專利名稱：半導(dǎo)體器件制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體器件制作方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體芯片的集成度不斷提高，晶體管的特征尺寸隨之不斷縮小。當(dāng)進(jìn)入到 130納米技術(shù)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的主流。由于銅的干法刻蝕工藝不易實現(xiàn)，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獲得，現(xiàn)在廣泛采用的銅互連線的制作方法是稱作大馬士革工藝的鑲嵌技術(shù)。該大馬士革工藝包括只制作金屬導(dǎo)線的單大馬士革工藝和同時制作通孔(也稱接觸孔)和金屬導(dǎo)線的雙大馬士革工藝。具體的說，單大馬士革結(jié)構(gòu)(也稱單鑲嵌結(jié)構(gòu))僅是把單層金屬導(dǎo)線的制作方式由傳統(tǒng)的方式(金屬刻蝕+介質(zhì)層填充)改為鑲嵌方式(介質(zhì)層刻蝕+金屬填充)，而雙鑲嵌結(jié)構(gòu)則是將通孔以及金屬導(dǎo)線結(jié)合在一起，如此只需一道金屬填充步驟。制作雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的常用方法一般有以下幾種全通孔優(yōu)先法(Full VIA First)、 半通孔優(yōu)先法(Partial VIA First)、金屬導(dǎo)線優(yōu)先法(Full Trench First)以及自對準(zhǔn)法 (Self-alignment method)。如圖1所示，現(xiàn)有的一種金屬導(dǎo)線制作工藝包括如下步驟首先，在半導(dǎo)體襯底 100上首先沉積介質(zhì)層110 ；然后通過光刻和刻蝕工藝在介質(zhì)層110中形成金屬導(dǎo)線槽； 隨后沉積金屬層，所述金屬層填充到金屬導(dǎo)線槽內(nèi)并且在所述介質(zhì)層110表面也沉積了金屬；接著，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝去除所述介質(zhì)層110上的金屬，從而在所述金屬導(dǎo)線槽內(nèi)制成了金屬導(dǎo)線140。如上所述，在大馬士革工藝中需要利用化學(xué)機(jī)械研磨工藝，以最終形成鑲嵌在介質(zhì)層110中的金屬導(dǎo)線140。然而，因為金屬和介質(zhì)層材料的移除率一般不相同，因此對研磨的選擇性會導(dǎo)致不期望的凹陷(dishing)和侵蝕(erosion)現(xiàn)象。凹陷時常發(fā)生在金屬減退至鄰近介質(zhì)層的平面以下或超出鄰近介質(zhì)層的平面以上，侵蝕則是介質(zhì)層的局部過薄。凹陷和侵蝕現(xiàn)象易受圖形的結(jié)構(gòu)和圖形的密度影響。因此，為了達(dá)到均勻的研磨效果， 要求半導(dǎo)體襯底上的金屬圖形密度盡可能均勻，而產(chǎn)品設(shè)計的金屬圖形密度常常不能滿足化學(xué)機(jī)械研磨均勻度要求。目前，解決的方法是在版圖的空白區(qū)域填充冗余金屬線圖案來使版圖的圖形密度均勻化，從而在介質(zhì)層110中形成金屬導(dǎo)線140的同時還形成冗余金屬線(dummy metal) 150，如圖2所示。但是，冗余金屬線雖然提高了圖形密度的均勻度，但是卻不可避免地引入了額外的金屬層內(nèi)和金屬層間的耦合電容。為了減少額外的耦合電容帶給器件的負(fù)面影響，在設(shè)計冗余金屬時要盡可能減少冗余金屬的填充數(shù)量，并且使主圖形(金屬導(dǎo)線圖形)與冗余金屬間距盡可能大。然而主圖形與冗余金屬的間距過大又會導(dǎo)致局部區(qū)域的圖形密度不均勻，影響化學(xué)機(jī)械研磨工藝的局部區(qū)域平坦度。在給定線寬條件下，各種線條圖形的焦深(DOF)工藝窗口有下列關(guān)系 密集線條>半密集線條>孤立線條。利用這個關(guān)系，在半密集線條和孤立線條旁增加輔助圖形可以擴(kuò)大半密集線條和孤立線條的工藝窗口。即，輔助圖形可以擴(kuò)大半密集線條和孤
