專利名稱：形成大馬士革銅金屬層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種形成大馬士革銅金屬層的方法。
背景技術(shù)：
目前，在45nm及其以下的技術(shù)節(jié)點(diǎn)中，由于對(duì)于后段銅金屬層工藝的要求越來(lái)越高，一般采用非晶碳(amorphous carbon)層作為刻蝕工藝中的硬掩膜，以刻蝕出銅金屬層大馬士革結(jié)構(gòu)，并在刻蝕工藝完成之后，先將該非晶碳層去除，再進(jìn)行阻擋層和籽銅(Cuseed)的填充工藝；最后，利用化學(xué)機(jī)械研磨工藝(Chemical Mechanical Polishing,簡(jiǎn)稱CMP)去除多余的銅，進(jìn)而形成銅布線。
但是，隨著器件尺寸的越來(lái)越下，使得位于介質(zhì)層和銅之間的阻擋層的厚度越來(lái)越小，當(dāng)對(duì)銅進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝時(shí)，很容易發(fā)生因研磨過(guò)度而損傷介質(zhì)層，使得介質(zhì)層的厚度差異較大，進(jìn)而降低器件的性能和穩(wěn)定性。
中國(guó)專利(公開號(hào):CN1466190A)公開了一種在半導(dǎo)體裝置內(nèi)形成銅金屬線的方法，主要通過(guò)于貫穿孔插塞上覆蓋一緩沖膜來(lái)緩沖在后續(xù)制造工藝中所施加的應(yīng)力。該技術(shù)文獻(xiàn)所公開的內(nèi)容并不能解決由于阻擋層變薄而導(dǎo)致后續(xù)的研磨工藝易對(duì)介質(zhì)層造成損傷問(wèn)題，使得介質(zhì)層的厚度不均而降低器件的性能和穩(wěn)定性。
中國(guó)專利(申請(qǐng)公布號(hào):CN102881673A)公開了一種銅大馬士革結(jié)構(gòu)及其制造方法，主要通過(guò)在銅金屬互聯(lián)層上沉積第一刻蝕阻擋層和金屬隔離層，刻蝕該金屬隔離層后，繼續(xù)沉積第二刻蝕阻擋層和第一金屬互聯(lián)層間的介質(zhì)并平坦化后，刻蝕第一銅金屬互聯(lián)層間的介質(zhì)至第一刻蝕阻擋層，形成溝槽并在該溝槽填充銅金屬，平坦化后得到第一銅金屬互聯(lián)層。該技術(shù)文獻(xiàn)并沒(méi)有公開能夠解決由于阻擋層變薄而導(dǎo)致后續(xù)的研磨工藝易對(duì)介質(zhì)層造成損傷問(wèn)題的相關(guān)技術(shù)特征，同樣存在由于研磨工藝造成介質(zhì)層的厚度不均而降低器件的性能和穩(wěn)定性的隱患。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明公開了一種形成大馬士革銅金屬層的方法，其中，包括以下步驟:
于一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)襯底上從下至上順序依次沉積刻蝕停止層、介電質(zhì)層、硬掩膜層和介質(zhì)抗反射層；
采用光刻、刻蝕工藝，回蝕所述介質(zhì)抗反射層至所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)襯底的上表面，形成大馬士革溝槽；
沉積阻擋層覆蓋所述大馬士革溝槽的底部及其側(cè)壁；
電鍍金屬充滿所述大馬士革溝槽并覆蓋所述阻擋層的上表面，形成金屬層；
采用平坦化工藝去除部分所述金屬層至剩余的硬掩膜層的上表面后，去除所述剩余的硬掩膜層，形成金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)。
上述的形成大馬士革銅金屬層的方法，其中，所述介質(zhì)抗反射層于所述刻蝕工藝中被完全去除，且所述阻擋層還覆蓋剩余的硬掩膜層上表面。
上述的形成大馬士革銅金屬層的方法，其中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)襯底為具有底層器件結(jié)構(gòu)的硅片。
上述的形成大馬士革銅金屬層的方法，其中，所述刻蝕停止層的材質(zhì)為氮化硅或摻氮碳化硅等。
上述的形成大馬士革銅金屬層的方法，其中，所述介電質(zhì)層的材質(zhì)為二氧化硅或摻碳二氧化硅等。
上述的形成大馬士革銅金屬層的方法，其中，所述硬掩膜層的材質(zhì)為非晶體碳，且采用灰化工藝去除所述剩余的硬掩膜層。
上述的形成大馬士革銅金屬層的方法，其中，所述阻擋層的材質(zhì)為氮化鉭或鉭等。
上述的形成大馬士革銅金屬層的方法，其中，所述金屬為銅。
上述的形成大馬士革銅金屬層的方法，其中，所述平坦化工藝為化學(xué)機(jī)械研磨工藝。
上述的形成大馬士革銅金屬層的方法，其中，所述硬掩膜層的硬度大于所述金屬層的硬度，且所述硬掩膜層的楊氏模量大于所述金屬層的楊氏模量。
