[发明专利]铜互联线大马士革技术中减少铜凹陷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，尤其涉及一种铜互联线大马士革技术中减少铜凹陷的方法。

背景技术

随着集成电路特征尺寸的缩少，工作频率的提高，人们开始在芯片制造中使用电阻率更小的铜来代替铝作为金属互联线。但由于铜互联线不能使用干刻蚀技术，所以主要通过化学机械平坦化(CMP)技术来去除多余的铜，以形成导线。

在CMP技术中，晶圆通过晶圆承载结构(Polish Head)被压在盛有研磨液(Slurry)的抛光垫上。晶圆在压力、相对速度、温度等可控的条件下相对抛光垫运动。研磨液中的化学物质氧化和刻蚀晶圆表面，而研磨液中悬浮的颗粒通过机械方式对晶圆表面进行抛光。在这两种方式的共同作用下去除晶圆表面的物质，获得所需的平坦表面。

大马士革铜技术，通过先制作基底，然后在基底中形成线路凹槽(线槽)，通过淀积，电镀等方式在线槽及基底上方覆盖阻挡层和铜层，最后通过化学机械平坦化方式去除多余的铜层，保留在线槽内的铜层即为期望获得的互连线。

CMP碟形缺陷(CMP Dishing Defect)：在电镀形成铜层的过程中，线槽内的铜层和线槽外基底上的铜层会形成明显高度差，这在化学机械平坦化去除氧化层上多余铜的过程中也会对线槽内的铜层有一定的去除速度。这样在线槽外基底上的铜层去除干净后，线槽内的铜层也会有一定量的铜被去除。这就是CMP碟形缺陷。

图1到图5以剖面图的形式描述了现有的铜互连线大马士革制造技术步骤以及现有技术下碟形缺陷形成的过程。

如图1所示，提供一基底，所述基底依次包括为衬底12(或者为中间金属互联层)、氮化物层22以及氧化物层23。

使用常规的光刻和刻蚀技术，在氧化物层23上定义图案，并选择蚀刻去除部分氮化物层22和氧化物层23，形成金属互连所需要的线槽，并在基底表面沉积形成阻挡层24，所述阻挡层24覆盖基底中线槽的底面和侧面，并覆盖线槽外基底的表面，形成如图2所示结构。

如图3所示，在阻挡层24上利用电镀方法形成铜层25，铜层25的厚度等于或大于线槽的深度，将线槽完全填充。

接着，利用化学机械平坦化对铜层25进行抛光，抛光分为两个阶段：第一阶段，进行铜层的化学机械平坦化，如图4所示，去除阻挡层24上多余的铜层25，停止于阻挡层24；第二阶段，对阻挡层24的化学机械平坦化，如图5所示，去除线槽外氧化物层23上多余的阻挡层204，停止于氧化物层23界面，最终得到图5所示的最后铜镶嵌互联线结构。

如图5所示，现有技术中，在铜层25进行第一次化学机械平坦化的过层中，线槽内的铜层25也同样会被抛光。由于CMP的图形效应使得线槽内铜层25的抛光去除速率要大于位于线槽外阻挡层24上方的铜层25的速率。由于该去除速率的存在，会造成线槽外阻挡层24上方的铜层25在去除干净后，线槽内的铜层25的高度会低于两侧氧化物层23的厚度。在铜层25与氧化物层23之间形成高度差，形成铜凹陷30，其高度差即是铜化学机械平坦化所描述的碟形缺陷。相对于整个晶圆，线槽的深度和宽度以及去除率的均匀性等对铜凹陷30都有一定的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种新的减少铜凹陷的铜互联线大马士革技术的工艺方法。

为解决上述问题，本发明提供一种铜互联线大马士革技术中减少铜凹陷的方法，包括以下步骤：提供一基底，所述基底中形成有线槽，在所述基底表面依次覆盖有阻挡层和铜层；在所述铜层上方形成一保护层；利用光刻和刻蚀工艺，去除位于所述线槽外铜层上方的保护层，保留位于线槽中铜层上方的保护层；进行第一次化学机械平坦化，去除位于所述线槽外的铜层；进行第二次化学机械平坦化，去除位于所述线槽外的阻挡层和剩余的保护层。

进一步的，所述线槽中铜层的厚度大于等于线槽的深度，相差0～300埃。

进一步的，所述保护层的材料为硅氧化物、硅氮化物或上述二者的组合物。

进一步的，所述保护层采用化学气相沉积法形成。

进一步的，所述保护层的厚度为100埃～300埃。

进一步的，去除位于所述线槽外铜层上方的保护层步骤中，所述刻蚀工艺为各向异性刻蚀。

综上所述，本发明所述工艺方法通过在线槽内的铜层上设置一层保护层，该保护层在化学机械平坦化过程中的研磨率远小于铜，从而在第一化学机械平坦化过程中，线槽外的铜层被研磨去除，线槽内的铜层能够得到保护，该保护层在第二次化学机械平坦化时被去除，从而获得无铜凹陷的铜互联线大马士革结构。

附图说明