4立線條的光刻工藝窗口，改善金屬的化學(xué)機(jī)械研磨的局部區(qū)域平坦度，但是也會導(dǎo)致較大的金屬層內(nèi)和金屬層間的耦合電容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件制作方法，以有效地擴(kuò)大光刻工藝窗口并且減少冗余金屬線填充引入的金屬層內(nèi)和金屬層間的耦合電容。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括冗余金屬區(qū)、輔助圖形冗余金屬區(qū)和非冗余金屬區(qū)；在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一介質(zhì)層；在所述冗余金屬區(qū)和輔助圖形冗余金屬區(qū)上的第一介質(zhì)層表面形成刻蝕阻擋層； 在所述第一介質(zhì)層和刻蝕阻擋層上形成第二介質(zhì)層；刻蝕所述第二介質(zhì)層、第一介質(zhì)層和刻蝕阻擋層，以形成冗余金屬槽、輔助圖形冗余金屬槽和金屬導(dǎo)線槽，所述刻蝕阻擋層的刻蝕速率小于所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的刻蝕速率，所述輔助圖形冗余金屬槽和冗余金屬槽的深度小于所述金屬導(dǎo)線槽的深度；在所述冗余金屬槽、輔助圖形冗余金屬槽和金屬導(dǎo)線槽內(nèi)以及第二介質(zhì)層上沉積
金屬層；進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝直至暴露出所述第二介質(zhì)層的表面，以形成冗余金屬線、 輔助圖形冗余金屬線和金屬導(dǎo)線，所述輔助圖形冗余金屬線和冗余金屬線的高度小于所述金屬導(dǎo)線的高度?？蛇x的，形成冗余金屬槽、輔助圖形冗余金屬槽和金屬導(dǎo)線槽之前，還包括刻蝕所述第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層，以在所述金屬導(dǎo)線槽的對應(yīng)位置形成通孔。所述刻蝕阻擋層的材質(zhì)是碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、鈦、氮化鈦、氧化鈦、鉭、氮化鉭、氧化鉭中的一種或其組合。所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層為低k介質(zhì)層。本發(fā)明還提供另一種半導(dǎo)體器件制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括冗余金屬區(qū)、輔助圖形冗余金屬區(qū)和非冗余金屬區(qū)；在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一介質(zhì)層；在所述冗余金屬區(qū)和輔助圖形冗余金屬區(qū)上的第一介質(zhì)層表面形成刻蝕阻擋層；在所述第一介質(zhì)層和刻蝕阻擋層上形成第二介質(zhì)層；在所述第二介質(zhì)層上形成硬掩膜層，并刻蝕所述硬掩膜層，以在冗余金屬區(qū)上形成硬掩膜冗余槽，在輔助圖形冗余金屬區(qū)上形成硬掩膜輔助圖形槽，在非冗余金屬區(qū)上形成硬掩膜導(dǎo)線槽；刻蝕所述第二介質(zhì)層、第一介質(zhì)層和刻蝕阻擋層，以形成冗余金屬槽、輔助圖形冗余金屬槽和金屬導(dǎo)線槽，所述刻蝕阻擋層的刻蝕速率小于所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的刻蝕速率，所述輔助圖形冗余金屬槽和冗余金屬槽的深度小于所述金屬導(dǎo)線槽的深度；在所述冗余金屬槽、輔助圖形冗余金屬槽和金屬導(dǎo)線槽內(nèi)以及第二介質(zhì)層上沉積金屬層；進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝直至暴露出所述第二介質(zhì)層的表面，以形成冗余金屬線、 輔助圖形冗余金屬線和金屬導(dǎo)線，所述輔助圖形冗余金屬線和冗余金屬線的高度小于所述金屬導(dǎo)線的高度?？蛇x的，形成冗余金屬槽、輔助圖形冗余金屬槽和金屬導(dǎo)線槽之前，還包括刻蝕所述第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層，以在所述金屬導(dǎo)線槽的對應(yīng)位置形成通孔。所述刻蝕阻擋層的材質(zhì)是碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、鈦、氮化鈦、氧化鈦、鉭、氮化鉭、氧化鉭中的一種或其組合。