專利名稱：金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法及平坦化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，且特別涉及一種金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法及平坦化工藝。
背景技術(shù)：
近年來，隨著半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的發(fā)展，集成電路中所含的器件的數(shù)量不斷增加，器件的尺寸也因集成度的提升而不斷地縮小，因此對(duì)于良好的線路連接的要求也越來越高?，F(xiàn)有技術(shù)的集成電路元件逐漸采用小尺寸、高密度的多層立體布線，光刻工藝中對(duì)解析度和焦點(diǎn)深度的限制越來越高，因此對(duì)晶圓的表面平整度有較高的要求，特別當(dāng)需要三層或者四層以上的金屬層時(shí)，對(duì)平坦化技術(shù)的需求更顯得重要。化學(xué)機(jī)械研磨 (Chemical Mechanical Polishing, CMP)是實(shí)現(xiàn)晶圓平坦化的主要技術(shù)。半導(dǎo)體的金屬互連工藝中通常使用鋁或者銅作為金屬互連結(jié)構(gòu)的金屬層，但是隨著器件尺寸的減小，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，鋁線的缺點(diǎn)越來越明顯，包括響應(yīng)延遲(用RC表征) 增大等。由于銅具有良好的導(dǎo)電性能和優(yōu)異的電遷移特性，銅互連逐漸取代了鋁互連。無論是銅互連還是鋁互連，一般來說，所構(gòu)成的金屬互連結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底，沉積在半導(dǎo)體襯底上電介質(zhì)層，其中電介質(zhì)層蝕刻有多個(gè)凹槽，阻擋層沉積在上述結(jié)構(gòu)表面，金屬層沉積在阻擋層上。CMP工藝通常包括三步，在CMP工藝的第一階段(Platenl，Pl)，通過較大的 MRR(Material Removal rate，材料去除率)去除大量的金屬以及表面的波形結(jié)構(gòu)形成初步平坦化；第二階段(Platen2，P2)，通過降低研磨速率的方法用相對(duì)較小的MRR去除剩余的金屬，并通過終點(diǎn)偵測(cè)技術(shù)(Endpoint)以精確控制研磨終點(diǎn)使研磨停在阻擋層上，在到達(dá)研磨終點(diǎn)時(shí)為了確保所有電介質(zhì)表面上的金屬都已經(jīng)被去除而達(dá)到隔離目的，還要進(jìn)行一定時(shí)間的過度拋光(oVerpoliSh，0P)處理；最后緩沖(buff)階段(Platen3，P3)去除阻擋層(Ti/TiN)和一定量的電介質(zhì)以進(jìn)一步提高表面平坦化程度，減少缺陷，并用大量的去離子水(DIW)清洗研磨墊和晶圓。在實(shí)際生產(chǎn)中，CMP工藝后會(huì)產(chǎn)生很多缺陷，最常見的是金屬、化學(xué)品、研磨液及微粒子(particle)殘留，以及金屬表面腐蝕(corrosion)及彈坑(crater)缺陷等表面刮傷缺陷(Scratch)。晶圓表面的上述缺陷可能會(huì)造成半導(dǎo)體元件p-n接面的漏電、縮減少數(shù)載子的生命期以及降低元件柵極氧化層的崩潰電壓，微粒的附著則會(huì)影響微影工藝圖案轉(zhuǎn)移的真實(shí)性，導(dǎo)致電路結(jié)構(gòu)短路等等，嚴(yán)重的甚至造成晶圓報(bào)廢。因此，在CMP工藝中，如何有效的去除晶圓表面的這些缺陷已經(jīng)成為現(xiàn)有技術(shù)亟需解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法及平坦化工藝，其能夠有效改善進(jìn)行研磨處理后的金屬表面狀況，去除大部分金屬表面缺陷，從而提高金屬互連的質(zhì)量。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，包括下列步驟提供一半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上沉積電介質(zhì)層，所述電介質(zhì)層包括依次層疊的絕緣層和緩沖氧化層；蝕刻所述電介質(zhì)層至露出半導(dǎo)體襯底以形成凹槽；在上述結(jié)構(gòu)表面沉積阻擋層；在凹槽中填充金屬層形成金屬插塞；通過化學(xué)機(jī)械研磨去除上述結(jié)構(gòu)表面的金屬層、阻擋層和部分緩沖氧化層；對(duì)所述緩沖氧化層進(jìn)行回蝕刻，進(jìn)一步去除部分緩沖氧化層。可選的，所述絕緣層的材料為硼磷硅玻璃?？蛇x的，所述絕緣層的厚度為7500埃 7900埃?？蛇x的，所述電介質(zhì)層的材料為氧化硅?？蛇x的，所述電介質(zhì)層的厚度為7500埃 7900埃?？蛇x的，所述阻擋層的材料為Ti或TiN?？蛇x的，所述阻擋層的厚度為205埃 215埃。可選的，所述金屬層的材料為鎢金屬?？蛇x的，所述緩沖氧化層的材料為氧化硅?？蛇x的，所述緩沖氧化層的厚度為1930埃 2070埃。可選的，所述進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理所去除的緩沖氧化層厚度為700埃 750埃。可選的，所述回蝕刻去除的緩沖氧化層厚度為50埃 100埃?？蛇x的，所述回蝕刻采用&和CF4對(duì)緩沖氧化層進(jìn)行干法蝕刻。可選的，所述&的流量為1700sccm 1900sccm，所述CF4的流量為850sccm 950sccmo可選的，所述回蝕刻處理時(shí)間為22秒 M秒，處理溫度為觀.5攝氏度 31. 5攝
