[發(fā)明專(zhuān)利]一種去除金屬層冗余金屬填充的制造工藝

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110285091.4
• 申請(qǐng)日: 2011-09-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102446825A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛智彪;胡友存;戴韞青;王劍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/768
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/768
• 代理公司: 上海新天專(zhuān)利代理有限公司 31213
• 代理人: 王敏杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造工藝，特別是涉及一種去除金屬層冗余金屬填充的制造工藝。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體芯片的集成度不斷提高，晶體管的特征尺寸不斷縮小。進(jìn)入到130納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)之后，受到鋁的高電阻特性的限制，銅互連逐漸替代鋁互連成為金屬互連得主流。由于銅的干法刻蝕工藝不易實(shí)現(xiàn)，銅導(dǎo)線(xiàn)的制作方法不能像鋁導(dǎo)線(xiàn)那樣通過(guò)刻蝕金屬層而獲得。現(xiàn)在廣泛采用的銅導(dǎo)線(xiàn)的制作方法是稱(chēng)作大馬士革工藝的鑲嵌技術(shù)。該工藝在硅片上首先沉積低k值介質(zhì)層，然后通過(guò)光刻和刻蝕在介質(zhì)層中形成金屬導(dǎo)線(xiàn)槽，繼續(xù)后續(xù)的金屬層沉積和金屬層化學(xué)機(jī)械研磨制成金屬導(dǎo)線(xiàn)。該工藝包括只制作金屬導(dǎo)線(xiàn)的單大馬士革工藝和同時(shí)制作接觸孔和金屬導(dǎo)線(xiàn)的雙大馬士革工藝。

在大馬士革工藝中用到金屬層化學(xué)機(jī)械研磨最終形成鑲嵌在介質(zhì)層中的金屬導(dǎo)線(xiàn)。為了達(dá)到均勻的研磨效果，要求硅片上的金屬圖形密度盡可能均勻。而產(chǎn)品設(shè)計(jì)的金屬圖形密度常常不能滿(mǎn)足化學(xué)機(jī)械研磨均勻度要求。解決的方法是在版圖的空白區(qū)域填充冗余金屬來(lái)使版圖圖形密度均勻化。冗余金屬提高了圖形密度的均勻度，但是不可避免地引入了額外的金屬間的耦合電容。為了減少額外的耦合電容帶給器件的負(fù)面影響，在設(shè)計(jì)冗余金屬填充時(shí)要盡可能減少冗余金屬的填充數(shù)量。

電容可以由下列公式計(jì)算：

??????

其中，ε₀為真空介電常數(shù)；ε_r為介質(zhì)介電常數(shù)；s為相對(duì)的金屬面積；d為的金屬間距離。由上述公式可見(jiàn)，減少金屬的相對(duì)面積和增加金屬間距離可以減小電容。也就是說(shuō)，減小冗余金屬的體積可以減小由于添加冗余金屬而引入的額外的金屬間的耦合電容。

專(zhuān)利號(hào)為CN101752298A的中國(guó)專(zhuān)利涉及一種金屬互連結(jié)構(gòu)的制造方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上具有金屬間介質(zhì)層、金屬間介質(zhì)層中的雙鑲嵌開(kāi)口、覆蓋于所述金屬間介質(zhì)層上的阻擋層和阻擋層上的金屬層，所述金屬層填充于雙鑲嵌開(kāi)口中；平坦化所述金屬間介質(zhì)層的表面以形成金屬互連層；在所述金屬互連層上形成第一刻蝕停止層；通過(guò)平坦化工藝去除所述第一刻蝕停止層；在通過(guò)平坦化工藝去除所述第一刻蝕停止層之后的金屬互連層上形成第二刻蝕停止層、第二刻蝕停止層之上的鈍化層、以及鑲嵌在所述鈍化層中的焊墊層，所述焊墊層位于所述金屬互連層之上。所述方法能夠避免由金屬互連層的金屬突起而引起的電路連接缺陷，提高半導(dǎo)體器件的可靠性。

專(zhuān)利號(hào)為CN101740479A的中國(guó)專(zhuān)利涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，平坦化所述半導(dǎo)體襯底的表面以形成金屬互連層，所述平坦化至少包括：去除所述雙鑲嵌開(kāi)口外的多余金屬；去除所述雙鑲嵌開(kāi)口外的阻擋層；在平坦化之后的半導(dǎo)體襯底上形成刻蝕停止層、刻蝕停止層之上的鈍化層、以及嵌在所述鈍化層中的焊墊層，所述焊墊層位于所述金屬互連層之上；去除所述雙鑲嵌開(kāi)口外的阻擋層之前還包括：將所述半導(dǎo)體襯底置于形成所述刻蝕停止層的設(shè)備中進(jìn)行加熱處理，所述加熱處理的溫度大于或等于后續(xù)任一工藝的溫度。采用所述半導(dǎo)體器件的制造方法，能夠避免這些突起在后端清洗工藝中被氧化侵蝕而形成腐蝕缺陷，提高器件的可靠性。

為了有效地減少或消除冗余金屬填充引入的金屬層內(nèi)和金屬層間的耦合電容，本發(fā)明提供一種減薄或去除金屬層冗余金屬填充的制造工藝。本發(fā)明所提供并僅僅作為示例但不對(duì)發(fā)明構(gòu)成限制的優(yōu)選實(shí)施例在具體實(shí)施方式中有所體現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種減薄或去除金屬層冗余金屬填充的制造工藝。本發(fā)明提出一種在制作單大馬士革和雙大馬士革金屬互連中利用化學(xué)機(jī)械研磨進(jìn)一步減薄或完全去除比導(dǎo)線(xiàn)金屬薄的冗余金屬的工藝。本發(fā)明通過(guò)去除金屬層冗余金屬填充，可以有效地減少或消除冗余金屬填充引入的金屬層內(nèi)和金屬層間的耦合電容。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明提出的一種去除金屬層冗余金屬填充的制造工藝，其工藝步驟如下：

1）沉積低k值介質(zhì)層；

2）在沉積的低k值介質(zhì)層上形成硬掩模層；

3）對(duì)硬掩模層進(jìn)行光刻和刻蝕；

4）進(jìn)行導(dǎo)線(xiàn)金屬和冗余金屬的填充，完成金屬層沉積；

5）對(duì)金屬層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨；

6）繼續(xù)化學(xué)機(jī)械研磨低k值介質(zhì)層和金屬混合層，進(jìn)一步去除冗余金屬。

所述的硬掩模層，其材質(zhì)為碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、鈦、氮化鈦、氧化鈦、鉭、氮化鉭、氧化鉭。

所述的硬掩模層，其厚度范圍在1納米至1000納米之間。