專利名稱：用于制造具有金屬線的半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
由于半導(dǎo)體器件已經(jīng)高度集成，設(shè)計規(guī)則亦已經(jīng)降低。這樣，由于開口掩埋技術(shù)對多層互連工藝有重要影響，允許通過掩埋諸如接觸孔和通孔的具有亞半微米(sub-halfmicron)尺寸的深開口以期望可靠性水平大規(guī)模生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的有效開口掩埋技術(shù)是必要的。目前，鎢塞工藝已經(jīng)作為開口掩埋技術(shù)被提出，這是因為由于鎢的低電阻率，鎢在接觸電阻方面是有利的。
圖1A到1C是示出使用常規(guī)鎢塞工藝形成半導(dǎo)體器件中的金屬線的方法的橫截面視圖。
參考圖1A，層間絕緣層12被形成于基板11上并且之后被平坦化?；逵晒栊纬刹⑶野ㄆ渌?，如柵結(jié)構(gòu)和位線。層間絕緣層12被選擇性地蝕刻以形成用于在金屬線中使用的接觸孔13。接觸孔13暴露基板11的預(yù)定部分，其通常是源和漏區(qū)。阻擋金屬層14形成在接觸孔13和層間絕緣層12上。阻擋金屬層14由TiN或Ti/TiN形成。鎢層15形成在阻擋金屬層14上，直到填充了接觸孔13。
參考圖1B，在電感耦合等離子體(ICP)蝕刻設(shè)備使用基于氟的等離子體對鎢層15執(zhí)行地毯式干蝕刻工藝。例如，SF6等離子體是基于氟的等離子體的實例。
通過地毯式干蝕刻工藝，填充接觸孔13的鎢塞15A被形成。鎢層15被過度蝕刻以獲得完全隔離的鎢塞15A。更具體而言，在接觸孔13外形成的鎢層15的部分被完全蝕刻，而填充到接觸孔13中的鎢層15的另一個部分被過度蝕刻以使鎢塞15A保留在接觸孔13內(nèi)。對鎢層15其它部分的過蝕刻導(dǎo)致將鎢塞15A的上部去除到一深度“D”。參考標(biāo)記15B表示在以上過蝕刻工藝之后形成的缺口。
過蝕刻工藝被執(zhí)行以防止隨后的基于鋁的金屬線之間的電短路事件，其通常發(fā)生在鎢層即使在使用Cl2等離子體形成基于鋁的金屬線的蝕刻工藝之后仍保留時。
參考圖1C，襯金屬層(liner metal layer)16和鋁層17被依次形成在圖1B所示的以上得到的結(jié)構(gòu)上。襯金屬層16由Ti/TiN形成。盡管未示出，后續(xù)的金屬線工藝對鋁層17執(zhí)行，由此獲得金屬線。
然而，由于鋁層17具有不良的階梯覆蓋特性，空隙“V”被產(chǎn)生于鎢塞15A的缺口15B處。更具體而言，由于接觸孔13的頂部側(cè)向部分處的缺口15B具有很陡且垂直的輪廓，鋁層17的階梯覆蓋特性常常被降級。
由于電應(yīng)力，這樣的空隙“V”可導(dǎo)致基于鋁的金屬線處的電遷移事件，并且該電遷移事件可進(jìn)一步導(dǎo)致基于鋁的金屬線和鎢塞中的缺陷。許多目前制造的半導(dǎo)體器件被設(shè)計成以高速度操作，電應(yīng)力水平和電應(yīng)力的頻率亦已經(jīng)增加，并因此可能惡化半導(dǎo)體器件的可靠性。
除了那些鎢塞和基于鋁的金屬線以外，以上所描述的缺點可以在將包括接觸塞的互連層填充到諸如通孔和接觸孔的開口中以及之后形成金屬線的任何工藝中發(fā)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其能夠通過改善在包括諸如接觸塞的互連層的底部結(jié)構(gòu)上形成的金屬線的階梯覆蓋特性來改善裝置可靠性。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在基板上形成層間絕緣層；在所述層間絕緣層中形成開口；在所述開口和所述層間絕緣層上形成阻擋金屬層；在所述阻擋金屬層上形成第一導(dǎo)電層，直到填充了所述開口；對所述第一導(dǎo)電層執(zhí)行伴隨過蝕刻的第一蝕刻工藝以形成填充到所述開口中的互連層；對在第一蝕刻工藝之后暴露的阻擋金屬層的部分執(zhí)行第二蝕刻工藝以使所述開口的頂部側(cè)向部分的垂直輪廓傾斜；在具有傾斜輪廓的所述層間絕緣層、互連層和阻擋金屬層上形成第二導(dǎo)電層；以及選擇性地蝕刻所述第二導(dǎo)電層以形成金屬線。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在基板上形成層間絕緣層；在所述層間絕緣層中形成開口；在所述層間絕緣層和所述開口上形成氮化鈦(TiN)層；在所述TiN層上形成鎢層，直到填充了所述開口；執(zhí)行伴隨鎢層的過蝕刻的第一蝕刻工藝以形成填充到所述開口中的鎢塞；對在第一蝕刻工藝之后暴露的TiN層的部分執(zhí)行第二蝕刻工藝以使所述開口的頂部側(cè)向部分的垂直輪廓傾斜；在具有傾斜輪廓的所述層間絕緣層、鎢塞和TiN層上形成鋁層；以及選擇性地蝕刻所述鋁層以形成金屬線。


