保护金属层、形成焊盘、金属布线层及微反射镜面的方法

摘要

一种保护金属层的方法，包括下列步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底上包含有金属层；冷却金属层；在金属层上形成晶向致密的腐蚀阻挡层。本发明还提供一种形成焊盘、金属布线层及微反射镜面的方法。本发明冷却金属层，使在金属层上形成的腐蚀阻挡层晶向致密，使后续形成的光刻胶层无法从金属层上面的膜层渗透至金属层表面，使金属层完整，进而达到保护焊盘、金属布线层或者微反射镜面的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，尤其涉及保护金属层、形成焊盘、金属布线层及微反射镜面的方法。

背景技术

在半导体器件制造过程中，形成焊盘、金属布线层或微反射镜面时，通常会在金属层表面形成腐蚀阻挡层，在后续蚀刻金属层时保护金属层，使金属层不与蚀刻气体产生反应，进而使最终形成的焊盘、金属布线层或微反射镜面完整。

现有制作焊盘的工艺如图1所示，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100上包含有金属布线层102，所述形成金属布线层102的方法为物理气相沉积法，在半导体衬底100和金属布线层102之间还可以包含有其它半导体器件；用物理气相沉积方法在金属布线层102上形成阻隔层104，所述阻隔层104的材料为氮化钽或氮化钛等，阻隔层104的作用为防止金属层与绝缘层之间的金属原子扩散，所述形成阻隔层104的温度为180℃～220℃；用物理气相沉积方法在阻隔层104上形成金属层106，所述金属层106的材料为铝或铜等，所述形成金属层106的温度为250℃～300℃；用后端连线(BEOL，back end of line)方法在金属层106上形成腐蚀阻挡层108，所述腐蚀阻挡层108的材料为氮化钛，其作用为在后续的光刻过程中为金属层106提供有效的保护，所述形成腐蚀阻挡层108的温度为30℃～50℃；用旋涂法在腐蚀阻挡层108上形成光刻胶层110。

如图2所示，经过曝光显影工艺，在光刻胶层110上形成焊盘图形；以光刻胶层110为掩膜，蚀刻腐蚀阻挡层108、金属层106及阻隔层104至露出金属布线层102；去除光刻胶层110及腐蚀阻挡层108至露出金属层106，形成焊盘106a。

在中国专利申请02150695还可以发现更多与上述技术方案相关的信息，在形成焊盘工艺中由腐蚀阻挡层在蚀刻过程中保护焊盘金属层。

如图3所示，由于在温度为250℃～300℃时沉积完金属层后，在金属层上形成腐蚀阻挡层，作为腐蚀阻挡层的氮化钛膜晶粒的平均尺寸小于2微米，晶界所占比例过大，进而使形成于腐蚀阻挡层上的光刻胶层从腐蚀阻挡层渗透入金属层及金属布线层，造成最后形成的焊盘、金属布线层及微反射镜面上产生金属被腐蚀而产生残留的现象。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种保护金属层、形成焊盘、金属布线层及微反射镜面的方法，使金属层不被腐蚀。

为解决上述问题，本发明提供一种保护金属层的方法，包括下列步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底上包含有金属层；冷却金属层；在金属层上形成晶向致密的腐蚀阻挡层。

可选的，冷却金属层的时间为大于等于70秒。冷却金属层包括：将包含有金属层的半导体衬底放置于沉积腐蚀阻挡层的机台平台上进行冷却。冷却金属层包括：将包含有金属层的半导体衬底放置于冷却装置中。所述金属层的材料为铝、铜或铝铜合金。

可选的，形成腐蚀阻挡层的方法是化学气相沉积法。所述腐蚀阻挡层为氮化钛。

本发明提供一种形成焊盘的方法，包括下列步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底上依次包含金属布线层、扩散阻挡层及金属层；冷却金属层；在金属层上依次形成晶向致密的腐蚀阻挡层和图案化光刻胶层；以图案化光刻胶层为掩膜蚀刻腐蚀阻挡层、金属层及扩散阻挡层至露出金属布线层，形成焊盘；去除图案化光刻胶层。

