[发明专利]一种形成金属互连结构的方法

说明书

本发明提供了一种形成金属互连结构的方法，包括：提供半导体衬底以及低K介电层、氧化物硬掩膜层和金属硬掩膜层，所述低K介电层、氧化物硬掩膜层和金属硬掩膜层中形成有沟槽，所述沟槽中和所述金属硬掩膜层上形成有扩散阻挡层和金属层；执行第一化学机械研磨以去除所述沟槽外的金属层，并停止于所述扩散阻挡层；执行第二化学机械研磨以去除所述沟槽外的扩散阻挡层，并停止于所述金属硬掩膜层；刻蚀去除所述金属硬掩膜层，以露出所述氧化物硬掩膜层；执行第三化学机械研磨以去除所述氧化物硬掩膜层，形成所述金属互连结构。本发明的形成金属互连结构的方法减小了最终研磨得到的晶圆表面的不同位置处的厚度差异。

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，特别涉及一种形成金属互连结构的方法。

背景技术

在形成金属互连结构(如铜的互连结构)时，通常要通过化学机械研磨(CMP)工艺去除沟槽之外的多余的铜和阻挡层等膜层，直至研磨至低K介电层，露出沟槽内的金属，形成金属布线为至。

目前，在65nm及其以下的技术节点中，由于对于铜金属层工艺的要求越来越高，栈多层(Line stack multi-layers)的后段变得更加复杂，通常包括扩散阻挡层、金属硬掩膜层、氧化物硬掩膜层等多种薄膜材料层，而在形成铜互连结构时，需要研磨除去这样的多个薄膜材料层的堆栈，这给控制CMP工艺后得到的晶圆表面不同位置处，特别是不同位置处的低K介电层以及沟槽内的铜的厚度差异带来了巨大的挑战。因为这些多个薄膜材料层的堆栈意味着更多的厚度差异的来源，在研磨过程中会引入更多影响最终得到的晶圆表面不同位置处厚度差异的因素，再加上CMP过程中头和头之间(head to head)、研磨垫的使用时间、研磨液批次与批次之间的变化，使得CMP过程结束后，晶圆表面不同位置处，特别是不同位置处的低K介电层以及沟槽内的铜的厚度的差异很大，如图1所示。

图1为常规的通过CMP工艺形成铜互连结构的方法的示意图，首先进行第一研磨工序去除沟槽之外的多余的铜11，该研磨工序终止于扩散阻挡层12；然后再进行第二研磨工序，研磨除去包括沟槽之外的扩散阻挡层12、金属硬掩膜层13、氧化物硬掩膜层14等多层薄膜材料层，以及少量的低K介电层15，由于在第二研磨工序中要研磨除去多层薄膜材料层，研磨过程较复杂多变、且研磨时间较长，使得整个CMP工艺结束后，晶圆表面不同位置，特别是不同位置处的低K介电层以及沟槽内的铜的厚度差异很大，从而降低晶圆的性能和稳定性。

因此，为减小晶圆表面不同位置、特别是不同位置处的低K介电层以及沟槽内金属的厚度差异，提高晶圆的性能和稳定性，需要提供一种新的形成金属互连结构的方法。

发明内容

在形成金属互连结构时，为了减小CMP工艺后的晶圆表面不同位置处、特别是不同位置处的低K介电层以及沟槽内金属的厚度差异，提高晶圆的性能和稳定性，本发明提供了一种形成金属互连结构的方法，所述方法包括：

步骤S1：提供半导体衬底以及依次形成于所述半导体衬底上的低K介电层、氧化物硬掩膜层和金属硬掩膜层，所述低K介电层、氧化物硬掩膜层和金属硬掩膜层中形成有用于形成所述金属互连结构的沟槽，所述沟槽中和所述金属硬掩膜层上依次形成有扩散阻挡层和金属层；

步骤S2：执行第一化学机械研磨以去除所述沟槽外的金属层，并停止于所述扩散阻挡层；

步骤S3：执行第二化学机械研磨以去除所述沟槽外的扩散阻挡层，并停止于所述金属硬掩膜层；

步骤S4：刻蚀去除所述金属硬掩膜层，以露出所述氧化物硬掩膜层；

步骤S5：执行第三化学机械研磨以去除所述氧化物硬掩膜层，形成所述金属互连结构。

可选地，所述步骤S5中还包括过研磨步骤，以去除少量的所述低K介电层。

可选地，所述金属硬掩膜层为TiN材料。

可选地，所述氧化物硬掩膜层为TEOS材料。