專利名稱：用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的t形金屬硬掩膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，具體而言涉及一種用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜的制作方法。
背景技術(shù)：
在金屬互連工藝中，需要形成溝槽和通孔，用于填充互連金屬。由于光刻分辨率的限制，在形成所述通孔時(shí)，可以采用自對(duì)準(zhǔn)通孔(SAV)工藝來(lái)擴(kuò)大光刻的工藝窗口。如圖1A所示，在自對(duì)準(zhǔn)通孔工藝中，通常使用金屬硬掩膜層103作為形成自對(duì)準(zhǔn)通孔104時(shí)的蝕刻停止層，所述金屬硬掩膜層103的材料通常為T(mén)iN，所述自對(duì)準(zhǔn)通孔104位于形成于金屬導(dǎo)線層101上的低k介電層102中；所形成的用于填充互連金屬的通孔105如圖1B所示，以同金屬導(dǎo)線層101形成接觸。所述金屬硬掩膜層103的材料TiN對(duì)于作為所述低k介電層102材料的氧化物而言，具有很高的蝕刻選擇比，從而可以很好地控制用于填充互連金屬的通孔105的形成。但是，由于形成的所述TiN的厚度很薄，在蝕刻所述TiN下方的低k介電層時(shí)，所述TiN的邊緣也會(huì)被蝕刻掉，進(jìn)而影響形成的所述通孔105的特征尺寸，如圖1C所示。因此，需要提出一種方法，以解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜的制造方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有絕緣層；在所述絕緣層上依次沉積第一金屬硬掩膜層和第二金屬硬掩膜層，所述第一金屬硬掩膜層的被蝕刻率大于所述第二金屬硬掩膜層的被蝕刻率；蝕刻所述第二金屬硬掩膜層和所述第一金屬硬掩膜層，以形成所述T形金屬硬掩膜。進(jìn)一步，所述絕緣層為具有低介電常數(shù)的材料層。進(jìn)一步，所述第一金屬硬掩膜層的材料為Al，所述第二金屬硬掩膜層的材料為T(mén)iN。進(jìn)一步，所述第一金屬硬掩膜層的材料為摻雜的TiN，所述第二金屬硬掩膜層的材料為T(mén)iN。進(jìn)一步，采用離子注入工藝實(shí)施所述摻雜。進(jìn)一步,所述摻雜的元素為碳或銅。進(jìn)一步，所述第二金屬硬掩膜層的厚度為所述T形金屬硬掩膜層的厚度的三分之
一至二分之一。進(jìn)一步，所述第二金屬硬掩膜層與所述第一金屬硬掩膜層的厚度總和為100-500埃。進(jìn)一步，所述蝕刻為干法蝕刻。本發(fā)明還提供一種用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜的制造方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有絕緣層；在所述絕緣層上形成一犧牲層；在所述犧牲層中形成至少兩個(gè)T形溝槽；沉積一金屬硬掩膜層，以填充所述T型溝槽；研磨所述金屬硬掩膜層，直至露出所述犧牲層；去除所述犧牲層，以形成所述T形金屬硬掩膜。進(jìn)一步，所述絕緣層為具有低介電常數(shù)的材料層。進(jìn)一步，所述T型溝槽頂部的凹槽的深度為整個(gè)T型溝槽深度的三分之一至二分
之一 O進(jìn)一步，所述T型溝槽的深度為100-500埃。進(jìn)一步，所述金屬硬掩膜層的材料為T(mén)iN。進(jìn)一步，所述金屬硬掩膜層的材料為BN。進(jìn)一步，所述犧牲層的材料為氮化硅。本發(fā)明還提供一種用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜，所述T形金屬硬掩膜由上述方法的任意一種形成。根據(jù)本發(fā)明，在形成用于填充互連金屬的通孔時(shí)，蝕刻所述金屬硬掩膜層之后，所留下的所述金屬硬掩膜層呈T型，從而可以更好地控制后續(xù)自對(duì)準(zhǔn)通孔的形成。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。附圖中:
圖1A-圖1C為采用自對(duì)準(zhǔn)通孔工藝形成用于填充互連金屬的通孔的示意性剖面圖； 圖1D為本發(fā)明提出的用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜的示意圖。圖2A-圖2B為采用第一種方式制作本發(fā)明提出的用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜的各步驟的示意性剖面 圖3A-圖3D為采用第二種方式制作本發(fā)明提出的用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜的各步驟的示意性剖面 圖4A-圖4F為采用第三種方式制作本發(fā)明提出的用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜的各步驟的示意性剖面圖。
