专利名称：一种铜大马士革结构的形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路制造领域，尤其涉及一种铜大马士革结构的形成方法。
背景技术：
随着半导体集成电路尺寸的不断减小，为了减少集成电路的信号串扰以及RC延迟，在半导体芯片制造行业，常使用电阻率更小的铜来替代铝作为金属互连线。但由于铜互连线不能使用干刻蚀技术，所以，通常采用化学机械平坦化(Chemical MechanicalPlanarization,简称CMP)方法来去除多余的铜，以形成铜互连线。
目前，通过CMP工艺平坦化铜的过程中，常采用一种同时去除阻挡层和介电质抗反射涂层的研磨液。然而，在去除过程中，由于晶圆的片内均匀性的差异和常用的阻挡层研磨液不能对层间介电质和介电质抗反射涂层有好的选择比，会导致铜大马士革结构下层的层间介电质被过研磨，导致介电质损失。现有技术中铜大马士革结构的形成方法，是通过先制作衬底。然后，在层间介电质中形成金属互连线沟槽。之后，通过淀积、电镀等方式在金属互连线沟槽及衬底上自下而上依次淀积阻挡层和铜金属。最后，通过化学机械平坦化工艺去除多余的铜金属和阻挡层，就得到铜金属互连线。其具体步骤如下
步骤一，如图I所示，在衬底102上，通过等离子体增强化学气相淀积工艺，自下而上依次淀积一层层间介电质202和介电质抗反射涂层203。一般地，介电质抗反射涂层303是以薄层的形式被淀积在层间介电质层202上，根据工艺要求厚度可为600A-1200A。其中，层间介电质202的材料是硅氧化物，介电质抗反射涂层203的材料是硅氮氧化物，进一步地，所述介电质抗反射涂层203的材料可以为Si0N、TE0S。然后，在介电质抗反射涂层203上，通过涂布方式形成光刻胶204，并采用光刻技术在光刻胶204上方形成图形。步骤二，如图2所示，通过等离子刻蚀工艺，自上而下依次对介电质抗反射涂层203和层间介电质202进行干法刻蚀，将光刻胶204上定义出来的图形转移到层间介质层202上，形成金属互连线沟槽。然后，通过去胶工艺去除多余的光刻胶204，清洗后如图3所
/Jn ο步骤三，如图4所示，在介电质抗反射涂层203和层间介电质202上，通过物理气相淀积工艺，淀积阻挡层205。其中，阻挡层205的材料是钽/钽氮化物或者钛/钛氮化物。然后，如图5所示，在阻挡层205上，通过电化学镀铜工艺形成铜金属206。步骤四，如图6所示，通过化学机械平坦化工艺去除多余的铜金属。然后，再通过化学机械研磨中的阻挡层抛光工艺，自上而下依次将层间介电质202上的阻挡层205和介电质抗反射涂层203去除干净，形成所需的铜大马士革结构。在现有技术铜大马士革结构的形成方法中，常采用一种可以同时去除阻挡层和介电质抗反射涂层的研磨液。然而，化学机械研磨的阻挡层抛光液，对层间介电质和介电质抗反射涂层没有较好的抛光选择比。所以在化学机械抛光过程中会造成层间介电质损失207，如图7所示。由于层间介电质的损失，引起层间介电质中的铜金属互连线厚度减小，造成晶圆的电阻率偏高，漏电性能差等电学缺陷。因此，在化学机械抛光过程中，如何减少铜大马士革结构中的层间介电质损失，以提高晶圆电学性能的可控性和稳定性，是目前业界急需解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的为，针对上述问题，提出了一种铜大马士革结构的形成方法，该方法通过在层间介电质上淀积一层牺牲层来代替原有的介电质抗反射涂层，从而能减少铜大马士革结构中的层间介电质的损失，提高晶圆电学性能的可控性和稳定性。为达成上述目的，本发明提供了一种铜大马士革结构的形成方法，所述的方法包括如下步骤
步骤Si:在衬底上，依序形成层间介电质、牺牲层和光刻胶，并图形化所述光刻胶，其 中，所述牺牲层的材料是氮化硅或者氮化硅与钽、钽氮化物、钛、钛氮化物中一种或几种物质的组合；
步骤S2 :以图形化的光刻胶为掩膜，依序刻蚀所述牺牲层和层间介电质，以在所述层间介电质中形成金属互连线沟槽；
步骤S3 :于所述金属互连线沟槽内淀积阻挡层，填充铜金属，以形成金属互连线；
