專利名稱：一種改善w-cmp后表面平坦性的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子領(lǐng)域，特別是涉及一種W-CMP后表面平坦性方法。
背景技術(shù)：
隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，集成電路的特征尺寸持續(xù)縮小，集成度越來越高， 后道互連(interconnect)普遍采用立體化和多層化布線。同時(shí)，對(duì)于130nm以及以下線寬的IC制造工藝，銅互連具有鋁互連不可比擬的諸多優(yōu)點(diǎn)，成為主流互連技術(shù)。大馬士革(Damascene)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)多層銅金屬互連的必要技術(shù)，包括絕緣介質(zhì)層淀積；連線槽和接觸孔刻蝕；防擴(kuò)散金屬層以及銅籽晶層的淀積；電鍍銅工藝；以及銅的化學(xué)機(jī)械拋光 (Chemical Mechanical Polishing, CMP)等一系列工藝過程。其中，CMP工藝作為唯一能實(shí)現(xiàn)全局平坦化的技術(shù)工藝，是實(shí)現(xiàn)銅互連的關(guān)鍵技術(shù)。但在銅化學(xué)機(jī)械拋光(Cu-CMP)過程中，如圖1所示，因銅連線圖形密度的不均勻，會(huì)在特定區(qū)域，如寬線、圖形密集區(qū)(high density area)，產(chǎn)生碟形凹陷(dishing) 2以及侵蝕 (erosion)缺陷1，影響化學(xué)機(jī)械拋光后(post-CMP)器件表面的平坦性，進(jìn)而影響產(chǎn)品良率和可靠性的提高。另一方面為實(shí)現(xiàn)多層步線，CMP本身也對(duì)表面平坦性提出了較高的要求。 如果平坦化效果不好，則隨著層數(shù)的增加，表面的不平坦度會(huì)累積，在特定區(qū)域可能在后續(xù)形成銅互連時(shí)產(chǎn)生金屬殘留，如池狀(pooling)缺陷或橋接(bridging)等缺陷。為了得到更加平坦的銅化學(xué)機(jī)械拋光后表面，通常是在布線設(shè)計(jì)時(shí)在空白區(qū)域插入冗余圖形(dummy pattern))，來調(diào)節(jié)金屬線的密度，使其在各區(qū)域盡量一致，以此改善金屬表面的平坦性，此方法在互連層的Cu-CMP工藝中取得良好效果。但是，在接觸孔層(一般利用鎢金屬來制作接觸接觸孔層)，由于冗余圖形和接觸孔利用同一次光刻和刻蝕工藝完成，使得冗余圖形和接觸孔的深度一致，即冗余圖形也會(huì)貫穿金屬前絕緣介質(zhì)層(pre-metal dielectric, PMD)，如此一來冗余金屬很容易連接到 MOS器件的閘極(也稱柵極)和有源區(qū)的金屬硅化物而造成對(duì)器件特性的不利影響，為此一般不會(huì)在器件接觸孔(contact)層插入冗余圖形。W-CMP的表面平坦度因此不能通過設(shè)計(jì)上的優(yōu)化得到保障，從而對(duì)后道的互連造成影響。受接觸孔的布局設(shè)計(jì)影響，鎢化學(xué)機(jī)械拋光(W-CMP)后的表面起伏，可高達(dá)1000埃(Angstrom)以上。受到上述表面形貌影響，第一層銅互連在經(jīng)過Cu-CMP后仍有嚴(yán)重的金屬殘留。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改善W-CMP后表面平坦性的制造方法，避免了冗余圖形連接到間極和有源區(qū)的金屬硅化物，或者離間極過近造成不利影響，又可利用冗余圖形的插入，減少各區(qū)域金屬密度差異，改善W-CMP后表面平坦性，避免后續(xù)形成銅互連時(shí)產(chǎn)生金屬殘留。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種改善W-CMP后表面平坦性方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟
提供一襯底，所述襯底中形成有器件；在所述襯底上形成金屬前絕緣介質(zhì)層；通過兩次光刻和刻蝕工藝形成接觸孔和冗余圖形，所述接觸孔貫穿所述金屬前絕緣介質(zhì)層，所述冗余圖形的深度小于所述接觸孔的深度；在所述金屬前絕緣介質(zhì)層上以及接觸孔和冗余圖形中形成鎢金屬層；進(jìn)行鎢化學(xué)機(jī)械拋光工藝，以去除所述金屬前絕緣介質(zhì)層上的鎢金屬層，在所述接觸孔中形成鎢金屬接觸層，并在所述冗余圖形中形成冗余金屬層。在所述的改善W-CMP后平坦性的制造方法中，通過兩次光刻工藝形成接觸孔和冗余圖形，包括進(jìn)行第一次光刻和刻蝕工藝，形成所述接觸孔；進(jìn)行第二次光刻和刻蝕工藝，形成所述冗余圖形。在所述的改善W-CMP后平坦性的制造方法中，通過兩次光刻工藝形成接觸孔和冗余圖形，包括進(jìn)行第一次光刻和刻蝕工藝，形成所述冗余圖形；進(jìn)行第二次光刻和刻蝕工藝，形成所述接觸孔。在所述的改善W-CMP后平坦性的制造方法中，在所述金屬前絕緣介質(zhì)層上以及接觸孔和冗余圖形中形成鎢金屬層之前，還包括在所述金屬前絕緣介質(zhì)層上以及接觸孔和冗余圖形中形成金屬阻擋層。在所述的改善W-CMP后平坦性的制造方法中，所述冗余圖形為圓形或方形。在所述的改善W-CMP后平坦性的制造方法中，所述冗余圖形與所述接觸孔的最小距離大于0. 5 μ m。在所述的改善W-CMP后平坦性的制造方法中，所述冗余圖形的特征尺寸為0. 01 2. 0 μ m0在所述的改善W-CMP后平坦性的制造方法中，所述冗余圖形的深度為
100~1000Ao本發(fā)明提供的改善W-CMP后平坦性的制造方法，通過兩次光刻和刻蝕工藝形成接觸孔和冗余圖形，所述冗余圖形的深度小于所述接觸孔的深度，隨后形成鎢金屬層，并利用鎢化學(xué)機(jī)械拋光(W-CMP)工藝去除金屬前絕緣介質(zhì)層上的鎢金屬層，以在接觸孔中形成鎢金屬接觸層，并在冗余圖形中形成冗余金屬層。這樣既避免了冗余金屬層連接到間極和有源區(qū)的金屬硅化物而造成對(duì)器件特性的不利影響，又利用冗余圖形的插入，減少各區(qū)域金屬密度差，改善了 W-CMP后表面平坦性，避免后續(xù)形成銅互連時(shí)產(chǎn)生金屬殘留和缺陷。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)Cu-CMP后的硅片表面形貌的剖面圖；圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的改善W-CMP后平坦性的制造方法流程圖；圖3 7為本發(fā)明一實(shí)施例的改善W-CMP后表面平坦性的制造方法各步驟中的器件剖面圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。
如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的改善W-CMP后平坦性的方法，包括下列步驟步驟Si，如圖3所示，提供一襯底1，所述襯底1中形成有器件2，本實(shí)施例中所述器件2為CMOS器件，由于發(fā)明并不涉及該部分的改進(jìn)，因此對(duì)該部分并不進(jìn)行詳細(xì)介紹；步驟S2，繼續(xù)參考圖3，在所述襯底1上沉積金屬前絕緣介質(zhì)層(pre-metal dielectric,PMD)薄膜，隨后對(duì)所述金屬前絕緣介質(zhì)層薄膜進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，形成平坦的金屬前絕緣介質(zhì)層3 ；步驟S3，通過兩次光刻和刻蝕工藝形成接觸孔4和冗余圖形5，所述接觸孔4貫穿所述金屬前絕緣介質(zhì)層3，所述冗余圖形5的深度小于所述接觸孔4的深度，S卩，所述冗余圖形5并不貫穿所述金屬前絕緣介質(zhì)層3 ；在本實(shí)施例中，如圖4所示，先進(jìn)行第一次光刻和刻蝕工藝，形成貫穿所述金屬前絕緣介質(zhì)層3的接觸孔4 ；隨后，如圖5所示，進(jìn)行第二次光刻和刻蝕工藝，刻蝕所述金屬前絕緣介質(zhì)層3形成冗余圖形5，所述冗余圖形5并未貫穿金屬前絕緣介質(zhì)層3。其中，相鄰區(qū)域的圖形密度差在2% 50%之間，接觸孔4與冗余圖形5的最小距離D在0. 5 10 μ m之間，冗余圖形5的形狀可為任何幾何圖形，例如圓形或方形。冗余圖形5的特征尺寸與接觸孔4相當(dāng)，在0. 01 2. 0 μ m之間，冗余圖形5的深度為100~1000人之間，使之與器件2的閘極保持一定距離，這樣既可避免冗余金屬層連接到閘極和有源區(qū)的金屬硅化物而造成對(duì)器件特性的不利影響，當(dāng)然上述冗余圖形5的深度也可根據(jù)金屬前絕緣介質(zhì)層3的厚度適當(dāng)變化，只要其并不貫穿金屬前絕緣介質(zhì)層3即不會(huì)連接到閘極和有源區(qū)的金屬硅化物。本發(fā)明中，冗余圖形5的形成與接觸孔4的形成是相對(duì)獨(dú)立完成，冗余圖形5的形成與接觸孔4的形成無先后順序，即，可以先形成冗余圖形5，然后再形成接觸孔4，反之亦可。