專利名稱：一種利用銅選擇性淀積的大馬士革工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造工藝領(lǐng)域，尤其是有關(guān)一種在半導(dǎo)體表面利用銅選擇性淀積的大馬士革工藝。
背景技術(shù)：
隨著集成電路制造技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體芯片的特征線寬不斷縮小，目前先進(jìn)的CMOS生產(chǎn)工藝已經(jīng)達(dá)到0.13um的水平。同時(shí)，隨著芯片內(nèi)的晶體管數(shù)不斷增加，功能越來(lái)越強(qiáng)，芯片的金屬連線在越來(lái)越細(xì)的同時(shí)，層次越來(lái)越多。這就便利由連線電阻和連線間介質(zhì)層電容產(chǎn)生的RC延遲對(duì)芯片速度的影響越來(lái)越大，甚至超過(guò)了決定晶體管本身速度的柵延遲。因此，設(shè)法減少連線電阻及降低連線間電容，已成為進(jìn)一步提高芯片速度的關(guān)鍵。
長(zhǎng)期以來(lái)，鋁一直是主要的連線材料。在一般的亞微米及深亞微米技術(shù)中，淀積的鋁膜經(jīng)過(guò)光刻、刻蝕后形成的鋁條組成了同一層的金屬布線。相鄰兩層的鋁條，則由填充鎢的通孔連接。在130nm及以下的半導(dǎo)體工藝中，為降低電阻-電容延遲(RC delay)，銅將完全取代鋁而成為半導(dǎo)體元件中互連線的導(dǎo)電材料。與鋁相比，銅的電阻系數(shù)小，熔點(diǎn)高，抗電致遷移(anti electromigration)能力強(qiáng)，且能承載更高的電流密度。因?yàn)榭勺龅酶?xì)，采用銅制程還可降低電容和功耗(power dissipation)，并可提高元件的封裝密度(packing density)。
因銅難以被刻蝕，大馬士革(damascene)工藝在銅制程中被普遍使用先在介電層上開(kāi)出互連線溝槽和栓塞孔，通過(guò)電鍍(electroplating)或化學(xué)鍍使銅在開(kāi)槽處淀積銅，再利用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)將過(guò)填的銅磨去。為防止銅向介電材料的擴(kuò)散，所以在采用銅連線技術(shù)時(shí)，在銅和介電材料如二氧化硅(SiO2)之間，需要淀積一層導(dǎo)電性能好的擴(kuò)散阻擋層(diffusion barrier)以防止銅向介質(zhì)中的擴(kuò)散造成元件短路和漏電。阻擋層同時(shí)能提高銅與介電材料的附著力。
在現(xiàn)有技術(shù)的銅淀積工藝中，一般采用如下步驟，請(qǐng)參閱圖1所示，第一步，先淀積介電層，接著淀積一層刻蝕終止層或/和一層CMP終止層，如氮化硅(SiN)或碳氧化硅(SiCO)；第二步，對(duì)淀積的介電層進(jìn)行刻蝕，開(kāi)出連線溝槽和栓塞孔；第三步，通過(guò)物理氣相沉淀(physical vapordeposition，PVD)淀積擴(kuò)散阻擋層(diffusion barrier)和銅籽晶層(CuSeed)；第四步，通過(guò)電鍍(electroplating)或化學(xué)鍍(chemical plating)進(jìn)行銅淀積；第五步，過(guò)填的銅和未開(kāi)槽區(qū)域的銅籽晶及擴(kuò)散阻擋層用CMP的方法去除和平整。
然而，在現(xiàn)有的后道大馬士革工藝中，由于銅淀積無(wú)選擇性，除連線溝槽和栓塞孔必須被填滿外，在未開(kāi)槽區(qū)也會(huì)淀積上很厚的主體銅。這部分未開(kāi)槽區(qū)的主體銅及銅籽晶層和擴(kuò)散阻擋層在接下來(lái)的CMP過(guò)程中必須通過(guò)過(guò)磨(over-polishing)以保證它們干凈徹底的除去。銅連線表面的凹陷(dishing)也因過(guò)磨而無(wú)法避免。一般通過(guò)CMP工藝參數(shù)調(diào)節(jié)，甚至是CMP研磨液，研磨墊的調(diào)整，能在一定程度上改善銅凹陷。但往往也會(huì)帶來(lái)金屬殘余，研磨速率下降等副面作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用銅選擇性淀積的大馬士革工藝，其僅在介電層的連線溝槽和栓塞孔上進(jìn)行銅淀積，從而避免在后道工藝中銅過(guò)磨所造成的凹陷。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種利用銅選擇性淀積的大馬士革工藝，其特征在于在淀積擴(kuò)散阻擋層和銅籽晶層后包括以下步驟，首先，淀積易揮發(fā)或可濕法去除的有機(jī)材料；接著，將過(guò)填的材料和未開(kāi)槽區(qū)域的銅籽晶層及擴(kuò)散阻擋層去除；然后，去除上述有機(jī)材料；然后，在溝槽及栓塞孔中進(jìn)行銅淀積；最后，對(duì)突起的銅進(jìn)行去除。
