專利名稱：銅互聯(lián)線大馬士革技術(shù)中減少銅凹陷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，尤其涉及一種銅互聯(lián)線大馬士革技術(shù)中減少銅凹陷的方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路特征尺寸的縮少，工作頻率的提高，人們開始在芯片制造中使用電阻率更小的銅來代替鋁作為金屬互聯(lián)線。但由于銅互聯(lián)線不能使用干刻蝕技術(shù)，所以主要通過化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)技術(shù)來去除多余的銅，以形成導(dǎo)線。在CMP技術(shù)中，晶圓通過晶圓承載結(jié)構(gòu)(Polish Head)被壓在盛有研磨液 (Slurry)的拋光墊上。晶圓在壓力、相對速度、溫度等可控的條件下相對拋光墊運(yùn)動(dòng)。研磨液中的化學(xué)物質(zhì)氧化和刻蝕晶圓表面，而研磨液中懸浮的顆粒通過機(jī)械方式對晶圓表面進(jìn)行拋光。在這兩種方式的共同作用下去除晶圓表面的物質(zhì)，獲得所需的平坦表面。大馬士革銅技術(shù)，通過先制作基底，然后在基底中形成線路凹槽(線槽)，通過淀積，電鍍等方式在線槽及基底上方覆蓋阻擋層和銅層，最后通過化學(xué)機(jī)械平坦化方式去除多余的銅層，保留在線槽內(nèi)的銅層即為期望獲得的互連線。CMP碟形缺陷(CMP Dishing Defect)在電鍍形成銅層的過程中，線槽內(nèi)的銅層和線槽外基底上的銅層會(huì)形成明顯高度差，這在化學(xué)機(jī)械平坦化去除氧化層上多余銅的過程中也會(huì)對線槽內(nèi)的銅層有一定的去除速度。這樣在線槽外基底上的銅層去除干凈后，線槽內(nèi)的銅層也會(huì)有一定量的銅被去除。這就是CMP碟形缺陷。圖1到圖5以剖面圖的形式描述了現(xiàn)有的銅互連線大馬士革制造技術(shù)步驟以及現(xiàn)有技術(shù)下碟形缺陷形成的過程。如圖1所示，提供一基底，所述基底依次包括為襯底12 (或者為中間金屬互聯(lián)層)、 氮化物層22以及氧化物層23。使用常規(guī)的光刻和刻蝕技術(shù)，在氧化物層23上定義圖案，并選擇蝕刻去除部分氮化物層22和氧化物層23，形成金屬互連所需要的線槽，并在基底表面沉積形成阻擋層24， 所述阻擋層M覆蓋基底中線槽的底面和側(cè)面，并覆蓋線槽外基底的表面，形成如圖2所示結(jié)構(gòu)。如圖3所示，在阻擋層M上利用電鍍方法形成銅層25，銅層25的厚度等于或大于線槽的深度，將線槽完全填充。接著，利用化學(xué)機(jī)械平坦化對銅層25進(jìn)行拋光，拋光分為兩個(gè)階段第一階段，進(jìn)行銅層的化學(xué)機(jī)械平坦化，如圖4所示，去除阻擋層M上多余的銅層25，停止于阻擋層M ； 第二階段，對阻擋層24的化學(xué)機(jī)械平坦化，如圖5所示，去除線槽外氧化物層23上多余的阻擋層204，停止于氧化物層23界面，最終得到圖5所示的最后銅鑲嵌互聯(lián)線結(jié)構(gòu)。如圖5所示，現(xiàn)有技術(shù)中，在銅層25進(jìn)行第一次化學(xué)機(jī)械平坦化的過層中，線槽內(nèi)的銅層25也同樣會(huì)被拋光。由于CMP的圖形效應(yīng)使得線槽內(nèi)銅層25的拋光去除速率要大于位于線槽外阻擋層24上方的銅層25的速率。由于該去除速率的存在，會(huì)造成線槽外阻擋層M上方的銅層25在去除干凈后，線槽內(nèi)的銅層25的高度會(huì)低于兩側(cè)氧化物層23的厚度。在銅層25與氧化物層23之間形成高度差，形成銅凹陷30，其高度差即是銅化學(xué)機(jī)械平坦化所描述的碟形缺陷。相對于整個(gè)晶圓，線槽的深度和寬度以及去除率的均勻性等對銅凹陷30都有一定的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種新的減少銅凹陷的銅互聯(lián)線大馬士革技術(shù)的工藝方法。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種銅互聯(lián)線大馬士革技術(shù)中減少銅凹陷的方法， 包括以下步驟提供一基底，所述基底中形成有線槽，在所述基底表面依次覆蓋有阻擋層和銅層；在所述銅層上方形成一保護(hù)層；利用光刻和刻蝕工藝，去除位于所述線槽外銅層上方的保護(hù)層，保留位于線槽中銅層上方的保護(hù)層；進(jìn)行第一次化學(xué)機(jī)械平坦化，去除位于所述線槽外的銅層；進(jìn)行第二次化學(xué)機(jī)械平坦化，去除位于所述線槽外的阻擋層和剩余的保護(hù)層。