步骤S4 :通过化学机械平坦化工艺，去除多余的铜、阻挡层和牺牲层，最终形成铜大马士革结构。优选地，所述层间介电质是通过化学气相淀积工艺形成的，其中，所述层间介电质的材料是硅氧化物。优选地，所述牺牲层通过物理和化学气相淀积工艺形成的。优选地，所述牺牲层中钽、钽氮化物、钛、钛氮化物中一种或几种物质的厚度为200埃-400埃。优选地，所述牺牲层中氮化硅的厚度为150埃-200埃。优选地，所述图形化所述光刻胶是通过光刻实现的。优选地，所述刻蚀牺牲层和层间介电质是通过等离子刻蚀工艺进行刻蚀的。优选地，所述阻挡层是通过物理气相沉积工艺形成的，其中，所述阻挡层的材料是钽/钽氮化物或者钛/钛氮化物；所述金属互连线是通过电化学镀铜工艺形成的。优选地，所述阻挡层和牺牲层的去除，是采用对硅氧化物去除选择比大的阻挡层抛光液进行抛光的。从上述技术方案可以看出，本发明的一种铜大马士革结构的形成方法，在层间介电质上淀积一层牺牲层来代替原有的介电质抗反射涂层。既能减少光刻胶的驻波效应，提高光刻性能；又能作为蚀刻工艺中的牺牲层，减少铜大马士革结构中的层间介电质的损失，使得金属互连线的厚度增加并且稳定可控，提高了晶圆电学性能的可控性和稳定性。
图f 7为现有技术中铜大马士革结构的形成方法的具体步骤示意 图8为本发明铜大马士革结构的形成方法的一个较佳实施例的流程示意图；图9 15为本发明铜大马士革结构的形成方法的具体步骤示意图。
具体实施例方式体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的示例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。上述及其它技术特征和有益效果，将结合实施例及附图8-15对本发明铜大马士革结构的形成方法进行详细说明。现结合附图8-15，通过一个具体实施例对本发明铜大马士革结构的形成方法进行逐步详细说明。 图8为本发明铜大马士革结构的形成方法的一个较佳实施例的流程示意图。在本实施例中，铜大马士革结构的形成方法包括步骤Sf S4，步骤Sf S4分别通过附图扩15，以说明本发明图8所述的形成方法具体步骤时所形成的结构。请参阅图8，如图所示，在本发明的该实施例中，铜大马士革结构的形成方法包括如下步骤
步骤SI :请参阅图9，在衬底102上，通过化学气相淀积工艺淀积一层层间介电质202，在本实施例中，层间介电质202的材料是硅氧化物；此衬底102可以是铜大马士革结构中互连通孔部分，也可以是下层金属互连层，其包括金属互连线和金属互连线间介质。然后，在层间介电质202上，通过物理和化学气相淀积工艺形成牺牲层212，进一步地，牺牲层212的材料是氮化硅或者氮化硅与钽、钽氮化物、钛、钛氮化物中一种或几种物质的组合，具体的，牺牲层212的材料可以是氮化硅、或者钽和氮化硅、或者钽氮化物和氮化硅、或者钛和氮化硅、或者钛氮化物和氮化硅、或者钽、钽氮化物和氮化硅、或者钽、钛和氮化硅、或者钽、钛氮化物和氮化硅、或者钽氮化物、钛和氮化硅、或者钽氮化物、钛氮化物和氮化硅、或者钛、钛氮化物和氮化硅、或者钽、钽氮化物、钛和氮化硅、或者钽、钽氮化物、钛氮化物和氮化硅、或者钽氮化物、钛、钛氮化物和氮化硅、或者钽、钽氮化物、钛、钛氮化物和氮化硅等。优选地，在所述牺牲层212中，所述氮化硅位于所述钽、钽氮化物、钛、钛氮化物中一种或几种物质之上。在本实施例中，该牺牲层212材料中的钽、钽氮化物、钛、钛氮化物中一种或几种物质是通过物理气相沉积工艺形成的，优选地，该牺牲层212中钽、钽氮化物、钛、钛氮化物中一种或几种物质的总厚度为200埃-400埃；该牺牲层212材料中的氮化硅是通过化学气相沉积工艺形成的，优选地，该牺牲层212中氮化硅的厚度为150埃-200埃。之后，在牺牲层212上，通过涂布方式形成光刻胶204，进一步地，光刻胶204完全覆盖于牺牲层212表面，并通过光刻技术形成具有图形化的光刻胶204。其中，牺牲层212能减少光刻胶204的驻波效应，提高光刻性能。步骤S2 :请参阅图10和11，如图10所示，以图形化的光刻胶204为掩膜，通过等离子刻蚀工艺对牺牲层212和层间介电质202进行干法刻蚀，将光刻胶204上定义出来的图形转移到层间介电质202上，形成了位于层间介质202中的金属互连线沟槽。再通过去胶工艺将多余的光刻胶204去除，清洗后获得如图11所示的结构。步骤S3 :请参阅图12和13，如图12所示，在层间介电质202中的金属互连线沟槽和牺牲层212上，通过物理气相淀积工艺沉积阻挡层205，使得阻挡层205完全覆盖于层间介电质202中的金属互连线沟槽内的壁面，以阻止金属铜扩散进层间介电质202中。进一步地，阻挡层205的材料是钽/钽氮化物或者钛/钛氮化物。然后，如图13所示，通过电化学镀铜工艺将铜镀在阻挡层205表面，使层间介电质202中的金属互连线沟槽内完全填充铜金属，形成位于阻挡层205上的金属互连线206，使得铜大马士革结构通过金属互连线进行线路的导通。步骤S4:请参阅图14和15，如图14所示，通过化学机械研磨中的铜抛光工艺，将阻挡层205表面上的多余的铜金属去除，即将层间介电质202上方的阻挡层205表面的铜金属进行去除，进一步地，使铜抛光工艺进行到阻挡层205表面时停止。