[發明專利]金屬插塞的制作方法

無效

• 申請號: 200910194622.1
• 申請日: 2009-08-26
• 公開（公告）號: CN101996939A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: 牛孝昊
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/318
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

技術領域

本發明涉及一種金屬插塞的制作方法，屬于半導體制造技術領域。

背景技術

在集成電路制造領域，銅制程工藝電路因為銅具有較低的電阻率和較高的抗電遷移性，故銅是深亞微米和納米集成電路多層互連線的一種首選材料。

現有銅制程介電層的制作方法，如圖1A和1B所示，在已形成銅互連層的晶圓1上使用物理氣相沉積上形成介電層2；如圖1C所示，接著在介電層2表面上同樣采用物理氣相沉積的方法形成隔離層3；如圖1D所示，依序進行光刻，蝕刻等工藝形成設計所需的開口；如圖1E，在開口內沉積導電物質(例如銅)用于形成金屬插塞；然后如圖1F所示，使用化學機械研磨的方式平坦化金屬層，移除隔離層3，且以介電層為平坦化終點，最終形成設計所需的金屬插塞。

然而由于現在的后端連線(BEOL)采用的都是低k材料作為介電層(例如碳摻雜的氧化硅BD)，特別是當k值小于2.7時，所述介電層的硬度很軟，所以銅電路在經過研磨過程中受到壓力容易變形。銅電路變形使得晶圓結構發生變化，破壞了正常的電路連線。

為了解決這個問題，目前采用的辦法是減少CMP設備中的研磨頭的下壓力，使得在研磨過程中，介電層不易發生變形，但是需要將研磨頭的壓縮空氣壓力值調整到機臺可設定的最低值0.6psi.。同時為了保證研磨的效果，每片晶圓需要研磨的時間增加了5～6倍，大大影響了集成電路生產線產能，研磨墊材料消耗速度也比以前的方式加快的消耗。因此，上述通過減小研磨頭下壓力防止銅電路變形的方法，會引起其它新問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種金屬插塞的制作方法，防止在化學機械研磨過程中由于介電層采用的是硬度較軟的材料而使得銅電路變形。

為解決上述問題，本發明采用的金屬插塞的制作方法為，首先提供已形成銅互連層的晶圓，在晶圓上依次形成介電層、隔離層和保護層，其中保護層的材料為氮化硅，刻蝕保護層、隔離層和介電層形成出露互連層的開口，在所述開口內及保護層上沉積形成金屬層，平坦化金屬層以及將保護層、隔離層去除，形成金屬插塞。

保護層的形成厚度優選為1000埃。

采用物理氣相沉積方法形成介電層和隔離層，而所述介電層采用氧化硅材料，厚度為2500至3500埃，而隔離層采用的材料為正硅酸乙酯，厚度為450埃至500埃。

與現有的技術相比，本發明具有以下優點：通過覆蓋一層以氮化硅這種具有高硬度為材料的保護層在隔離層表面，在平坦化金屬層的過程中使得采用低k材料的介電層能夠得到支撐，防止因為介電層材質較軟而導致電路變形，不僅能夠保證產品的品質，而且能夠提高研磨效率。

附圖說明

圖1A至1F為現有技術金屬插塞的制作方法結構示意圖；

圖2為本發明金屬插塞的制作方法的流程圖；

圖3A至3G為本發明金屬插塞的制作方法的結構示意圖。

具體實施方式

本發明實施例通過預先在介電層上沉積一層具有較高硬度和彈性的薄膜，防止半導體晶圓在化學機械研磨的過程中受到研磨頭的應力時發生變形，晶圓的金屬插塞具有不易變形的效果。

為使本發明的上述目的、特征與優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。

圖2本發明制作金屬插塞的流程示意圖，包括以下步驟：步驟S11，提供具有互連層的半導體晶圓，在晶圓上形成介電層；步驟S12，在介電層上覆蓋一層隔離層；步驟S13，在隔離層上覆蓋一層保護層；步驟S14，刻蝕保護層、隔離層和介電層形成出露互連層的開口；步驟S15，在所述開口內及保護層上沉積形成金屬層；步驟S16，平坦化金屬層以及將保護層、隔離層去除。

結合圖3A至3G為本發明金屬插塞制作方法的結構示意圖詳細進行描述。

步驟S11，提供具有互連層的半導體晶圓，在晶圓上形成介電層。

如圖3A所示，首先提供以銅為材料形成互連層的晶圓301，因為銅具有較低的電阻率和較高的抗電遷移性，故銅是深亞微米和納米集成電路多層互連線的一種首選材料。在晶圓301上通過PVD(物理氣相沉積)形成介電層302，形成圖3B所示的結構。其中，所述介電層302之材料為硅化物，本方法優選的為氧化硅，厚度為2500～3500埃，優選2700埃，氧化硅的介電常數小于2.7，可以減小層間寄生電容，提高器件響應速度。

步驟S12，在介電層上覆蓋一層隔離層。

如圖3C，采用的是物理氣相沉積工藝來在介電層302上形成隔離層303，厚度為450至500埃，隔離層303材料選用的是正硅酸乙酯(TEOS)。