專利名稱：一種去除金屬層冗余金屬填充的制造工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)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ο
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(jié)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(xiàn)，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(xiàn)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(zhì)層，然后通過光刻和刻蝕在介質(zhì)層中形成金屬導線槽，繼續(xù)后續(xù)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(zhì)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(chǎn)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(qū)域填充冗余金屬來使版形密度均勻化。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(shù)量。電容可以由下列公式計算
其中，ε ^為真空介電常數(shù)；、為介質(zhì)介電常數(shù)；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CN101752^8A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(zhì)層、金屬間介質(zhì)層中的雙鑲嵌開口、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(xù)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(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發(fā)明構成限制的優(yōu)選實施例在具體實施方式
中有所體現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，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(fā)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(nèi)和金屬層間的耦合電容。本發(fā)明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現(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)層上形成刻蝕阻擋層；
3)完成光刻和刻蝕去除非冗余金屬區(qū)域的刻蝕阻擋層；
4)再次沉積低k值介質(zhì)達到所需厚度的低k值介質(zhì)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(xù)化學機械研磨低k值介質(zhì)層和金屬混合層，進一步去除冗余金屬。所述的刻蝕阻擋層，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。所述的刻蝕阻擋層，其厚度范圍在1納米至1000納米之間。本發(fā)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(nèi)和金屬層間的耦合電容。上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。


參考所附附圖，以更加充分的描述本發(fā)明的實施例。然而，所附附圖僅用于說明和闡述，并不構成對本發(fā)明范圍的限制。圖1繪示低k值介質(zhì)層和刻蝕阻擋層的剖面圖。圖2繪示完成光刻和刻蝕去除非冗余金屬區(qū)域的刻蝕阻擋層的剖面圖。圖3繪示完成低k值介質(zhì)層再沉積后的剖面圖。
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圖4繪示完成光刻和刻蝕形成金屬導線槽和冗余金屬槽剖面圖。圖5繪示完成金屬層沉積和金屬層化學機械研磨后導線金屬和冗余金屬填充的剖面圖。圖6繪示化學機械研磨進一步去除冗余金屬填充的剖面圖。附圖標記1.低k值介質(zhì)層，2.刻蝕阻擋層，3.冗余金屬槽，4.金屬導線槽，5. 金屬導線，6.冗余金屬。
具體實施例方式為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的去除金屬層冗余金屬填充的制造工藝，詳細說明如下。本發(fā)明的不同實施例將詳述如下，以實施本發(fā)明的不同的技術特征，可理解的是， 以下所述的特定實施例的單元和配置用以簡化本發(fā)明，其僅為范例而不限制本發(fā)明的范圍。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)層上形成刻蝕阻擋層；
3)完成光刻和刻蝕去除非冗余金屬區(qū)域的刻蝕阻擋層；
4)再次沉積低k值介質(zhì)達到所需厚度的低k值介質(zhì)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(xù)化學機械研磨低k值介質(zhì)層和金屬混合層，進一步去除冗余金屬。其中刻蝕阻擋層的材質(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，其厚度范圍在1納米至1000納米之間。首先沉積低k值介質(zhì)層后，在沉積的低k值介質(zhì)層上形成刻蝕阻擋層，圖1繪示低 k值介質(zhì)層和刻蝕阻擋層的剖面圖。然后通過光刻和刻蝕去除非冗余金屬區(qū)域的刻蝕阻擋層，圖2繪示完成光刻和刻蝕去除非冗余金屬區(qū)域的刻蝕阻擋層的剖面圖。再次沉積低k 值介質(zhì)達到所需厚度的低k值介質(zhì)層，圖3繪示完成低k值介質(zhì)層再沉積后的剖面圖。再通過光刻和刻蝕形成金屬導線槽和冗余金屬槽，圖4繪示完成光刻和刻蝕形成金屬導線槽和冗余金屬槽剖面圖，其中冗余金屬槽比金屬導線槽淺。接著進行導線金屬和冗余金屬的填充，完成金屬層沉積后，對金屬層進行化學機械研磨，圖5繪示完成金屬層沉積和金屬層化學機械研磨后導線金屬和冗余金屬填充的剖面圖。最后繼續(xù)化學機械研磨低k值介質(zhì)層和金屬混合層，進一步去除冗余金屬，圖6繪示化學機械研磨進一步去除冗余金屬填充的剖面圖。本方法通過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去除冗余金屬的工藝，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。通過說明和附圖，給出了具體實施方式
的特定結構的典型實施例。盡管上述發(fā)明
5提出了現(xiàn)有的較佳實施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。對于本領域的技術人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權利要求書應看作是涵蓋本發(fā)明的真實意圖和范圍的全部變化和修正。在權利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價的范圍與內(nèi)容，都應認為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種去除金屬層冗余金屬填充的制造工藝，其特征在于，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)層上形成刻蝕阻擋層；3)完成光刻和刻蝕去除非冗余金屬區(qū)域的刻蝕阻擋層；4)再次沉積低k值介質(zhì)達到所需厚度的低k值介質(zhì)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(xù)化學機械研磨低k值介質(zhì)層和金屬混合層，進一步去除冗余金屬。
2.如權利要求1所述的一種去除金屬層冗余金屬填充的制造工藝，其特征在于，所述所述的刻蝕阻擋層的材質(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。
3.如權利要求1所述的一種去除金屬層冗余金屬填充的制造工藝，其特征在于，所述所述的刻蝕阻擋層的厚度范圍在1納米至1000納米之間。
4.如權利要求4所述的一種去除金屬層冗余金屬填充的制造工藝，其特征在于，所述的冗余金屬槽比金屬導線槽淺。
全文摘要
本發(fā)明提供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)層上形成刻蝕阻擋層；3)完成光刻和刻蝕去除非冗余金屬區(qū)域的刻蝕阻擋層；4)再次沉積低k值介質(zhì)達到所需厚度的低k值介質(zhì)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(xù)化學機械研磨低k值介質(zhì)層和金屬混合層，進一步去除冗余金屬。本方法通過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去除冗余金屬的工藝，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，非常適于實用。
文檔編號H01L21/768GK102446828SQ20111028510
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權日2011年9月23日
發(fā)明者戴韞青, 毛智彪, 王劍, 胡友存 申請人:上海華力微電子有限公司