具體實(shí)施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以無(wú)需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便闡釋本發(fā)明。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
本發(fā)明涉及一種用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜的制作方法。所述T形金屬硬掩膜106的示意圖如圖1D所示，在后續(xù)形成用于填充互連金屬的通孔時(shí)，可以很好地控制所述通孔的特征尺寸。下面，列舉三種方式制作本發(fā)明提出的用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜。參照?qǐng)D2A-圖2B來(lái)描述采用第一種方式制作本發(fā)明提出的用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜的詳細(xì)步驟。首先，如圖2A所示，提供半導(dǎo)體襯底201，所述半導(dǎo)體襯底201的構(gòu)成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅、絕緣體上硅(SOI)等。作為示例，在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底201選用單晶硅材料構(gòu)成。在半導(dǎo)體襯底201中形成有隔離槽，埋層，以及各種阱(well)結(jié)構(gòu)，為了簡(jiǎn)化，圖示中予以省略。在所述半導(dǎo)體襯底201上，形成有各種元件，為了簡(jiǎn)化，圖示中予以省略，這里僅示出一絕緣層202，其通常為具有低介電常數(shù)的材料層，本實(shí)施例中采用氧化硅層。接下來(lái)，在所述絕緣層202上依次形成第一金屬硬掩膜層203和第二金屬硬掩膜層204。形成所述第一金屬硬掩膜層203和所述第二金屬硬掩膜層204的工藝可以采用采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的工藝方法，在此不再加以贅述。所述第二金屬硬掩膜層204的材料通常采用氮化鈦(TiN)，也可以使用氮化硼(BN)和其它相對(duì)于所述絕緣層202通常采用的材料氧化硅具有高蝕刻選擇比的材料作為所述第二金屬硬掩膜層204的材料。所述第一金屬硬掩膜層的材料為鋁(Al)。所述第二金屬硬掩膜層204與所述第一金屬硬掩膜層203的厚度總和為100-500埃，所述第二金屬硬掩膜層204的厚度為所述厚度總和的三分之一至二分之一。接著，如圖2B所示，蝕刻所述第二金屬硬掩膜層204與所述第一金屬硬掩膜層203，在所述絕緣層202上形成一溝槽。所述蝕刻采用干法蝕刻，由于蝕刻過(guò)程中采用的蝕刻等離子體對(duì)所述第二金屬硬掩膜層204的蝕刻速率小于對(duì)所述第一金屬硬掩膜層203的蝕刻速率，即所述第一金屬硬掩膜層203的被蝕刻率大于所述第二金屬硬掩膜層204的被蝕刻率，因此形成的所述溝槽呈倒T型。所述蝕刻的工藝條件為:壓力5-50mTorr，源功率100-1000W，偏置功率100-300W，Cl2 的流量為 100-500sccm，BCl3 的流量為 10_200sccm，CHF3 的流量為 l_50sccm，CH4 的流量為l-50sccm，持續(xù)時(shí)間10-120s。至此，完成了采用第一種方式制作本發(fā)明提出的用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜的全部步驟，
參照?qǐng)D3A-圖3D來(lái)描述采用第二種方式制作本發(fā)明提出的用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜的詳細(xì)步驟。首先，如圖3A所示，提供半導(dǎo)體襯底301，所述半導(dǎo)體襯底301的構(gòu)成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅、絕緣體上硅(SOI)等。作為示例，在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底301選用單晶硅材料構(gòu)成。在半導(dǎo)體襯底301中形成有隔離槽，埋層，以及各種阱(well)結(jié)構(gòu)，為了簡(jiǎn)化，圖示中予以省略。在所述半導(dǎo)體襯底301上，形成有各種元件，為了簡(jiǎn)化，圖示中予以省略，這里僅示出一絕緣層302，其通常為具有低介電常數(shù)的材料層，本實(shí)施例中采用氧化硅層。接下來(lái)，在所述絕緣層302上形成一金屬硬掩膜層303(為了與之后形成的金屬硬掩膜層相區(qū)分，所述金屬硬掩膜層303稱之為第一金屬硬掩膜層)。