可选的，冷却金属层的时间为大于等于70秒。冷却金属层包括：将包含有金属层的半导体衬底放置于沉积腐蚀阻挡层的机台平台上进行冷却。冷却金属层包括：将包含有金属层的半导体衬底放置于冷却装置中。所述金属层的材料为铝、铜或铝铜合金。

可选的，形成腐蚀阻挡层的方法是化学气相沉积法。所述腐蚀阻挡层为氮化钛。

本发明提供一种形成金属布线层的方法，包括下列步骤：在包含有半导体器件的半导体衬底上形成金属层；冷却金属层；在金属层上依次形成晶向致密的腐蚀阻挡层和图案化光刻胶层；以图案化光刻胶层为掩膜蚀刻腐蚀阻挡层及金属层至露出半导体衬底，形成金属布线层；去除图案化光刻胶层。

可选的，冷却金属层的时间为大于等于70秒。冷却金属层包括：将包含有金属层的半导体衬底放置于沉积腐蚀阻挡层的机台平台上进行冷却。冷却金属层包括：将包含有金属层的半导体衬底放置于冷却装置中。所述金属层的材料为铝、铜或铝铜合金。

可选的，形成腐蚀阻挡层的方法是化学气相沉积法。所述腐蚀阻挡层为氮化钛。

本发明提供一种形成微反射镜面的方法，包括下列步骤：在包含有像素开关层的半导体衬底上形成金属层；冷却金属层；在金属层上依次形成晶向致密的腐蚀阻挡层和图案化光刻胶层；以图案化光刻胶层为掩膜蚀刻腐蚀阻挡层及金属层至露出半导体衬底，形成微反射镜面；去除图案化光刻胶层。

可选的，冷却金属层的时间为大于等于70秒。冷却金属层包括：将包含有金属层的半导体衬底放置于沉积腐蚀阻挡层的机台平台上进行冷却。冷却金属层包括：将包含有金属层的半导体衬底放置于冷却装置中。所述金属层的材料为铝、铜或铝铜合金。

可选的，形成腐蚀阻挡层的方法是化学气相沉积法。所述腐蚀阻挡层为氮化钛。

与现有技术相比，上述方案具有以下优点：冷却金属层，在金属层上形成晶向致密的腐蚀阻挡层，使后续形成的光刻胶层无法从金属层上面的腐蚀阻挡层渗透至金属层表面，使金属层完整，进而达到保护焊盘、金属布线层或者微反射镜面的效果。

附图说明

图1至图2是现有制作焊盘工艺的示意图；

图3是现有技术在形成腐蚀阻挡层过程中造成金属层产生缺陷的示意图；

图4是本发明保护金属层的具体实施方式流程图；

图5至图6是本发明保护金属层的实施例示意图；

图7是本发明形成焊盘的具体实施方式流程图；

图8至图10是本发明形成焊盘的实施例示意图；

图11是本发明形成金属布线层的具体实施方式流程图；

图12至图14是本发明形成金属布线层的实施例示意图；

图15是本发明形成微反射镜面的具体实施方式示意图；

图16至图18是本发明形成微反射镜面的实施例示意图；

图19是用本发明工艺制作的金属层缺陷改善的效果图。

具体实施方式

现有技术中，由于在温度为250℃～300℃时沉积完金属层后，未对金属层进行冷却，在金属层上形成腐蚀阻挡层，作为腐蚀阻挡层的氮化钛膜晶粒的平均尺寸小于2微米，晶界所占比例过大，进而使形成于腐蚀阻挡层上的光刻胶层从腐蚀阻挡层渗透入金属层及金属布线层，造成最后形成的焊盘、金属布线层及微反射镜面上产生金属被腐蚀而产生残留的现象。

本发明冷却金属层，在金属层上形成晶向致密的腐蚀阻挡层，使后续形成的光刻胶层无法从金属层上面的腐蚀阻挡层渗透至金属层表面，使金属层完整，进而达到保护焊盘、金属布线层或者微反射镜面的效果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

一种保护金属层的方法，具体工艺流程参考图4所示，执行步骤S101，提供半导体衬底，所述半导体衬底上包含有金属层；执行步骤S102，冷却金属层；执行步骤S103，在金属层上形成晶向致密的腐蚀阻挡层。

