[发明专利]一种去除金属层冗余金属填充的制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制造工艺，特别是涉及一种去除金属层冗余金属填充的制造工艺。

背景技术

随着半导体芯片的集成度不断提高，晶体管的特征尺寸不断缩小。进入到130纳米技术节点之后，受到铝的高电阻特性的限制，铜互连逐渐替代铝互连成为金属互连得主流。由于铜的干法刻蚀工艺不易实现，铜导线的制作方法不能像铝导线那样通过刻蚀金属层而获得。现在广泛采用的铜导线的制作方法是称作大马士革工艺的镶嵌技术。该工艺在硅片上首先沉积低k值介质层，然后通过光刻和刻蚀在介质层中形成金属导线槽，继续后续的金属层沉积和金属层化学机械研磨制成金属导线。该工艺包括只制作金属导线的单大马士革工艺和同时制作接触孔和金属导线的双大马士革工艺。

在大马士革工艺中用到金属层化学机械研磨最终形成镶嵌在介质层中的金属导线。为了达到均匀的研磨效果，要求硅片上的金属图形密度尽可能均匀。而产品设计的金属图形密度常常不能满足化学机械研磨均匀度要求。解决的方法是在版图的空白区域填充冗余金属来使版图图形密度均匀化。冗余金属提高了图形密度的均匀度，但是不可避免地引入了额外的金属间的耦合电容。为了减少额外的耦合电容带给器件的负面影响，在设计冗余金属填充时要尽可能减少冗余金属的填充数量。

电容可以由下列公式计算：

      

其中，ε₀为真空介电常数；ε_r为介质介电常数；s为相对的金属面积；d为的金属间距离。由上述公式可见，减少金属的相对面积和增加金属间距离可以减小电容。也就是说，减小冗余金属的体积可以减小由于添加冗余金属而引入的额外的金属间的耦合电容。

专利号为CN101752298A的中国专利涉及一种金属互连结构的制造方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上具有金属间介质层、金属间介质层中的双镶嵌开口、覆盖于所述金属间介质层上的阻挡层和阻挡层上的金属层，所述金属层填充于双镶嵌开口中；平坦化所述金属间介质层的表面以形成金属互连层；在所述金属互连层上形成第一刻蚀停止层；通过平坦化工艺去除所述第一刻蚀停止层；在通过平坦化工艺去除所述第一刻蚀停止层之后的金属互连层上形成第二刻蚀停止层、第二刻蚀停止层之上的钝化层、以及镶嵌在所述钝化层中的焊垫层，所述焊垫层位于所述金属互连层之上。所述方法能够避免由金属互连层的金属突起而引起的电路连接缺陷，提高半导体器件的可靠性。

专利号为CN101740479A的中国专利涉及一种半导体器件的制造方法，包括：提供半导体衬底，平坦化所述半导体衬底的表面以形成金属互连层，所述平坦化至少包括：去除所述双镶嵌开口外的多余金属；去除所述双镶嵌开口外的阻挡层；在平坦化之后的半导体衬底上形成刻蚀停止层、刻蚀停止层之上的钝化层、以及嵌在所述钝化层中的焊垫层，所述焊垫层位于所述金属互连层之上；去除所述双镶嵌开口外的阻挡层之前还包括：将所述半导体衬底置于形成所述刻蚀停止层的设备中进行加热处理，所述加热处理的温度大于或等于后续任一工艺的温度。采用所述半导体器件的制造方法，能够避免这些突起在后端清洗工艺中被氧化侵蚀而形成腐蚀缺陷，提高器件的可靠性。

为了有效地减少或消除冗余金属填充引入的金属层内和金属层间的耦合电容，本发明提供一种减薄或去除金属层冗余金属填充的制造工艺。本发明所提供并仅仅作为示例但不对发明构成限制的优选实施例在具体实施方式中有所体现。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种减薄或去除金属层冗余金属填充的制造工艺。本发明提出一种在制作单大马士革和双大马士革金属互连中利用化学机械研磨进一步减薄或完全去除比导线金属薄的冗余金属的工艺。本发明通过去除金属层冗余金属填充，可以有效地减少或消除冗余金属填充引入的金属层内和金属层间的耦合电容。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出的一种去除金属层冗余金属填充的制造工艺，其工艺步骤如下：

1）沉积低k值介质层；

2）在沉积的低k值介质层上形成刻蚀阻挡层；

3）完成光刻和刻蚀去除非冗余金属区域的刻蚀阻挡层；

4）再次沉积低k值介质达到所需厚度的低k值介质层；

5）再次光刻和刻蚀形成金属导线槽和冗余金属槽；

6）进行导线金属和冗余金属的填充，完成金属层沉积；

7）对金属层进行化学机械研磨；

8）继续化学机械研磨低k值介质层和金属混合层，进一步去除冗余金属。