氏度ο可選的，進(jìn)行回蝕刻處理后對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行清洗甩干處理?？蛇x的，使用ST250溶液對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行清洗。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種金屬互連結(jié)構(gòu)的平坦化工藝，所述金屬互連結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底，形成于半導(dǎo)體襯底上的電介質(zhì)層，開設(shè)于電介質(zhì)層內(nèi)的凹槽，形成于上述結(jié)構(gòu)表面的阻擋層，以及填充在凹槽內(nèi)的金屬層，其特征在于，所述電介質(zhì)層包括依次層疊的絕緣層和緩沖氧化層，該平坦化工藝包括下列步驟對(duì)上述金屬互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除表面的金屬層、阻擋層和部分緩沖氧化層；對(duì)所述緩沖氧化層進(jìn)行回蝕刻，進(jìn)一步去除部分緩沖氧化層。本發(fā)明提出的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法及其平坦化工藝，對(duì)緩沖氧化層進(jìn)行適度過量的化學(xué)機(jī)械研磨，之后更使用回蝕刻對(duì)緩沖氧化層進(jìn)行進(jìn)一步的處理，之后進(jìn)行清洗甩干處理，因?yàn)槠鋵?duì)緩沖氧化層進(jìn)行了進(jìn)一步的研磨和蝕刻處理，能夠有效改善進(jìn)行研磨處理后的金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)表面狀況，去除大部分金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)表面缺陷，從而提高金屬互連的質(zhì)量。


圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的金屬互連結(jié)構(gòu)平坦化工藝的流程圖。圖2至圖6所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的金屬互連結(jié)構(gòu)制作方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所

如下。本發(fā)明提出一種金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法及平坦化工藝，其能夠有效改善進(jìn)行研磨處理后的金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)表面狀況，去除大部分金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)表面缺陷，從而提高金屬互連的質(zhì)量。請(qǐng)參考圖1，圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的金屬互連結(jié)構(gòu)平坦化工藝的流程圖。 本發(fā)明提出的金屬互連結(jié)構(gòu)的平坦化工藝，包括下列步驟步驟SlOO 對(duì)金屬互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除表面的金屬層、阻擋層和部分緩沖氧化層；步驟S200 對(duì)所述緩沖氧化層進(jìn)行回蝕刻，進(jìn)一步去除部分緩沖氧化層；此外，還可包括步驟S300 對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行清洗甩干處理。再請(qǐng)參考圖2至圖6，圖2至圖6所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的金屬互連結(jié)構(gòu)制作方法的示意圖。根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例，如圖2所示，首先提供一半導(dǎo)體襯底100，然后在半導(dǎo)體襯底100上沉積電介質(zhì)層，所述電介質(zhì)層通過依次沉積絕緣層110和緩沖氧化層120而形成，兩層的形成方法均為化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor D印osition，CVD)。再請(qǐng)參考圖 3，接著在電介質(zhì)層中蝕刻多個(gè)凹槽，以露出部分半導(dǎo)體襯底100，圖中作為示意僅畫出一個(gè)凹槽。其中所述絕緣層110的材料為硼磷硅玻璃，其厚度為7500埃 7900埃，緩沖氧化層 120的材料為氧化硅，其厚度為1930埃 2070埃。緩沖氧化層120的作用是在進(jìn)行后續(xù)的接觸蝕刻制程時(shí)能夠較好的控制所形成的接觸輪廓。再請(qǐng)參考圖4，接著在上述結(jié)構(gòu)表面沉積一層阻擋層130，所述阻擋層130覆蓋在凹槽的底面和側(cè)面，以及緩沖氧化層120的表面上，然后向凹槽中填充金屬層140以形成金屬插塞，該填充過程通常會(huì)使凹槽以外的阻擋層130表面上也覆蓋有金屬層140。阻擋層 130的材料為Ti或TiN，其厚度為205埃 215埃，阻擋層130的作用是防止硅離子和金屬離子在后續(xù)制程工藝中的相互擴(kuò)散，從而防止可能引起的產(chǎn)品性能問題，所填充的金屬層 140為鎢金屬。接著，對(duì)上述金屬互連結(jié)構(gòu)執(zhí)行圖1所示的平坦化工藝。參考圖5，首先進(jìn)行圖1 中的步驟SlOO 對(duì)上述金屬互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除上述結(jié)構(gòu)表面的金屬層 140、阻擋層130和部分緩沖氧化層120，其中進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理所去除的緩沖氧化層 120厚度為700埃 750埃，使得其研磨后的厚度在1250埃 1300埃之間。