CN102931131A - 一种形成第一铜金属层的方法 - Google Patents

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张文广
陈玉文
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Abstract

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种形成第一铜金属层的方法。本发明提出一种形成第一铜金属层的方法，以非晶碳作为第一铜金属层制备工艺中的研磨工艺的停止层，不仅能保证介质层的厚度不变，且易去除无任何残留，进而提高器件的性能和稳定性。

Description

一种形成第一铜金属层的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种形成第一铜金属层的方法。
背景技术
在45nm及其以下工艺中，目前制备第一铜金属层的工艺中，经常使用非晶碳 (amorphous carbon)作为硬掩膜以刻蚀出第一层金属沟槽，去除上述非晶碳后，再填充氮化钽/钽(TaN/Ta)的阻挡层和籽铜（Cu seed) ，最后进行铜电镀填充，并通过化学机械研磨工艺（chemical mechanical polishing，简称CMP）去除多余的铜，以形成铜布线。
图1-5是本发明背景技术中传统制备第一铜金属层工艺的流程结构示意图；如图1-5所示，在具有底层器件结构的硅片11上，从下至上顺序依次沉积有刻蚀阻挡层12、介电质层13、非晶碳硬掩膜层14和介质抗反射层15后，采用光刻、刻蚀工艺，依次回蚀介质抗反射层15、硬掩膜层14、介电质层13和刻蚀阻挡层12至具有底层器件结构的硅片11的上表面后，于剩余介质层131和剩余刻蚀阻挡层121中形成金属层沟槽16；其中，在进行刻蚀工艺时介质抗反射层15被完全去除，非晶碳硬掩膜层14的表面部分也被部分刻蚀。
继续采用灰化工艺去除剩余非晶碳硬掩膜层141后，沉积氮化钽/钽（TaN/Ta）阻挡层17，以覆盖剩余剩余介电质层131的上表面和第一金属层沟槽16的底部及其侧壁，并继续填充并电镀金属铜18充满第一金属层沟槽16并覆盖阻挡层17的上表面。
最后，采用化学机械研磨工艺（CMP），并以剩余介质层131为停止层，研磨去除多余的铜18和覆盖在剩余介质层131上表面的氮化钽/钽（TaN/Ta）阻挡层17至剩余介质层131的上表面，形成铜布线181；由于随着器件尺寸越来越小，与介质层和铜直接接触的研磨剩余氮化钽/钽(TaN/Ta)的阻挡层就越来越薄，使得进行上述化学机械研磨工艺时的控制就越来越困难，经常会发生因研磨过度而导致剩余介质层131的厚度差异较大的情况，从而影响器件的性能和稳定性。
发明内容
本发明公开了一种形成第一铜金属层的方法，其中，包括以下步骤：
步骤S1：在具有底层器件结构的硅片上，从下至上顺序依次沉积刻蚀阻挡层、介电质层、硬掩膜层和介质抗反射层后，继续光刻、刻蚀工艺，回蚀所述介质抗反射层、硬掩膜层、介电质层和刻蚀阻挡层至所述具有底层器件结构的硅片的上表面，去胶清洗后形成第一金属层沟槽；其中，在刻蚀工艺中所述介质抗反射层被完全去除，所述硬掩膜层的表面部分也被部分刻蚀，且所述硬掩膜层的材质为非晶碳；
步骤S2：沉积阻挡层覆盖剩余硬掩膜层的上表面和所述第一金属层沟槽的底部及其侧壁，并继续填充并电镀金属铜充满所述第一金属层沟槽并覆盖所述阻挡层的上表面；
步骤S3：采用研磨工艺去除多余铜至所述剩余硬掩膜层，并去除所述剩余硬掩膜层。
上述的形成第一铜金属层的方法，其中，所述刻蚀阻挡层的材质为氮化硅或掺氮的碳化硅等。
上述的形成第一铜金属层的方法，其中，所述介电质层的材质为二氧化硅或掺碳的二氧化硅等。
上述的形成第一铜金属层的方法，其中，采用灰化工艺去除所述剩余硬掩膜。
上述的形成第一铜金属层的方法，其中，所述研磨工艺为化学机械研磨工艺。
上述的形成第一铜金属层的方法，其中，所述阻挡层的材质为氮化钽/钽。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种形成第一铜金属层的方法，以非晶碳作为第一铜金属层制备工艺中的研磨工艺的停止层，不仅能保证介质层的厚度不变，且易去除无任何残留，进而提高器件的性能和稳定性。
附图说明
图1-5是本发明背景技术中传统制备第一铜金属层工艺的流程结构示意图；
图6-11是本发明形成第一铜金属层的方法的工艺流程结构示意图。
具体实施方式  
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
图6-11是本发明形成第一铜金属层的方法的工艺流程结构示意图；
如图6-11所示，首先，在具有底层器件结构的硅片21上，从下至上顺序依次沉积材质为氮化硅（SiN）或掺氮的碳化硅（NDC）的刻蚀阻挡层22、材质为二氧化硅（SiO2）或掺碳的二氧化硅等的介电质层23、材质为非晶碳（amorphous carbon）的硬掩膜层24和介质抗反射层（DARC）25后，旋涂光刻胶覆盖介质抗反射层25的上表面，曝光、显影后去除多余光刻胶，形成光阻3，并以该光阻为研磨依次回蚀介质抗反射层25、硬掩膜层24、介电质层23和刻蚀阻挡层22至具有底层器件结构的硅片21的上表面后，采用去胶清洗工艺去除上述光阻3，以形成位于剩余硬掩膜层241、剩余介电质层231和剩余刻蚀阻挡层221中的第一金属层沟槽2；其中，在进行刻蚀工艺时介质抗反射层25被完全去除，硬掩膜层24的表面部分也被部分刻蚀。
其次，沉积材质为氮化钽/钽（TaN/Ta）的阻挡层26，以覆盖剩余硬掩膜层241的上表面和第一金属层沟槽2的底部及其侧壁，并继续填充并电镀金属铜27充满第一金属层沟槽2并覆盖阻挡层26的上表面。
最后，采用化学机械研磨工艺（CMP），并以剩余硬掩膜层241为研磨停止层，研磨去除多余的铜至剩余硬掩膜层241的上表面后，采用灰化工艺去除材质为非晶碳的剩余硬掩膜层241，从而保证了剩余阻挡层261的厚度不变，形成符合工艺需求的第一金属铜层271。由于非晶碳的硬度和杨氏模量较大，当进行化学机械研磨工艺时，剩余硬掩膜层241能有效保护剩余的介电质层231不会因化学机械研磨工艺过度研磨而受到的影响，从而保证制备的半导体器件的性能稳定，且通过采用灰化工艺（ash）去除非晶碳硬掩膜层时无任何残留，不会对后续工艺产生任何影响，即有效解决了因化学机械研磨过度而导致介质层厚度差异较大的问题。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明实施例提出一种形成第一铜金属层的方法，以非晶碳作为第一铜金属层制备工艺中的研磨工艺的停止层，不仅能保证介质层的厚度不变，且易去除无任何残留等特点，不会对后续工艺产生影响，进而提高器件的性能和稳定性，增大了产品良率。
通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (6)