根據(jù)結(jié)合附圖給出的以下優(yōu)選實施例描述，本發(fā)明的以上和其他目的和特征將變得顯而易見，在附圖中圖1A到1C是示出使用常規(guī)鎢塞工藝來形成具有金屬線的半導(dǎo)體器件的方法的橫截面視圖；圖2A到2E是示出根據(jù)本發(fā)明的一個特定實施例制造具有金屬線的半導(dǎo)體器件的方法的橫截面視圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的第二地毯式干蝕刻工藝的第一方法的橫截面視圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的第二地毯式干蝕刻工藝的第二方法的橫截面視圖；
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的第二地毯式干蝕刻工藝的第三方法的橫截面視圖；并且圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的第二地毯式干蝕刻工藝的第四方法的橫截面視圖。
具體實施例方式
以下將參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的用于制造具有金屬線的半導(dǎo)體器件的方法。
圖2A到2E是示出根據(jù)本發(fā)明的一個特定實施例制造具有金屬線的半導(dǎo)體器件的方法的橫截面視圖。
參考圖2A，層間絕緣層22被形成在基板21上。基板21由硅形成并且包括事先形成的元件，包括柵結(jié)構(gòu)和位線。使用光刻工藝和干蝕刻工藝來蝕刻層間絕緣層22以形成開口23，其暴露基板21的預(yù)定部分，更具體而言是源和漏區(qū)。開口23可以是接觸孔或通孔。如已知的，接觸孔進(jìn)行基板和互連線之間、位線和基板之間以及基板和存儲節(jié)點之間的連接。通孔進(jìn)行金屬線之間的連接，并且被填充有互連層，其亦被稱為“通路”。
清潔工藝被執(zhí)行以去除保留在開口23的底表面上的自然氧化物層或蝕刻殘余物。清潔工藝是通過將圖2A中所示的所得到的結(jié)構(gòu)浸入硫酸(H2SO4)溶液大約5分鐘然后浸入氟酸(HF)稀釋溶液大約90秒來進(jìn)行的。HF溶液以近似200份稀釋劑與近似1份HF的比率來稀釋。
參考圖2B，阻擋金屬層24被形成在開口23和層間絕緣層22上。阻擋金屬層24包括Ti/TiN或TiN并且具有范圍從近似100到近似200的厚度。第一導(dǎo)電層25被形成在阻擋金屬層24上，直到填充了開口23。第一導(dǎo)電層25是通過執(zhí)行蝕刻工藝而填充到開口23中的互連層，并且包括鎢。
參考圖2C，第一導(dǎo)電層25被蝕刻以形成填充到開口23中的互連層25A?；ミB層25A可以是接觸、接觸塞、塞或通路，這取決于使用目的。特別地，放置在開口23外的第一導(dǎo)電層25的部分使用地毯式干蝕刻工藝來蝕刻以使互連層25A被填充到開口23中。在以下，該地毯式干蝕刻工藝被稱為“第一地毯式干蝕刻工藝”。
例如，在第一地毯式干蝕刻工藝期間，如果第一導(dǎo)電層25包括鎢，則在電感耦合等離子體(ICP)蝕刻設(shè)備使用基于氟的等離子體來蝕刻第一導(dǎo)電層25?；诜牡入x子體可以是SF6的等離子體，其可以容易地蝕刻鎢層(即第一導(dǎo)電層25)。
當(dāng)互連層25A通過執(zhí)行第一地毯式干蝕刻工藝形成在第一導(dǎo)電層25上時，對第一導(dǎo)電層25的過蝕刻對于將互連層25A相互隔離是必要的。就是說，過蝕刻工藝被執(zhí)行以使放置在開口23外的第一導(dǎo)電層25的部分被去除，直到第一導(dǎo)電層25的另一個部分保留在開口23內(nèi)。
然而，在過蝕刻工藝期間，填充到開口23中的第一導(dǎo)電層25的其它部分亦被去除，從而形成缺口25B。缺口25B的頂部側(cè)向部分具有接近90度的垂直輪廓。如果第一導(dǎo)電層25仍保留在開口23外，則即使在用于形成金屬線的后續(xù)蝕刻工藝之后第一導(dǎo)電層仍繼續(xù)保留。第一導(dǎo)電層25的殘余物導(dǎo)致金屬線之間的電短路。為此，對第一導(dǎo)電層25的過蝕刻在第一地毯式干蝕刻工藝期間被執(zhí)行。
例如，假定用于形成金屬線的第一導(dǎo)電層25和第二導(dǎo)電層分別是鎢層和鋁層，并且使用Cl2等離子體來蝕刻鋁層，則在蝕刻鋁層之后，鎢層仍保留，這是因為Cl2等離子體具有對鎢層的低蝕刻率。結(jié)果，電短路事件常常發(fā)生在基于鋁的金屬線之間。而且，如果第二導(dǎo)電層直接在如圖2C所示的以上得到的結(jié)構(gòu)上形成，則由于第二導(dǎo)電層的不良階梯覆蓋特性，空隙被產(chǎn)生。