所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層為低k介質(zhì)層。本發(fā)明又提供一種半導(dǎo)體器件制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括冗余金屬區(qū)、輔助圖形冗余金屬區(qū)和非冗余金屬區(qū)；在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一介質(zhì)層；在所述冗余金屬區(qū)和輔助圖形冗余金屬區(qū)上的第一介質(zhì)層表面形成第一刻蝕阻擋層；在所述第一介質(zhì)層和第一刻蝕阻擋層上形成第二介質(zhì)層；在所述冗余金屬區(qū)或輔助圖形冗余金屬區(qū)上的第二介質(zhì)層表面形成第二刻蝕阻擋層；在所述第二刻蝕阻擋層和第二介質(zhì)層上形成第三介質(zhì)層；刻蝕所述第三介質(zhì)層、第二刻蝕阻擋層、第二介質(zhì)層、第一介質(zhì)層和第一刻蝕阻擋層，以形成冗余金屬槽、輔助圖形冗余金屬槽和金屬導(dǎo)線槽，所述第一刻蝕阻擋層和第二刻蝕阻擋層的刻蝕速率小于所述第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層和第三介質(zhì)層的刻蝕速率，所述輔助圖形冗余金屬槽和冗余金屬槽的深度小于所述金屬導(dǎo)線槽的深度，且所述輔助圖形冗余金屬槽的深度與冗余金屬槽的深度不相同；在所述冗余金屬槽、輔助圖形冗余金屬槽和金屬導(dǎo)線槽內(nèi)以及第三介質(zhì)層上沉積
金屬層；進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝直至暴露出所述第三介質(zhì)層的表面，以形成冗余金屬線、 輔助圖形冗余金屬線和金屬導(dǎo)線，所述輔助圖形冗余金屬線和冗余金屬線的高度小于所述金屬導(dǎo)線的高度?？蛇x的，形成冗余金屬槽、輔助圖形冗余金屬槽和金屬導(dǎo)線槽之前，還包括刻蝕所述第三介質(zhì)層、第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層，以在所述金屬導(dǎo)線槽的對應(yīng)位置形成通孔。所述第一刻蝕阻擋層和第二刻蝕阻擋層的材質(zhì)是碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、鈦、氮化鈦、氧化鈦、鉭、氮化鉭、氧化鉭中的一種或其組合。所述第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層和第三介質(zhì)層為低 k介質(zhì)層。本發(fā)明通過形成刻蝕速率小于介質(zhì)層的刻蝕阻擋層，使冗余金屬槽和輔助圖形冗余金屬槽的深度小于金屬導(dǎo)線槽的深度，因此最終形成的冗余金屬線和輔助圖形冗余金屬線的高度小于金屬導(dǎo)線的高度，與現(xiàn)有技術(shù)相比減小了冗余金屬線和輔助圖形冗余金屬線的厚度(高度)，可有效地擴(kuò)大光刻工藝窗口，并且減少冗余金屬線和輔助圖形冗余金屬線填充引入的金屬層內(nèi)和金屬層間的耦合電容。此外，本發(fā)明使冗余金屬槽的深度小于輔助圖形冗余金屬槽的深度，從而使形成的冗余金屬線的高度小于輔助圖形冗余金屬線的高度，進(jìn)一步減少輔助圖形冗余金屬線填充引入的金屬層內(nèi)和金屬層間的耦合電容。


圖1為現(xiàn)有的一種半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有的另一種半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3A 3G為本發(fā)明實施例一的半導(dǎo)體器件制作方法中各步驟對應(yīng)的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4A 4H為本發(fā)明實施例二的半導(dǎo)體器件制作方法中各步驟對應(yīng)的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5A 5H為本發(fā)明實施例三的半導(dǎo)體器件制作方法中各步驟對應(yīng)的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6A 61為本發(fā)明實施例四的半導(dǎo)體器件制作方法中各步驟對應(yīng)的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式在背景技術(shù)中已經(jīng)提及，冗余金屬線和輔助圖形冗余金屬線雖然提高了圖形密度的均勻度，但是卻引入了額外的金屬層內(nèi)和金屬層間的耦合電容，電容可由下列公式計算
