专利名称：铝互连线结构和形成铝互连线结构的方法
技术领域：
本发明涉及集成电路制造方法，尤其涉及一种铝互连线结构和形成铝互连线结构 的方法。
背景技术：
在集成电路(integrated circuit, IC)制造中，集成电路芯片内部采用金属 薄膜引线来传导电流，这种传导电流的金属薄膜引线称作互连线。铝在20°C时具有 2. 65 μ Ω -cm的低电阻率，但比金、银的电阻率稍高；然而银容易腐蚀，在硅和二氧化硅中 有高的扩散率，阻止银用于集成电路制造；金和银比铝昂贵，而且在氧化膜上的附着性不 好；铝很容易和氧化硅反应，加热形成氧化铝，这促进了氧化硅和铝之间的附着，而且铝能 够轻易沉积在硅片上。基于以上的原因在集成电路器件的制造中，通常用铝作为各个器件 之间的互连线。图1至图2为现有技术形成铝互连线结构方法的流程的剖面结构示意图，现有技 术的形成铝互连线结构的方法为参考图1，提供衬底110 ；在衬底110上沉积形成下层阻 挡层120，其为钛层、氮化钛层或者钛层和氮化钛层的复合结构；在下层阻挡层120上沉积 形成铝层130 ；在铝层130上沉积形成上层阻挡层140，该上层阻挡层140也为钛层、氮化钛 层或者钛层和氮化钛层的复合结构。参考图2，形成铝互连线131 在所述上层阻挡层140 上进行光刻，在上层阻挡层140上形成图案(图中未示)，之后进行刻蚀工艺，去除多余的下 层阻挡层120、铝层130和上层阻挡层140，形成铝互连线131。以上所述的现有技术形成铝互连线131的方法，在进行刻蚀时，利用干法刻蚀工 艺，主要用氯气(CL2)和氯化硼(BCL3)作为主要反应气体，而CL2和BCLjf氮化钛、钛和铝 的刻蚀速率不相同，对铝的刻蚀速率比对氮化钛和钛的刻蚀速率大的多，因此在从上层阻 挡层140向铝层130刻蚀过渡以及从铝层130向下层阻挡层120刻蚀过渡的时候，对铝层 130的侧向刻蚀速率比对上层阻挡层140和下层阻挡层120的侧向刻蚀速率大得多，这就造 成上层阻挡层140和下层阻挡层120的线宽比铝互连线131的线宽大，如图2所示，从而使 下层阻挡层120、铝互连线131和上层阻挡层140的剖面呈I形结构。由于以上所述现有技术形成的铝互连线131与下层阻挡层120和上层阻挡层140 的剖面呈I形结构，因此在后续的工艺，进行氧化硅介质层的填充时，就会影响氧化硅介质 层填充的效果，在氧化硅介质层和铝互连线之间的空间容易形成空洞和缝隙，导致电阻偏 高，进而影响产品性能；随着集成电路的发展，集成电路的集成度越来越高，随之，铝互连线 的线宽也越变越窄，以上所述的现有技术的缺点更为突出，对产品的性能影响更大。现有技术在改善以上所述的缺点时，通过提高反应腔的偏置功率(bias power)来 增加对侧壁的保护，或者通过降低反应压力来减小侧向刻蚀；但是，在线宽在0. 18 μ m以下 时，光刻胶的厚度也相对变薄，提高反应腔的偏置功率或者降低反应压力时，进行刻蚀工艺 时对光刻胶的刻蚀速率会相应的提高，从而等离子体可能对光刻胶下面的抗反射层造成损 伤，当抗反射层受到损坏以后，就可能损伤抗反射层下的阻挡层，使电阻发生变化，从而影响产品的性能。国内外的许多专利文献记载了铝互连线的形成方法，例如，美国专利 US7259096B2,申请号为200710043272. X的中国专利，然而，这些专利文献中记载的铝互连 线的形成方法，均没有解决以上所述的现有技术的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有技术形成的铝互连线的线宽比阻挡层的线宽小， 造成在后续的介质层填充时，容易形成空洞和缝隙，导致电阻偏高的问题。