[發明專利]金屬層的蝕刻方法及金屬層的掩模結構

有效

• 申請號: 201210472774.5
• 申請日: 2012-11-20
• 公開（公告）號: CN102931075B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: 黎坡
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L21/3213
• 分類號: H01L21/3213;C23F4/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，特別涉及一種金屬層的蝕刻方法及金屬層的掩模結構。

背景技術

在半導體集成電路的制造過程中，會將金屬層形成于半導體晶片或者基底的里面和/或上面，并通過蝕刻金屬化層而形成相應的金屬互連線，從而形成所需的半導體元器件（如晶體管、電感器、電容器和電阻器）和半導體集成電路結構。

在本領域已有技術中，蝕刻金屬層通常需要用到光刻膠。光刻膠又稱光致抗蝕劑(photo?resist,PR)，它是由感光樹脂、增感劑和溶劑三種主要成分組成的對光敏感的混合液體。光刻膠層的厚度一般不得小于1微米。這是因為，光刻膠層如果太薄，就可能抵抗不住刻蝕損傷和注入，所以要將光刻膠層做得厚一些，以保證能夠耐得住注入，承受（等離子）蝕刻。在另外一條經驗規律中，通常光刻膠層的厚度是所要蝕刻的線寬的2到3倍左右。同時，光刻膠層也不能太厚，通常較厚的光刻膠層厚度也只在3~5微米左右。因為太厚的光刻膠很可能會勻不上其所要覆蓋的層，而且即使勻上了，均勻性也會很差，所以光刻膠層的厚度一般小于5微米。

對于厚金屬層（厚度大于3μm）的蝕刻，通常需要用到厚光刻膠層（通常要求光刻膠層的厚度4μm以上），并且所需的蝕刻時間較長。這將導致蝕刻形成的側壁的表面不平整（即側壁表面較為粗糙，出現斷層現象）。出現這種側壁不平整的原因可以通過圖1至圖5來解釋。圖1為所提供的半導體結構，它包括介電層1和位于其上的金屬層2。如圖2所示，在金屬互連線的形成工藝過程中，在厚金屬層2上形成有厚光刻膠層3。如圖3所示，光刻膠層3會被曝光顯影形成光刻膠掩膜層30，同時形成了溝槽41暴露出部分厚金屬層2。如圖4所示，在蝕刻金屬層2的過程中，蝕刻出了溝槽42，由于蝕刻時間長，因而光刻膠層3形成的聚合物31會逐漸沉積在厚金屬層2已被蝕刻出的側壁部分，而該部分聚合物擋住了厚金屬層2未被全部蝕刻完的側壁的繼續蝕刻，導致的結構是在蝕刻完成時，厚金屬層2被蝕刻出的上部分的側壁與下部分的側壁不平整，在側壁的下部分出現了多出來的一段金屬薄層21，因而所形成的整個側壁表面變得粗糙，在側壁上出現斷層。如圖5所示，通過清洗等工藝，得到的金屬互連線，相鄰的互連線之間包括有溝槽43，而清洗后的互連線的側壁仍然帶有上述過程中產生的金屬薄層21。圖6為實現得到的金屬互連線的電鏡圖，從圖6中可以更清楚地看到，所形成的互連線的側壁十分粗糙，出現明顯斷層現象。而這種粗糙的側壁表面帶來的后果是，造成制得的半導體器件顯影后檢查結果和蝕刻后檢查結果的關鍵尺寸的均勻一致性不佳，層與層之間的對準效果也不佳，并且相應最終產品的晶圓接受度測試結果差，同時厚金屬層一般用于電感的制作，表面粗糙度的增加將會增加表面電阻從而降低電感的性能。更為糟糕的是，當金屬層厚度達到一定值之后，就很難用現有的光刻膠層（前面已經提到，現有光刻膠層一般小于5微米）來實現相應的蝕刻工藝。

2007年6月5日授權的美國專利US7226867B2公開了一種金屬層蝕刻方法，該方法直接在金屬層上設置一層硬掩膜層，然后進行蝕刻，但是該方法既沒有考慮金屬層加厚之后的困難，也沒有考慮硬掩膜層與金屬層的配合問題，在實際工藝過程中得到的產品的性能始終不夠理想。

發明內容

本發明目的是提供一種金屬互連線的蝕刻方法，以解決背景技術中提到的厚金屬層蝕刻遇到的問題和困難。

為此，本發明提供了一種金屬層的蝕刻方法，包括：

提供半導體結構，所述半導體結構包括金屬層；

形成媒介層覆蓋所述金屬層；

形成硬掩膜層覆蓋所述媒介層；

形成光刻膠層覆蓋所述硬掩膜層；

對所述光刻膠層進行曝光顯影，以圖案化所述光刻膠層形成光刻膠掩膜層，所述光刻膠掩膜層暴露出部分所述硬掩膜層；

蝕刻暴露部分的所述硬掩膜層及其下方的所述媒介層和所述金屬層，以在所述金屬層內形成溝槽，保留的所述金屬層作為金屬互連線。

優選的，所述媒介層為氧化硅層，所述硬掩膜層為氮化硅層。

優選的，蝕刻暴露部分的所述氮化硅層及其下方的所述氧化硅層和所述金屬層包括：

用第一蝕刻組分蝕刻暴露部分的所述氮化硅層及其下方的所述氧化硅層，以暴露出部分所述金屬層；

用第二蝕刻組分蝕刻暴露部分的所述金屬層。

優選的，所述第一蝕刻組分蝕刻完暴露部分的所述氮化硅層及其下方的所述氧化硅層蝕刻完全時，所述光刻膠層被全部耗盡。