一絕緣 層和氮化層形成接觸孔以便暴露下部金屬線的部分最上表面；在氮 化層上和/或上方形成第二絕纟彖層以<更在接觸孔的整個或部分區(qū)域 中形成空隙(void);以及然后通過部分蝕刻第二絕纟彖層形成溝槽。
本發(fā)明實施例涉及制造金屬線的方法，該方法可以包4舌至少以 下步-驟之一在半導(dǎo)體襯底中形成下部金屬線；在包括下部金屬線 的半導(dǎo)體襯底上方形成第一氮化層作為蝕刻停止層(etching stop
layer);在第一氮化層上方形成第一絕緣層；在第一絕緣層上方形 成第二氮化層；通過實施第一蝕刻工藝形成部分暴露下部金屬線的 最上表面的接觸孔；在第二氮化層和接觸孔中的空隙上方同時形成 第二絕纟彖層；以及然后通過實施第二蝕刻工藝形成空間上相應(yīng)于接 觸孔并且部分暴露下部金屬線的最上表面的溝槽。
本發(fā)明實施例涉及制造金屬線的方法，該方法可以包括至少以
下步驟之一在具有下部金屬線的半導(dǎo)體4十底上方形成第一氮化 層；在第一氮化層上方形成第一絕緣層；在第一絕緣層上方形成第 二氮化層；通過實施第一蝕刻工藝形成部分暴露下部金屬線的最上 表面的接觸孔；在第二氮化層和4妄觸孔中的空隙上方同時形成第二 絕緣層；通過實施第二蝕刻工藝形成部分暴露下部金屬線的最上表 面的溝槽以便第二氮化層的最上表面為遞升(stepped-up )的最上表 面；以及然后用金屬材辨-填充4妻觸孔和溝槽以同時形成4妾觸件和上 部金屬線。


實例圖1至圖4示出了一種根據(jù)本發(fā)明實施例的制造半導(dǎo)體器 件中的金屬線的方法。
具體實施例方式
將參照附圖詳細地描述才艮據(jù)本發(fā)明的制造金屬線的方法。注意 應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的制造金屬線的方法的半導(dǎo)體器件是110 nm級 以下的^效器件(微型器件，micro device )。
實例圖1示出了形成半導(dǎo)體器件的第一光刻膠圖樣150之后的形狀。
如在實例圖1中所示，在襯底100中形成下部金屬線110。另 夕卜，可以在下部金屬線110之下的襯底100上和/或上方形成其他的 下部元件，比如半導(dǎo)體層或其他的金屬線。在包括下部金屬線110 的襯底100上和/或上方形成蝕刻停止層120。在蝕刻停止層120上 和/或上方形成第一絕纟彖層130,該第一絕緣層130是用于形成接觸 孑L的區(qū)域。蝕刻停止層120可以由包含氮化硅(SiN )的材料制成，
而第一絕纟彖層130可以由包含氧4匕物系歹'J ( oxide series )或?qū)娱g金 屬介電(層間金屬電介質(zhì)，interlayer metal dielectric ) (IMD )系列 的材并+制成?？梢孕纬晌g刻停止層120以具有基本上1000埃的厚 度，而可以形成第一絕纟彖層130以具有基本上8000埃的厚度。然 后，可以在第一絕纟彖層130上和/或上方形成氮化層140以具有基本 上2000埃的厚度。氮化層140可以由包含SiN的材料形成。然后， 在氮化層140上和/或上方形成第一光刻膠圖樣150。由于根據(jù)本發(fā) 明實施例的半導(dǎo)體器件是110 nm級以下的孩i器件，所以優(yōu)選的是 使用DUV光刻膠形成第一光刻膠圖樣150。
如實例圖2所示，通過l吏用第一光刻月交圖樣150作為蝕刻4務(wù)才莫 順序地部分蝕刻氮化層140、第一絕緣層130和蝕刻停止層120來 形成4妻觸孔142以部分暴露下部金屬線110的最上表面。蝕刻4亭止 層120滿足蝕刻停止條件以從而防止下部金屬線110被蝕刻。在形 成4妄觸孑L 142之后，然后可以實施灰4匕工藝(ashing process )和清 洗工藝 (clean process )。
如實例圖3所示，在形成接觸孔142之后，形成第二絕緣層160, 該第二絕緣層160是用于形成上部金屬線的區(qū)域。具體地，在上述 的第一蝕刻工藝之后，在氮化層140a上和/或上方沉積氧化物系列 材料或?qū)娱g金屬介電(IMD)系列材并牛以形成第二絕鄉(xiāng)彖層160。此 時，可以在形成于接觸孔142內(nèi)的部分第二絕緣層160中或完全在 沒有第二絕緣層160存在的接觸孔142中形成空隙(D)?？梢栽诘?二絕》彖層160的沉積工藝中自然地形成空隙(D)而不需要用于向 接觸孔142中注入空氣的附加工藝。在填充接觸孔的情形中，漸漸 地注入填充物，而緊閉(secure)通過其可以排出空氣的排氣通道 (exhaust channel )。才艮據(jù)本發(fā)明實施例，可以通過沉積大量的IMD 以阻塞空氣排氣通道以及控制沉積條件諸如填充材料的注入方向 來在接觸孔142中形成空隙(D)。因此，接觸孔142中沒有填滿第