形成所述第一金屬硬掩膜層的工藝可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的工藝方法，在此不再加以贅述。所述第一金屬硬掩膜層的材料為T(mén)iN，所述TiN也可以替換為BN和其它相對(duì)于所述絕緣層302通常采用的材料氧化硅具有高蝕刻選擇比的材料。然后，采用離子注入工藝在所述第一金屬硬掩膜層中摻雜其它元素304，所述摻雜的元素304為碳、銅等。由此，所述第一金屬硬掩膜層轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)摻雜的金屬硬掩膜層305，如圖3B所示。接著，如圖3C所示，在所述經(jīng)摻雜的金屬硬掩膜層305上形成一金屬硬掩膜層303(為了與之前形成的金屬硬掩膜層相區(qū)分，所述金屬硬掩膜層303稱之為第二金屬硬掩膜層)。形成所述第二金屬硬掩膜層的工藝可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的工藝方法，在此不再加以贅述。所述第二金屬硬掩膜層的材料與所述第一金屬硬掩膜層的材料相同。所述第二金屬硬掩膜層與所述第一金屬硬掩膜層的厚度總和為100-500埃，所述第二金屬硬掩膜層的厚度為所述厚度總和的三分之一至二分之一。接著，如圖3D所示，蝕刻所述第二金屬硬掩膜層303與所述經(jīng)摻雜的金屬硬掩膜層305，在所述絕緣層302上形成一溝槽。所述蝕刻采用干法蝕刻，由于蝕刻過(guò)程中采用的蝕刻等離子體對(duì)所述第二金屬硬掩膜層303的蝕刻速率小于對(duì)所述經(jīng)摻雜的金屬硬掩膜層305的蝕刻速率，即所述第二金屬硬掩膜層303的被蝕刻率小于所述經(jīng)摻雜的金屬硬掩膜層305的被蝕刻率，因此形成的所述溝槽呈倒T型。至此，完成了采用第二種方式制作本發(fā)明提出的用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜的全部步驟。參照?qǐng)D4A-圖4F來(lái)描述采用第三種方式制作本發(fā)明提出的用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜的詳細(xì)步驟。首先，如圖4A所示，提供半導(dǎo)體襯底401，所述半導(dǎo)體襯底401的構(gòu)成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅、絕緣體上硅(SOI)等。作為示例，在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底401選用單晶硅材料構(gòu)成。在半導(dǎo)體襯底401中形成有隔離槽，埋層，以及各種阱(well)結(jié)構(gòu)，為了簡(jiǎn)化，圖示中予以省略。在所述半導(dǎo)體襯底401上，形成有各種元件，為了簡(jiǎn)化，圖示中予以省略，這里僅示出一絕緣層402，其通常為具有低介電常數(shù)的材料層，本實(shí)施例中采用氧化硅層。接著，如圖4B所示，在所述絕緣層402上形成一犧牲層403。采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述犧牲層403，其構(gòu)成材料不同于所述絕緣層402的構(gòu)成材料，例如氮化硅。接著，如圖4C所示，分兩次蝕刻所述犧牲層403，以在所述絕緣層402上形成至少兩個(gè)T型溝槽404。所述蝕刻為干法蝕刻。所述T型溝槽404的深度為100-500埃，所述T型溝槽頂部的凹槽的深度為整個(gè)T型溝槽深度的三分之一至二分之一。接著，如圖4D所示，在所述絕緣層402上形成一金屬硬掩膜層405，以填充所述T型溝槽404。形成所述金屬硬掩膜層405的工藝可以采用采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的工藝方法，在此不再加以贅述。所述金屬硬掩膜層405的材料通常采用氮化鈦(TiN)，也可以使用氮化硼B(yǎng)N和其它相對(duì)于所述絕緣層402通常采用的材料氧化硅具有高蝕刻選擇比的材料作為所述金屬硬掩膜層405的材料。接著，如圖4E所示,采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝(CMP)研磨所述金屬硬掩膜層405,直至露出所述犧牲層403。接著，如圖4F所示，蝕刻所述犧牲層403，以在所述絕緣層402上形成倒T型溝槽406。至此，完成了采用第三種方式制作本發(fā)明提出的用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜的全部步驟。接下來(lái)，可以通過(guò)自對(duì)準(zhǔn)通孔工藝完成用于填充互連金屬的通孔的制作。根據(jù)本發(fā)明，可以更好地控制所述通孔的形成。