双重金属镶嵌结构的制造方法技术

一种双重金属镶嵌结构的制造方法包括：提供一基底，基底上具有一绝缘层，绝缘层中具有一双重金属镶嵌式开口，在此开口中覆盖衬层与金属层，再覆盖一层顶盖层，以金属层研磨液或顶盖层研磨液进行顶盖层的化学机械研磨，将双重金属镶嵌式开口以外上方的顶盖层研磨至暴露出金属层为止，保留开口上方的顶盖层，保护开口上方的金属层，并将开口以外的金属层研磨至暴露出衬层为止，再将衬层研除，以形成一略微凸起的金属导线结构。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种半导体的制作工艺，特别是涉及一种。在半导体制作工艺进入深次微米领域及铜导线制作工艺后，双重金属镶嵌(dual damascene)制作工艺已经成为必要的制作工艺，而铜的化学机械研磨则是其中不可或缺的制作工艺技术。为了能够在有限的晶片表面上制作出足够的金属内连线，以配合日趋精密且复杂的积体电路发展需求，在晶片上形成多重的金属层，已成为半导体发展的一种趋势。早期的多重金属化制作工艺通常于基底上的第一层金属导线上形成一内金属介电层，并于此内金属介电层中形成一介层窗开口以暴露出第一层金属导线，形成介层窗开口之后再将导体材质填入以形成介层窗插塞(via plug)，然后于内金属介电层上沉积第二层金属层，并以一般的光刻制作工艺将此金属层图案化，以形成第二层金属导线，然而在金属层图案化上会出现一些缺点，如金属层以干式蚀刻较为困难，因此衍生出一种双重金属镶嵌制作工艺，其制作工艺是先于一金属导线上或一基底上形成一层内金属介电层，因为内金属介电层的蚀刻较金属层容易许多，因此可以在介电层中形成一介层窗开口以暴露出下层的金属导线，以及形成可作为上层金属导线位置的浅沟槽，之后再形成一层衬层覆盖于上述双重金属镶嵌式开口上，接着将金属填入上述介层窗口及上层金属导线位置中，以同时形成插塞及上层金属导线，再以金属层研磨液将双重金属镶嵌式开口以外衬层以上的金属层研除以暴露出衬层，最后再以衬层研磨液将衬层研除，以完成双重金属镶嵌结构的制作。而一般现有以化学机械研磨的方式将双重金属镶嵌式开口以外衬层以上的金属层研除后，因其所暴露出的衬层的研磨速率较金属层慢，因此所形成的上层导线常会被过度研磨而出现轮廓凹陷(dishing)的现象。附图说明图1至图3绘示一般现有技术中双重金属镶嵌制作工艺的制造方法。首先，请参照图1，提供一基底100，于基底100上形成金属导线102，在形成金属导线102之后，于基底100上覆盖一层材质为二氧化硅的绝缘层104。接着请参照图2，进行光刻制作工艺，于绝缘层104中形成一双重金属镶嵌式开口105，接着再覆盖一材质为钛/氮化钛的衬层106于此双重金属镶嵌式开口105上，然后再覆盖一层铜金属层108将此双重金属镶嵌式开口105填满。最后请参照图3，以铜研磨液将双重金属镶嵌式开口105以外衬层106以上的铜金属层108研除，再以衬层研磨液将衬层106研除。现有于化学机械研磨之后，金属导线会出现凹陷的现象，尤其是在线宽较宽的情况下凹陷的现象更为明显，而此凹陷的现象主要是因为衬层材质的研磨速率小于金属层的研磨速率，使得双重金属镶嵌结构中的金属层研除速率过快而被过度研磨，因此出现凹陷的现象。现有技术中金属导线的凹陷现象使得金属导线变薄，在截面积变小的情况下，导线的阻值因而增加。本专利技术的目的是提供一种能够避免金属导线凹陷的双重金属镶嵌结构制造方法。本专利技术提出一种能够避免金属导线凹陷的双重金属镶嵌结构制造方法，此方法简述如下首先提供一基底，在基底上覆盖一绝缘层，此绝缘层具有双重金属镶嵌式开口，接着覆盖衬层于双重金属镶嵌式开口上，再覆盖一金属层将此双重金属镶嵌式开口填满，接着再形成一顶盖层(cap layer)覆盖于金属层上，由于双重金属镶嵌式开口的缘故，会出现双重金属镶嵌式开口上方的顶盖层高度较低，而双重金属镶嵌式开口以外的顶盖层高度较高，接着以顶盖层研磨液将双重金属镶嵌式开口以外的顶盖层研除，再以金属层研磨液将暴露出的金属层研磨至与双重金属镶嵌式开口上方的顶盖层同高度，接着再将双重金属镶嵌式开口上方以外未被顶盖层保护的金属层研除至暴露出衬层为止，最后再将衬层研除、顶盖层移除。根据本专利技术实施例所述，上述方法在以金属研磨液进行研磨时，顶盖层材质的研除速率必须小于金属层的研除速率，以确保双重金属镶嵌式开口中的金属层可藉由顶盖层的保护而不会被过度研磨，因此可避免所形成的金属导线凹陷的现象。为使本专利技术的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图作详细说明。附图中图1至图3绘示一般现有技术中双重金属镶嵌结构的制造流程剖面图。图4、图5、图6a、图6b及图7，其绘示依照本专利技术第一实施例的一种双重金属镶嵌结构的制造流程剖面图，其中图6a绘示金属层对顶盖层的研磨选择比差异程度较高，因此有部分顶盖层未被研除，而图6b绘示为金属层对顶盖层的研磨选择比差异程度较低，因此顶盖层完全被研除。图8至图10、图11a、图11b以及图12，其绘示依照本专利技术第二实施例的一种双重金属镶嵌结构的制造流程剖面图。其中图11a绘示为金属层对顶盖层的研磨选择比差异程度较高，因此有部分顶盖层未被研除，而图11b绘示为金属层对顶盖层的研磨选择比差异程度较低，因此顶盖层完全被研除。