二絕緣層160,或可以在接觸孔142中形成小部分的第二絕鄉(xiāng)彖層 160。隨后，在第二絕^彖層160上和/或上方形成第二光刻月交圖樣170。 類似于第一光刻膠圖樣150，可以通過使用DUV光刻膠形成第二 光刻月交圖樣170。
如在實例圖4中所示，然后使用第二光刻膠圖樣170作為蝕刻 掩才莫通過實施第二蝕刻工藝蝕刻第二絕纟彖層160來形成溝槽162。 同時，形成有空隙(D)的接觸孔142也遭受蝕刻。因此，即使是 可能存在于接觸孔142中的少量的第二絕緣層160的材料，也可以 被全部去除。同樣，當蝕刻第二絕緣層160時，為了有效地控制蝕 刻區(qū)域，第 一 次蝕刻后的氮化層140a起到自對準掩才莫 (self-alignment mask)的作用。因此，部分蝕刻氮化層140a的最 上表面以形成具有卩介才弟習(xí)犬最上表面(stepped uppermost surface )的 氮化層140b。在用于形成溝槽162的蝕刻工藝中，通過4吏用氮化層 140a作為自對準掩模對接觸孔142的內(nèi)部應(yīng)用蝕刻工藝，可以形成 溝槽162以延伸至氮化層140b的部分最上表面，而4妄觸孔142可 以保持其原有的形狀。其后，可以實施用于溝槽162和沖妻觸孔142 的灰化工藝和清洗工藝以去除其中的雜質(zhì)(foreign substance )、石卒 屑(debris)和物質(zhì)。然后，可以用金屬材津+i真充4妄觸^L 142和溝 槽162以/人而完成4婁觸件和上部金屬線的制造工藝。
根據(jù)本發(fā)明實施例，用于接觸件的接觸孔和用于上部金屬線的 溝槽不是同時被蝕刻，而是以順序步驟形成。由于空隙在接觸孔142 中形成，所以在第二蝕刻工藝中將,皮蝕刻的對象只限于第二絕》彖層 160。因此，由于蝕刻量的負擔(dān)顯著降^f氐，所以可以容易地控制蝕 刻條件，而且即使使用具有比較小的厚度的光刻膠，依然可以保證 充足的工藝余量(process margin )。此夕卜，可以獲得才妄觸件和上部 金屬線的精確輪廓(外形，profile),以及可以防止金屬線上缺陷的 產(chǎn)生。
因此，才艮據(jù)本發(fā)明實施例，防止了金屬線中鋸齒狀突起的產(chǎn)生， 從而提高半導(dǎo)體器件的操作可靠性。其次，通過降低被蝕刻的層的 蝕刻量可以保證光刻膠厚度的工藝余量。因此，防止了金屬線中鋸
盡管本文中描述了多個實施例，但是應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以想到多種其他1夢改和實施例，他們都將落入本7>開的原則的 精神和范圍內(nèi)。更特別地，在本/>開、附圖、以及所附4又利要求的 范圍內(nèi)，可以在主題結(jié)合排列的排列方式和/或組成部分方面進行各 種^f奮改和改變。除了組成部分和/或4非列方面的々f改和改變以外，可 選的使用對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說也將是顯而易見的。
權(quán)利要求
1. 一種方法，包括在具有下部金屬線的襯底上方形成第一絕緣層；在所述第一絕緣層的上方形成氮化層；通過實施部分蝕刻所述第一絕緣層和所述氮化層的第一蝕刻工藝來形成接觸孔以暴露所述下部金屬線的部分最上表面；在所述氮化層和所述接觸孔中的空隙上方同時形成第二絕緣層；以及然后通過實施部分蝕刻所述第二絕緣層的第二蝕刻工藝來形成溝槽。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述第一絕緣層包括在包括所述下部金屬線的所述襯底上形成蝕刻停止層； 以及然后在所述蝕刻停止層上形成所述第一絕纟彖層。
3. 才艮據(jù)沖又利要求1所述的方法，其中，形成所述4妾觸孔包括在所述氮化層上形成第一光刻膠圖樣；以及然后使用所述第 一 光刻膠圖樣作為蝕刻掩模在所述第 一 絕緣 層和所述氮化層上實施所述第一蝕刻工藝。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，在實施所述第一蝕刻工藝之后， 進一步包括 在所述4妄觸孔上實施灰化工藝和清洗工藝中的至少一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述第一光刻膠圖樣通過 DUV光刻月交形成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述溝槽包括在所述第二絕纟彖層上形成第二光刻膠圖樣；以及然后使用所述第二光刻膠圖樣作為蝕刻掩模實施所述第二蝕 刻工藝。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，實施所述第二蝕刻工藝包 括4吏用所述氮化層作為自對準掩才莫在所述"l妻觸孔上實施所述 第二蝕刻工藝。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，在實施所述第二蝕刻工藝之后， 進一步包4舌在所述溝槽和所述4妄觸孔上實施灰化工藝和清洗工藝中 的至少一種。
