[发明专利]金属层间通孔的制备和填充方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制造中金属层间通孔的制备和填充方法。

背景技术

在传统的半导体工艺中，均使用钨塞工艺来填充两层金属之间连接用 的通孔。采用钨塞工艺的目的，主要是因为作为金属连线的铝材料通常采 用溅射工艺来完成制备，随着通孔的尺寸的减小，由于溅射工艺无法将原 子量较小的铝溅射到通孔深处而导致接触不良；而钨材料可以通过化学气 相沉积工艺来实现，化学气相沉积工艺乃至原子层淀积工艺能够满足高深 宽比的要求，因此传统工艺中都使用钨塞工艺来填充两层金属连接的通 孔。

图1a至图1e为一个具体的钨塞通孔(W-plug)的工艺来连接两层金 属层制备流程中的结构示意图：

(1)连接通孔的下层金属刻蚀完之后，淀积金属间隔离层(inter metal dielectric)(见图1a)；

(2)采用正性光刻胶(positive photo resist)和通孔掩膜版进行 光刻，定义出通孔图形(见图1b)；

(3)干法刻蚀金属间隔离层，制备出通孔(见图1c)；

(4)钨淀积，填充通孔，以连接两层金属层(见图d)；

(5)用化学机械平坦工艺(Chemical Mechanical Polishing)，去 除金属间隔离层上多余的钨(见图1e)，通孔填充完成，紧接着是上层金 属的淀积。

上述钨塞通孔工艺的一个缺陷是：金属钨的导电率不高，所以造成在 实际的金属通孔的电迁移性(EM)不良，还会造成较大的电容/电阻延时 效应，且制备中通孔填充工艺的难度较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种金属层间通孔的制备和填充方 法，所制备的通孔填充材料能有效提高通孔的导电率。

为解决上述技术问题，本发明的金属层间通孔的制备和填充方法，包 括以下步骤：

(1)下层金属刻蚀完成之后，淀积第一层金属间隔离电介质，并覆盖 下层金属刻蚀时形成的台阶；

(2)用化学机械平坦化工艺去除所述下层金属上的金属间隔离电介 质；

(3)淀积金属铝层；

(4)利用通孔光刻版和负性光刻胶光刻，形成通孔图形的保护层；

(5)刻蚀金属铝层，制备出铝塞，作通孔填充；

(6)淀积第二层金属间隔离电介质，并覆盖铝塞形成的台阶；

(7)用化学机械平坦化工艺去除铝塞上的金属间隔离电介质。

由本发明方法的制备出的铝塞作为通孔填充物，由于铝的导电性要远 优于钨，所以，金属间的互联工艺的导电性得到较大的提高。同时本发明 的方法避免了及同时解决了原有工艺中器件尺寸缩小后铝塞难以实现的 问题。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1a为常规工艺中金属间隔离层填充后的结构示意图；

图1b为常规工艺中定义通孔位置的结构示意图；

图1c为常规工艺中通孔刻蚀完成的结构示意图；

图1d为常规工艺中钨塞淀积的结构示意图；

图1e为常规工艺中钨塞作CMP研磨后的结构示意图；

图2是本发明的方法流程框图；

图3为本发明的方法制备流程中的结构示意图。

具体实施方式

本实施例中采用目前常见的铝为金属连线材料，采用负性光刻胶和铝 工艺来制作金属连接层之间的通孔填充。下面对图2的流程图，结合图3 的制备流程中的结构示意图进行详细说明：

(1)下层铝层刻蚀完之后，淀积第一层金属间隔离电介质(inter metal dielectric)，厚度需覆盖下层铝层所形成的台阶，即确保将下层 铝层刻蚀形成的沟槽完全填充满；

(2)采用化学机械平坦工艺(Chemical Mechanical Polishing)， 去除下层金属面上多余的隔离层电介质；

(3)在下层铝层上淀积另一金属铝层，作为通孔填充材料，铝的淀 积工艺为最常用的溅射沉积法；

(4)利用通孔的光刻版和负性光刻胶(negative photo resist)光 刻，制成通孔图形的保护层；

(5)干法刻蚀金属铝层，制备出铝塞，用以填充通孔；