因此，形成有缺口25B的開口23的頂部側(cè)向部分被使得具有傾斜的輪廓25D而不是垂直輪廓以改善第二導(dǎo)電層的階梯覆蓋特性。
具體而言，參考圖2D，附加的地毯式干蝕刻工藝在執(zhí)行第一地毯式干蝕刻工藝的同一等離子體蝕刻設(shè)備或與執(zhí)行第一地毯式干蝕刻工藝的等離子體蝕刻工藝不同的等離子體蝕刻設(shè)備處執(zhí)行。在以下，附加的地毯式干蝕刻工藝將被稱為“第二地毯式干蝕刻工藝”。
在第二地毯式干蝕刻工藝之后，阻擋金屬層24被蝕刻以使形成有缺口25B的開口23的頂部側(cè)向部分具有傾斜輪廓25D。參考標(biāo)記“R”表示傾斜輪廓25D的經(jīng)圓化的尖點(rounded cusp)，并且圓化尖點的工藝將在稍后描述。第二地毯式干蝕刻工藝可以以各種工藝條件執(zhí)行。工藝條件的詳述將參照圖3到6來描述。
參考圖2E，包括以依次順序形成的TiN和Ti的襯金屬層26被形成在圖2D中所示的所得到的結(jié)構(gòu)上，并且上述第二導(dǎo)電層27被形成在襯金屬層26上。由于在第二導(dǎo)電層27之下形成的底部結(jié)構(gòu)具有傾斜輪廓25D，第二導(dǎo)電層27可被形成而不產(chǎn)生空隙。就是說，第二導(dǎo)電層27的階梯覆蓋特性得到改善。盡管未示出，第二導(dǎo)電層27被圖案化以形成金屬線。第二導(dǎo)電層27包括鋁，并且對第二導(dǎo)電層27的蝕刻使用Cl2等離子體。
參照圖3到6，將詳細(xì)描述第二地毯式干蝕刻工藝。從圖3一直到圖6，參考數(shù)字44、45、45A、45B和45D分別表示包括TiN的阻擋金屬層(以下稱為“TiN層”)、包括鎢的第一導(dǎo)電層(以下稱為“鎢層”)、互連層(以下稱為“鎢塞”)、鎢塞45A的缺口以及缺口45B的傾斜輪廓。在圖2D中指示的相同參考數(shù)字不亞于圖3到6中的相同元件。
而且，假定第一地毯式干蝕刻工藝和第二地毯式干蝕刻工藝使用ICP作為等離子體源在ICP等離子體蝕刻設(shè)備原地(in situ)執(zhí)行。第一地毯式干蝕刻工藝和第二地毯式干蝕刻工藝亦可使用不同的等離子體源在不同等離子體蝕刻設(shè)備非原地(ex-situ)執(zhí)行。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的第二地毯式干蝕刻工藝的第一方法的圖。
對鎢層45執(zhí)行第一地毯式干蝕刻工藝以形成鎢塞45A，并且對TiN層44執(zhí)行第二地毯式干蝕刻工藝以使缺口45B的邊緣(即開口23的頂部側(cè)向部分)具有傾斜輪廓45D。如以上所述，第一地毯式干蝕刻工藝和第二地毯式干蝕刻工藝可以在同一ICP等離子體蝕刻設(shè)備中原地執(zhí)行。第一地毯式干蝕刻工藝采用基于氟的氣體作為主蝕刻氣體?；诜臍怏w選自包括SF6、CF4和NF3的組。當(dāng)CF4氣體被使用時，氧被另外使用。
例如，第二地毯式干蝕刻工藝可使用氯化硼(BCl3)氣體作為主蝕刻氣體在同一ICP等離子體蝕刻設(shè)備執(zhí)行。此時，高于近似150W，更具體而言在150W和近似300W之間的范圍內(nèi)的偏置功率被供給。BCl3氣體以近似50sccm到近似500sccm的量來流動。
通過第二地毯式干蝕刻工藝，TiN層44和鎢塞45A被暴露，并且放置在接觸孔23外的TiN層44的部分使用BCl3氣體來去除。而且，由于BCl3氣體的蝕刻特性和由高偏置功率的供給而導(dǎo)致的濺射效應(yīng)，放置在形成有具有垂直輪廓的缺口45B的開口23頂部側(cè)向部分上的TiN層44的另一個部分亦被腐蝕。結(jié)果，TiN層44的其它部分被蝕刻以具有傾斜輪廓45D。
以下將詳細(xì)描述使用BCl3氣體和高偏置功率通過第二地毯式干蝕刻工藝對TiN層44的蝕刻。如已知的，TiN可由具有化學(xué)蝕刻特性的Cl2氣來蝕刻。由于包括氯的BCl3氣體被用作第二地毯式干蝕刻工藝的主蝕刻氣體，TiN層44可被蝕刻。
更具體而言，由于包含在BCl3氣體中的氯而發(fā)生化學(xué)蝕刻，并且同時，由于包含在BCl3氣體中的硼(B)而發(fā)生物理蝕刻。如已知的，當(dāng)用作蝕刻氣體時，硼展示出物理蝕刻特性。
作為參考，地毯式干蝕刻工藝可分類成物理蝕刻、化學(xué)蝕刻和物理化學(xué)蝕刻。
