專利名稱：互連結(jié)構(gòu)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更為具體的，本發(fā)明涉及互連結(jié)構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著對(duì)超大規(guī)模集成電路高集成度和高性能的需求逐漸增加，半導(dǎo)體技術(shù)向著 65nm甚至更小特征尺寸的技術(shù)節(jié)點(diǎn)發(fā)展，而芯片的運(yùn)算速度明顯受到金屬導(dǎo)電所造成的電阻電容延遲的影響。為了改善集成電路的性能，利用具有低電阻率、優(yōu)良抗電遷移能力等優(yōu)點(diǎn)的銅代替鋁作為半導(dǎo)體內(nèi)的金屬互連線可降低金屬互連線電阻。另一方面，利用低介電常數(shù)介電層或是超低介電常數(shù)介電層作為金屬層間介電層，可以有效降低電容。銅雙鑲嵌技術(shù)搭配低介電常數(shù)材料所構(gòu)成的金屬層間介電層 (inter metal dielectric, IMD)是目前最受歡迎的互連結(jié)構(gòu)工藝組合，其能夠有效改善電阻電容延遲的現(xiàn)象，勢(shì)必將成為下一代半導(dǎo)體工藝的標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)中一種制造互連結(jié)構(gòu)的方法如圖1所示，包括S100，提供半導(dǎo)體襯底， 所述半導(dǎo)體襯底上形成有金屬層間介電層，所述金屬層間介電層內(nèi)形成有開(kāi)口，所述開(kāi)口中和金屬層間介質(zhì)層上沉積有阻擋層，所述阻擋層上沉積有銅金屬，所述銅金屬填滿開(kāi)口并覆蓋金屬層間介電層上的阻擋層；S101，進(jìn)行第一階段化學(xué)機(jī)械研磨，平坦化所述阻擋層上的銅金屬；S102，進(jìn)行第二階段化學(xué)機(jī)械研磨，去除所述阻擋層上的銅金屬，保留金屬層間介電層開(kāi)口內(nèi)的銅金屬；S103，進(jìn)行第三階段化學(xué)機(jī)械研磨，去除所述金屬層間介電層上的阻擋層。根據(jù)現(xiàn)有工藝制造的互連結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，包括金屬層間介電層 101、阻擋層102和銅金屬103。由于所形成的阻擋層較薄，在施加電場(chǎng)時(shí)，銅金屬103中的離子易于遷移到金屬層間介電層101，使得同層的銅金屬之間存在漏電流，降低了同層的銅金屬之間的擊穿電壓，影響所制造半導(dǎo)體器件的時(shí)間相關(guān)介質(zhì)特性。在公開(kāi)號(hào)為CN1667812A 的中國(guó)專利申請(qǐng)中還公開(kāi)了更多關(guān)于半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的制造方法。然而，隨著集成電路的尺寸縮小，銅金屬互連線之間的寬度變窄，致使各層間的電場(chǎng)增加，同層的銅金屬互連線間漏電流增加，同層的銅金屬互連線間的擊穿電壓減小，所制造半導(dǎo)體器件的時(shí)間相關(guān)介質(zhì)擊穿(TDDB，Time-Dependent Dielectric Breakdown)的壽命逐漸減小，嚴(yán)重影響了所制造器件的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種互連結(jié)構(gòu)的制造方法，降低同層的銅金屬互連線之間的漏電流，提高同層的金屬互連線之間的擊穿電壓，改善所制造半導(dǎo)體器件的時(shí)間相關(guān)介質(zhì)擊穿特性。