專利名稱：雙大馬士革淺冗余金屬制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙大馬士革淺冗余金屬制備工藝。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體集成電路特征尺寸的持續(xù)減小，后段互連電阻電容(ResistorCapacitor,簡稱RC)延遲呈現(xiàn)顯著增加的趨勢，為了減少后段互連RC延遲，引入低介電常數(shù)(Low-k)材料，并且銅互連取代鋁互連成為主流工藝。由于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形成，因此銅大馬士革鑲嵌工藝成為銅互連線制作的標(biāo)準(zhǔn)方法。銅大馬士革工藝制程為在平面基體上淀積一介電層；通過光刻和刻蝕工藝在介 電層中形成鑲嵌的通孔和溝槽；淀積金屬阻擋層和銅籽晶層；電鍍金屬銅填滿介電層中通孔和溝槽；化學(xué)機械研磨(CMP)平坦化去除介電層上多余金屬，形成平面銅互連。為了改善CMP工藝均勻性，減少CMP工藝引起的金屬銅碟形(Dishing)和介電材料侵蝕(Erosion)缺陷,冗余(Du_y)金屬填充技術(shù)應(yīng)運而生；所謂冗余金屬填充，是指在版圖的空白區(qū)域填充冗余金屬來改善金屬層圖形密度均勻性。通常冗余金屬在金屬層掩模版制作過程中填充在金屬層掩模版上，并與金屬層互連線一同制作。因此，雙大馬士革工藝最終形成的冗余金屬厚度與金屬互連線厚度一致。然而，冗余金屬的引入會引起互連線寄生電容的增加，惡化后段互連電阻電容(Resistor Capacitor,簡稱RC)延遲,特別是隨著特征尺寸的減小其影響更加明顯。降低冗余金屬對互連線寄生電容的影響成為不得不考慮的問題。為了解決上述問題，目前提出的一種方式是降低冗余金屬的厚度。然而，通常淺冗余金屬的制作，需要增加一塊獨立冗余金屬掩模版來進行光刻刻蝕，以形成淺冗余金屬溝槽；這會增加工藝步驟，提高生產(chǎn)成本。此外，隨著低K材料的引入，特別是在45nm及以下制程多孔低介電常數(shù)材料(Porous Low-k)的引入,為了降低刻蝕工藝對Porous Low_k材料的損傷,金屬硬掩模部分溝槽優(yōu)先雙大馬士革工藝成為主流工藝。而上述目前采用的通過增加一塊獨立冗余金屬掩模版來制作淺冗余金屬的方法并不能與金屬硬掩模部分溝槽優(yōu)先雙大馬士革工藝兼容。因此，有必要提出一種簡單的并能夠完全兼容金屬硬掩模部分溝槽優(yōu)先雙大馬士革工藝的淺冗余金屬制造方法，以降低冗余金屬引起的互連線寄生電容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種雙大馬士革淺冗余金屬制備工藝，以降低冗余金屬引起的互連線寄生電容，并能夠完全兼容金屬硬掩模部分溝槽優(yōu)先雙大馬士革工藝的淺冗余金屬制造方法。為解決上述問題，本發(fā)明提出一種雙大馬士革淺冗余金屬制備工藝，包括如下步驟提供一半導(dǎo)體基體，其中，所述半導(dǎo)體基體上已形成有第N層金屬層；在所述第N層金屬層上依次淀積刻蝕阻擋層、介電層、介電保護層和金屬硬掩模層；在所述金屬硬掩模層上旋涂光刻膠，并通過金屬層光掩模版對所述光刻膠進行光亥|J，在所述光刻膠中形成金屬互連線溝槽圖形；以所述圖形化的光刻膠為掩模，對所述金屬硬掩模層進行刻蝕，在所述金屬硬掩模層中形成金屬互連線溝槽圖形，并去除剩余的光刻膠；旋涂光刻膠，并通過通孔光掩模版對所述光刻膠進行光刻，其中所述通孔光掩模版上設(shè)置有冗余金屬圖形，在所述光刻膠中形成通孔圖形和冗余金屬圖形；
