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)點中，由于對于后段銅金屬層工藝的要求越來越高，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，再進行阻擋層和籽銅(Cuseed)的填充工藝；最后，利用化學(xué)機械研磨工藝(Chemical Mechanical Polishing,簡稱CMP)去除多余的銅，進而形成銅布線。
但是，隨著器件尺寸的越來越下，使得位于介質(zhì)層和銅之間的阻擋層的厚度越來越小，當(dāng)對銅進行化學(xué)機械研磨工藝時，很容易發(fā)生因研磨過度而損傷介質(zhì)層，使得介質(zhì)層的厚度差異較大，進而降低器件的性能和穩(wěn)定性。
中國專利(公開號:CN1466190A)公開了一種在半導(dǎo)體裝置內(nèi)形成銅金屬線的方法，主要通過于貫穿孔插塞上覆蓋一緩沖膜來緩沖在后續(xù)制造工藝中所施加的應(yīng)力。該技術(shù)文獻所公開的內(nèi)容并不能解決由于阻擋層變薄而導(dǎo)致后續(xù)的研磨工藝易對介質(zhì)層造成損傷問題，使得介質(zhì)層的厚度不均而降低器件的性能和穩(wěn)定性。
中國專利(申請公布號: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)文獻并沒有公開能夠解決由于阻擋層變薄而導(dǎo)致后續(xù)的研磨工藝易對介質(zhì)層造成損傷問題的相關(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
針對上述存在的問題，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，通過采用硬掩膜層作為平坦化工藝如化學(xué)機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度，而導(dǎo)致介質(zhì)層厚度差異情況的出現(xiàn)，進而提高器件的性能和穩(wěn)定性，以提高產(chǎn)品的良率，同時降低了工藝成本。


圖1-5為實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。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的說明:
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大于金屬層的硬度，且硬掩膜層的楊氏模量也遠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，對金屬層8進行如化學(xué)機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)平坦化工藝由于過度研磨而至上述的剩余的硬掩膜41時，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)明實施例提出一種形成大馬士革銅金屬層的方法，通過在采用硬度和楊氏模量均較大的非晶硅作為硬掩膜，以在進行化學(xué)機械研磨工藝中防止研磨過度對介質(zhì)層的損傷，進而保證了介質(zhì)層厚度的均勻性，且非晶硅利用灰化工藝易去除且無殘留，在提高器件的性能和穩(wěn)定性同時，還降低了工藝成本，增大產(chǎn)品的良率。
通過說明和附圖，給出了具體實施方式
的特定結(jié)構(gòu)的典型實施例，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)有的較佳實施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)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(quán)利要求書應(yīng)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(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認為仍屬本發(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度，而導(dǎo)致介質(zhì)層厚度差異情況的出現(xiàn)，進而提高器件的性能和穩(wěn)定性，以提高產(chǎn)品的良率，同時降低了工藝成本。
文檔編號H01L21/768GK103151303SQ20131008204
公開日2013年6月12日 申請日期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 申請人:上海華力微電子有限公司