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明了一種互連結(jié)構(gòu)的制造方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有金屬層間介電層，所述金屬層間介電層內(nèi)形成有開(kāi)口，所述開(kāi)口中和金屬層間介電層上沉積有阻擋層，所述阻擋層上沉積有銅金屬，所述銅金屬填滿開(kāi)口并覆蓋金屬層間介電層上的阻擋層；進(jìn)行第一階段化學(xué)機(jī)械研磨，平坦化所述阻擋層上的銅金屬；用相對(duì)于阻擋層對(duì)銅的選擇比更大的研磨劑進(jìn)行第二階段化學(xué)機(jī)械研磨，去除所述阻擋層上的銅金屬，保留金屬層間介電層開(kāi)口內(nèi)的銅金屬；降低所述半導(dǎo)體襯底的溫度；進(jìn)行第三階段化學(xué)機(jī)械研磨，去除所述金屬層間介電層上的阻擋層?？蛇x地，所述金屬層間介電層的材質(zhì)為低介電常數(shù)材料，所述阻擋層的材質(zhì)為氮化鉭、鉭或氮化鉭/鉭雙層結(jié)構(gòu)。可選地，所述相對(duì)于阻擋層對(duì)銅的選擇比更大的研磨劑含有H2O2，所述H2O2在研磨劑中的體積范圍為至3%，所述含有H2A的研磨劑的供給流量為300ml/min。可選地，采用去離子水或苯并三氮唑清洗降低所述半導(dǎo)體襯底的溫度。可選地，所述去離子水或苯并三氮唑的溫度范圍為10 20攝氏度，壓強(qiáng)范圍為 70 lOOUa。可選地，所述去離子水或苯并三氮唑的供給流量為100 200ml/min，所述去離子水或苯并三氮唑的清洗時(shí)間為10 15秒。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過(guò)控制形成銅金屬互連結(jié)構(gòu)過(guò)程中化學(xué)機(jī)械研磨工藝，使用相對(duì)阻擋層對(duì)銅的選擇比更大的研磨劑去除阻擋層上的銅金屬和改變?nèi)コ钃鯇又暗那逑垂に嚕沟盟纬傻幕ミB結(jié)構(gòu)中阻擋層比銅金屬和金屬層間介電層凸出，阻擋了銅金屬互連結(jié)構(gòu)上的離子向金屬層間介電層遷移，防止在同層的銅金屬互連線之間產(chǎn)生漏電流，提高同層的銅金屬互連線之間的擊穿電壓，改善所制造器件的時(shí)間相關(guān)介質(zhì)擊穿特性。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中互連結(jié)構(gòu)制造方法的流程示意圖；圖2為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制造的互連結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明互連結(jié)構(gòu)制造方法的流程示意圖；圖4至圖7為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的各階段互連結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其它不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。正如背景技術(shù)部分所述，現(xiàn)有技術(shù)所制造的互連結(jié)構(gòu)中，銅金屬互連線中的離子很容易穿過(guò)阻擋層遷移到金屬層間介電層，從而導(dǎo)致同層的銅金屬互連線之間產(chǎn)生漏電流以及同層的銅金屬之間的擊穿電壓低，影響所制造半導(dǎo)體器件的介質(zhì)時(shí)間相關(guān)擊穿的壽命。針對(duì)上述問(wèn)題，發(fā)明人提供了一種互連結(jié)構(gòu)的制造方法，通過(guò)改善銅金屬互連線制造過(guò)程中的化學(xué)機(jī)械拋光工藝防止同層的銅金屬互連線之間產(chǎn)生漏電流，提高同層的銅金屬互連線之間的擊穿電壓，改善所制造半導(dǎo)體器件的介質(zhì)時(shí)間相關(guān)擊穿特性。