專利名稱：一種半導(dǎo)體器件制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體器件制作方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體芯片的集成度不斷提高，晶體管的特征尺寸隨之不斷縮小。當(dāng)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，銅互連線逐漸替代鋁互連線成為金屬互連的主流。由于銅的干法刻蝕工藝不易實(shí)現(xiàn)，銅互連線的制作方法不能像鋁互連線那樣通過刻蝕金屬層而獲得，現(xiàn)在廣泛采用的銅互連線的制作方法是稱作大馬士革工藝的鑲嵌技術(shù)。該大馬士革工藝包括只制作金屬導(dǎo)線的單大馬士革工藝和同時(shí)制作通孔(也稱接觸孔)和金屬導(dǎo)線的雙大馬士革工藝。具體的說，單大馬士革結(jié)構(gòu)(也稱單鑲嵌結(jié)構(gòu))僅是把單層金屬導(dǎo)線的制作方式由傳統(tǒng)的方式(金屬刻蝕+介電層填充)改為鑲嵌方式(介電層刻蝕+金屬填充)，而雙鑲嵌結(jié)構(gòu)則是將通孔以及金屬導(dǎo)線結(jié)合在一起，如此只需一道金屬填充步驟。如圖1所示，現(xiàn)有的一種金屬導(dǎo)線制作工藝包括如下步驟首先，在半導(dǎo)體襯底 100上首先沉積介電層110 ；然后通過光刻和刻蝕工藝在介電層110中形成金屬導(dǎo)線槽； 隨后沉積金屬層，所述金屬層填充到金屬導(dǎo)線槽內(nèi)并且在所述介電層110表面也沉積了金屬；接著，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝去除所述介電層110上的金屬，從而在所述金屬導(dǎo)線槽內(nèi)制成了金屬導(dǎo)線140。如上所述，在大馬士革工藝中需要利用化學(xué)機(jī)械研磨工藝，以最終形成鑲嵌在介電層110中的金屬導(dǎo)線140。然而，因?yàn)榻饘俸徒殡妼硬牧系囊瞥室话悴幌嗤?，因此?duì)研磨的選擇性會(huì)導(dǎo)致不期望的凹陷(dishing)和侵蝕(erosion)現(xiàn)象。凹陷時(shí)常發(fā)生在金屬減退至鄰近介電層的平面以下或超出鄰近介電層的平面以上，侵蝕則是介電層的局部過薄。凹陷和侵蝕現(xiàn)象易受圖形的結(jié)構(gòu)和圖形的密度影響。為了達(dá)到均勻的研磨效果，要求半導(dǎo)體襯底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足化學(xué)機(jī)械研磨均勻度要求。目前，解決的方法是在版圖的空白區(qū)域填充冗余金屬線圖案來使版圖的圖形密度均勻化，從而在介電層110中形成金屬導(dǎo)線140的同時(shí)還形成冗余金屬線 (dummy metal) 150，如圖2所示。但是，冗余金屬線雖然提高了圖形密度的均勻度，但是卻不可避免地引入了額外的金屬層內(nèi)和金屬層間的耦合電容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件制作方法，以防止冗余金屬線填充引入金屬層內(nèi)和金屬層間的耦合電容。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件制作方法，包括在半導(dǎo)體襯底上依次沉積介電層、介電保護(hù)層和金屬硬掩膜層；在所述金屬硬掩膜層上形成第一圖案化光刻膠層；以所述第一圖案化光刻膠層為掩膜，干法刻蝕所述金屬硬掩膜層以及部分厚度的介電保護(hù)層，形成初始金屬導(dǎo)線槽；去除所述第一圖案化光刻膠層；在所述金屬硬掩膜層上形成第二圖案化光刻膠層；以所述第二圖案化光刻膠層為掩膜，干法刻蝕所述金屬硬掩膜層以及部分厚度的介電保護(hù)層，形成初始冗余金屬槽，所述初始冗余金屬槽的深度小于所述初始金屬導(dǎo)線槽的深度；去除所述第二圖案化光刻膠層；干法刻蝕所述介電保護(hù)層和介電層，形成金屬導(dǎo)線槽和冗余金屬槽，所述冗余金屬槽的深度小于所述金屬導(dǎo)線槽的深度；在所述金屬硬掩膜層上以及金屬導(dǎo)線槽和冗余金屬槽內(nèi)形成銅金屬層；執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，直至冗余金屬槽內(nèi)的銅金屬層被完全去除，以在所述金屬導(dǎo)線槽內(nèi)形成金屬導(dǎo)線?？