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括冗余金屬區(qū)、輔助圖形冗余金屬區(qū)和非冗余金屬區(qū)；在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一介質(zhì)層；在所述冗余金屬區(qū)和輔助圖形冗余金屬區(qū)上的第一介質(zhì)層表面形成刻蝕阻擋層； 在所述第一介質(zhì)層和刻蝕阻擋層上形成第二介質(zhì)層；刻蝕所述第二介質(zhì)層、第一介質(zhì)層和刻蝕阻擋層，以形成冗余金屬槽、輔助圖形冗余金屬槽和金屬導(dǎo)線槽，所述刻蝕阻擋層的刻蝕速率小于所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的刻蝕速率，所述輔助圖形冗余金屬槽和冗余金屬槽的深度小于所述金屬導(dǎo)線槽的深度；在所述冗余金屬槽、輔助圖形冗余金屬槽和金屬導(dǎo)線槽內(nèi)以及第二介質(zhì)層上沉積金屬層；進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝直至暴露出所述第二介質(zhì)層的表面，以形成冗余金屬線、輔助圖形冗余金屬線和金屬導(dǎo)線，所述輔助圖形冗余金屬線和冗余金屬線的高度小于所述金屬導(dǎo)線的高度。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制作方法，其特征在于，形成冗余金屬槽、輔助圖形冗余金屬槽和金屬導(dǎo)線槽之前，還包括刻蝕所述第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層，以在所述金屬導(dǎo)線槽的對應(yīng)位置形成通孔。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制作方法，其特征在于，所述刻蝕阻擋層的材質(zhì)是碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、鈦、氮化鈦、氧化鈦、鉭、氮化鉭、氧化鉭中的一種或其組合。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層為低k介質(zhì)層。
5.一種半導(dǎo)體器件制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括冗余金屬區(qū)、輔助圖形冗余金屬區(qū)和非冗余金屬區(qū)；在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一介質(zhì)層；在所述冗余金屬區(qū)和輔助圖形冗余金屬區(qū)上的第一介質(zhì)層表面形成刻蝕阻擋層； 在所述第一介質(zhì)層和刻蝕阻擋層上形成第二介質(zhì)層；在所述第二介質(zhì)層上形成硬掩膜層，并刻蝕所述硬掩膜層，以在冗余金屬區(qū)上形成硬掩膜冗余槽，在輔助圖形冗余金屬區(qū)上形成硬掩膜輔助圖形槽，在非冗余金屬區(qū)上形成硬掩膜導(dǎo)線槽；刻蝕所述第二介質(zhì)層、第一介質(zhì)層和刻蝕阻擋層，以形成冗余金屬槽、輔助圖形冗余金屬槽和金屬導(dǎo)線槽，所述刻蝕阻擋層的刻蝕速率小于所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的刻蝕速率，所述輔助圖形冗余金屬槽和冗余金屬槽的深度小于所述金屬導(dǎo)線槽的深度；在所述冗余金屬槽、輔助圖形冗余金屬槽和金屬導(dǎo)線槽內(nèi)以及第二介質(zhì)層上沉積金屬層；進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝直至暴露出所述第二介質(zhì)層的表面，以形成冗余金屬線、輔助圖形冗余金屬線和金屬導(dǎo)線，所述輔助圖形冗余金屬線和冗余金屬線的高度小于所述金屬導(dǎo)線的高度。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件制作方法，其特征在于，形成冗余金屬槽、輔助圖形冗余金屬槽和金屬導(dǎo)線槽之前，還包括刻蝕所述第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層，以在所述金屬導(dǎo)線槽的對應(yīng)位置形成通孔。