图5至图6是本发明保护金属层的实施例示意图。如图5所示，将半导体衬底200放置于沉积金属层的机台平台上，将温度设置为250℃～300℃，然后用物理气相沉积方法在半导体衬底200上沉积厚度为5000埃～18000埃的金属层202，所述金属层202的材料为铝、铜或铝铜合金等；然后，将带有金属层202的半导体衬底200从沉积金属的机台中取出，放入沉积腐蚀阻挡层的机台204的平台205上，对金属层202进行冷却至使后续沉积其上的腐蚀阻挡层晶向致密，所述沉积腐蚀阻挡层的机台204内的温度为30℃～50℃。

本实施例中，金属层202的具体厚度例如5000埃、6000埃、7000埃、8000埃、9000埃、10000埃、11000埃、12000埃、13000埃、14000埃、15000埃、16000埃、17000埃或18000埃等。

本实施例中，所述冷却时间为大于70秒，如果冷却时间小于70秒，那么会有晶粒的平均尺寸会小于2微米，晶界所占比例过大，无法对金属层202产生有效的保护，会产生金属被腐蚀产生残留的后果。

除本实施例外，还可将带有金属层202的半导体衬底200从沉积金属的机台中取出后，放入温度为30℃～50℃的冷却装置的平台上，对金属层202进行冷却至使后续沉积其上的腐蚀阻挡层晶向致密，然后，将带有金属层202的半导体衬底200从冷却装置中取出，放入沉积腐蚀阻挡层的机台204的平台205上。

现有技术中，由于在温度为250℃～300℃时沉积完金属层后，未对金属层进行冷却，在金属层上形成腐蚀阻挡层，作为腐蚀阻挡层的氮化钛膜晶粒的平均尺寸小于2微米，晶界所占比例过大，进而使形成于腐蚀阻挡层上的光刻胶层从腐蚀阻挡层渗透入金属层产生金属被腐蚀而产生残留的现象。

本实施例在温度为250℃～300℃时沉积完金属层后，对金属层进行冷却，在金属层上形成晶向致密的腐蚀阻挡层，使后续形成的光刻胶层无法从金属层上面的腐蚀阻挡层渗透至金属层表面，使金属层完整。

如图6所示，用物理气相沉积方法在金属层202上形成厚度为100埃～300埃的晶向致密的腐蚀阻挡层206，所述腐蚀阻挡层206的材料为氮化钛。

本实施例中，所述腐蚀阻挡层206的具体厚度例如100埃、120埃、140埃、160埃、180埃、200埃、220埃、240埃、260埃、280埃或300埃等。

一种形成焊盘的方法，具体工艺流程请参考图7，执行步骤S201，提供半导体衬底，所述半导体衬底上依次包含金属布线层、扩散阻挡层及金属层；执行步骤S202，冷却金属层；执行步骤S203，在金属层上依次形成晶向致密的腐蚀阻挡层和图案化光刻胶层；执行步骤S204，以图案化光刻胶层为掩膜蚀刻腐蚀阻挡层、金属层及扩散阻挡层至露出金属布线层，形成焊盘；执行步骤S205，去除图案化光刻胶层。

图8至图10是本发明形成焊盘的实施例示意图。如图8所示，提供半导体衬底300，所述半导体衬底300上有绝缘层303、嵌于绝缘层303中的金属布线层302，位于绝缘层303和金属布线层302上的扩散阻挡层304。形成金属布线层302工艺包括：在半导体衬底300上用物理气相沉积方法沉积一层厚度为5000埃～18000埃的金属材料；然后再于金属材料上旋涂一层光刻胶层，经过光刻工艺后，定义金属布线图形；以光刻胶层为掩膜，沿金属布线图形蚀刻金属材料至露出半导体衬底300，形成金属布线层302。形成扩散阻挡层304的方法为物理气相沉积法，扩散阻挡层304的材料为氮化钽或氮化钛等，扩散阻挡层304的厚度为100埃～300埃，其作用是防止后续沉积的金属层扩散至绝缘层303中。

所述半导体衬底300上绝缘层303和金属布线层302下面还包含有其它半导体器件。

本实施例中，所述金属材料的厚度具体例如5000埃、6000埃、7000埃、8000埃、9000埃、10000埃、11000埃、12000埃、13000埃、14000埃、15000埃、16000埃、17000埃或18000埃等。