蛇x的，在所述的半導(dǎo)體器件制作方法中，所述金屬硬掩膜層的材質(zhì)為鈦、氮化鈦、氧化鈦、鉭、氮化鉭、氧化鉭中的一種或多種?？蛇x的，在所述的半導(dǎo)體器件制作方法中，所述金屬硬掩膜層的厚度為1納米 1000納米?？蛇x的，在所述的半導(dǎo)體器件制作方法中，先形成初始金屬導(dǎo)線槽，然后再形成初始冗余金屬槽?？蛇x的，在所述的半導(dǎo)體器件制作方法中，先形成初始冗余金屬槽，然后再形成初始金屬導(dǎo)線槽?？蛇x的，在所述的半導(dǎo)體器件制作方法中，在所述半導(dǎo)體襯底上沉積介電層之前， 在所述半導(dǎo)體襯底上沉積刻蝕阻擋層。本發(fā)明使冗余金屬槽的深度小于金屬導(dǎo)線槽的深度，并且經(jīng)過化學(xué)機(jī)械研磨后， 冗余金屬槽內(nèi)的銅金屬層被完全去除，無需形成冗余金屬線，從而避免冗余金屬線填充引入金屬層內(nèi)和金屬層間的耦合電容。


圖1為現(xiàn)有的一種半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有的另一種半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制作方法的流程示意圖；圖4A 4J為本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制作方法中各步驟對(duì)應(yīng)的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式在背景技術(shù)中已經(jīng)提及，冗余金屬雖然提高了圖形密度的均勻度，但是卻引入了額外的金屬層內(nèi)和金屬層間的耦合電容，電容C可由下列公式計(jì)算 其中，ε。為真空介電常數(shù)；、為介電介電常數(shù)；S為相對(duì)的金屬面積；d為的金屬間距離。由此可見，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，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。為此，本發(fā)明使冗余金屬槽的深度小于金屬導(dǎo)線槽的深度，并且經(jīng)過化學(xué)機(jī)械研磨后，冗余金屬槽內(nèi)的銅金屬層被完全去除，無需形成冗余金屬線，從而避免冗余金屬線填充引入金屬層內(nèi)和金屬層間的耦合電容。下面結(jié)合圖3所示的半導(dǎo)體器件制作方法的流程示意圖和圖4A 4J所示的半導(dǎo)體器件制作方法中各步驟對(duì)應(yīng)的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖對(duì)上述半導(dǎo)體器件制作方法作詳細(xì)的描述。步驟S30 在半導(dǎo)體襯底上依次沉積介電層、介電保護(hù)層和金屬硬掩膜層。如圖4A所示，在半導(dǎo)體襯底400上依次沉積介電層410、介電保護(hù)層411和金屬硬掩膜層412。所述半導(dǎo)體襯底400中形成有金屬布線，由于本發(fā)明主要涉及金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作工藝，所以對(duì)在半導(dǎo)體襯底400中形成金屬布線的過程不予介紹，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)此仍是知曉的。所述介電層410的材質(zhì)優(yōu)選為低介電常數(shù)(Low-K)介電層，以減小其寄生電容與金屬銅的電阻電容延遲，滿足快速導(dǎo)電的要求。較佳的，所述介電層410采用應(yīng)用材料 (Applied Materials)公司的商標(biāo)為黑鉆石(black diamond, BD)的碳氧化硅，或者采用 Novellus公司的Coral材料，再或者采用利用旋轉(zhuǎn)涂布工藝制作的，道康寧公司的Silk低介電常數(shù)材料等。