由于形成冗余圖形5步驟是單獨(dú)制版完成的，這樣既避免了冗余圖形連接到間極和有源區(qū)的金屬硅化物而造成對(duì)器件特性的不利影響，又可利用冗余圖形5的插入減少接觸孔層各區(qū)域金屬密度差，改善了 W-CMP后表面平坦性，避免后續(xù)形成銅互連時(shí)產(chǎn)生金屬殘留和缺陷，如池狀(pooling)缺陷或橋接(bridging)等缺陷。步驟S4，如圖6所示，接著，在所述金屬前絕緣介質(zhì)層3上以及接觸孔4和冗余圖形5中形成鎢金屬層6。進(jìn)一步地，在步驟S4之前，還可在所述金屬前絕緣介質(zhì)層3上以及接觸孔4和冗余圖形5中先形成金屬阻擋層(barrier metal)，以阻擋金屬擴(kuò)散。步驟S5，如圖7所示，進(jìn)行鎢化學(xué)機(jī)械拋光(W-CMP)工藝，以去除金屬前絕緣介質(zhì)層3上多余的鎢金屬層，從而在所述接觸孔4中形成鎢金屬接觸層4’，并在所述冗余圖形5 中形成冗余金屬層5’。需要說明的是，在圖3至圖7中，只是示意性的表示了改善W-CMP后平坦性的制造方法的大致流程，而并未對(duì)器件中公知的結(jié)構(gòu)例如CMOS器件等部分進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)是知曉的。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種改善W-CMP后平坦性的制造方法，其特征在于，包括提供一襯底，所述襯底中形成有器件；在所述襯底上形成金屬前絕緣介質(zhì)層；通過兩次光刻和刻蝕工藝形成接觸孔和冗余圖形，所述接觸孔貫穿所述金屬前絕緣介質(zhì)層，所述冗余圖形的深度小于所述接觸孔的深度；在所述金屬前絕緣介質(zhì)層上以及接觸孔和冗余圖形中形成鎢金屬層；進(jìn)行鎢化學(xué)機(jī)械拋光工藝，以去除所述金屬前絕緣介質(zhì)層上的鎢金屬層，在所述接觸孔中形成鎢金屬接觸層，并在所述冗余圖形中形成冗余金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的改善W-CMP后平坦性的制造方法，其特征在于，通過兩次光刻工藝形成接觸孔和冗余圖形，包括進(jìn)行第一次光刻和刻蝕工藝，形成所述接觸孔；進(jìn)行第二次光刻和刻蝕工藝，形成所述冗余圖形。
3.如權(quán)利要求1所述的改善W-CMP后平坦性的制造方法，其特征在于，通過兩次光刻工藝形成接觸孔和冗余圖形，包括進(jìn)行第一次光刻和刻蝕工藝，形成所述冗余圖形；進(jìn)行第二次光刻和刻蝕工藝，形成所述接觸孔。
4.如權(quán)利要求1所述的改善W-CMP后平坦性的制造方法，其特征在于，在所述金屬前絕緣介質(zhì)層上以及接觸孔和冗余圖形中形成鎢金屬層之前，還包括在所述金屬前絕緣介質(zhì)層上以及接觸孔和冗余圖形中形成金屬阻擋層。
5.如權(quán)利要求1所述的改善W-CMP后平坦性的制造方法，其特征在于，所述冗余圖形為圓形或方形。
6.如權(quán)利要求1所述的改善W-CMP后平坦性的制造方法，其特征在于，所述冗余圖形與所述接觸孔的最小距離大于0. 5 μ m。
7.如權(quán)利要求1所述的改善W-CMP后平坦性的制造方法，其特征在于，所述冗余圖形的特征尺寸為0. 01 2· Ομ 。
8.如權(quán)利要求1所述的改善W-CMP后平坦性的制造方法，其特征在于，所述冗余圖形的深度為100~1000人。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改善W-CMP后平坦性的制造方法，通過兩次光刻和刻蝕工藝形成接觸孔和冗余圖形，所述冗余圖形的深度小于所述接觸孔的深度，隨后形成鎢金屬層，并利用鎢化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除金屬前絕緣介質(zhì)層上的鎢金屬層，以在接觸孔中形成鎢金屬接觸層，并在冗余圖形中形成冗余金屬層。這樣既避免了冗余金屬層連接到閘極和有源區(qū)的金屬硅化物而造成對(duì)器件特性的不利影響，又利用冗余圖形的插入，減少各區(qū)域金屬密度差，改善了W-CMP后表面平坦性，避免后續(xù)形成銅互連時(shí)產(chǎn)生金屬殘留和缺陷。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102543858SQ20121004873
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者同小剛, 左威, 張傳民, 文靜, 方精訓(xùn), 王哲, 鄧鐳 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司