以所述圖形化的光刻膠為掩模，對所述介電保護層進行刻蝕，并對所述介電層進行部分刻蝕，在所述介電層中形成部分通孔圖形；同時對所述金屬硬掩模層進行部分刻蝕，在所述金屬硬掩模層中形成冗余金屬圖形；并去除剩余的光刻膠；以圖形化的金屬硬掩模層為掩模對所述介電保護層及介電層進行刻蝕，在所述介電層中形成金屬互連線溝槽和冗余金屬溝槽，并打開所述部分通孔圖形底部的刻蝕阻擋層，形成雙大馬士革結(jié)構(gòu)；對所述雙大馬士革結(jié)構(gòu)進行金屬化，形成具有金屬互連線、互連通孔和冗余金屬的第N+1層金屬層。可選的，所述N層金屬層為第一層金屬層，所述第N+1層金屬層為第二層金屬層?？蛇x的，所述淀積刻蝕阻擋層、介電層及介電保護層的工藝為化學(xué)氣相淀積法?？蛇x的，所述刻蝕阻擋層的材料為SiCN、SiN, SiC、SiCO中的一種或多種。可選的，所述介電層的材料為低K介電材料?？蛇x的，所述低K介電材料為SiOCH。可選的，所述介電保護層的材料為Si02、SiON, SIN中的任一種?？蛇x的，所述淀積金屬硬掩模層的工藝為物理氣相淀積法?？蛇x的，所述金屬硬掩模層的材料為TiN、Ti、TaN、Ta、WN、W中的一種或多種?？蛇x的，所述在介電層中形成的部分通孔圖形的深度為互連通孔高度的120%-200%。可選的，所述在金屬硬掩模層中形成的冗余金屬圖形的深度為金屬硬掩模層厚度的 70%-90%?？蛇x的，所述對雙大馬士革結(jié)構(gòu)進行金屬化包括如下步驟首先依次進行金屬阻擋層淀積、銅籽晶層淀積、電鍍填充金屬銅；然后化學(xué)機械研磨平坦化去除多余金屬至介電層，形成具有金屬互連線、互連通孔和冗余金屬的第N+1層金屬層?？蛇x的，所述冗余金屬溝槽的深度位于化學(xué)機械研磨去除的介電層高度與金屬互連線溝槽深度之間。可選的，所述冗余金屬溝槽的深度等于化學(xué)機械研磨去除的介電層高度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的雙大馬士革淺冗余金屬制造工藝通過在通孔光掩模版上添加冗余金屬圖形，采用金屬硬掩模部分溝槽優(yōu)先雙大馬士革工藝形成帶有淺冗余金屬的雙大馬士革結(jié)構(gòu)，從而可以在降低金屬互連線寄生電容，改善互連RC延遲同時，不會惡化化學(xué)機械研磨(CMP)工藝；且工藝簡單，不增加工藝步驟，能夠完全兼容金屬硬掩模部分溝槽優(yōu)先銅雙大馬士革制造工藝。


圖I為本發(fā)明實施例提供的雙大馬士革淺冗余金屬制造工藝的流程圖；圖2A至圖2G為本發(fā)明實施例提供的雙大馬士革淺冗余金屬制造工藝的各步驟對應(yīng)的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的雙大馬士革淺冗余金屬制造工藝作進一步詳細說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā) 明實施例的目的。本發(fā)明的核心思想在于，提供一種雙大馬士革淺冗余金屬制造工藝，通過在通孔光掩模版上添加冗余金屬圖形，采用金屬硬掩模部分溝槽優(yōu)先雙大馬士革工藝形成帶有淺冗余金屬的雙大馬士革結(jié)構(gòu)，從而可以在降低金屬互連線寄生電容，改善互連RC延遲同時，不會惡化化學(xué)機械研磨(CMP)工藝；且工藝簡單，不增加工藝步驟，能夠完全兼容金屬硬掩模部分溝槽優(yōu)先銅雙大馬士革制造工藝。請參考圖I以及圖2A至圖2G，其中，圖I為本發(fā)明實施例提供的雙大馬士革淺冗余金屬制造工藝的流程圖，圖2A至圖2G為本發(fā)明實施例提供的雙大馬士革淺冗余金屬制造工藝的各步驟對應(yīng)的器件結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合圖I以及圖2A至圖2G所示，本發(fā)明實施例提供的雙大馬士革淺冗余金屬制造工藝包括如下步驟S101、提供一半導(dǎo)體基體101，其中，所述半導(dǎo)體基體101上已形成有第N層金屬層102 ;在本發(fā)明實施例中，該第N層金屬層102為第一金屬層；S102、在所述第N層金屬層102上依次淀積刻蝕阻擋層103、介電層104、介電保護層105和金屬硬掩模層106,如圖2A所不；S103、在所述金屬硬掩模層106上旋涂光刻膠107，并通過金屬層光掩模版對所述光刻膠107進行光刻，在所述光刻膠107中形成金屬互連線溝槽圖形，如圖2B所示；S104、以所述圖形化的光刻膠107為掩模，對所述金屬硬掩模層106進行刻蝕，在所述金屬硬掩模層106中形成金屬互連線溝槽圖形，并去除剩余的光刻膠；去除剩余的光刻膠后的器件結(jié)構(gòu)圖如圖2C所示；S105、旋涂光刻膠108，并通過通孔光掩模版對所述光刻膠108進行光刻，其中所述通孔光掩模版上設(shè)置有冗余金屬圖形，在所述光刻膠108中形成通孔圖形和冗余金屬圖形，如圖2D所示；S106、以所述圖形化的光刻膠108為掩模，對所述介電保護層105進行刻蝕，并對所述介電層104進行部分刻蝕，在所述介電層104中形成部分通孔圖形109 ;同時對所述金屬硬掩模層106進行部分刻蝕，在所述金屬硬掩模層106中形成冗余金屬圖形110 ;并去除剩余的光刻膠；去除剩余的光刻膠后的器件結(jié)構(gòu)圖如圖2E所示；S107、以圖形化的金屬硬掩模層106為掩模對所述介電保護層105及介電層104進行刻蝕，在所述介電層104中形成金屬互連線溝槽111和冗余金屬溝槽113，并打開所述部分通孔圖形底部的刻蝕阻擋層103，形成互連通孔圖形112，從而形成雙大馬士革結(jié)構(gòu)；該步驟完成后的器件結(jié)構(gòu)圖如圖2F所示；S108、對所述雙大馬士革結(jié)構(gòu)進行金屬化，形成具有金屬互連線114、互連通孔115和冗余金屬116的第N+1層金屬層，如圖2G所示；其中在本發(fā)明實施例中，所述第N+1
層金屬層為第二金屬層。進一步地，所述淀積刻蝕阻擋層103、介電層104及介電保護層105的工藝為化學(xué)氣相淀積法；其中，所述刻蝕阻擋層103的材料為SiCN、SiN、SiC、SiCO中的一種或多種；所述介電層104的材料為低K介電材料，具體地，所述低K介電材料為SiOCH;所述介電保護層105的材料為Si02、SiON, SIN中的任一種。進一步地，所述淀積金屬硬掩模層106的工藝為物理氣相淀積法；所述金屬硬掩模層106的材料為TiN、Ti、TaN, Ta、WN、W中的一種或多種。 進一步地，所述在介電層104中形成的部分通孔圖形109的深度為互連通孔115高度的120%-200%，從而可保證后續(xù)溝槽介電層刻蝕既不至于刻蝕不充分也不發(fā)生過刻蝕，并調(diào)整通孔刻蝕工藝控制冗余結(jié)構(gòu)區(qū)域保留適當(dāng)金屬硬掩模厚度。進一步地，所述在金屬硬掩模層106中形成的冗余金屬圖形110的深度為金屬硬掩模層106厚度的70%-90%，以利于后續(xù)溝槽介電層刻蝕工藝及刻蝕過程中冗余金屬溝槽深度的控制。進一步地，所述對雙大馬士革結(jié)構(gòu)進行金屬化包括如下步驟首先依次進行金屬阻擋層淀積、銅籽晶層淀積、電鍍填充金屬銅；然后化學(xué)機械研磨平坦化去除多余金屬至介電層，形成具有金屬互連線、互連通孔和冗余金屬的第N+1層金屬層。進一步地，所述冗余金屬溝槽113的深度位于化學(xué)機械研磨去除的介電層高度與金屬互連線溝槽111深度之間。優(yōu)選地，所述冗余金屬溝槽113的深度等于化學(xué)機械研磨去除的介電層高度，從而可在CMP過程中正好完全去除冗余金屬，消除冗余金屬對互連線寄生電容的影響。其中，在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述N層金屬層為第一層金屬層，所述第N+1層金屬層為第二層金屬層；然而應(yīng)該認識到，重復(fù)上述步驟，可制作更多層帶有淺冗余金屬的金屬層；即所述N層金屬層還可以為第二層金屬層，所述第N+1層金屬層可為第三層金屬層等。綜上所述，本發(fā)明提供了一種雙大馬士革淺冗余金屬制造工藝，通過在通孔光掩模版上添加冗余金屬圖形，采用金屬硬掩模部分溝槽優(yōu)先雙大馬士革工藝形成帶有淺冗余金屬的雙大馬士革結(jié)構(gòu)，從而可以在降低金屬互連線寄生電容，改善互連RC延遲同時，不會惡化化學(xué)機械研磨(CMP)工藝；且工藝簡單，不增加工藝步驟，能夠完全兼容金屬硬掩模部分溝槽優(yōu)先銅雙大馬士革制造工藝。