綜上所述，本發(fā)明一種形成大馬士革銅金屬層的方法，通過(guò)采用硬掩膜層作為平坦化工藝如化學(xué)機(jī)械研磨工藝等的停止層，能夠有效的平坦化工藝中的研磨過(guò)度，而導(dǎo)致介質(zhì)層厚度差異情況的出現(xiàn)，進(jìn)而提高器件的性能和穩(wěn)定性，以提高產(chǎn)品的良率，同時(shí)降低了工藝成本。


圖1-5為實(shí)施例中形成大馬士革銅金屬層的方法的結(jié)構(gòu)流程示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說(shuō)明:
在后段銅金屬層工藝中，首先，于一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)襯底上從下至上順序依次沉積刻蝕停止層、介電質(zhì)層、硬掩膜層和介質(zhì)抗反射層后，采用光刻、刻蝕工藝，回蝕介質(zhì)抗反射層至半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)襯底的上表面，形成大馬士革溝槽；其中，介質(zhì)抗反射層于刻蝕工藝中被完全去除。
其次，沉積阻擋層覆蓋上述的大馬士革溝槽的底部及其側(cè)壁，且該阻擋層還覆蓋剩余的硬掩膜層上表面；繼續(xù)電鍍金屬形成金屬層，使得該金屬層充滿該大馬士革溝槽并覆蓋阻擋層的上表面。
最后，采用平坦化工藝去除部分金屬層至剩余的硬掩膜層的上表面后，繼續(xù)去除剩余的硬掩膜層，以形成金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)。
其中，上述硬掩膜層的硬度遠(yuǎn)大于金屬層的硬度，且硬掩膜層的楊氏模量也遠(yuǎn)大于金屬層的楊氏模量。
具體的:
如圖1-5所示，首先，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)襯底I (如具有底層器件結(jié)構(gòu)的硅片等)的上表面沉積材質(zhì)為氮化硅(SiN)或摻氮碳化硅(NDC)等的刻蝕停止層2，并繼續(xù)沉積材質(zhì)為二氧化硅或摻碳二氧化硅等的介電質(zhì)層3覆蓋刻蝕停止層2的上表面，沉積材質(zhì)為非晶碳(amorphous carbon)的硬掩膜4覆蓋介電質(zhì)層3的上表面,最后沉積介質(zhì)抗反射層(DARC)5覆蓋硬掩膜4的上表面，形成如圖1所示的結(jié)構(gòu)。
其次，采用光刻、刻蝕工藝，依次回蝕介質(zhì)抗反射層5、硬掩膜4、介電質(zhì)層3和刻蝕停止層2至半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)襯底I的上表面，且上述的介質(zhì)抗反射層5在刻蝕工藝中被完全刻蝕掉，而硬掩膜4、介電質(zhì)層3和刻蝕停止層2均被部分去除，以在剩余的硬掩膜41、剩余的介電質(zhì)層31和剩余的刻蝕停止層21中制備大馬士革溝槽6，以形成如圖2所示的結(jié)構(gòu)。
之后，沉積材質(zhì)為氮化鉭(TaN)或鉭(Ta)等的阻擋層7，該阻擋層7覆蓋大馬士革溝槽6的底部及其側(cè)壁，還覆蓋剩余的硬掩膜41的上表面；繼續(xù)電鍍金屬如銅等形成金屬層8，該金屬層8充滿大馬士革溝槽6并覆蓋阻擋層的表面，以形成如圖3所示的結(jié)構(gòu)。
然后，對(duì)金屬層8進(jìn)行如化學(xué)機(jī)械研磨等平坦化工藝，以部分去除金屬層8和阻擋層7至剩余的硬掩膜41的上表面；由于剩余的硬掩膜41的材質(zhì)為非晶硅，而非晶硅的硬度和楊氏模量均較大，使得其在平坦化工藝中比較難研磨，當(dāng)平坦化工藝由于過(guò)度研磨而至上述的剩余的硬掩膜41時(shí)，只能部分去除剩余的硬掩膜41且停止在研磨工藝后剩余的硬掩膜42的表面，在平坦化工藝部分去除剩余的硬掩膜41的同時(shí)還部分去除了位于大馬士革溝槽6中的金屬層和阻擋層，使得在進(jìn)行平坦化工藝后，大馬士革溝槽6中剩余的金屬層81和剩余的阻擋層71的上表面低于研磨工藝后剩余的硬掩膜42的上表面，進(jìn)而形成如圖4所述的結(jié)構(gòu)
最后，采用灰化工藝去除研磨工藝后剩余的硬掩膜42，形成如圖5中所示的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)9。
綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例提出一種形成大馬士革銅金屬層的方法，通過(guò)在采用硬度和楊氏模量均較大的非晶硅作為硬掩膜，以在進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝中防止研磨過(guò)度對(duì)介質(zhì)層的損傷，進(jìn)而保證了介質(zhì)層厚度的均勻性，且非晶硅利用灰化工藝易去除且無(wú)殘留，在提高器件的性能和穩(wěn)定性同時(shí)，還降低了工藝成本，增大產(chǎn)品的良率。
