專利名稱：一種改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及半導(dǎo)體銅互連領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體集成電路特征尺寸的持續(xù)減小，后段互連電阻電容(Resistor Capacitor,簡稱RC)延遲呈現(xiàn)顯著增加的趨勢。為減少后段互連RC延遲，銅互連取代鋁互連成為主流工藝。同時(shí)，銅大馬士革鑲嵌工藝成為銅互連線的制作的標(biāo)準(zhǔn)方法。在銅互連制作過程中，由于金屬銅與介電層熱膨脹系數(shù)差異大，在此過程中形成的應(yīng)力會(huì)引起晶圓的翹曲變形。金屬層厚度增加，應(yīng)力增加，晶圓變形增加。特別是對于超厚頂層金屬(UTM)的制造，厚度會(huì)達(dá)3um或以上，晶圓會(huì)形成嚴(yán)重的翹曲變形。嚴(yán)重的翹曲變形產(chǎn)生的不利影響主要表現(xiàn)在影響光刻的精確度，晶圓無法被后續(xù)機(jī)臺載入；在機(jī)臺載入傳輸過程中無法吸附導(dǎo)致掉落摔碎；由于嚴(yán)重翹曲，導(dǎo)致應(yīng)力過大而開裂。這些不利的因素極易導(dǎo)致晶圓在后續(xù)制程中報(bào)廢。另外，晶圓嚴(yán)重的翹曲變形也會(huì)影響到晶圓的封裝。 總而言之，晶片的翹曲給集成電路制造帶來相當(dāng)大的困難，嚴(yán)重影響產(chǎn)品良率。目前為改善超厚頂層金屬對晶圓翹曲變形的影響通常采用如下方法一種方式是去除超厚頂層金屬層中的冗余金屬，通過降低金屬圖形的密度來降低金屬銅引起的應(yīng)力， 能夠改善晶圓翹曲變形，然而這會(huì)惡化化學(xué)機(jī)械研磨工藝；另一種方式是增加一塊單獨(dú)冗余金屬光掩模版制作淺冗余金屬，通過降低冗余金屬厚度來改善晶圓翹曲變形，并不會(huì)惡化化學(xué)機(jī)械研磨工藝，但這需要增加光刻刻蝕工藝步驟，工藝復(fù)雜，增加生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，利于完全兼容傳統(tǒng)的銅雙大馬士革制造工藝的方法，利于避免晶圓翹曲變形惡化并改善化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝，利于簡化工藝步驟，節(jié)約成本。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，其中，包括如下步驟， 步驟一，在半導(dǎo)體基體上銅大馬士革工藝形成金屬層； 步驟二，在所述金屬層上依次淀積形成刻蝕阻擋層、介電層和金屬硬掩模層； 步驟三，旋涂光刻膠，通過金屬層光掩模版光刻形成互連結(jié)構(gòu)溝槽圖形； 步驟四，刻蝕所述金屬硬掩模層至所述介電層，去除剩余光阻，在所述金屬硬掩模層上形成互連結(jié)構(gòu)溝槽開口；
步驟五，旋涂光刻膠，通過通孔光掩模版光刻形成互連結(jié)構(gòu)通孔圖形和淺冗余結(jié)構(gòu)圖
形；
步驟六，部分刻蝕在介電層中形成適當(dāng)深度部分互連結(jié)構(gòu)通孔，在金屬硬掩模上形成適當(dāng)深度部分冗余結(jié)構(gòu)溝槽，去除剩余光阻，金屬硬掩模作掩?？涛g，在介電層上形成金屬互連結(jié)構(gòu)溝槽及通孔和淺冗余結(jié)構(gòu)溝槽；步驟七，淀積金屬阻擋層和銅籽晶層；
步驟八，電鍍金屬銅填滿所述介電層中的所述通孔和所述溝槽； 步驟九，通過化學(xué)機(jī)械研磨平坦化工藝，研磨至所述介電層上去除多余金屬，形成超厚頂層金屬層。上述的改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，其中，所述金屬結(jié)構(gòu)溝槽深度為20，000-40, 000A,所述通孔高度約2，000-10, 000A且通孔底部打開刻蝕阻擋層，所述淺冗余溝槽深度可控制在在化學(xué)機(jī)械研磨去除的介電層高度與金屬層溝槽深度之間，所述超厚頂層金屬層厚度為20，000-40, 000A。上述的改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，其中，部分刻蝕在介電層中所形成的部分互連結(jié)構(gòu)通孔深度為所述通孔高度2，000-10，000A的1. 2-2倍。上述的改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，其中，部分刻蝕在金屬硬掩模上所形成的冗余結(jié)構(gòu)溝槽深度為所述金屬硬掩模厚度的709Γ90%。