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動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和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種雙大馬士革淺冗余金屬制備工藝，其特征在于，包括如下步驟 提供一半導(dǎo)體基體，其中，所述半導(dǎo)體基體上已形成有第N層金屬層； 在所述第N層金屬層上依次淀積刻蝕阻擋層、介電層、介電保護層和金屬硬掩模層； 在所述金屬硬掩模層上旋涂光刻膠，并通過金屬層光掩模版對所述光刻膠進行光刻，在所述光刻膠中形成金屬互連線溝槽圖形； 以所述圖形化的光刻膠為掩模，對所述金屬硬掩模層進行刻蝕，在所述金屬硬掩模層中形成金屬互連線溝槽圖形，并去除剩余的光刻膠； 旋涂光刻膠，并通過通孔光掩模版對所述光刻膠進行光刻，其中所述通孔光掩模版上設(shè)置有冗余金屬圖形，在所述光刻膠中形成通孔圖形和冗余金屬圖形； 以所述圖形化的光刻膠為掩模，對所述介電保護層進行刻蝕，并對所述介電層進行部分刻蝕，在所述介電層中形成部分通孔圖形；同時對所述金屬硬掩模層進行部分刻蝕，在所述金屬硬掩模層中形成冗余金屬圖形；并去除剩余的光刻膠； 以圖形化的金屬硬掩模層為掩模對所述介電保護層及介電層進行刻蝕，在所述介電層中形成金屬互連線溝槽和冗余金屬溝槽，并打開所述部分通孔圖形底部的刻蝕阻擋層，形成雙大馬士革結(jié)構(gòu)； 對所述雙大馬士革結(jié)構(gòu)進行金屬化，形成具有金屬互連線、互連通孔和冗余金屬的第N+1層金屬層。
2.如權(quán)利要求I所述的雙大馬士革淺冗余金屬制備工藝，其特征在于，所述N層金屬層為第一層金屬層，所述第N+1層金屬層為第二層金屬層。
3.如權(quán)利要求I所述的雙大馬士革淺冗余金屬制備工藝，其特征在于，所述淀積刻蝕阻擋層、介電層及介電保護層的工藝為化學(xué)氣相淀積法。
4.如權(quán)利要求3所述的雙大馬士革淺冗余金屬制備工藝，其特征在于，所述刻蝕阻擋層的材料為SiCN、SiN、SiC、SiCO中的一種或多種。
5.如權(quán)利要求3所述的雙大馬士革淺冗余金屬制備工藝，其特征在于，所述介電層的材料為低K介電材料。
6.如權(quán)利要求5所述的雙大馬士革淺冗余金屬制備工藝，其特征在于，所述低K介電材料為SiOCH。
7.如權(quán)利要求3所述的雙大馬士革淺冗余金屬制備工藝，其特征在于，所述介電保護層的材料為Si02、SiON, SIN中的任一種。
8.如權(quán)利要求I所述的雙大馬士革淺冗余金屬制備工藝，其特征在于，所述淀積金屬硬掩模層的工藝為物理氣相淀積法。
9.如權(quán)利要求8所述的雙大馬士革淺冗余金屬制備工藝，其特征在于，所述金屬硬掩模 層的材料為TiN、Ti、TaN, Ta、WN、W中的一種或多種。
10.如權(quán)利要求I所述的雙大馬士革淺冗余金屬制備工藝，其特征在于，所述在介電層中形成的部分通孔圖形的深度為互連通孔高度的120%-200%。
11.如權(quán)利要求I所述的雙大馬士革淺冗余金屬制備工藝，其特征在于，所述在金屬硬掩模層中形成的冗余金屬圖形的深度為金屬硬掩模層厚度的70%-90%。
12.如權(quán)利要求I所述的雙大馬士革淺冗余金屬制備工藝，其特征在于，所述對雙大馬士革結(jié)構(gòu)進行金屬化包括如下步驟首先依次進行金屬阻擋層淀積、銅籽晶層淀積、電鍍填充金屬銅；然后化學(xué)機械研磨平坦化去除多余金屬至介電層，形成具有金屬互連線、互連通孔和冗余金屬的第N+1層金屬層。
13.如權(quán)利要求12所述的雙大馬士革淺冗余金屬制備工藝，其特征在于，所述冗余金屬溝槽的深度位于化學(xué)機械研磨去除的介電層高度與金屬互連線溝槽深度之間。
14.如權(quán)利要求13所述的雙大馬士革淺冗余金屬制備工藝，其特征在于，所述冗余金屬溝槽的深度等于化學(xué)機械研磨去除的介電層高度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙大馬士革淺冗余金屬制造工藝，通過在通孔光掩模版上添加冗余金屬圖形，采用金屬硬掩模部分溝槽優(yōu)先雙大馬士革工藝形成帶有淺冗余金屬的雙大馬士革結(jié)構(gòu)，從而可以在降低金屬互連線寄生電容，改善互連RC延遲同時，不會惡化化學(xué)機械研磨(CMP)工藝；且工藝簡單，不增加工藝步驟，能夠完全兼容金屬硬掩模部分溝槽優(yōu)先銅雙大馬士革制造工藝。
文檔編號H01L21/768GK102810509SQ20121029315
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者李磊, 梁學(xué)文, 胡友存, 陳玉文, 姬峰 申請人:上海華力微電子有限公司