參考圖3，示出了本發(fā)明互連結(jié)構(gòu)的制造方法，包括步驟S200，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有金屬層間介電層，所述金屬層間介電層內(nèi)形成有開(kāi)口，所述開(kāi)口中和金屬層間介電層上沉積有阻擋層，所述阻擋層上沉積有銅金屬，所述銅金屬填滿開(kāi)口并覆蓋金屬層間介電層上的阻擋層；步驟S201，進(jìn)行第一階段化學(xué)機(jī)械研磨，平坦化所述阻擋層上的銅金屬；步驟S202，用相對(duì)于阻擋層對(duì)銅的選擇比更大的研磨劑進(jìn)行第二階段化學(xué)機(jī)械研磨，去除所述阻擋層上的銅金屬，保留金屬層間介電層開(kāi)口內(nèi)的銅金屬；步驟S203，降低所述半導(dǎo)體襯底的溫度；步驟S204，進(jìn)行第三階段化學(xué)機(jī)械研磨，去除所述金屬層間介電層上的阻擋層。下面將結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。請(qǐng)結(jié)合附圖4 圖7，為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的各階段互連結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。首先，請(qǐng)參考圖4，提供半導(dǎo)體襯底提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底(圖未示)上形成有金屬層間介電層201，所述金屬層間介電層201內(nèi)形成有開(kāi)口，所述開(kāi)口中和金屬層間介電層201上沉積有阻擋層202，所述阻擋層202上沉積有銅金屬203，所述銅金屬203 填滿開(kāi)口并覆蓋金屬層間介電層201上的阻擋層202。所述金屬層間介電層201的材質(zhì)為低介電常數(shù)材料，在具體的實(shí)施例中，所述金屬層間介電層201為黑鉆石(Black Diamond)，可通過(guò)有機(jī)分子束沉積的方法沉積，其具體的制造方法與現(xiàn)有技術(shù)相同，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不做詳細(xì)的說(shuō)明。圖形化所述金屬層間介電層201，并通過(guò)刻蝕形成開(kāi)口。在所述開(kāi)口中和金屬層間介電層上沉積阻擋層202。所述阻擋層的材質(zhì)為氮化鉭、鉭或氮化鉭/鉭雙層結(jié)構(gòu)，所述阻擋層202采用物理氣相沉積的方法沉積，也可以通過(guò)其它方法進(jìn)行。所述阻擋層202上的銅金屬203通過(guò)物理氣相沉積的方法沉積，所述銅金屬203填滿開(kāi)口并覆蓋金屬層間介電層201上的阻擋層202。接著，請(qǐng)參考圖5，進(jìn)行第一階段化學(xué)機(jī)械研磨，平坦化所述阻擋層202上的銅金屬 203。在進(jìn)行第一階段化學(xué)機(jī)械研磨之前，將所述半導(dǎo)體襯底置于研磨設(shè)備中，研磨設(shè)備具有研磨墊和研磨頭，研磨頭吸附所述半導(dǎo)體襯底的背面，并使半導(dǎo)體襯底上待研磨的銅金屬203與研磨墊接觸。在研磨頭上施加壓力，使所述銅金屬203能夠與研磨墊充分接觸。向所述銅金屬203表面和研磨墊之間供給第一研磨劑，通過(guò)研磨墊和研磨頭之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，使所述第一研磨劑均勻分布于所述銅金屬203表面和研磨墊之間，同時(shí)，所述第一研磨劑與銅金屬203表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成易于被去除的物質(zhì)，接著通過(guò)銅金屬203 與研磨墊表面相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械作用將該易于被去除的物質(zhì)去除以平坦化所述銅金屬203 表面，形成銅金屬203a。完成第一階段的化學(xué)機(jī)械研磨之后，停止供給第一研磨劑。