通過(guò)說(shuō)明和附圖，給出了具體實(shí)施方式
的特定結(jié)構(gòu)的典型實(shí)施例，基于本發(fā)明精神，還可作其他的轉(zhuǎn)換。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實(shí)施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說(shuō)明后，各種變化和修正無(wú)疑將顯而易見。因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實(shí)意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價(jià)的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種形成大馬士革銅金屬層的方法，其特征在于，包括以下步驟: 于一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)襯底上從下至上順序依次沉積刻蝕停止層、介電質(zhì)層、硬掩膜層和介質(zhì)抗反射層； 采用光刻、刻蝕工藝，回蝕所述介質(zhì)抗反射層至所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)襯底的上表面，形成大馬士革溝槽； 沉積阻擋層覆蓋所述大馬士革溝槽的底部及其側(cè)壁； 電鍍金屬充滿所述大馬士革溝槽并覆蓋所述阻擋層的上表面，形成金屬層； 采用平坦化工藝去除部分所述金屬層至剩余的硬掩膜層的上表面后，去除所述剩余的硬掩膜層，形成金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成大馬士革銅金屬層的方法，其特征在于，所述介質(zhì)抗反射層于所述刻蝕工藝中被完全去除，且所述阻擋層還覆蓋剩余的硬掩膜層上表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成大馬士革銅金屬層的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)襯底為具有底層器件結(jié)構(gòu)的硅片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成大馬士革銅金屬層的方法，其特征在于，所述刻蝕停止層的材質(zhì)為氮化硅或摻氮碳化硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成大馬士革銅金屬層的方法，其特征在于，所述介電質(zhì)層的材質(zhì)為二氧化硅或摻碳二氧化硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成大馬士革銅金屬層的方法，其特征在于，所述硬掩膜層的材質(zhì)為非晶體碳，且采用灰化工藝去除所述剩余的硬掩膜層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成大馬士革銅金屬層的方法，其特征在于，所述阻擋層的材質(zhì)為氮化鉭或鉭。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成大馬士革銅金屬層的方法，其特征在于，所述金屬為銅。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成大馬士革銅金屬層的方法，其特征在于，所述平坦化工藝為化學(xué)機(jī)械研磨工藝。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成大馬士革銅金屬層的方法，其特征在于，所述硬掩膜層的硬度大于所述金屬層的硬度，且所述硬掩膜層的楊氏模量大于所述金屬層的楊氏模量。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種形成大馬士革銅金屬層的方法，通過(guò)采用具有較大硬度和楊氏模量的硬掩膜層作為平坦化工藝如化學(xué)機(jī)械研磨工藝等的停止層，能夠有效的平坦化工藝中的研磨過(guò)度，而導(dǎo)致介質(zhì)層厚度差異情況的出現(xiàn)，進(jìn)而提高器件的性能和穩(wěn)定性，以提高產(chǎn)品的良率，同時(shí)降低了工藝成本。
文檔編號(hào)H01L21/768GK103151303SQ20131008204
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者張文廣, 陳玉文 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司