物理蝕刻是一種通過將采用注入Ar、He或Xe的惰性氣體產(chǎn)生的等離子體的正離子注入到晶片上在物理上蝕刻目標(biāo)層的方法?；瘜W(xué)蝕刻是一種使用等離子體的激活的中性基團(activated neural radical)在化學(xué)上蝕刻目標(biāo)層的方法，所述基團是通過采用在等離子體狀態(tài)下對目標(biāo)層有化學(xué)反應(yīng)性的氣體而產(chǎn)生的。物理化學(xué)蝕刻是一種同時使用通過將等離子體的正離子注入到晶片上而產(chǎn)生的強碰撞能量和對目標(biāo)層有化學(xué)反應(yīng)性的基團在物理上和化學(xué)上蝕刻目標(biāo)層的方法。特別地，物理化學(xué)蝕刻可將蝕刻率增加近似1每秒。
在以上描述的基礎(chǔ)上，根據(jù)第一方法的第二地毯式干蝕刻工藝可使用BCl3氣體作為主蝕刻氣體在物理和化學(xué)上蝕刻TiN層44，并因此可獲得傾斜輪廓45D。
就TiN層44的物理化學(xué)蝕刻的更多細(xì)節(jié)而言，BCl3氣體中包含的氯導(dǎo)致對TiN層44的化學(xué)蝕刻，而BCl3氣體中包含的硼導(dǎo)致對TiN層44的物理蝕刻。如果僅使用硼來進(jìn)行物理蝕刻，則放置在開口23外的TiN層44可被去除；然而，放置在開口23的頂部側(cè)向部分上的TiN層44不能得到蝕刻。因此，不能獲得傾斜輪廓45D。
如果僅使用氯來進(jìn)行物理蝕刻，則放置在開口23的頂部側(cè)向部分上的TiN層44可以被各向異性地蝕刻以由此獲得傾斜輪廓45D；然而，放置在開口23外的TiN層44不能得到蝕刻。因此，由于TiN層44的殘余物，可發(fā)生電短路事件。
因此，BCl3氣體被用在第二地毯式干蝕刻工藝中以在開口23的頂部側(cè)向部分提供傾斜輪廓45D，并且同時沒有保留在開口23外的TiN殘余物。就是說，放置在開口23外的TiN層44通過使物理蝕刻和化學(xué)蝕刻同時進(jìn)行得以迅速蝕刻，而放置在開口23的頂部側(cè)向部分上的TiN層44得以化學(xué)蝕刻。
而且，高于近似150W，更具體而言在近似150W和近似300W之間的范圍內(nèi)的偏置功率可增加濺射效應(yīng)，這使得容易在開口23的頂部側(cè)向部分形成傾斜輪廓45D。
盡管第二地毯式干蝕刻工藝使用BCl3氣體作為主蝕刻氣體來執(zhí)行，層間絕緣層22和鎢塞45A亦被暴露。在使用BCl3氣體的第二地毯式干蝕刻工藝期間，由于層間絕緣層22和鎢塞45A的特定蝕刻選擇性，由氧化物材料形成的層間絕緣層22和鎢塞45A不被損壞。
由于濺射效應(yīng)，在蝕刻開口23的頂部側(cè)向部分處的TiN層44之后所暴露的層間絕緣層22的邊緣部分亦可得到蝕刻，并因此傾斜輪廓45D的尖點可被圓化。傾斜輪廓45D的尖點的圓化可進(jìn)一步改善用于形成金屬線的第二導(dǎo)電層的階梯覆蓋特性。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的第二地毯式干蝕刻工藝的第二方法的圖。
對鎢層45執(zhí)行第一地毯式干蝕刻工藝以形成鎢塞45A，并且對TiN層44執(zhí)行第二地毯式干蝕刻工藝以使缺口45B的邊緣(即開口23的頂部側(cè)向部分)具有傾斜輪廓45D。如以上所述，第一地毯式干蝕刻工藝和第二地毯式干蝕刻工藝可以在同一ICP等離子體蝕刻設(shè)備執(zhí)行。第一地毯式干蝕刻工藝采用基于氟的氣體作為主蝕刻氣體。基于氟的氣體選自包括SF6、CF4和NF3的組。當(dāng)CF4氣體被使用時，氧被另外使用。
根據(jù)第二方法的第二地毯式干蝕刻工藝使用BCl3氣體作為主蝕刻氣體在ICP等離子體蝕刻設(shè)備執(zhí)行。而且，Cl2氣被另外添加以增加通過主蝕刻氣體進(jìn)行的化學(xué)蝕刻的效率。此時，高于近似150W，更具體而言在150W和近似300W之間的范圍內(nèi)的偏置功率被供給。BCl3氣體以近似50sccm到近似500sccm的量來流動，并且Cl2氣以近似5sccm到近似50sccm的量來流動。以BCl3氣體的近似十分之一的較少量來添加氯氣是要避免對傾斜輪廓45D上過度執(zhí)行化學(xué)蝕刻的危險。如果化學(xué)蝕刻被過度執(zhí)行，則傾斜輪廓45D的深度可增加到期望水平以上，從而導(dǎo)致放置在開口23的頂部側(cè)向部分上的TiN層44的過蝕刻。
通過第二地毯式干蝕刻工藝，TiN層44和鎢塞45A被暴露，并且放置在接觸孔23外的TiN層44的部分使用BCl3氣體和Cl2氣來去除。而且，由于BCl3氣體的蝕刻特性和由高偏置功率的供給而導(dǎo)致的濺射效應(yīng)，放置在形成有具有垂直輪廓的缺口45B的開口23頂部側(cè)向部分上的TiN層44的另一個部分亦被腐蝕。這樣，TiN層44的其它部分被蝕刻以具有傾斜輪廓45D。