所述扩散阻挡层304的具体厚度例如100埃、120埃、140埃、160埃、180埃、200埃、220埃、240埃、260埃、280埃或300埃等。

如图9所示，将带有各膜层的半导体衬底300放置于沉积金属层的机台平台上，将温度设置为250℃～300℃，然后用物理气相沉积方法在扩散阻挡层304上沉积厚度为5000埃～18000埃的金属层306，所述金属层306的材料为铝、铜或铝铜合金等；然后，将带有金属层306的半导体衬底300从沉积金属的机台中取出，放入沉积腐蚀阻挡层的机台307的平台308上，对金属层306进行冷却至使后续沉积其上的腐蚀阻挡层晶向致密，所述沉积腐蚀阻挡层的机台307内的温度为30℃～50℃；用物理气相沉积方法在金属层306上形成厚度为100埃～300埃的晶向致密的腐蚀阻挡层310，所述腐蚀阻挡层310的材料为氮化钛。

本实施例中，金属层306的具体厚度例如5000埃、6000埃、7000埃、8000埃、9000埃、10000埃、11000埃、12000埃、13000埃、14000埃、15000埃、16000埃、17000埃或18000埃等。

本实施例中，所述腐蚀阻挡层310的具体厚度例如100埃、120埃、140埃、160埃、180埃、200埃、220埃、240埃、260埃、280埃或300埃等。

本实施例中，所述冷却时间为大于70秒，如果冷却时间小于70秒，那么会有晶粒的平均尺寸会小于2微米，晶界所占比例过大，无法对金属层306产生有效的保护，会产生金属被腐蚀产生残留的后果。

除本实施方式外，还可将带有金属层306的半导体衬底300从沉积金属的机台中取出后，放入温度为30℃～50℃的冷却装置的平台上，对金属层306进行冷却至使后续沉积其上的腐蚀阻挡层晶向致密，然后，将带有金属层306的半导体衬底300从冷却装置中取出，放入沉积腐蚀阻挡层的机台307的平台308上。

如图10所示，将带有各膜层的半导体衬底300从沉积腐蚀阻挡层的机台307中取出；在腐蚀阻挡层310上旋涂光刻胶层(未图示)，经过曝光显影工艺，定义出焊盘图形；以光刻胶层为掩膜，沿焊盘图形蚀刻腐蚀阻挡层310、金属层306和扩散阻挡层304至露出金属布线层302，形成焊盘306a；去除光刻胶层和腐蚀阻挡层310。

一种形成金属布线层的方法，具体工艺流程参考图11，执行步骤S301，在包含有半导体器件的半导体衬底上形成金属层；执行步骤S302，冷却金属层；执行步骤S303，在金属层上依次形成晶向致密的腐蚀阻挡层和图案化光刻胶层；执行步骤S304，以图案化光刻胶层为掩膜蚀刻腐蚀阻挡层及金属层至露出半导体衬底，形成金属布线层；执行步骤S305，去除图案化光刻胶层。

图12至图14是本发明形成金属布线层的实施例示意图。如图12所示，将包含有半导体器件的半导体衬底400放置于沉积金属层的机台平台上，将温度设置为250℃～300℃，然后用物理气相沉积方法在半导体衬底400上沉积厚度为5000埃～18000埃的金属层402，所述金属层402的材料为铝、铜或铝铜合金等；然后，将带有金属层402的半导体衬底400从沉积金属的机台中取出，放入沉积腐蚀阻挡层的机台404的平台405上，对金属层402进行冷却至使后续沉积其上的腐蚀阻挡层晶向致密，所述沉积腐蚀阻挡层的机台404内的温度为30℃～50℃。

本实施例中，金属层402的具体厚度例如5000埃、6000埃、7000埃、8000埃、9000埃、10000埃、11000埃、12000埃、13000埃、14000埃、15000埃、16000埃、17000埃或18000埃等。

如图13所示，在沉积腐蚀阻挡层的机台404内，用物理气相沉积方法在金属层402上形成厚度为100埃～300埃的晶向致密的腐蚀阻挡层406，所述腐蚀阻挡层406的材料为氮化钛。