進(jìn)一步的，所述線槽中銅層的厚度大于等于線槽的深度，相差0 300埃。進(jìn)一步的，所述保護(hù)層的材料為硅氧化物、硅氮化物或上述二者的組合物。進(jìn)一步的，所述保護(hù)層采用化學(xué)氣相沉積法形成。進(jìn)一步的，所述保護(hù)層的厚度為100埃 300埃。進(jìn)一步的，去除位于所述線槽外銅層上方的保護(hù)層步驟中，所述刻蝕工藝為各向異性刻蝕。綜上所述，本發(fā)明所述工藝方法通過在線槽內(nèi)的銅層上設(shè)置一層保護(hù)層，該保護(hù)層在化學(xué)機(jī)械平坦化過程中的研磨率遠(yuǎn)小于銅，從而在第一化學(xué)機(jī)械平坦化過程中，線槽外的銅層被研磨去除，線槽內(nèi)的銅層能夠得到保護(hù)，該保護(hù)層在第二次化學(xué)機(jī)械平坦化時(shí)被去除，從而獲得無銅凹陷的銅互聯(lián)線大馬士革結(jié)構(gòu)。


圖1 圖5為現(xiàn)有技術(shù)中銅互聯(lián)線大馬士革技術(shù)的制造步驟示意圖。圖6 圖11為本發(fā)明中銅互連線大馬士革技術(shù)一實(shí)施例的制造步驟示意圖。圖12為本發(fā)明中銅互連線大馬士革技術(shù)一實(shí)施例的制造步驟流程示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實(shí)例時(shí)，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對本發(fā)明的限定。本發(fā)明的核心思想是本發(fā)明通過提供一種新的減少銅凹陷的工藝方法，通過在線槽內(nèi)的銅層上設(shè)置一層保護(hù)層，該保護(hù)層在第一次化學(xué)機(jī)械平坦化過程中的研磨率遠(yuǎn)小于銅，這樣使得在第一次化學(xué)機(jī)械平坦化過程中，線槽內(nèi)的銅層能夠得到保護(hù)，該保護(hù)層在第二次化學(xué)機(jī)械平坦化時(shí)被去除，從而達(dá)到銅互聯(lián)線大馬士革結(jié)構(gòu)沒有銅凹陷的目的。本發(fā)明提供一種銅互聯(lián)線大馬士革技術(shù)中減少銅凹陷的方法，圖12為本發(fā)明中銅互連線大馬士革技術(shù)一實(shí)施例的制造步驟流程示意圖。圖6 圖11為本發(fā)明中銅互連線大馬士革技術(shù)一實(shí)施例的制造步驟示意圖。請結(jié)合圖6 圖12，所述方法包括以下步驟，SOl 提供一基底，所述基底結(jié)構(gòu)如圖6所示，依次包括為襯底102(所述襯底102 為硅襯底或者為中間金屬互聯(lián)層)、氮化物層202以及氧化物層203，所述氮化物層202和氧化物層203采用化學(xué)氣相沉積法形成，其中氧化物層203的厚度為4000埃 6000埃。如圖7所示，在所述基底包括所述基底中形成有線槽，所述線槽采用常規(guī)的光刻和刻蝕技術(shù)，在氧化物層203上定義圖案，并選擇蝕刻去除部分氮化物層202和氧化物層 203，停止于襯底102上，從而形成金屬互聯(lián)線所需要的線槽，所述線槽的深度為5250埃 5500 埃。如圖7所示，在所述基底表面沉積形成阻擋層204，所述阻擋層204均勻覆蓋于基底的線槽中的底面和側(cè)面，且覆蓋于線槽外基底的表面，形成如圖7所示結(jié)構(gòu)，其中所述阻擋層204采用物理氣相沉積法形成，包括一層厚度約為100埃 300埃的鉭或鉭化合物層， 所述阻擋層204還可以包括一層厚度約為50埃 100埃的銅晶種層，所述銅晶種層用于增加后續(xù)電鍍形成銅層的粘附性。如圖8所示，在所述阻擋層204上形成銅層205，利用電鍍的方法形成銅層205，銅層205充滿線槽，銅層205的厚度等于或者大于線槽的深度，差距在0埃 300埃。S02 如圖8所示，在所述銅層205上方形成一保護(hù)層206 ；所述保護(hù)層206采用化學(xué)氣相沉積法形成，其材料為硅氧化物、硅氮化物或上述二者的組合物，較佳的，所述保護(hù)層206的厚度為100埃 300埃。S03 如圖9所示，利用光刻和刻蝕工藝去除位于所述線槽外銅層205上方的保護(hù)層206，保留位于線槽中銅層205上方的保護(hù)層206，形成如圖9所示的結(jié)構(gòu)；形成過程如下利用光刻技術(shù)在銅層205表面形成光刻膠，利用掩模板曝光圖形化光刻膠，對光刻膠進(jìn)行顯影，去除線槽外銅層205上的光刻膠，進(jìn)行刻蝕工藝，去除位于所述線槽外銅層205上方的保護(hù)層206步驟中，所述刻蝕方法為各向異性刻蝕，從而在刻蝕過程中，單向刻蝕去除線槽外銅層205上方的保護(hù)層206，去除剩余光刻膠后，保留線槽中銅層205上方的保護(hù)層 206。