就使用BCl3氣體和Cl2氣的混合氣體以及高偏置功率通過第二地毯式干蝕刻工藝對TiN層44的蝕刻的更多細(xì)節(jié)而言，TiN可由Cl2氣來化學(xué)蝕刻。由于包括氯的BCl3氣體被用作第二地毯式干蝕刻工藝中的主蝕刻氣體，TiN層44可被化學(xué)蝕刻。另外添加的Cl2氣可加速對TiN層44的蝕刻率。
更具體而言，由于包含在BCl3氣體中的氯而發(fā)生化學(xué)蝕刻，并且同時，由于包含在BCl3氣體中的硼(B)而發(fā)生物理蝕刻。
在以上描述的基礎(chǔ)上，根據(jù)第二方法的第二地毯式干蝕刻工藝可使用BCl3氣體作為主蝕刻氣體和另外添加的Cl2氣在物理和化學(xué)上蝕刻TiN層44，并因此可獲得傾斜輪廓45D。
就TiN層44的物理化學(xué)蝕刻的更多細(xì)節(jié)而言，BCl3氣體中包含的氯導(dǎo)致對TiN層44的化學(xué)蝕刻，而BCl3氣體中包含的硼導(dǎo)致對TiN層44的物理蝕刻。如果Cl2氣以BCl3氣體的近似十分之一的較少量來添加，則對TiN層44的化學(xué)蝕刻得以迅速進(jìn)行。
如果僅使用硼來進(jìn)行物理蝕刻，則放置在開口23外的TiN層44可被去除；然而，放置在開口23的頂部側(cè)向部分上的TiN層44不能得到蝕刻。因此，不能獲得傾斜輪廓45D。
如果僅使用氯來進(jìn)行物理蝕刻，則放置在開口23的頂部側(cè)向部分上的TiN層44可以被各向異性地蝕刻以由此獲得傾斜輪廓45D；然而，放置在開口23外的TiN層44不能得到蝕刻。因此，由于TiN層44的殘余物，可發(fā)生電短路事件。
因此，在根據(jù)第二方法的第二地毯式干蝕刻工藝中，Cl2氣被添加給BCl3氣體以在開口23的頂部側(cè)向部分提供傾斜輪廓45D，并且同時沒有保留在開口23外的TiN殘余物。就是說，BCl3氣體導(dǎo)致對TiN層44的物理化學(xué)蝕刻，并且Cl2氣被添加以加速對TiN層44的化學(xué)蝕刻。結(jié)果，蝕刻時間可被縮短，并且縮短的蝕刻時間可進(jìn)一步導(dǎo)致消除第二地毯式干蝕刻工藝期間對TiN層44之下的底部結(jié)構(gòu)的不必要過度暴露。而且，供給高于近似150W，更具體而言在近似150W和近似300W之間的范圍內(nèi)的偏置功率可增加濺射效應(yīng)，以由此在開口23的頂部側(cè)向部分容易地形成傾斜輪廓45D。
盡管第二地毯式干蝕刻工藝使用BCl3氣體和Cl2氣來執(zhí)行，層間絕緣層22和鎢塞45A亦被暴露。在第二地毯式干蝕刻工藝期間，由于層間絕緣層22和鎢塞45A的特定蝕刻選擇性，由氧化物材料形成的層間絕緣層22和鎢塞45A不被損壞。
由于濺射效應(yīng)，在蝕刻開口23的頂部側(cè)向部分處的TiN層44之后所暴露的層間絕緣層22的邊緣部分亦可得到蝕刻，并因此可容易地獲得傾斜輪廓45D，并且傾斜輪廓45D的尖點可被圓化。傾斜輪廓45D的尖點的圓化可進(jìn)一步改善用于形成金屬線的第二導(dǎo)電層的階梯覆蓋特性。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的第二地毯式干蝕刻工藝的第三方法的圖。
對鎢層45執(zhí)行第一地毯式干蝕刻工藝以形成鎢塞45A，并且對TiN層44執(zhí)行第二地毯式干蝕刻工藝以使缺口45B的邊緣(即開口23的頂部側(cè)向部分)具有傾斜輪廓45D。如以上所述，第一地毯式干蝕刻工藝和第二地毯式干蝕刻工藝可以在同一ICP等離子體蝕刻設(shè)備執(zhí)行。第一地毯式干蝕刻工藝采用基于氟的氣體作為主蝕刻氣體?；诜臍怏w選自包括SF6、CF4和NF3的組。當(dāng)CF4氣體被使用時，氧被另外使用。
根據(jù)第三方法的第二地毯式干蝕刻工藝使用氬(Ar)氣作為主蝕刻氣體并且在ICP蝕刻設(shè)備執(zhí)行。此時，高于近似150W，更具體而言在150W和近似300W之間的范圍內(nèi)的偏置功率被供給。Ar氣以近似100sccm到近似1,000sccm的量來流動。
通過第二地毯式干蝕刻工藝，TiN層44和鎢塞45A被暴露，并且放置在接觸孔23外的TiN層44的部分使用Ar氣來去除。而且，由于Ar氣的蝕刻特性和由高偏置功率的供給而導(dǎo)致的濺射效應(yīng)，放置在形成有具有垂直輪廓的缺口45B的開口23頂部側(cè)向部分上的TiN層44的另一個部分亦被腐蝕。這樣，TiN層44被蝕刻以具有傾斜輪廓45D。
就使用Ar氣和高偏置功率通過第二地毯式干蝕刻工藝對TiN層44的蝕刻的細(xì)節(jié)而言，由于主蝕刻氣體，即通常已知在等離子體蝕刻工藝期間導(dǎo)致濺射蝕刻的Ar氣，TiN層44通過濺射方法來蝕刻。就是說，Ar氣導(dǎo)致物理蝕刻。