9. 才艮據(jù)4又利要求6所述的方法， DUV光刻月交形成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法, 金屬介電(IMD)材料。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 金屬介電(IMD)材料。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中，所述第二光刻膠圖樣通過 其中，所述第 一絕緣層包括層間 其中，所述第二絕緣層包括層間 其中，所述氮化層包4舌SiN。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述溝槽以延伸至所述氮^b層的部分最上表面。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在形成所述溝槽之后，進一步包 括用金屬材料填充所述溝槽和所述4妄觸孔。
15. —種方法，包4舌在半導(dǎo)體襯底中形成下部金屬線；在包括所述下部金屬線的所述半導(dǎo)體襯底上方形成第一 氮化層作為蝕刻停止層；在所述第一氮化層上方形成第一絕緣層；在所述第一絕緣層上方形成第二氮化層；通過實施第一蝕刻工藝形成部分暴露所述下部金屬線的 最上表面的接觸孔；在所述第二氮化層和所述4妻觸孔中的空隙上方同時形成 第二絕緣層；以及然后通過實施第二蝕刻工藝形成空間上相應(yīng)于所述4妾觸孔并 且部分暴露所述下部金屬線的最上表面的溝槽。
16. 才艮據(jù)4又利要求15所述的方法，其中，所述第一氮化層和所述 第二氮化層包括氮化硅材料。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，同時形成所述第二絕緣 層和所述空隙包括 至少沖奪一地在形成于所述^妄觸孔內(nèi)的部分所述第二絕續(xù)^ 層中和完全在沒有所述第二絕緣層存在的所述接觸孔中形成 所述空隙。
18. 才艮據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，在所述第二蝕刻過程中， 部分蝕刻所述第二氮化層的最上表面以形成所述第二氮化層 的階梯狀的最上表面。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，在形成所述溝槽之后，進一步 包括同時在所述4妄觸孔中形成4妄觸件和在所述溝槽中形成上 部金屬線。
20. —種方法，包4舌在具有下部金屬線的半導(dǎo)體襯底上方形成第一氮化層；在所述第一氮化層上方形成第一絕緣層；在所述第一絕緣層上方形成第二氮化層；通過實施第一蝕刻工藝形成部分暴露所述下部金屬線的 最上表面的^妄觸孑L;在所述第二氮化層和所述接觸孔中的空隙上方同時形成 第二絕緣層；通過實施第二蝕刻工藝形成部分暴露所述下部金屬線的 最上表面的溝槽以1更所述第二氮化層的最上表面為遞升的最 上表面；以及然后用金屬材剩-填充所述4妄觸孔和所述溝槽以同時形成4妄觸 件和上部金屬線。
全文摘要
一種制造半導(dǎo)體器件的金屬線的方法，該方法防止了金屬線中鋸齒狀突起的形成，從而提高了半導(dǎo)體器件的操作可靠性。該方法包括在半導(dǎo)體襯底中形成下部金屬線；在包括下部金屬線的半導(dǎo)體襯底上方形成第一氮化層作為蝕刻停止層；在第一氮化層上方形成第一絕緣層；在第一絕緣層上方形成第二氮化層；通過實施第一蝕刻工藝形成部分暴露下部金屬線的最上表面的接觸孔；在第二氮化層和接觸孔中的空隙上方同時形成第二絕緣層；以及然后通過實施第二蝕刻工藝形成空間上相應(yīng)于接觸孔并且部分暴露下部金屬線的最上表面的溝槽。
文檔編號H01L21/768GK101378036SQ20081021398
公開日2009年3月4日 申請日期2008年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者黃祥逸 申請人:東部高科股份有限公司