所述介電層410的厚度等于金屬導(dǎo)線的厚度與化學(xué)機(jī)械研磨步驟研磨掉的介電層厚度(即冗余金屬槽的深度)之和。所述介電保護(hù)層411的材質(zhì)優(yōu)選為氧化硅。 所述金屬硬掩膜層412的材質(zhì)優(yōu)選為鈦、氮化鈦、氧化鈦、鉭、氮化鉭、氧化鉭中的一種或多種，所述金屬硬掩膜層412的厚度優(yōu)選在1納米至1000納米之間。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，在所述半導(dǎo)體襯底400上形成介電層410之前，還可先形成刻蝕阻擋層401，所述刻蝕阻擋層401可用于防止金屬布線中的金屬擴(kuò)散到介電層410 中，此外所述刻蝕阻擋層401還可防止在后續(xù)進(jìn)行的刻蝕過程中半導(dǎo)體襯底400內(nèi)的金屬布線被刻蝕。所述刻蝕阻擋層401的材質(zhì)例如是氮化硅或碳氮化硅(SiCN)，其與后續(xù)形成的介電層410具有較好的粘附性。步驟S31 在所述金屬硬掩膜層上形成第一圖案化光刻膠層。如圖4B所示，利用旋涂的方式在所述金屬硬掩膜層412上形成第一圖案化光刻膠層421，所述第一圖案化光刻膠層421具有金屬導(dǎo)線槽圖案。步驟S32 以所述第一圖案化光刻膠層為掩膜，干法刻蝕所述金屬硬掩膜層以及部分厚度的介電保護(hù)層，形成初始金屬導(dǎo)線槽。如圖4C所示，以第一圖案化光刻膠層421為掩膜，干法刻蝕所述金屬硬掩膜層412 以及部分厚度的介電保護(hù)層411，形成初始金屬導(dǎo)線槽420a。步驟S33 去除所述第一圖案化光刻膠層。如圖4D所示，可利用等離子灰化或濕法的方式，去除所述第一圖案化光刻膠層 421。步驟S34 在所述金屬硬掩膜層上形成第二圖案化光刻膠層。如圖4E所示，利用旋涂的方式在金屬硬掩膜層412上形成第二圖案化光刻膠層 422，所述第二圖案化光刻膠層422具有冗余金屬槽圖案。
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步驟S35 以第二圖案化光刻膠層為掩膜，干法刻蝕所述金屬硬掩膜層以及部分厚度的介電保護(hù)層，形成初始冗余金屬槽，所述初始冗余金屬槽的深度小于所述初始金屬導(dǎo)線槽的深度。如圖4F所示，接著，以第二圖案化光刻膠層422為掩膜，干法刻蝕所述金屬硬掩膜層412以及部分厚度的介電保護(hù)層411，形成初始冗余金屬槽420b，所述初始冗余金屬槽 420b的深度小于所述初始金屬導(dǎo)線槽420a的深度。步驟S36 去除所述第二圖案化光刻膠層。如圖4G所示，可利用等離子灰化或濕法的方式，去除所述第二圖案化光刻膠層 422。步驟S37 干法刻蝕所述介電保護(hù)層和介電層，形成金屬導(dǎo)線槽和冗余金屬槽，所述冗余金屬槽的深度小于所述金屬導(dǎo)線槽的深度。如圖4H所示，繼續(xù)干法刻蝕介電保護(hù)層411和介電層410，直至暴露出半導(dǎo)體襯底 400的表面，以形成金屬導(dǎo)線槽420a，和冗余金屬槽420b，，由于所述初始冗余金屬槽420b 的深度小于初始金屬導(dǎo)線槽420a的深度，因此經(jīng)過刻蝕之后，所述冗余金屬槽420b’的深度小于所述金屬導(dǎo)線槽420a’的深度。步驟S38 在金屬硬掩膜層上和金屬導(dǎo)線槽和冗余金屬槽內(nèi)形成銅金屬層。如圖41所示，在所述金屬硬掩膜層412上以及金屬導(dǎo)線槽420a’和冗余金屬槽 420b’內(nèi)形成銅金屬層430，在形成所述銅金屬層430之前可先淀積金屬阻擋層(未圖示)， 所述金屬阻擋層的材質(zhì)例如是氮化鉭或碳，然后再淀積銅籽晶層，之后再電鍍銅。步驟S39 執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，直至冗余金屬槽內(nèi)的銅金屬層被完全去除，以在所述金屬導(dǎo)線槽內(nèi)形成金屬導(dǎo)線。如圖4J所示，最后，執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，直至冗余金屬槽420b’內(nèi)的銅金屬層被完全去除，同時(shí)金屬硬掩膜層412和介電保護(hù)層411被完全去除，并且介電層410也被研磨掉一部分，從而在金屬導(dǎo)線槽420a’內(nèi)形成金屬導(dǎo)線431。