在以上描述的基礎(chǔ)上，根據(jù)第三方法的第二地毯式干蝕刻工藝可使用Ar氣作為主蝕刻氣體在物理上蝕刻TiN層44，并因此可獲得傾斜輪廓45D。
而且，高于近似150W，更具體而言在近似150W和近似300W之間的范圍內(nèi)的偏置功率可增強濺射效應(yīng)，這使得容易在開口23的頂部側(cè)向部分形成傾斜輪廓45D。因此，根據(jù)第三方法的第二地毯式干蝕刻工藝?yán)昧擞捎贏r氣的濺射蝕刻特性和通過供給高偏置功率獲得的濺射效應(yīng)被組合在一起而導(dǎo)致的強化物理蝕刻。作為參考，如果僅使用Ar氣來進(jìn)行物理蝕刻，則放置在開口23的頂部側(cè)向部分上的TiN層44不能得到蝕刻，并因此難以獲得傾斜輪廓45D。
根據(jù)第三方法，使用Ar氣作為主蝕刻氣體來進(jìn)行物理蝕刻，并且與此同時，高偏置功率被供給，使得傾斜輪廓45D在放置在開口23外的TiN層44的部分被去除的同時形成在開口23的頂部側(cè)向部分，而沒有殘余物。
盡管第二地毯式干蝕刻工藝使用Ar氣作為主蝕刻氣體來執(zhí)行，層間絕緣層22和鎢塞45A亦被暴露。在使用Ar氣的第二地毯式干蝕刻工藝期間，由于層間絕緣層22和鎢塞45A的特定蝕刻選擇性，層間絕緣層22和鎢塞45A不被損壞。
由于濺射效應(yīng)，在蝕刻開口23的頂部側(cè)向部分處的TiN層44之后所暴露的層間絕緣層22的邊緣部分亦可得到蝕刻，并因此可容易地獲得傾斜輪廓45D，并且傾斜輪廓45D的尖點可被圓化。傾斜輪廓45D的尖點的圓化可進(jìn)一步改善用于形成金屬線的第二導(dǎo)電層的階梯覆蓋特性。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的第二地毯式干蝕刻工藝的第四方法的圖。
對鎢層45執(zhí)行第一地毯式干蝕刻工藝以形成鎢塞45A，并且對TiN層44執(zhí)行第二地毯式干蝕刻工藝以使缺口45B的邊緣(即開口23的頂部側(cè)向部分)具有傾斜輪廓45D。如以上所述，第一地毯式干蝕刻工藝和第二地毯式干蝕刻工藝可以在同一ICP等離子體蝕刻設(shè)備執(zhí)行。第一地毯式干蝕刻工藝采用基于氟的氣體作為主蝕刻氣體?；诜臍怏w選自包括SF6、CF4和NF3的組。當(dāng)CF4氣體被使用時，氧被另外使用。
根據(jù)第四方法的第二地毯式干蝕刻工藝使用Ar氣作為主蝕刻氣體，并且Cl2氣被另外添加以促進(jìn)化學(xué)蝕刻。此時，高于近似150W，更具體而言在150W和近似300W之間的范圍內(nèi)的偏置功率被供給。Ar氣以近似100sccm到近似1,000sccm的量來流動，并且Cl2氣以近似5sccm到近似50sccm的量來流動。以BCl3氣體的近似二十分之一的較少量來添加氯氣是要避免對傾斜輪廓45D上過度執(zhí)行化學(xué)蝕刻的危險。如果化學(xué)蝕刻被過度執(zhí)行，則傾斜輪廓45D的深度可增加到期望水平以上，從而導(dǎo)致放置在開口23的頂部側(cè)向部分上的TiN層44的過蝕刻。除了由供給高偏置功率導(dǎo)致的濺射效應(yīng)以外，添加小量Cl2氣亦可增加傾斜輪廓45D的深度，并因此可縮短第二地毯式干蝕刻工藝的總蝕刻時間。
通過第二地毯式干蝕刻工藝，TiN層44和鎢塞45A被暴露，并且放置在接觸孔23外的TiN層44的部分使用Ar氣和Cl2氣來去除。而且，由于Ar和Cl2氣的蝕刻特性和由高偏置功率的供給而導(dǎo)致的濺射效應(yīng)，放置在形成有具有垂直輪廓的缺口45B的開口23頂部側(cè)向部分上的TiN層44的另一個部分亦被腐蝕。這樣，TiN層44可被蝕刻以具有傾斜輪廓45D。
就使用Ar氣和Cl2氣的混合氣體以及高偏置功率的第二地毯式干蝕刻工藝的更多細(xì)節(jié)而言，TiN層44可由Cl2氣來化學(xué)蝕刻。由于BCl3氣體被添加有Cl2氣，TiN層44可得以迅速蝕刻，因此縮短蝕刻時間。
在以上描述的基礎(chǔ)上，根據(jù)第四方法的第二地毯式干蝕刻工藝允許通過使用Ar氣作為主蝕刻氣體和另外添加的Cl2氣來物理化學(xué)地蝕刻TiN層44以在開口23的頂部側(cè)向部分獲得傾斜輪廓45D并且去除放置在開口23外的TiN層44，而沒有殘余物，第二地毯式干蝕刻工藝被執(zhí)行以使放置在開口23外的TiN層44以高蝕刻率同時在物理和化學(xué)上被蝕刻，并且放置在開口23的頂部側(cè)向部分上的TiN層44被化學(xué)蝕刻。
而且，高于近似150W，更具體而言在近似150W和近似300W之間的范圍內(nèi)的偏置功率可增強濺射效應(yīng)，以由此在開口23的頂部側(cè)向部分容易地獲得傾斜輪廓45D。