图13至图15、图16a及图16b，其绘示依照本专利技术第三实施例的一种双重金属镶嵌结构的制造流程剖面图。其中图16a绘示为衬层对顶盖层的研磨选择比差异程度较高，因此有部分顶盖层未被研除，而图16b绘示为衬层对顶盖层的研磨选择比差异程度较低，因此顶盖层完全被研除。标号的简单说明100，200，300，400基底102，202，302，402金属导线104，204，304，404绝缘层105，205，305，405双重金属镶嵌式开口106，206，306，406衬层108，208，308，408金属层210，310，410顶盖层第一实施例请参照图4至图7，其绘示依照本专利技术第一实施例的一种双重金属镶嵌结构的制造流程剖面图。首先请参照图4，提供一基底200，于基底200上形成金属导线202，并于基底200上覆盖一层绝缘层204，此绝缘层204的材质可以是以等离子化学气相沉积(PECVD)的二氧化硅。接着以光刻制作工艺于绝缘层204中形成一双重金属镶嵌式开口205，再形成一层衬层206覆盖于双重金属镶嵌式开口205上，其中衬层206的材质例如为钛/氮化钛或钽/氮化钽，形成方式例如以直流磁控溅射方式沉积一层钽金属，接着再进行氮化反应将钽金属氮化以形成一氮化钽层。之后形成一层金属层208于衬层206上并将此双重金属镶嵌式开口205填满，金属层208的材质例如为铜金属。最后形成一顶盖层210于金属层208上。由于双重金属镶嵌式开口205的缘故，会出现双重金属镶嵌式开口205上方的顶盖层210高度较低，而双重金属镶嵌式开口205以外的顶盖层210高度较高。顶盖层210的材质可以为多晶硅、二氧化硅、氮化硅、碳化硅、金属及一些低介电常数材质例如为parylene N，polynaphthalene-N以及flourinatedhydrocarbon，但都必须符合以金属层研磨液进行研磨时，研磨速率小于金属层208的研磨速率的条件。接着请参照图5，以金属层研磨液将双重金属镶嵌式开口205以外的顶盖层210研除至暴露出金属层208，再以相同的金属层研磨液将暴露出的金属层208研磨至与双重金属镶嵌式开口205上方的顶盖层210同高度，使得双重金属镶嵌式开口205上方的顶盖层210未被研除而被保留，由于顶盖层210符合以金属层研磨液进行研磨时，研磨速率小于金属层208的研磨速率的条件，故对双重金属镶嵌式开口205中的金属层208有保护的作用，藉由顶盖层210的保留，可以有效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双重金属镶嵌结构的制造方法，至少包括以下步骤： 提供一基底； 在该基底上形成一金属导线； 在该基底上形成一绝缘层； 在该绝缘层中形成一双重金属镶嵌式开口，且该双重金属镶嵌式开口暴露出该金属导线； 在该双重金属镶嵌式开口上形成一衬层； 在该衬层上形成一金属层，并填满该双重金属镶嵌式开口； 在该金属层上形成一顶盖层； 进行一第一化学机械研磨制作工艺，将该双重金属镶嵌式开口上方以外的该顶盖层及该金属层研磨至与该双重金属镶嵌式开口上方的该顶盖层同高度； 进行一第二化学机械研磨制作工艺，将未受该顶盖层保护的金属层研磨至暴露出该衬层；以及 进行一第三化学机械研磨制作工艺将该衬层研除。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种双重金属镶嵌结构的制造方法，至少包括以下步骤提供一基底；在该基底上形成一金属导线；在该基底上形成一绝缘层；在该绝缘层中形成一双重金属镶嵌式开口，且该双重金属镶嵌式开口暴露出该金属导线；在该双重金属镶嵌式开口上形成一衬层；在该衬层上形成一金属层，并填满该双重金属镶嵌式开口；在该金属层上形成一顶盖层；进行一第一化学机械研磨制作工艺，将该双重金属镶嵌式开口上方以外的该顶盖层及该金属层研磨至与该双重金属镶嵌式开口上方的该顶盖层同高度；进行一第二化学机械研磨制作工艺，将未受该顶盖层保护的金属层研磨至暴露出该衬层；以及进行一第三化学机械研磨制作工艺将该衬层研除。2.如权利要求1所述的双重金属镶嵌结构的制造方法，其中该第一化学机械研磨制作工艺的该顶盖层的研磨速率小于该金属层的研磨速率。3.如权利要求1所述的双重金属镶嵌结构的制造方法，其中该第一化学机械研磨制作工艺还包括以一顶盖层研磨液将该双重金属镶嵌式开口上方以外的该顶盖层研磨至暴露出该金属层为止；以及以金属层研磨液将未受该顶盖层保护的该金属层研磨至与该双重金属镶嵌式开口上方的该顶盖层同高度。4.如权利要求1所述的双重金属镶嵌结构的制造方法，其中该顶盖层的材质包括碳化硅。5.如权利要求1所述的双重金属镶嵌结构的制造方法，其中该顶盖层的材质包括低介电常数的材质。6.如权利要求1所述的双重金属镶嵌结构的制造方法，其中该顶盖层的材质包括氮化硅。7.如权利要求1所述的双重金属镶嵌结构的制造方法，其中该第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡腾群，陈学忠，杨名声，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]