[发明专利]钨双大马士革工艺

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，特别涉及一种钨双大马士革工艺。

背景技术

在半导体后道(Back-End-Of-Line，BEOL)以钨作为金属连线大马士革工艺(dual-damascene)中，传统工艺如图1～图5所示，晶圆上包括依次从下到上的下层金属层1、金属覆盖层2、层间介质层3、金属布线槽阻挡层4、上层金属层5，下层金属层1中有填充有金属的金属布线槽，是先由晶圆表面的上层金属层5刻蚀通孔(via)至下层金属覆盖层2，如图1所示；之后再往通孔中填充具有良好填孔性的填充材料6，如Barc(bottom anti-reflection coating，底抵抗反射涂布)技术，以便在之后的上层金属层5中的金属布线槽刻蚀时保护通孔底部下层金属覆盖层2，在后续的上层金属层5中的金属布线槽的光刻步骤前，要对所填填充材料6进行回刻(etch-back)，去除通孔以外区域wafer(晶圆)表面的填充材料，并使通孔中填充材料6停在一定高度(图2中所示为高于金属布线槽阻挡层4)，如图2所示；然后进行上层金属层5中的金属布线槽光刻并刻蚀，如图3所示；最终通孔中填充材料6在上层金属层5中的金属布线槽刻蚀后随光刻胶7一起去除，形成整个双大马士革结构，之后再往通孔和上层金属层5中的金属布线槽中填充钨8，如图4所示；最后通过化学机械抛光(CMP)磨去晶圆表面多余的钨，如图5所示。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种钨双大马士革工艺，能简化工艺，降低工艺成本。

为解决上述技术问题，本发明的钨双大马士革工艺，晶圆上包括依次从下到上的下层金属层、金属覆盖层、层间介质层、金属布线槽阻挡层、上层金属层，下层金属层中有填充有金属的金属布线槽，其特征在于，包括以下步骤：

一.通孔的光刻与刻蚀，通孔由晶圆表面上层金属层至下层金属层中的金属布线槽；

二.在所述通孔中填充钨；

三.上层金属层中的金属布线槽的光刻和钨刻蚀，将上层金属层中的金属布线槽上方的钨去除；

四.上层金属层中的金属布线槽刻蚀，形成上层金属层中的金属布线槽；

五.对通孔和上层金属层中的金属布线槽进行钨填充；

六.钨化学机械抛光，磨去晶圆表面多余的钨。

所述上层金属层中的金属布线槽的刻蚀可以是干法刻蚀或湿法刻蚀。所述上层金属层中的金属布线槽的刻蚀，其刻蚀过程可以分为两个阶段，第一阶段刻蚀工艺，采用对上层金属层介质材料有高选择比的工艺刻蚀钨，并且停留在层间介质层之上，第二阶段刻蚀工艺，采用对钨有高选择比的工艺刻蚀上层金属层介质材料。

本发明的在半导体后道(Back-End-Of-Line，BEOL)金属连线制作的钨双大马士革工艺，是在由晶圆表面上层金属层刻蚀通孔(via)至下层金属层中的金属布线槽之后，往通孔中填充钨，然后直接进行上层金属层中的金属布线槽的光刻和刻蚀，在整个双大马士革结构形成之后，再往通孔和上层金属层中的金属布线槽中填充钨，最后通过化学机械抛光(CMP)磨去晶圆表面多余的钨。本发明的钨双大马士革工艺，利用钨的填孔性和可刻蚀性，直接用钨替代了传统通孔填充材料，作为在刻蚀通孔上面的上层金属层中的金属布线槽时保护通孔底部的下层金属层及其金属覆盖层的材料，保护通孔底部下层金属层的金属覆盖层，省去了传统工艺中在上层金属层中的金属布线槽刻蚀完毕之后去除通孔填充物的过程，简化了整个工艺过程，降低了工艺成本。

附图说明

图1是传统的钨双大马士革工艺通孔刻蚀之后的结构示意图；

图2是传统的钨双大马士革工艺往通孔填充材料并反刻之后的结构示意图；

图3是传统的钨双大马士革工艺金属布线槽光刻并刻蚀之后的结构示意图；

图4是传统的钨双大马士革工艺通孔金属布线槽中填充钨之后的结构示意图；

图5是传统的钨双大马士革工艺钨化学机械抛光之后的结构示意图；

图6是本发明的钨双大马士革工艺流程示意图；

图7是本发明的钨双大马士革工艺通孔刻蚀之后的结构示意图；

图8是本发明的钨双大马士革工艺往通孔填充钨之后的结构示意图；

图9是本发明的钨双大马士革工艺金属布线槽光刻和钨刻蚀之后的结构示意图；

图10是本发明的钨双大马士革工艺金属布线槽刻蚀之后的结构示意图；

图11是本发明的钨双大马士革工艺往金属布线槽填充钨之后的结构示意图；

图12是本发明的钨双大马士革工艺钨化学机械抛光之后的结构示意图。

具体实施方式