盡管第二地毯式干蝕刻工藝使用Ar氣和Cl2氣來執(zhí)行，層間絕緣層22和鎢塞45A亦被暴露。在第二地毯式干蝕刻工藝期間，由于層間絕緣層22和鎢塞45A的特定蝕刻選擇性，由氧化物材料形成的層間絕緣層22和鎢塞45A不被損壞。
由于濺射效應(yīng)，在蝕刻開口23的頂部側(cè)向部分處的TiN層44之后所暴露的層間絕緣層22的邊緣部分亦可得到蝕刻。因此，可容易地獲得傾斜輪廓45D，并且傾斜輪廓45D的尖點可被圓化。傾斜輪廓45D的尖點的圓化可進(jìn)一步改善用于形成金屬線的第二導(dǎo)電層的階梯覆蓋特性。
在本發(fā)明的示例性實施例的基礎(chǔ)上，通過在形成金屬線之前使形成于互連層頂部的缺口的邊緣傾斜，金屬線的階梯覆蓋特性可得到改善。經(jīng)改善的階梯覆蓋特性可進(jìn)一步改善半導(dǎo)體器件的可靠性。
本發(fā)明包含涉及2005年4月30日提交于韓國專利局的韓國專利申請No.2005-36591的主題，其全部內(nèi)容在此引入作為參考。
盡管已針對優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見的是，可在如所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)做出各種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在基板上形成層間絕緣層；在所述層間絕緣層中形成開口；在所述開口和所述層間絕緣層上形成阻擋金屬層；在所述阻擋金屬層上形成第一導(dǎo)電層，直到填充了所述開口；對所述第一導(dǎo)電層執(zhí)行伴隨過蝕刻的第一蝕刻工藝以形成填充到所述開口中的互連層；對在第一蝕刻工藝之后暴露的阻擋金屬層的部分執(zhí)行第二蝕刻工藝以使所述開口的頂部側(cè)向部分的垂直輪廓傾斜；在具有傾斜輪廓的所述層間絕緣層、互連層和阻擋金屬層上形成第二導(dǎo)電層；以及選擇性地蝕刻所述第二導(dǎo)電層以形成金屬線。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一蝕刻工藝和第二蝕刻工藝進(jìn)一步包括地毯式干蝕刻工藝，在等離子體蝕刻工藝中使用電感耦合等離子體(ICP)作為等離子體源。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述第二蝕刻工藝使用執(zhí)行對阻擋金屬層的物理化學(xué)蝕刻的氣體作為主蝕刻氣體以及至少高于近似150W的偏置功率。
4.權(quán)利要求2的方法，其中所述第二蝕刻工藝使用執(zhí)行對阻擋金屬層的物理化學(xué)蝕刻的氣體作為主蝕刻氣體，將執(zhí)行對阻擋金屬層的化學(xué)蝕刻的氣體添加給主蝕刻氣體，并且使用至少高于近似150W的偏置功率。
5.權(quán)利要求2的方法，其中所述第二蝕刻工藝使用執(zhí)行對阻擋金屬層的物理蝕刻的氣體作為主蝕刻氣體以及至少高于近似150W的偏置功率。
6.權(quán)利要求2的方法，其中所述第二蝕刻工藝使用執(zhí)行對阻擋金屬層的物理蝕刻的氣體作為主蝕刻氣體，將執(zhí)行對阻擋金屬層的化學(xué)蝕刻的氣體添加給主蝕刻氣體，并且使用至少高于近似150W的偏置功率。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述偏置功率的范圍從近似150W到近似300W。
8.權(quán)利要求6的方法，其中所述開口是接觸孔和通孔之一。
9.權(quán)利要求6的方法，其中所述阻擋金屬層包括從氮化鈦、鈦及其組合中選擇的一個。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述第一導(dǎo)電層包括鎢。
11.權(quán)利要求9的方法，其中所述第二導(dǎo)電層包括鋁。
12.權(quán)利要求6的方法，其中所述第一蝕刻工藝和第二蝕刻工藝使用同一等離子體源在蝕刻設(shè)備原地執(zhí)行。
13.權(quán)利要求6的方法，其中所述第一蝕刻工藝和第二蝕刻工藝使用不同等離子體源在蝕刻設(shè)備非原地執(zhí)行。
14.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在基板上形成層間絕緣層；在所述層間絕緣層中形成開口；在所述層間絕緣層和所述開口上形成氮化鈦(TiN)層；在所述TiN層上形成鎢層，直到填充了所述開口；執(zhí)行伴隨鎢層的過蝕刻的第一蝕刻工藝以形成填充到所述開口中的鎢塞；對在第一蝕刻工藝之后暴露的TiN層的部分執(zhí)行第二蝕刻工藝以使所述開口的頂部側(cè)向部分的垂直輪廓傾斜；在具有傾斜輪廓的所述層間絕緣層、鎢塞和TiN層上形成鋁層；以及選擇性地蝕刻所述鋁層以形成金屬線。