然后，如图15所示，通过化学机械研磨工艺对阻挡层205进行抛光，其中，还包括 位于层间介电质中金属互连线沟槽内的部分铜金属的去除。进一步地，化学机械研磨工艺中，采用的是对硅氧化物去除选择比大的阻挡层抛光液进行抛光的。之后，对牺牲层212进行化学机械研磨工艺，其中，还包括位于层间介电质202中金属互连线沟槽内的部分铜金属和一小部分阻挡层205的去除。进一步地，化学机械研磨工艺中所选的阻挡层抛光液，能完全去除层间介电质202上的牺牲层212，而对层间介电质202的抛光速率几乎为0，因此在化学机械抛光过程基本不会造成层间介电质202的损失，使得层间介电质202中金属互连线206的厚度增加并且稳定可控，从而提高了晶圆电学性能的可控性和稳定性。最终，形成了铜大马士革结构。综上所述，通过本发明的方法，在层间介电质上淀积一层牺牲层来代替原有的介电质抗反射涂层，既能减少光刻胶的驻波效应，提高光刻性能；又能作为蚀刻工艺中的牺牲层，减少铜大马士革结构中层间介电质的损失，使得金属互连线的厚度增加并且稳定可控，提高了晶圆电学性能的可控性和稳定性。以上所述的仅为本发明的实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种铜大马士革结构的形成方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤 步骤SI :在衬底上，依序形成层间介电质、牺牲层和光刻胶，并图形化所述光刻胶，其中，所述牺牲层的材料是氮化硅或者氮化硅与钽、钽氮化物、钛、钛氮化物中一种或几种物质的组合； 步骤S2 :以图形化的光刻胶为掩膜，依序刻蚀所述牺牲层和层间介电质，以在所述层间介电质中形成金属互连线沟槽； 步骤S3 :于所述金属互连线沟槽内淀积阻挡层，填充铜金属，以形成金属互连线； 步骤S4 :通过化学机械平坦化工艺，去除多余的铜、阻挡层和牺牲层，最终形成铜大马士革结构。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述层间介电质是通过化学气相淀积工艺形成的，其中，所述层间介电质的材料是硅氧化物。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述牺牲层通过物理和化学气相淀积工艺形成的。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述牺牲层中钽、钽氮化物、钛、钛氮化物中一种或几种物质的总厚度为200埃-400埃。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述牺牲层中氮化硅的厚度为150埃-200埃。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述图形化所述光刻胶是通过光刻实现的。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述刻蚀牺牲层和层间介电质是通过等离子刻蚀工艺进行刻蚀的。
8.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述阻挡层是通过物理气相沉积工艺形成的，其中，所述阻挡层的材料是钽/钽氮化物或者钛/钛氮化物；所述金属互连线是通过电化学镀铜工艺形成的。
9.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述阻挡层和牺牲层的去除，是采用对硅氧化物去除选择比大的阻挡层抛光液进行抛光的。
全文摘要
本发明提供一种铜大马士革结构的形成方法，其包括在衬底上，沉积层间介电质和牺牲层，并图形化所述光刻胶；以图形化的光刻胶为掩膜，刻蚀所述牺牲层和层间介电质，形成金属互连线沟槽；于所述沟槽内，依序淀积阻挡层和金属互连线；通过化学机械平坦化工艺，去除多余的铜、阻挡层和牺牲层，最终形成铜大马士革结构。因此，通过本发明的方法，在层间介电质上淀积一层牺牲层来代替原有的介电质抗反射涂层，既能减少光刻胶的驻波效应，提高光刻性能；又能作为蚀刻工艺中的牺牲层，减少铜大马士革结构中的层间介电质的损失，使得金属互连线的厚度增加并且稳定可控，提高了晶圆电学性能的可控性和稳定性。
文档编号H01L21/768GK102969274SQ20121043090
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月1日 优先权日2012年11月1日
发明者黄仁东 申请人:上海集成电路研发中心有限公司