經(jīng)過對(duì)緩沖氧化層120的化學(xué)機(jī)械研磨處理，初步去除了表面上的雜質(zhì)以及其他缺陷，形成初步平坦化的結(jié)構(gòu)表面。再請(qǐng)參考圖6，接著進(jìn)行圖1中步驟S200 對(duì)所述緩沖氧化層120進(jìn)行回蝕刻， 進(jìn)一步去除部分緩沖氧化層120的處理，在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，采用化和CF4對(duì)緩沖氧化層120進(jìn)行干法蝕刻，其中O2和CF4的流量分別為1700sccm 1900sccm和850sccm 950sccm,保證&和CF4的流量比為2 1，干法蝕刻的處理時(shí)間為22秒 M秒，處理溫度為觀.5攝氏度 31. 5攝氏度。經(jīng)過干法蝕刻處理進(jìn)一步去除緩沖氧化層120，其中回蝕刻去除的緩沖氧化層120厚度為50埃 100埃。經(jīng)過干法蝕刻的回蝕刻處理后，進(jìn)一步去除了表面上的雜質(zhì)以及其他缺陷，使得金屬互連結(jié)構(gòu)的表面具有良好的表面特性。同時(shí)經(jīng)過干法蝕刻的回蝕刻處理后，凹槽部分的金屬層140高于其兩側(cè)的緩沖氧化層120，便于其與上面的金屬連接，例如是鎢插塞連接于鋁金屬層，形成互連結(jié)構(gòu)。最后進(jìn)行圖1中的步驟S300 對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行清洗甩干處理。在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，使用ST250溶液對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行浸泡靜止放置一段時(shí)間的清洗，例如是10分鐘 15 分鐘，之后對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行甩干或者其他干燥處理，例如是使用旋轉(zhuǎn)機(jī)臺(tái)旋干或者是使用干燥的異丙醇?xì)怏w吹干。至此，完成了金屬互連結(jié)構(gòu)的制作。之后便可對(duì)完成平坦化處理的金屬互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行金屬互連工藝中的后續(xù)工藝。本發(fā)明提出的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法及其平坦化工藝，對(duì)緩沖氧化層進(jìn)行適度過量的化學(xué)機(jī)械研磨，之后更使用回蝕刻對(duì)緩沖氧化層進(jìn)行進(jìn)一步的處理，之后進(jìn)行清洗甩干處理，因?yàn)槠鋵?duì)緩沖氧化層進(jìn)行了進(jìn)一步的研磨和蝕刻處理，能夠有效改善進(jìn)行研磨處理后的金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)表面狀況，去除大部分金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)表面缺陷，從而提高金屬互連的質(zhì)量。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，包括下列步驟提供一半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上沉積電介質(zhì)層，所述電介質(zhì)層包括依次層疊的絕緣層和緩沖氧化層；蝕刻所述電介質(zhì)層至露出半導(dǎo)體襯底以形成凹槽；在上述結(jié)構(gòu)表面沉積阻擋層；在凹槽中填充金屬層形成金屬插塞；通過化學(xué)機(jī)械研磨去除上述結(jié)構(gòu)表面的金屬層、阻擋層和部分緩沖氧化層；對(duì)所述緩沖氧化層進(jìn)行回蝕刻，進(jìn)一步去除部分緩沖氧化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述絕緣層的材料為硼磷硅玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述絕緣層的厚度為7500埃 7900埃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述阻擋層的材料為Ti或TiN。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述阻擋層的厚度為205埃 215埃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述金屬層的材料為鎢金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述緩沖氧化層的材料為氧化硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述緩沖氧化層的厚度為1930埃 2070埃。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，通過化學(xué)機(jī)械研磨去除的緩沖氧化層厚度為700埃 750埃。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述回蝕刻去除的緩沖氧化層厚度為50埃 100埃。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述回蝕刻采用O2 和CF4對(duì)緩沖氧化層進(jìn)行干法蝕刻。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述化的流量為 1700sccm 1900sccm，所述 CF4 的流量為 850sccm 950sccm。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述回蝕刻處理時(shí)間為22秒 M秒，處理溫度為28. 5攝氏度 31. 5攝氏度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，進(jìn)行回蝕刻處理后還包括清洗甩干的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，使用ST250溶液進(jìn)行清洗。