为解决以上技术问题，本发明提供一种形成铝互连线结构的方法，本方法包括提供衬底；在所述衬底上依次形成下层阻挡层、铝层和上层阻挡层；过刻蚀所述上层阻挡层，暴露出部分铝层；在所述暴露出的铝层侧壁形成钝化层；继续刻蚀所述铝层并刻蚀下层阻挡层，形成铝互连线结构。优选的，在所述暴露出的铝层侧壁形成钝化层包括利用含氟有机气体对所述暴 露出的铝层侧壁进行预处理，在所述暴露出的铝层侧壁形成氟化铝钝化层。优选的，所述含氟有机气体选自四氟甲烷、三氟甲烷、二氟甲烷以及一氟甲烷的其 中之一或者其结合。优选的，所述下层阻挡层为钛层、氮化钛层或者钛层和氮化钛层的复合结构。优选的，所述上层阻挡层为钛层、氮化钛层或者钛层和氮化钛层的复合结构。为解决以上技术问题，本发明还提供一种铝互连线结构，包括下层阻挡层，位于所 述下层阻挡层上的铝互连线，以及位于所述铝互连线上的上层阻挡层；其特征在于，在邻近 上层阻挡层的部分铝互连线的侧壁形成有钝化层。优选的，所述钝化层为氟化铝。优选的，所述下层阻挡层为钛层、氮化钛层或者钛层和氮化钛层的复合结构。优选的，所述上层阻挡层为钛层、氮化钛层或者钛层和氮化钛层的复合结构。与现有技术相比，本发明具有以下优点完成上层阻挡层的刻蚀后，暴露出部分铝层，在暴露出的部分铝层的侧壁形成钝 化层，形成的钝化层作为一层保护层，避免对暴露出的部分铝层的侧壁刻蚀，因此该铝互连 线邻近上层阻挡层的部分的线宽基本等于上层阻挡层的线宽；在之后依次刻蚀所述铝层和 所述下层阻挡层时，形成的钝化层的侧壁同时可以起到导向的作用，使刻蚀笔直的向下进 行，从而可以使铝互连线的线宽和下层阻挡层的线宽、上层阻挡层的线宽基本相同，在后续 的工艺中，进行介质层的填充时，在介质层和铝互连线侧壁之间的空间不会形成空洞和缝 隙，也就不会产生电阻偏高的问题。进一步地，本发明中使用含氟的有机气体，与暴露出的部分铝层的侧壁反应生成 钝化层时，含氟的有机气体对光刻胶的刻蚀速率很慢，因此不会损伤光刻胶下面的抗反射 层，也就不会损伤抗反射层下面的上层阻挡层，从而不会对电阻产生影响，进而不会影响产 品的性能。
图1至图2为现有技术形成铝互连线结构方法的流程的剖面结构示意图；图3为本发明具体实施例的形成铝互连线结构的方法的流程示意图；图4至图8为本发明具体实施例的形成铝互连线结构的方法流程的剖面结构示意 图。
具体实施例方式本发明具体实施方式
，在上层阻挡层向铝层过渡时，对暴露出的部分铝层的侧壁 进行预处理，在暴露出的部分铝层的侧壁形成钝化层将含氟有机气体通入反应腔中，含氟 有机气体与暴露出的部分铝层的侧壁反应，在该侧壁上生成氟化铝钝化层。本发明中的含 氟气体选自四氟甲烷(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、二氟甲烷(CH2F2)以及一氟甲烷(CH3F)中的 其中一种，或者其结合，在本发明具体实施例中优选三氟甲烷(CHF3)。本发明具体实施方式
的形成铝互连线结构的方法如图3所示，包括步骤Si，提供 衬底，该衬底可以为形成有半导体器件的衬底；步骤S2，在所述衬底上依次形成下层阻挡 层、铝层和上层阻挡层；步骤S3，过刻蚀所述上层阻挡层，暴露出部分铝层；步骤S4，在所述 暴露出部分铝层的侧壁形成钝化层；在本发明的具体实施中，将含氟有机气体，优选为三氟 甲烷(CHF3)通入反应腔中，三氟甲烷与铝在所述暴露出的部分铝层的侧壁反应，在该侧壁 上生成氟化铝钝化层；步骤S5，继续刻蚀所述铝层并刻蚀所述下层阻挡层，形成铝互连线 结构。图4至图8为本发明具体实施例的形成铝互连线结构的方法流程的剖面结构示意 图，参考图4至图8，同时结合图3对本发明具体实施方式