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使冗余金屬槽420b’的深度小于金屬導(dǎo)線槽420a’的深度，使得經(jīng)過化學(xué)機(jī)械研磨后冗余金屬槽420b’內(nèi)的銅金屬層被完全去除，無需形成冗余金屬線，從而避免冗余金屬線填充引入金屬層內(nèi)和金屬層間的耦合電容。需要說明的是，上述是以先形成初始金屬導(dǎo)線槽420a然后再形成初始冗余金屬槽420b為例詳細(xì)介紹了本發(fā)明，然而應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在其它具體實(shí)施例中，還可先形成初始冗余金屬槽420b，然后再形成初始金屬導(dǎo)線槽420a，只需要先執(zhí)行步驟S34、S35和S36，然后再執(zhí)行步驟S31、S32和S33即可。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件制作方法，包括在半導(dǎo)體襯底上依次沉積介電層、介電保護(hù)層和金屬硬掩膜層；在所述金屬硬掩膜層上形成第一圖案化光刻膠層；以所述第一圖案化光刻膠層為掩膜，干法刻蝕所述金屬硬掩膜層以及部分厚度的介電保護(hù)層，形成初始金屬導(dǎo)線槽；去除所述第一圖案化光刻膠層；在所述金屬硬掩膜層上形成第二圖案化光刻膠層；以所述第二圖案化光刻膠層為掩膜，干法刻蝕所述金屬硬掩膜層以及部分厚度的介電保護(hù)層，形成初始冗余金屬槽，所述初始冗余金屬槽的深度小于所述初始金屬導(dǎo)線槽的深度；去除所述第二圖案化光刻膠層；干法刻蝕所述介電保護(hù)層和介電層，形成金屬導(dǎo)線槽和冗余金屬槽，所述冗余金屬槽的深度小于所述金屬導(dǎo)線槽的深度；在所述金屬硬掩膜層上以及金屬導(dǎo)線槽和冗余金屬槽內(nèi)形成銅金屬層；執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，直至冗余金屬槽內(nèi)的銅金屬層被完全去除，以在所述金屬導(dǎo)線槽內(nèi)形成金屬導(dǎo)線。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制作方法，其特征在于，所述金屬硬掩膜層的材質(zhì)為鈦、氮化鈦、氧化鈦、鉭、氮化鉭、氧化鉭中的一種或多種。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制作方法，其特征在于，所述金屬硬掩膜層的厚度為1納米 1000納米。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制作方法，其特征在于，先形成初始金屬導(dǎo)線槽，然后再形成初始冗余金屬槽。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制作方法，其特征在于，先形成初始冗余金屬槽，然后再形成初始金屬導(dǎo)線槽。
6.如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件制作方法，其特征在于，在所述半導(dǎo)體襯底上沉積介電層之前，在所述半導(dǎo)體襯底上沉積刻蝕阻擋層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體器件制作方法，使冗余金屬槽的深度小于金屬導(dǎo)線槽的深度，且經(jīng)過化學(xué)機(jī)械研磨后冗余金屬槽內(nèi)的銅金屬層被完全去除，從而避免冗余金屬線填充引入金屬層內(nèi)和金屬層間的耦合電容。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102420181SQ20111033536
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月29日
發(fā)明者姬峰, 毛智彪, 胡友存 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司