本發(fā)明還具有以下特征所述有機(jī)材料為旋涂抗反射層；所述將過(guò)填的材料和未開(kāi)槽區(qū)域的銅籽晶層及擴(kuò)散阻擋層去除使用化學(xué)機(jī)械研磨方式去除；所述去除有機(jī)材料使用烘烤揮發(fā)或濕法去除；所述銅淀積使用化學(xué)方法淀積；所述對(duì)突起的銅使用高選擇性的銅化學(xué)機(jī)械研磨液進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨去除。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是由于在銅淀積之前，回填一種有機(jī)材料以保護(hù)開(kāi)槽處的銅籽晶層和擴(kuò)散阻擋層，再利用CMP磨去除過(guò)填的有機(jī)材料及未開(kāi)槽區(qū)域銅晶種層和阻擋層，清除開(kāi)槽處的有機(jī)材料。在隨后的銅淀積工藝中，因?yàn)槲撮_(kāi)槽區(qū)域沒(méi)有銅籽晶層，銅只會(huì)選擇性地在開(kāi)槽處淀積。這樣大大減小了接下來(lái)的銅的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的研磨量和所需的機(jī)械強(qiáng)度，且無(wú)需過(guò)研磨。從而使CMP后銅的凹陷最小化，并使表面平坦度得到提高。研磨量的減少和CMP機(jī)械強(qiáng)度的降低還會(huì)使與CMP相關(guān)的缺陷下降。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的銅淀積的大馬士革工藝的流程圖，其使用圖形的方式顯示現(xiàn)有技術(shù)中大馬士革工藝的工藝流程及在各個(gè)工藝流程之后的產(chǎn)品示意圖。
圖2為本發(fā)明的一種利用銅選擇性淀積的大馬士革工藝的流程圖，其使用圖形的方式顯示本發(fā)明的一種利用銅選擇性淀積的大馬士革工藝的工藝流程圖及在各個(gè)工藝之后的產(chǎn)品示意圖，因?yàn)榍叭齻€(gè)步驟與現(xiàn)有技術(shù)相同，在本圖中僅顯示第四步至第八步的圖示。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
請(qǐng)參閱圖2所示，其使用圖形的方式顯示本發(fā)明的一種利用銅選擇性淀積的大馬士革工藝的工藝流程圖及在各個(gè)工藝之后的產(chǎn)品示意圖。首先，與現(xiàn)有技術(shù)中的步驟一樣，先淀積介電層，接著淀積一層刻蝕終止層或/和一層CMP終止層，如氮化硅(SiN)或碳氧化硅(SiCO)；第二步，對(duì)淀積的介電層進(jìn)行刻蝕，開(kāi)出連線溝槽和栓塞孔；第三步，通過(guò)物理氣相沉淀(physical vapor deposition，PVD)淀積擴(kuò)散阻擋層(diffusion barrier)和銅籽晶層(Cu Seed)；第四步的工藝與現(xiàn)有技術(shù)不同，其在上述擴(kuò)散阻擋層與銅籽晶層之上再淀積易揮發(fā)或可濕法清除的有機(jī)材料，這種材料經(jīng)烘烤后要有一定的機(jī)械強(qiáng)度，可經(jīng)受至少低強(qiáng)度的研磨，在本實(shí)施例中，上述有機(jī)材料為旋涂(Spin-on)抗反射層(Barc)；第五步，過(guò)填的有機(jī)材料(在本實(shí)施例中為Barc)和未開(kāi)槽區(qū)域的銅籽晶及擴(kuò)散阻擋層用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)方法去除，在此步要將未開(kāi)槽區(qū)域的銅籽晶和阻擋層的完全清除；第六步，通過(guò)烘烤揮發(fā)或濕法去除方式將在連線溝槽和栓塞孔中的有機(jī)材料去除；第七步，即通過(guò)化學(xué)方法進(jìn)行銅淀積，因此只連線溝槽及栓塞孔處具有擴(kuò)散阻擋層及銅籽晶層，所以銅只淀積在上述連線溝槽和銅籽晶層中；第八步，最后利用高選擇性的銅化學(xué)機(jī)械研磨液(Cu CMPslurry)，對(duì)第7步淀積后突起的銅進(jìn)行研磨，使之平坦，因?yàn)闊o(wú)需過(guò)磨，所以可使銅的凹陷最小化。
