专利名称：金属硬质掩模结构的修复方法
技术领域：
本发明涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及一种金属硬质掩模结构的修复方法。
背景技术：
随着半导体集成电路特征尺寸的持续减小，后段互连电阻电容(ResistorCapacitor,简称RC)延迟呈现显著增加的趋势，为了减少后段互连RC延迟，引入低介电常数(Low-k)材料，并且铜互连取代铝互连成为主流工艺。由于铜互连线的制作方法不能像铝互连线那样通过刻蚀金属层而形成，因此铜大马士革镶嵌工艺成为铜互连线制作的标准方法。铜大马士革工艺制程为:在平面基体上淀积一介电层以及金属硬质掩膜层；通过光刻和刻蚀工艺将图形转移至金属硬质掩膜层；以金属硬质掩膜层为掩模将图形转移至介电层，在介电层中形成镶嵌的通孔和沟槽；淀积金属阻挡层和铜籽晶层；电镀金属铜填满介电层中通孔和沟槽；化学机械研磨(CMP)平坦化去除介电层上多余金属，形成平面铜互连。在进入45nm技术节点之后，后段互连制程普遍使用低k值介质(Low-k)以至多孔低k值介质(ultra low_k)，用以减小在极小关键尺度时信号传输的阻容迟滞效应(RCdelay)。但是由于光刻条件，刻蚀腔体条件以及刻蚀工艺条件限制，金属硬质掩膜蚀刻比较容易造成致命缺陷。通常这种缺陷直接导致开硬质掩膜失败而导致wafer报废，通常在45奈米技术节点及以下工艺中，采用硬质掩膜的金属层数都在7 8层以上(包括Ml和IXDD),报废发生在整个工艺流程中越靠后段，产生的报废成本将越高，因此研究有效的金属硬质掩膜结构的修复方法越来越凸显重要意义。因此，有必要提出一种简单有效的金属硬质掩膜结构的修复方法，以减少刻蚀金属硬质掩膜时产生的缺陷所引起的wafer报废情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属硬质掩膜结构的修复方法，用于修复半导体器件上在刻蚀过程中产生缺陷的金属硬质掩模层，以减少金属硬质掩膜层缺陷所导致的wafer报废情况。为解决上述问题，本发明提出一种金属硬质掩膜结构的修复方法，包括如下步骤:提供半导体器件，所述半导体器件上已形成有第N层金属层以及第N+1层金属层的层间介质层，该层间介质层包括第一介质层、初始氧化层、低k介质层、第二介质层、金属硬质掩模层、第三介质层以及第四介质层；所述金属硬质掩模层在刻蚀过程中产生缺陷；对所述第四介质层、第三介质层以及金属硬质掩模层进行刻蚀，去除所述第四介质层、第三介质层以及金属硬质掩模层；对所述第二介质层以及低k介质层进行化学机械研磨，去除所述第二介质层以及部分低k介质层；对剩余的所述低k介质层以及所述初始氧化层进行刻蚀，去除所述剩余的低k介质层以及所述初始氧化层。可选的，该方法在去除所述剩余的低k介质层以及所述初始氧化层的步骤之后还包括对所述第一介质层进行厚度和均匀性的测量，确保其符合工艺规格的步骤。可选的，该方法在确保所述第一介质层的厚度和均匀性符合工艺规格的步骤之后还包括在所述第一介质层上重新制备第N+1层金属层的步骤。可选的，所述剩余的低k介质层的厚度为40 60nm。可选的，所述剩余的低k介质层的厚度为50nm。可选的，所述第一介质层的材料为SiC。可选的，所述初始氧化层及所述第四介质层的材料为Si02。可选的，所述低k介质层的材料为SiOCH。可选的，所述第二介质层及所述第三介质层的材料为S10N。可选的，所述低金属硬质掩膜层的材料为TiN。可选的，所述刻蚀第四介质层、第三介质层以及金属硬质掩模层的工艺为多合一等离子干法刻蚀工艺。可选的，所述第一介质层的厚度、均匀性以及剩余低k介质层厚度由膜厚测量机台测量得到。可选的，所述膜厚测量机台为美国科磊(KLA-Tencor)半导体设备公司生产的膜厚测量机台。与现有技术相比，本发明提供的金属硬质掩膜结构的修复方法，通过对产生缺陷的金属硬质掩膜结构进行刻蚀及化学机械研磨工艺使其修复，从而避免了因为金属硬质掩模缺陷导致的晶圆报废，有效地降低了工艺生产成本。