做详细的介绍。结合参考图3和图4，执行步骤Si，提供衬底210，该衬底210可以为形成有半导体 器件(图中未示)的衬底；结合参考图3和图5，执行步骤S2，在所述衬底210上沉积形成下层阻挡层220，在 本发明具体实施例中，下层阻挡层220为氮化钛层和钛层的复合结构，其中，氮化钛层形成 在钛层上，该下层阻挡层220避免在形成铝互连线的刻蚀工艺中，对衬底210以及衬底210 内形成的其他半导体器件造成损伤；在所述下层阻挡层220上沉积铝形成铝层230 ；在所 述铝层230上沉积形成上层阻挡层M0，在该具体实施例中，上层阻挡层240为钛层和氮化 钛层的复合结构，其中氮化钛层形成在钛层上，该上层阻挡层MO的作用为，避免在铝互连 线结构上层形成其他器件，进行刻蚀工艺时，损伤铝互连线；该步骤中所用的沉积方法为化 学气相沉积(CVD)；之后在上层阻挡层上形成抗反射层，在抗反射层上形成光刻胶(图中未 示)°结合参考图3和图6，执行步骤S3，过刻蚀所述上层阻挡层M0，暴露出部分铝层 231，即刻蚀所述上层阻挡层M0，并刻蚀露出部分铝层231 首先利用光刻工艺，包括曝光 和显影在所述光刻胶上进行图案化(图中未示)，之后在反应腔中通入CL2和BCL3利用干 法刻蚀工艺刻蚀去除部分上层阻挡层对0，并进行过刻蚀，露出部分铝层231，形成图6中所 示的结构。结合参考图3和图7，执行步骤S4，对所述暴露出的部分铝层231的侧壁进行预处 理，在该暴露出的部分铝层231的侧壁形成钝化层232，在该具体实施方式
中为将含氟有机气体，优选为三氟甲烷通入反应腔中，三氟甲烷与铝在所述暴露出的部分铝层231的侧 壁反应，在该部分铝层231的侧壁上生成氟化铝，由于氟化铝不易挥发，因此附着在暴露出 的部分铝层231的侧壁对其进行保护，在之后的干法刻蚀工艺中，继续用CL2和BCL3对铝层 230进行刻蚀时，由于钝化层232氟化铝的存在，使侧向刻蚀不易进行；而且，在之后的干法 刻蚀工艺中，对铝层230和下层阻挡层220进行刻蚀时，可以使刻蚀顺着钝化层232的侧壁 向下刻蚀，增强异性刻蚀，避免铝互连线的线宽小于下层阻挡层220和上层阻挡层240的线 觅ο结合参考图3和图8，执行步骤S5，对暴露出的部分铝层231的侧壁进行预处理 形成钝化层232后，再刻蚀所述铝层230露出铝层剩余部分233，然后刻蚀所述上层阻挡层 220，形成铝互连线结构，结构如图8所示，铝互连线的线宽和下层阻挡层220和上层阻挡层 240的线宽基本相同，这里利用干法刻蚀对铝层230和下层阻挡层220进行刻蚀时，可以使 刻蚀顺着钝化层232的侧壁向下刻蚀，增强异性刻蚀，因此铝互连线的线宽和下层阻挡层 220和上层阻挡层MO的线宽基本相同。需要说明的是，在该具体实施例中，上层阻挡层和下层阻挡层为氮化钛层和钛层 的复合结构，在其他的实施例中，上层阻挡层和下层阻挡层可以为钛层或氮化钛层。图8所示，即为本发明一具体实施例形成的铝互连线结构的剖面结构图，本发明 的铝互连线结构，包括下层阻挡层220，位于所述下层阻挡层220上的铝互连线，以及位于 所述铝互连线上的上层阻挡层MO ；在邻近上层阻挡层MO的部分铝互连线的侧壁形成有 钝化层232。在本发明的具体实施例中，钝化层232的材料为氟化铝。