16.一種金屬互連結(jié)構(gòu)的平坦化工藝，所述金屬互連結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底，形成于半導(dǎo)體襯底上的電介質(zhì)層，開設(shè)于電介質(zhì)層內(nèi)的凹槽，形成于上述結(jié)構(gòu)表面的阻擋層，以及填充在凹槽內(nèi)的金屬層，其特征在于，所述電介質(zhì)層包括依次層疊的絕緣層和緩沖氧化層，該平坦化工藝包括下列步驟對(duì)上述金屬互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除表面的金屬層、阻擋層和部分緩沖氧化層；對(duì)所述緩沖氧化層進(jìn)行回蝕刻，進(jìn)一步去除部分緩沖氧化層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的平坦化工藝，其特征在于，所述絕緣層的材料為硼磷硅玻璃。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的平坦化工藝，其特征在于，所述絕緣層的厚度為7500埃 7900埃。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的平坦化工藝，其特征在于，所述阻擋層的材料為Ti或TiN。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的平坦化工藝，其特征在于，所述阻擋層的厚度為205埃 215埃。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的平坦化工藝，其特征在于，所述金屬層的材料為鎢金屬。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的平坦化工藝，其特征在于，所述緩沖氧化層的材料為氧化硅。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的平坦化工藝，其特征在于，所述緩沖氧化層的厚度為1930埃 2070埃。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的平坦化工藝，其特征在于，所述進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理所去除的緩沖氧化層厚度為700埃 750埃。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的平坦化工藝，其特征在于，所述回蝕刻去除的緩沖氧化層厚度為50埃 100埃。
26.根據(jù)權(quán)利要求16所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的平坦化工藝，其特征在于，所述回蝕刻采用O2和CF4對(duì)緩沖氧化層進(jìn)行干法蝕刻。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的平坦化工藝，其特征在于，所述化的流量為 1700sccm 1900sccm，所述 CF4 的流量為 850sccm 950sccm。
28.根據(jù)權(quán)利要求16所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的平坦化工藝，其特征在于，所述回蝕刻處理時(shí)間為22秒 M秒，處理溫度為28. 5攝氏度 31. 5攝氏度。
29.根據(jù)權(quán)利要求16所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的平坦化工藝，其特征在于，進(jìn)行回蝕刻處理后還包括清洗甩干的步驟。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的平坦化工藝，其特征在于，使用ST250溶液進(jìn)行清洗。
全文摘要
本發(fā)明提出一種金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法及平坦化工藝，包括下列步驟提供一半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上沉積電介質(zhì)層，所述電介質(zhì)層包括依次層疊的絕緣層和緩沖氧化層；蝕刻所述電介質(zhì)層至露出半導(dǎo)體襯底以形成凹槽；在上述結(jié)構(gòu)表面沉積阻擋層；在凹槽中填充金屬層形成金屬插塞；通過化學(xué)機(jī)械研磨去除上述結(jié)構(gòu)表面的金屬層、阻擋層和部分緩沖氧化層；對(duì)所述緩沖氧化層進(jìn)行回蝕刻，進(jìn)一步去除部分緩沖氧化層。本發(fā)明提出的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法及平坦化工藝，其能夠有效改善進(jìn)行研磨處理后的金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)表面狀況，去除大部分金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)表面缺陷，從而提高金屬互連的質(zhì)量。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102237297SQ20101016429
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者林燕飛, 范思源, 陳俊 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司, 武漢新芯集成電路制造有限公司