上述的改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，其中，所述刻蝕阻擋層可選用 CVD 淀積 SiCN、SiN, SiC、SiCO 形成。上述的改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，其中，所述介電層為CVD淀積USG、FSG形成。上述的改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，其中，所述金屬硬掩模層為 PVD 淀積 TiN、Ti、TaN、Ta、WN、W 形成。上述的改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，其中，所述金屬阻擋層由PVD 淀積TaN/Ta形成。上述的改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，其中，所述銅籽晶層由PVD 淀積工藝淀積而成。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明一種改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，在改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)的晶圓扭曲變形同時(shí)，不會(huì)惡化化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝；并且能夠完全兼容金屬硬掩模部分溝槽優(yōu)先銅雙大馬士革制造工藝，工藝簡單。


圖1是本發(fā)明一種改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合原理圖和具體操作實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明一種改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，首先，在半導(dǎo)體基體上銅大馬士革工藝形成金屬層；然后在所述金屬層上依次淀積形成刻蝕阻擋層、 介電層和金屬硬掩模層；其中，刻蝕阻擋層可選用CVD淀積SiCN、SiN, SiC、SiCO等；介電層可選用CVD淀積USG、FSG等；介電金屬硬掩模層可選用PVD淀積TiN、Ti, TaN, Ta、WN、W 等。接著，通過旋涂光刻膠，利用金屬層光掩模版光刻形成互連結(jié)構(gòu)溝槽圖形；刻蝕金屬硬掩模止于介電層，去除剩余光阻，在所述金屬硬掩模層上形成互連結(jié)構(gòu)溝槽開口 ；旋涂光刻膠，通過通孔光掩模版光刻形成互連結(jié)構(gòu)通孔圖形和冗余結(jié)構(gòu)圖形，其中互連結(jié)構(gòu)通孔圖形被互連結(jié)構(gòu)溝槽圖形包裹，冗余結(jié)構(gòu)圖形不與互連結(jié)構(gòu)溝槽圖形發(fā)生交疊；接下來，部分刻蝕在介電層中形成適當(dāng)深度互連結(jié)構(gòu)通孔，控制通孔深度為通孔高度2，000-10, 000A的 1. 2-2倍，以保證后續(xù)溝槽介電層刻蝕對于互連結(jié)構(gòu)通孔既不至于刻蝕不充分也不會(huì)過刻蝕，在金屬硬掩模上形成適當(dāng)深度冗余結(jié)構(gòu)溝槽，保留一定厚度金屬硬掩模，控制冗余結(jié)構(gòu)溝槽深度為金屬硬掩模厚度的709Γ90%，利于后續(xù)溝槽介電層刻蝕中冗余結(jié)構(gòu)溝槽深度控制；然后，去除剩余光阻；以金屬硬掩模作掩模的介電層溝槽刻蝕工藝在介電層中刻蝕互連結(jié)構(gòu)溝槽及通孔和冗余結(jié)構(gòu)溝槽，結(jié)合部分通孔刻蝕調(diào)整介電層溝槽刻蝕工藝，在介電層中形成深度為深度為20，000-40, 000Α的互連結(jié)構(gòu)溝槽及高度為2，000-10, 000Α的互連結(jié)構(gòu)通孔且通孔底部打開刻蝕阻擋層和一定深度的淺冗余結(jié)構(gòu)溝槽，淺冗余結(jié)構(gòu)溝槽深度可控制在化學(xué)機(jī)械研磨去除的介電層高度與金屬層溝槽深度之間，其中最理想的是淺冗余結(jié)構(gòu)溝槽深度等于化學(xué)機(jī)械研磨去除的介電層高度，化學(xué)機(jī)械研磨后剛好完全去除冗余結(jié)構(gòu)金屬。然后依次通過PVD淀積TaN/Ta形成金屬阻擋層和選取PVD淀積工藝形成銅籽晶層、電鍍填充金屬銅以及化學(xué)機(jī)械研磨平坦化工藝，研磨至所述介電層上去除多余金屬，形成超厚頂層金屬層雙大馬士革結(jié)構(gòu)。 