本發(fā)明已經(jīng)通過(guò)上述實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說(shuō)明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書(shū)及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜的制造方法，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有絕緣層； 在所述絕緣層上依次沉積第一金屬硬掩膜層和第二金屬硬掩膜層，所述第一金屬硬掩膜層的被蝕刻率大于所述第二金屬硬掩膜層的被蝕刻率； 蝕刻所述第二金屬硬掩膜層和所述第一金屬硬掩膜層，以形成所述T形金屬硬掩膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述絕緣層為具有低介電常數(shù)的材料層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一金屬硬掩膜層的材料為Al，所述第二金屬硬掩膜層的材料為T(mén)iN。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一金屬硬掩膜層的材料為摻雜的TiN，所述第二金屬硬掩膜層的材料為T(mén)iN。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，采用離子注入工藝實(shí)施所述摻雜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述摻雜的元素為碳或銅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二金屬硬掩膜層的厚度為所述T形金屬硬掩膜層的厚度的三分之一至二分之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二金屬硬掩膜層與所述第一金屬硬掩膜層的厚度總和為100-500埃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述蝕刻為干法蝕刻。
10.一種用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜的制造方法，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有絕緣層； 在所述絕緣層上形成一犧牲層； 在所述犧牲層中形成至少兩個(gè)T形溝槽； 沉積一金屬硬掩膜層，以填充所述T型溝槽； 研磨所述金屬硬掩膜層，直至露出所述犧牲層； 去除所述犧牲層，以形成所述T形金屬硬掩膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述絕緣層為具有低介電常數(shù)的材料層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述T型溝槽頂部的凹槽的深度為整個(gè)T型溝槽深度的三分之一至二分之一。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述T型溝槽的深度為100-500埃。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述金屬硬掩膜層的材料為T(mén)iN。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述金屬硬掩膜層的材料為BN。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述犧牲層的材料為氮化硅。
17.一種用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜，其特征在于，所述T形金屬硬掩膜由權(quán)利要求1-16之一所述的方法形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于形成自對(duì)準(zhǔn)通孔的T形金屬硬掩膜的制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有絕緣層；在所述絕緣層上依次沉積第一金屬硬掩膜層和第二金屬硬掩膜層，所述第一金屬硬掩膜層的被蝕刻率大于所述第二金屬硬掩膜層的被蝕刻率；蝕刻所述第二金屬硬掩膜層和所述第一金屬硬掩膜層，以形成所述T形金屬硬掩膜。根據(jù)本發(fā)明，在形成用于填充互連金屬的通孔時(shí)，蝕刻所述金屬硬掩膜層之后，所留下的所述金屬硬掩膜層呈T型，從而可以更好地控制后續(xù)自對(duì)準(zhǔn)通孔的形成。
文檔編號(hào)H01L21/768GK103094181SQ20111033464
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者張海洋, 王新鵬, 王冬江 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司