S04 進(jìn)行第一次化學(xué)機(jī)械平坦化，去除位于所述線槽外的銅層205，形成如圖10 所示的結(jié)構(gòu)；對銅進(jìn)行第一次化學(xué)機(jī)械平坦化過程中，保護(hù)層206為氮化物、氧化物或其上述二者組合物，第一次化學(xué)機(jī)械平坦化為銅化學(xué)機(jī)械平坦化過程，故在此過程中保護(hù)層206 的去除速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于銅的去除速率，約為1 1000，故完全去除位于線槽外銅層205時(shí)，位于線槽內(nèi)的銅層205在其上方保護(hù)層206的保護(hù)下，沒有任何消耗，從而避免了銅凹陷的產(chǎn)生。S05 進(jìn)行第二次化學(xué)機(jī)械平坦化，去除位于所述線槽外的阻擋層204和剩余的保護(hù)層206，從而形成如圖11所示的結(jié)構(gòu)示意圖；其中阻擋層204與保護(hù)層206的去除速率相近，從而能夠同時(shí)去除。綜上所述，本發(fā)明所述工藝方法通過在線槽內(nèi)的銅層上設(shè)置一層保護(hù)層，該保護(hù)層在第一次化學(xué)機(jī)械平坦化過程中的研磨率遠(yuǎn)小于銅，這樣使得在化學(xué)機(jī)械平坦化過程中，線槽內(nèi)的銅層能夠得到保護(hù)，該保護(hù)層在第二次化學(xué)機(jī)械平坦化時(shí)被去除，從而獲得無銅凹陷的銅互聯(lián)線大馬士革結(jié)構(gòu)。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種銅互聯(lián)線大馬士革技術(shù)中減少銅凹陷的方法，其特征在于，包括以下步驟提供一基底，所述基底中形成有線槽，在所述基底表面依次覆蓋有阻擋層和銅層；在所述銅層上方形成一保護(hù)層；利用光刻和刻蝕工藝，去除位于所述線槽外銅層上方的保護(hù)層，保留位于線槽中銅層上方的保護(hù)層；進(jìn)行第一次化學(xué)機(jī)械平坦化，去除位于所述線槽外的銅層；進(jìn)行第二次化學(xué)機(jī)械平坦化，去除位于所述線槽外的阻擋層和剩余的保護(hù)層。
2.如權(quán)利要求1所述的銅互聯(lián)線大馬士革技術(shù)中減少銅凹陷的方法，其特征在于，所述線槽中銅層的厚度大于等于線槽的深度，相差0 300埃。
3.如權(quán)利要求1所述的銅互聯(lián)線大馬士革技術(shù)中減少銅凹陷的方法，其特征在于，所述保護(hù)層的材料為硅氧化物、硅氮化物或上述二者的組合物。
4.如權(quán)利要求1所述的銅互聯(lián)線大馬士革技術(shù)中減少銅凹陷的方法，其特征在于，所述保護(hù)層采用化學(xué)氣相沉積法形成。
5.如權(quán)利要求1所述的銅互聯(lián)線大馬士革技術(shù)中減少銅凹陷的方法，其特征在于，所述保護(hù)層的厚度為100埃 300埃。
6.如權(quán)利要求1所述的銅互聯(lián)線大馬士革技術(shù)中減少銅凹陷的方法，其特征在于，去除位于所述線槽外銅層上方的保護(hù)層步驟中，所述刻蝕工藝為各向異性刻蝕。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種銅互聯(lián)線大馬士革技術(shù)中減少銅凹陷的方法，包括以下步驟提供一基底，所述基底中形成有線槽，在所述基底表面依次覆蓋有阻擋層和銅層；在所述銅層上方形成一保護(hù)層；利用光刻和刻蝕工藝去除位于所述線槽外銅層上方的保護(hù)層，保留位于線槽中銅層上方的保護(hù)層；進(jìn)行第一次化學(xué)機(jī)械平坦化，去除位于所述線槽外的銅層；進(jìn)行第二次化學(xué)機(jī)械平坦化，去除位于所述線槽外的阻擋層和剩余的保護(hù)層。本發(fā)明所述工藝方法通過在線槽內(nèi)的銅層上設(shè)置一層保護(hù)層，使得在化學(xué)機(jī)械平坦化過程中，線槽內(nèi)的銅層能夠得到保護(hù)，該保護(hù)層在第二次化學(xué)機(jī)械平坦化時(shí)被去除，從而獲得無銅凹陷的銅互聯(lián)線大馬士革結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102244033SQ20111017084
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者黃仁東 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司