以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例，其只是作為范例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對該進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作出的均等變換和修改， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，其特征在于，包括如下步驟，步驟一，在半導(dǎo)體基體上銅大馬士革工藝形成金屬層；步驟二，在所述金屬層上依次淀積形成刻蝕阻擋層、介電層和金屬硬掩模層；步驟三，旋涂光刻膠，通過金屬層光掩模版光刻形成互連結(jié)構(gòu)溝槽圖形；步驟四，刻蝕所述金屬硬掩模層至所述介電層，去除剩余光阻，在所述金屬硬掩模層上形成互連結(jié)構(gòu)溝槽開口；步驟五，旋涂光刻膠，通過通孔光掩模版光刻形成互連結(jié)構(gòu)通孔圖形和淺冗余結(jié)構(gòu)圖形；步驟六，部分刻蝕在介電層中形成適當(dāng)深度部分互連結(jié)構(gòu)通孔，在金屬硬掩模上形成適當(dāng)深度冗余結(jié)構(gòu)溝槽，去除剩余光阻，金屬硬掩模作掩?？涛g，在介電層上形成金屬互連結(jié)構(gòu)溝槽及通孔和淺冗余結(jié)構(gòu)溝槽；步驟七，淀積金屬阻擋層和銅籽晶層；步驟八，電鍍金屬銅填滿所述介電層中的所述通孔和所述溝槽；步驟九，通過化學(xué)機(jī)械研磨平坦化工藝，研磨至所述介電層上去除多余金屬，形成超厚頂層金屬層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，其特征在于， 所述金屬互連結(jié)構(gòu)溝槽深度為20，000-40, 000A，所述通孔高度約2，000-10, 000A且通孔底部打開刻蝕阻擋層，所述淺冗余結(jié)構(gòu)溝槽深度控制在在化學(xué)機(jī)械研磨去除的介電層高度與金屬層溝槽深度之間，所述超厚頂層金屬層厚度為20，000-40, 000A。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，其特征在于， 所述部分刻蝕在介電層中所形成的部分互連結(jié)構(gòu)通孔深度為所述通孔高度2，000-10, 000A 的1. 2-2倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，其特征在于，所述部分刻蝕在金屬硬掩模上所形成的冗余結(jié)構(gòu)溝槽深度為所述金屬硬掩模厚度的 709^90%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，其特征在于， 所述刻蝕阻擋層可選用CVD淀積SiCN、SiN, SiC、SiCO形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，其特征在于， 所述介電層為CVD淀積USG、FSG形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，其特征在于， 所述金屬硬掩模層為PVD淀積TiN、Ti, TaN, Ta、WN、W形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，其特征在于， 所述金屬阻擋層由PVD淀積TaN/Ta形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，其特征在于， 所述銅籽晶層由PVD淀積工藝淀積而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)晶圓翹曲變形的方法，通過改善超厚頂層金屬誘導(dǎo)的晶圓扭曲變形，且不會(huì)惡化化學(xué)機(jī)械研磨工藝；此外工藝簡單，能夠完全兼容金屬硬掩模部分溝槽優(yōu)先銅雙大馬士革制造工藝，在半導(dǎo)體制造銅互連領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號H01L21/768GK102446845SQ20111038404
公開日2012年5月9日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者姬峰, 張亮, 李磊, 胡友存, 陳玉文 申請人:上海華力微電子有限公司