15.權(quán)利要求14的方法，其中所述第二蝕刻工藝使用執(zhí)行對TiN層的物理化學(xué)蝕刻的氣體作為主蝕刻氣體以及至少高于近似150W的偏置功率。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述第二蝕刻工藝使用三氯化硼(BCl3)氣體作為主蝕刻氣體以及范圍從近似150W到近似300W的偏置功率。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述BCl3氣體以近似50sccm到近似500sccm的量來流動。
18.權(quán)利要求14的方法，其中所述第二蝕刻工藝使用執(zhí)行對TiN層的物理化學(xué)蝕刻的氣體作為主蝕刻氣體，將執(zhí)行對TiN層的化學(xué)蝕刻的氣體添加給主蝕刻氣體，并且使用至少高于近似150W的偏置功率。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述主蝕刻氣體、添加給所述主蝕刻氣體的氣體分別是BCl3氣體和氯(Cl2)氣，并且所述偏置功率的范圍從近似150W到近似300W。
20.權(quán)利要求19的方法，其中所述BCl3氣體以近似50sccm到近似500sccm的量來流動，并且所述Cl2氣以近似5sccm到近似50sccm的量來流動。
21.權(quán)利要求14的方法，其中所述第二蝕刻工藝使用執(zhí)行對TiN層的物理蝕刻的氣體作為主蝕刻氣體以及至少高于近似150W的偏置功率。
22.權(quán)利要求21的方法，其中所述主蝕刻氣體是氬(Ar)氣并且所述偏置功率的范圍從近似150W到近似300W。
23.權(quán)利要求22的方法，其中所述Ar氣以近似100sccm到近似1000sccm的量來流動。
24.權(quán)利要求14的方法，其中所述第二蝕刻工藝使用執(zhí)行對TiN層的物理蝕刻的氣體作為主蝕刻氣體，將執(zhí)行對TiN層的化學(xué)蝕刻的氣體添加給主蝕刻氣體，并且使用至少高于近似150W的偏置功率。
25.權(quán)利要求24的方法，其中所述主蝕刻氣體和添加給所述主蝕刻氣體的氣體分別是Ar氣和Cl2氣，并且所述偏置功率的范圍從近似150W到近似300W。
26.權(quán)利要求25的方法，其中所述Ar氣以近似100sccm到近似1000sccm的量來流動，并且所述Cl2氣以近似5sccm到近似50sccm的量來流動。
27.權(quán)利要求14的方法，其中所述TiN層用作阻擋金屬層。
28.權(quán)利要求14的方法，其中所述第一蝕刻工藝使用從包括CF4、SF6和NF3的組中選擇的主蝕刻氣體。
29.權(quán)利要求14的方法，其中所述第一蝕刻工藝使用CF4氣體作為主蝕刻氣體，并且氧氣被添加給該CF4氣體。
30.權(quán)利要求29的方法，其中所述第一蝕刻工藝和第二蝕刻工藝通過使用電感耦合等離子體(ICP)作為等離子體源在蝕刻設(shè)備以地毯式干蝕刻工藝來進(jìn)行。
31.權(quán)利要求30的方法，其中所述第一蝕刻工藝和第二蝕刻工藝使用ICP作為等離子體源在蝕刻設(shè)備原地執(zhí)行。
32.權(quán)利要求29的方法，其中所述第一蝕刻工藝和第二蝕刻工藝使用不同等離子體源在蝕刻設(shè)備非原地執(zhí)行。
全文摘要
提供了一種用于制造具有金屬線的半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括在基板上形成層間絕緣層；在所述層間絕緣層中形成開口；在所述開口和所述層間絕緣層上形成阻擋金屬層；在所述阻擋金屬層上形成第一導(dǎo)電層，直到填充了所述開口；對所述第一導(dǎo)電層執(zhí)行伴隨過蝕刻的第一蝕刻工藝以形成填充到所述開口中的互連層；對在第一蝕刻工藝之后暴露的阻擋金屬層的部分執(zhí)行第二蝕刻工藝以使所述開口的頂部側(cè)向部分的垂直輪廓傾斜；在具有傾斜輪廓的所述層間絕緣層、互連層和阻擋金屬層上形成第二導(dǎo)電層；以及選擇性地蝕刻所述第二導(dǎo)電層以形成金屬線。
文檔編號H01L21/70GK1855423SQ20051009753
公開日2006年11月1日 申請日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月30日
發(fā)明者李海朾, 曹祥薰, 金錫基 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司