图1为本发明实施例提供的金属硬质掩膜结构的修复方法的流程图；图2A至图2D为本发明实施例提供的金属硬质掩膜结构的修复方法的各步骤对应的器件结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明提出的金属硬质掩膜结构的修复方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。本发明的核心思想在于，提供一种金属硬质掩膜结构的修复方法，通过对产生缺陷的金属硬质掩膜结构进行刻蚀及化学机械研磨工艺使其修复，从而避免了因为金属硬质掩模缺陷导致的晶圆报废，有效地降低了工艺生产成本。请参考图1以及图2A至图2D，其中，图1为本发明实施例提供的金属硬质掩膜结构的修复方法的流程图，图2A至图2D为本发明实施例提供的金属硬质掩膜结构的修复方法的各步骤对应的器件结构示意图，结合图1以及图2A至图2D所示，本发明实施例提供的金属硬质掩膜结构的修复方法包括如下步骤:S101、提供半导体器件，所述半导体器件上已形成有第N层金属层101以及第N+1层金属层的层间介质层，该层间介质层包括第一介质层102、初始氧化层103、低k介质层104、第二介质层105、金属硬质掩模层106、第三介质层107以及第四介质层108 ;所述金属硬质掩模层在刻蚀过程中产生缺陷201，结构如图2A所示；S102、对所述第四介质层108、第三介质层107以及金属硬质掩模层106进行刻蚀，去除所述第四介质层108、第三介质层107以及金属硬质掩模层106，去除了所述第四介质层108、第三介质层107以及金属硬质掩模层106之后的结构如图2B所示；具体地，刻蚀第四介质层108、第三介质层107以及金属硬质掩模层106的工艺为多合一等离子干法刻蚀工艺；S103、对所述第二介质层105以及低k介质层104进行化学机械研磨，去除所述第二介质层105以及部分低k介质层104 ;去除了所述第二介质层105以及部分低k介质层104之后的结构如图2C所示；S104、对剩余的所述低k介质层104以及所述初始氧化层103进行刻蚀，去除所述剩余的低k介质层104以及所述初始氧化层103，去除了所述剩余的低k介质层104以及所述初始氧化层103之后的结构如图2D所示；至此为止，本发明提供的金属硬质掩膜结构的修复方法已完成对金属硬质掩膜结构的修复，修复后的半导体器件回到制备第N+1层金属层的层间介质层的初始状态；当然在本实施例中，还可以包括以下步骤:S105、对所述第一介质层102进行厚度和均匀性的测量，确保其符合工艺规格；具体地，采用膜厚测量机台，如美国科磊(KLA-Tencor)半导体设备公司生产的膜厚测量机台对第一介质层102的厚度、均匀性进行测量；S106、在所述第一介质层102上重新制备第N+1层金属层。其中，所述剩余的低k介质层104的厚度为40 60nm。优选地,所述剩余的低k介质层104的厚度为50nm ;剩余的低k介质层104的厚度具体地可通过膜厚测量机台，如美国科磊(KLA-Tencor)半导体设备公司生产的膜厚测量机台测量得到。其中，所述第一介质层102的材料为SiC ;所述初始氧化层103及所述第四介质层108的材料为Si02 ;所述低k介质层104的材料为SiOCH ;所述第二介质层105及所述第三介质层107的材料为SION ;所述低金属硬质掩膜层106的材料为TiN。在具体应用方面，例如在40纳米后段的第7层金属的金属硬质掩膜层刻蚀后发现大量的块状缺陷(Block Etch Defect),通过采用本发明提供的金属硬质掩膜结构的修复方法，利用两步刻蚀和一步化学机械研磨工艺来进行修复，达到去除致命缺陷而修复第7层金属硬质掩模结构的目的，从而避免了晶圆报废，节省了工艺成本和工艺时间。