在该具体实施例中形成的铝互连线结构，下层阻挡层为氮化钛层和钛层的复合结 构，其中，氮化钛层形成在钛层上；上层阻挡层240为钛层和氮化钛层的复合结构，其中氮 化钛层形成在钛层上；需要说明的是，该具体实施中上层阻挡层和下层阻挡层为氮化钛层和钛层的复合 结构，在其他实施例中，上层阻挡层和下层阻挡层可以为钛层或氮化钛层。本方法形成的铝互连线的线宽和下层阻挡层220和上层阻挡层240的线宽基本相 同，在后续的工艺中，进行氧化硅介质层的填充时，在氧化硅介质层和铝互连线侧壁之间的 空间不会形成空洞和缝隙，也就不会产生电阻偏高的问题。而且，本发明中使用含氟的有机气体，与暴露出的部分铝层的侧壁反应生成钝化 层时，含氟的有机气体对光刻胶的刻蚀速率很慢，因此不会损伤光刻胶下面的抗反射层，也 就不会损伤抗反射层下面的氮化钛层，从而不会对电阻产生影响，进而不会影响产品的性 能。以上所述仅为本发明的具体实施例，为了使本领域技术人员更好的理解本发明的 精神，然而本发明的保护范围并不以该具体实施例的具体描述为限定范围，任何本领域的 技术人员在不脱离本发明精神的范围内，可以对本发明的具体实施例做修改，而不脱离本 发明的保护范围。
权利要求
1.一种形成铝互连线结构的方法，其特征在于，包括提供衬底；在所述衬底上依次形成下层阻挡层、铝层和上层阻挡层；过刻蚀所述上层阻挡层，暴露出部分铝层；在所述暴露出的铝层侧壁形成钝化层；继续刻蚀所述铝层并刻蚀下层阻挡层，形成铝互连线结构。
2.如权利要求1所述的形成铝互连线结构的方法，其特征在于，在所述暴露出的铝层 侧壁形成钝化层步骤包括利用含氟有机气体对所述暴露出的铝层侧壁进行预处理，在所 述暴露出的铝层侧壁形成氟化铝钝化层。
3.如权利要求2所述的形成铝互连线结构的方法，其特征在于，所述含氟有机气体选 自四氟甲烷、三氟甲烷、二氟甲烷以及一氟甲烷的其中一种或者其组合。
4.如权利要求1 3任一项所述的形成铝互连线结构的方法，其特征在于，所述下层阻 挡层为钛层、氮化钛层或者钛层和氮化钛层的复合结构。
5.如权利要求1 3任一项所述的形成铝互连线结构的方法，其特征在于，所述上层阻 挡层为钛层、氮化钛层或者钛层和氮化钛层的复合结构。
6.一种铝互连线结构，包括下层阻挡层，位于所述下层阻挡层上的铝互连线，以及位于 所述铝互连线上的上层阻挡层；其特征在于，在邻近上层阻挡层的部分铝互连线的侧壁形 成有钝化层。
7.如权利要求6所述的铝互连线结构，其特征在于，所述钝化层为氟化铝。
8.如权利要求6或7所述的铝互连线结构，其特征在于，所述下层阻挡层为钛层、氮化 钛层或者钛层和氮化钛层的复合结构。
9.如权利要求6或7所述的铝互连线结构，其特征在于，所述上层阻挡层为钛层、氮化 钛层或者钛层和氮化钛层的复合结构。
全文摘要
一种铝互连线结构和形成铝互连线结构的方法，该方法包括提供衬底；在衬底上依次形成下层阻挡层、铝层和上层阻挡层；过刻蚀上层阻挡层，暴露出部分铝层；在所述暴露出的铝层侧壁形成钝化层；继续刻蚀所述铝层并刻蚀所述下层阻挡层，形成铝互连线结构。形成的铝互连线的线宽与下层阻挡层和上层阻挡层的线宽基本相同，在进行氧化硅介质层的填充时，在氧化硅介质层和铝互连线侧壁之间不形成空洞和缝隙，从而不会影响产品性能。
文档编号H01L21/768GK102082115SQ20091024610
公开日2011年6月1日 申请日期2009年12月1日 优先权日2009年12月1日
发明者任华, 任小兵, 王吉伟, 蒋昆坤, 薛浩 申请人:无锡华润上华半导体有限公司, 无锡华润上华科技有限公司