[發明專利]降低冗余金屬耦合電容的溝槽優先雙大馬士革銅互連方法

無效

• 申請號: 201310195592.2
• 申請日: 2013-05-23
• 公開（公告）號: CN103268865A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 毛智彪
• 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;H01L21/027;G03F7/00;G03F7/40
• 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: 陸花

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，更具體地說，本發明涉及一種降低冗余金屬耦合電容的溝槽優先雙大馬士革銅互連方法。

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?，F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。

大馬士革鑲嵌結構銅互連可以通過多種工藝方法實現。其中溝槽優先雙大馬士革工藝是實現金屬導線和通孔銅填充一次成形的方法之一。圖1A-1E展示了溝槽優先雙大馬士革工藝流程。在襯底硅片1上首先沉積低k值介質層2，在低k值介質層2上涂布第一光刻膠3(圖1A)，通過第一光刻和第一次刻蝕以在低k值介質層2中形成金屬槽6結構(圖1B)。在低k值介質層2上涂布第二光刻膠5(圖1C)。通過第二光刻和第二次刻蝕在金屬槽6結構上形成通孔4結構(圖1D)。繼續后續的金屬沉積和金屬化學機械研磨完成導線金屬7和通孔金屬8填充(圖1E)。

在金屬層化學機械研磨工藝中，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15（圖1F）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：

C=ϵ0ϵrsd]]>

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。

減小冗余金屬的傳統方法需要在大馬士革工藝階段引入額外的光掩?；蛘哳~外的硬掩模薄膜，兩種途徑均需要額外的工藝步驟，延長了制作時間，增加了制作成本。

在器件尺寸微縮進入到32納米技術節點后，單次光刻曝光無法滿足制作密集線陣列圖形所需的分辨率。雙重圖形(double?patterning)成形技術作為解決這個技術難題的主要方法被大量研究并被廣泛應用于制作32納米以下技術節點的密集線陣列圖形。圖2A–2E圖示了雙重圖形成形技術制作密集線陣列圖形的過程。在需要制作密集線陣列圖形的襯底硅片1上，沉積襯底膜9和硬掩膜10，然后涂布第一光刻膠3(圖2A)，曝光、顯影、刻蝕后，在硬掩膜10中形成第一光刻圖形11(圖2B)，其線條和溝槽的特征尺寸比例為1:3。在此硅片上涂布第二光刻膠5(圖2C)，曝光和顯影后在第二光刻膠5膜中形成第二光刻圖形12(圖2D)，其線條和溝槽的特征尺寸比例也是1:3，但其位置與第一光刻圖形11交錯。繼續刻蝕在襯底硅片上形成與第一光刻圖形11交錯的第二光刻圖形12(圖2E)。第一光刻圖形11與第二光刻圖形11的組合組成了目標線條和溝槽特征尺寸比例為1:1的密集線陣列圖形。