7.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件制作方法，其特征在于，所述刻蝕阻擋層的材質(zhì)是碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、鈦、氮化鈦、氧化鈦、鉭、氮化鉭、氧化鉭中的一種或其組合。
8.如權(quán)利要求5至7中任意一項所述的半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層為低k介質(zhì)層。
9.一種半導(dǎo)體器件制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括冗余金屬區(qū)、輔助圖形冗余金屬區(qū)和非冗余金屬區(qū)；在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一介質(zhì)層；在所述冗余金屬區(qū)和輔助圖形冗余金屬區(qū)上的第一介質(zhì)層表面形成第一刻蝕阻擋層；在所述第一介質(zhì)層和第一刻蝕阻擋層上形成第二介質(zhì)層；在所述冗余金屬區(qū)或輔助圖形冗余金屬區(qū)上的第二介質(zhì)層表面形成第二刻蝕阻擋層；在所述第二刻蝕阻擋層和第二介質(zhì)層上形成第三介質(zhì)層；刻蝕所述第三介質(zhì)層、第二刻蝕阻擋層、第二介質(zhì)層、第一介質(zhì)層和第一刻蝕阻擋層， 以形成冗余金屬槽、輔助圖形冗余金屬槽和金屬導(dǎo)線槽，所述第一刻蝕阻擋層和第二刻蝕阻擋層的刻蝕速率小于所述第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層和第三介質(zhì)層的刻蝕速率，所述輔助圖形冗余金屬槽和冗余金屬槽的深度小于所述金屬導(dǎo)線槽的深度，且所述輔助圖形冗余金屬槽的深度與冗余金屬槽的深度不相同；在所述冗余金屬槽、輔助圖形冗余金屬槽和金屬導(dǎo)線槽內(nèi)以及第三介質(zhì)層上沉積金屬層；進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝直至暴露出所述第三介質(zhì)層的表面，以形成冗余金屬線、輔助圖形冗余金屬線和金屬導(dǎo)線，所述輔助圖形冗余金屬線和冗余金屬線的高度小于所述金屬導(dǎo)線的高度。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件制作方法，其特征在于，形成冗余金屬槽、輔助圖形冗余金屬槽和金屬導(dǎo)線槽之前，還包括刻蝕所述第三介質(zhì)層、第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層，以在所述金屬導(dǎo)線槽的對應(yīng)位置形成通孔。
11.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件制作方法，其特征在于，所述第一刻蝕阻擋層和第二刻蝕阻擋層的材質(zhì)是碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、鈦、氮化鈦、氧化鈦、鉭、氮化鉭、氧化鉭中的一種或其組合。
12.如權(quán)利要求9至11中任意一項所述的半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層和第三介質(zhì)層為低k介質(zhì)層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體器件制作方法，使冗余金屬槽和輔助圖形冗余金屬槽的深度小于金屬導(dǎo)線槽的深度，因此最終形成的冗余金屬線和輔助圖形冗余金屬線的高度小于金屬導(dǎo)線的高度，與現(xiàn)有技術(shù)相比減小了冗余金屬線和輔助圖形冗余金屬線的厚度(高度)，可有效地擴(kuò)大光刻工藝窗口并且減少冗余金屬線和輔助圖形冗余金屬線填充引入的金屬層內(nèi)和金屬層間的耦合電容。
文檔編號H01L21/768GK102354681SQ20111033536
公開日2012年2月15日 申請日期2011年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月29日
發(fā)明者毛智彪, 胡友存 申請人:上海華力微電子有限公司