本实施例中，所述腐蚀阻挡层406的具体厚度例如100埃、120埃、140埃、160埃、180埃、200埃、220埃、240埃、260埃、280埃或300埃等。

如图14所示，将带有各膜层的半导体衬底400从沉积腐蚀阻挡层的机台404中取出；在腐蚀阻挡层406上旋涂光刻胶层(未图示)，经过光刻工艺后，定义金属布线图形；以光刻胶层为掩膜，沿金属布线图形蚀刻腐蚀阻挡层406和金属层402至露出半导体衬底400，形成金属布线层402a；用化学气相沉积法或物理气相沉积法在半导体衬底400及金属布线层402a上形成绝缘层408；用化学机械抛光法将绝缘层408平坦化至露出金属布线层402a。

一种形成微反射镜面的方法，具体工艺流程如图15所示，执行步骤S401，在包含有像素开关层的半导体衬底上形成金属层；执行步骤S402，冷却金属层；执行步骤S403，在金属层上依次形成晶向致密的腐蚀阻挡层和图案化光刻胶层；执行步骤S404，以图案化光刻胶层为掩膜蚀刻腐蚀阻挡层及金属层至露出半导体衬底，形成微反射镜面；执行步骤S405，去除图案化光刻胶层。

图16至图18是本发明形成微反射镜面的实施例示意图。如图16所示，将包含像素开关层等结构的半导体衬底500放置于沉积金属层的机台平台上，将温度设置为250℃～300℃，然后，用溅射方法在半导体衬底500上形成厚度为2900埃至3100埃，反射率在90％以上的金属层502，其中金属层502的材料为铜铝合金(铜含量为0.5％)；将带有金属层502的半导体衬底500从沉积金属的机台中取出，放入沉积腐蚀阻挡层的机台504的平台505上，对金属层502进行冷却至使后续沉积其上的腐蚀阻挡层晶向致密，所述沉积腐蚀阻挡层的机台504内的温度为30℃～50℃。

本实施例中，用溅射法形成金属层502，其中溅射温度为160℃至200℃，具体温度例如160℃、170℃、180℃、190℃或200℃。

本实施例中，金属层502的具体厚度例如2900埃、3000埃或3100埃，其中优选为3000埃。金属层502的反射率最佳可达92％。

如图17所示，在沉积腐蚀阻挡层的机台504内，用物理气相沉积方法在金属层502上形成厚度为100埃～300埃的晶向致密的腐蚀阻挡层506，所述腐蚀阻挡层506的材料为氮化钛。

本实施例中，所述腐蚀阻挡层506的具体厚度例如100埃、120埃、140埃、160埃、180埃、200埃、220埃、240埃、260埃、280埃或300埃等。

如图18所示，将带有各膜层的半导体衬底500从沉积腐蚀阻挡层的机台504中取出；在腐蚀阻挡层506表面形成光光刻胶层(未图示)，对光刻胶层进行曝光及显影处理，形成开口图形；以光刻胶层为掩膜，用干法蚀刻法蚀刻腐蚀阻挡层506及金属层502，直至将金属层502穿透，形成沟槽；用等离子体氧气在温度为240℃至280℃时对光刻胶层和腐蚀阻挡层506进行灰化处理；用PH值为10至11的NEKC溶液清洗灰化后残留的光刻胶层和腐蚀阻挡层506；用高密度等离子体化学气相沉积法在沟槽内及金属层502上形成绝缘介质层508，所述绝缘介质层508的材料优选氧化硅；对绝缘介质层508进行化学机械抛光使绝缘介质层508平坦化直至露出金属层502，形成微反射镜面502a。

实施例中，用等离子体氧气在温度为240℃至280℃下对光刻胶层和腐蚀阻挡层506进行灰化处理，具体温度例如240℃、250℃、260℃、270℃或280℃。但是用等离子体氧气不能完全清除光刻胶层和腐蚀阻挡层506，因此需要用碱性溶液去除残留的光刻胶层和腐蚀阻挡层506。

图19是用本发明工艺制作的金属层缺陷改善的效果图。如图19所示，本发明中，在沉积完金属层后，对金属层进行冷却至使沉积其上的腐蚀阻挡层晶向致密，然后再于金属层上形成腐蚀阻挡层，这样，使后续形成的光刻胶层无法从金属层上面的腐蚀阻挡层渗透至金属层表面，因此金属层表面的缺陷得到改善。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。