綜上所述，本發(fā)明完成了發(fā)明人的發(fā)明目的，通過(guò)在銅淀積之前，回填一種有機(jī)材料以保護(hù)開(kāi)槽處的銅籽晶層和擴(kuò)散阻擋層，再利用CMP磨去除未開(kāi)槽區(qū)域過(guò)填的有機(jī)材料及銅晶種層和阻擋層，清除開(kāi)槽處的有機(jī)材料。在隨后的銅淀積工藝中，因?yàn)槲撮_(kāi)槽區(qū)域沒(méi)有銅籽晶層，銅只會(huì)選擇性地在開(kāi)槽處淀積。這樣大大減小了接下來(lái)的銅的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的研磨量和所需的機(jī)械強(qiáng)度，且無(wú)需過(guò)研磨。從而使CMP后銅的凹陷最小化，并使表面平坦度得到提高。研磨量的減少和CMP機(jī)械強(qiáng)度的降低還會(huì)使與CMP相關(guān)的缺陷下降。
權(quán)利要求
1.一種利用銅選擇性淀積的大馬士革工藝，其特征在于在淀積擴(kuò)散阻擋層和銅籽晶層后包括以下步驟，首先，淀積易揮發(fā)或可濕法去除的有機(jī)材料；接著，將過(guò)填的材料和未開(kāi)槽區(qū)域的銅籽晶層及擴(kuò)散阻擋層去除；然后，去除上述有機(jī)材料；然后，在溝槽及栓塞孔中進(jìn)行銅淀積；最后，對(duì)突起的銅進(jìn)行去除。
2.如權(quán)利要求1所述的利用銅選擇性淀積的大馬士革工藝，其特征在于在淀積擴(kuò)散阻擋層和銅籽晶層前還具有淀積介電層和刻蝕終止層/CMP終止層的步驟及對(duì)淀積的介電層進(jìn)行刻蝕的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的利用銅選擇性淀積的大馬士革工藝，其特征在于所述有機(jī)材料為旋涂抗反射層。
4.如權(quán)利要求1所述的利用銅選擇性淀積的大馬士革工藝，其特征在于所述將過(guò)填的材料和未開(kāi)槽區(qū)域的銅籽晶層及擴(kuò)散阻擋層去除使用化學(xué)機(jī)械拋光方式去除。
5.如權(quán)利要求1所述的利用銅選擇性淀積的大馬士革工藝，其特征在于所述去除有機(jī)材料使用烘烤揮發(fā)或濕法去除。
6.如權(quán)利要求1所述的利用銅選擇性淀積的大馬士革工藝，其特征在于所述銅淀積使用化學(xué)方法淀積。
7.如權(quán)利要求1所述的利用銅選擇性淀積的大馬士革工藝，其特征在于所述對(duì)突起的銅進(jìn)行去除使用化學(xué)機(jī)械拋光方式去除。
8.如權(quán)利要求7所述的利用銅選擇性淀積的大馬士革工藝，其特征在于所述化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)使用高選擇性的銅化學(xué)機(jī)械研磨液。
全文摘要
本發(fā)明有關(guān)一種利用銅選擇性淀積的大馬士革工藝，在淀積擴(kuò)散阻擋層和銅籽晶層后包括以下步驟，首先，淀積易揮發(fā)或可濕法去除的有機(jī)材料；接著，將過(guò)填的材料和未開(kāi)槽區(qū)域的銅籽晶層及擴(kuò)散阻擋層去除；然后，去除上述有機(jī)材料；然后，在溝槽及栓塞孔中進(jìn)行銅淀積；最后，對(duì)突起的銅進(jìn)行去除。由于采用本方法，大大減小了銅的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的研磨量和所需的機(jī)械強(qiáng)度，且無(wú)需過(guò)研磨。從而使CMP后銅的凹陷最小化，并使表面平坦度得到提高。研磨量的減少和CMP機(jī)械強(qiáng)度的降低還會(huì)使與CMP相關(guān)的缺陷下降。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1855420SQ20051002545
公開(kāi)日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2005年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月27日
發(fā)明者方精訓(xùn), 繆炳有, 朱駿, 朱建軍 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司