综上所述，本发明提供了一种金属硬质掩膜结构的修复方法，通过对产生缺陷的金属硬质掩膜结构进行刻蚀及化学机械研磨工艺使其修复，从而避免了因为金属硬质掩模缺陷导致的晶圆报废，有效地降低了工艺生产成本。显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种金属硬质掩模结构的修复方法，用于修复半导体器件上在刻蚀过程中产生缺陷的金属硬质掩模层；其中，所述半导体器件上已形成有第N层金属层以及第N+1层金属层的层间介质层，该层间介质层包括第一介质层、初始氧化层、低k介质层、第二介质层、金属硬质掩模层、第三介质层以及第四介质层；所述金属硬质掩模层在刻蚀过程中产生缺陷；其特征在于，包括如下步骤: 对所述第四介质层、第三介质层以及金属硬质掩模层进行刻蚀，去除所述第四介质层、第三介质层以及金属硬质掩模层； 对所述第二介质层以及低k介质层进行化学机械研磨，去除所述第二介质层以及部分低k介质层； 对剩余的所述低k介质层以及所述初始氧化层进行刻蚀，去除所述剩余的低k介质层以及所述初始氧化层。
2.如权利要求1所述的金属硬质掩模结构的修复方法，其特征在于，该方法在去除所述剩余的低k介质层以及所述初始氧化层的步骤之后还包括对所述第一介质层进行厚度和均匀性的测量，确保其符合工艺规格的步骤。
3.如权利要求2所述的金属硬质掩模结构的修复方法，其特征在于，该方法在确保所述第一介质层的厚度和均匀性符合工艺规格的步骤之后还包括在所述第一介质层上重新制备第N+1层金属层的步骤。
4.如权利要求1所述的金属硬质掩模结构的修复方法，其特征在于，所述剩余的低k介质层的厚度为40 60nm。
5.如权利要求4所述的金属硬质掩模结构的修复方法，其特征在于，所述剩余的低k介质层的厚度为50nm。
6.如权利要求1所述的金属硬质掩模结构的修复方法，其特征在于，所述第一介质层的材料为SiC。
7.如权利要求1所述的金属硬质掩模结构的修复方法，其特征在于，所述初始氧化层及所述第四介质层的材料为Si02。
8.如权利要求1所述的金属硬质掩模结构的修复方法，其特征在于，所述低k介质层的材料为SiOCH。
9.如权利要求1所述的金属硬质掩模结构的修复方法，其特征在于，所述第二介质层及所述第三介质层的材料为S10N。
10.如权利要求1所述的金属硬质掩模结构的修复方法，其特征在于，所述低金属硬质掩膜层的材料为TiN。
11.如权利要求1所述的金属硬质掩模结构的修复方法，其特征在于，所述刻蚀第四介质层、第三介质层以及金属硬质掩模层的工艺为多合一等离子干法刻蚀工艺。
12.如权利要求2或4所述的金属硬质掩模结构的修复方法,其特征在于,所述第一介质层的厚度、均匀性以及剩余低k介质层厚度由膜厚测量机台测量得到。
13.如权利要求12所述的金属硬质掩模结构的修复方法，其特征在于，所述膜厚测量机台为美国科磊(KLA-Tencor)半导体设备公司生产的膜厚测量机台。
全文摘要
本发明公开了一种金属硬质掩模结构的修复方法，对产生金属硬质掩膜层缺陷的半导体器件，通过刻蚀及化学机械研磨去除器件中有缺陷的金属层间介质层，使其回到制备该层金属层间介质层的初始结构，完成对金属硬质掩膜层缺陷的修复，然后返回正常工艺流程，从低k值介质层开始按顺序重新生长整个金属层间介质层；该方法避免了因刻蚀过程中产生的金属硬质膜层致命缺陷造成的产品报废，节约了生产成本，同时不影响电性能、良品率以及器件可靠性。
文档编号H01L21/768GK103208455SQ20131008450
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月15日 优先权日2013年3月15日
发明者黄君, 张瑜, 黄海 申请人:上海华力微电子有限公司