1.一种形成第一铜金属层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：在具有底层器件结构的硅片上，从下至上顺序依次沉积刻蚀阻挡层、介电质层、硬掩膜层和介质抗反射层后，继续光刻、刻蚀工艺，回蚀所述介质抗反射层、硬掩膜层、介电质层和刻蚀阻挡层至所述具有底层器件结构的硅片的上表面，去胶清洗后形成第一金属层沟槽；其中，在刻蚀工艺中所述介质抗反射层被完全去除，所述硬掩膜层的表面部分也被部分刻蚀，且所述硬掩膜层的材质为非晶碳；
步骤S2：沉积阻挡层覆盖剩余硬掩膜层的上表面和所述第一金属层沟槽的底部及其侧壁，并继续填充并电镀金属铜充满所述第一金属层沟槽并覆盖所述阻挡层的上表面；
步骤S3：采用研磨工艺去除多余铜至所述剩余硬掩膜层，并去除所述剩余硬掩膜层。
2.根据权利要求1所述的形成第一铜金属层的方法，其特征在于，所述刻蚀阻挡层的材质为氮化硅或掺氮的碳化硅。
3.根据权利要求1所述的形成第一铜金属层的方法，其特征在于，所述介电质层的材质为二氧化硅或掺碳的二氧化硅。
4.根据权利要求1所述的形成第一铜金属层的方法，其特征在于，采用灰化工艺去除所述剩余硬掩膜。
5.根据权利要求1所述的形成第一铜金属层的方法，其特征在于，所述研磨工艺为化学机械研磨工艺。
6.根据权利要求1所述的形成第一铜金属层的方法，其特征在于，所述阻挡层的材质为氮化钽/钽。
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