[發明專利]一種去除金屬層冗余金屬填充的制造工藝

有效

• 申請號: 201110285105.2
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102446828A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 毛智彪;胡友存;戴韞青;王劍
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 王敏杰

技術領域

本發明涉及一種半導體制造工藝，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

隨著半導體芯片的集成度不斷提高，晶體管的特征尺寸不斷縮小。進入到130納米技術節點之后，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現，銅導線的制作方法不能像鋁導線那樣通過刻蝕金屬層而獲得。現在廣泛采用的銅導線的制作方法是稱作大馬士革工藝的鑲嵌技術。該工藝在硅片上首先沉積低k值介質層，然后通過光刻和刻蝕在介質層中形成金屬導線槽，繼續后續的金屬層沉積和金屬層化學機械研磨制成金屬導線。該工藝包括只制作金屬導線的單大馬士革工藝和同時制作接觸孔和金屬導線的雙大馬士革工藝。

在大馬士革工藝中用到金屬層化學機械研磨最終形成鑲嵌在介質層中的金屬導線。為了達到均勻的研磨效果，要求硅片上的金屬圖形密度盡可能均勻。而產品設計的金屬圖形密度常常不能滿足化學機械研磨均勻度要求。解決的方法是在版圖的空白區域填充冗余金屬來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面影響，在設計冗余金屬填充時要盡可能減少冗余金屬的填充數量。

電容可以由下列公式計算：

??????

其中，ε₀為真空介電常數；ε_r為介質介電常數；s為相對的金屬面積；d為的金屬間距離。由上述公式可見，減少金屬的相對面積和增加金屬間距離可以減小電容。也就是說，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。

專利號為CN101752298A的中國專利涉及一種金屬互連結構的制造方法，包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底上具有金屬間介質層、金屬間介質層中的雙鑲嵌開口、覆蓋于所述金屬間介質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口中；平坦化所述金屬間介質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；通過平坦化工藝去除所述第一刻蝕停止層；在通過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，提高半導體器件的可靠性。

專利號為CN101740479A的中國專利涉及一種半導體器件的制造方法，包括：提供半導體襯底，平坦化所述半導體襯底的表面以形成金屬互連層，所述平坦化至少包括：去除所述雙鑲嵌開口外的多余金屬；去除所述雙鑲嵌開口外的阻擋層；在平坦化之后的半導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；去除所述雙鑲嵌開口外的阻擋層之前還包括：將所述半導體襯底置于形成所述刻蝕停止層的設備中進行加熱處理，所述加熱處理的溫度大于或等于后續任一工藝的溫度。采用所述半導體器件的制造方法，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和金屬層間的耦合電容，本發明提供一種減薄或去除金屬層冗余金屬填充的制造工藝。本發明所提供并僅僅作為示例但不對發明構成限制的優選實施例在具體實施方式中有所體現。

發明內容

鑒于上述問題，本發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機械研磨進一步減薄或完全去除比導線金屬薄的冗余金屬的工藝。本發明通過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和金屬層間的耦合電容。

本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。

本發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值介質層；

2）在沉積的低k值介質層上形成刻蝕阻擋層；

3）完成光刻和刻蝕去除非冗余金屬區域的刻蝕阻擋層；

4）再次沉積低k值介質達到所需厚度的低k值介質層；

5）再次光刻和刻蝕形成金屬導線槽和冗余金屬槽；

6）進行導線金屬和冗余金屬的填充，完成金屬層沉積；

7）對金屬層進行化學機械研磨；

8）繼續化學機械研磨低k值介質層和金屬混合層，進一步去除冗余金屬。