參考圖6，用相對(duì)于阻擋層202對(duì)銅的選擇比更大的研磨劑進(jìn)行第二階段化學(xué)機(jī)械研磨，去除所述阻擋層202上的銅金屬203a，保留金屬層間介電層開(kāi)口內(nèi)的銅金屬20北。在第二階段化學(xué)機(jī)械研磨中，向所述銅金屬203a表面和研磨墊之間供給相對(duì)于阻擋層202對(duì)銅的選擇比更大的第二研磨劑。在具體的實(shí)施例中，所述第二研磨劑含有 H2O2，其中H2O2和第二研磨劑的體積比為至3%。第二研磨劑的供給流量為300ml/min， 所述第二階段化學(xué)機(jī)械研磨的研磨時(shí)間由所述阻擋層202上的銅金屬203a厚度來(lái)確定。完成第二階段的化學(xué)機(jī)械研磨之后，停止供給第二研磨劑。通過(guò)第二階段的化學(xué)機(jī)械研磨，去除所述阻擋層202上的銅金屬203a，保留金屬層間介電層開(kāi)口內(nèi)的銅金屬20北。由于在第二化學(xué)機(jī)械研磨過(guò)程中第二研磨劑對(duì)銅的選擇比比對(duì)阻擋層202的選擇比更大，因此，銅金屬20 向下凹陷，較金屬層間介電層201上的阻擋層202低。在其它實(shí)施例，還可以采用其它相對(duì)于阻擋層對(duì)銅的選擇比更大的研磨劑代替以上實(shí)施例中的第二研磨劑來(lái)進(jìn)行第二階段化學(xué)機(jī)械研磨。接著，降低所述半導(dǎo)體襯底的溫度。在具體的實(shí)施例中，利用去離子水清洗半導(dǎo)體襯底，以降低所述半導(dǎo)體襯底的溫度。同時(shí)，所述去離子水清洗能夠去除研磨過(guò)程產(chǎn)生的顆粒污染物或殘留物，防止對(duì)后續(xù)的研磨工藝或其它工藝產(chǎn)生影響。在其它的實(shí)施例中，還可以利用苯并三氮唑清洗所述半導(dǎo)體襯底，來(lái)降低半導(dǎo)體襯底的溫度。同時(shí)，苯并三氮唑能夠與銅原子形成共價(jià)鍵和配位鍵，相互交替成鍵狀聚合物，在銅表面組成保護(hù)膜，使銅的表面不與其它物質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，具有緩蝕的作用。另外，苯并三氮唑還能夠清洗半導(dǎo)體襯底去除研磨過(guò)程產(chǎn)生的顆粒污染物或殘留物，防止對(duì)后續(xù)的研磨工藝或其它工藝產(chǎn)生影響。在具體的實(shí)施例中，所述去離子水或苯并三氮唑的溫度范圍為10 20攝氏度，壓強(qiáng)范圍為70 lOOkPa。所述去離子水或苯并三氮唑的供給流量為100 200ml/min，所述去離子水或苯并三氮唑的清洗時(shí)間為10 15秒。通過(guò)利用溫度為10 20攝氏度的去離子水或苯并三氮唑清洗所述半導(dǎo)體襯底，能夠?qū)雽?dǎo)體襯底以及與所述半導(dǎo)體襯底接觸的研磨墊的溫度從20 35攝氏度降低至10 20攝氏度，進(jìn)而降低銅金屬和阻擋層在化學(xué)機(jī)械研磨的研磨速率(removal rate)。最后，參考圖7，進(jìn)行第三階段化學(xué)機(jī)械研磨，去除所述金屬層間介電層201上的阻擋層202。在第三階段化學(xué)機(jī)械研磨過(guò)程中，向所述金屬層間介電層201上的阻擋層表面和研磨墊之間供給第三研磨劑，通過(guò)研磨墊和研磨頭之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)去除金屬層間介電層 201上的阻擋層202。通過(guò)去離子水或苯并三氮唑清洗，所述半導(dǎo)體襯底和研磨墊溫度降低，使得在第三階段化學(xué)機(jī)械研磨中，銅金屬和阻擋層的研磨速率較金屬層間介電層低，從而使第三階段化學(xué)機(jī)械研磨后剩余的阻擋層20 較銅金屬203c和經(jīng)第三階段化學(xué)機(jī)械研磨露出的金屬層間介電層201a凸出，進(jìn)而阻止銅金屬203c中的離子向金屬層間介電層 201a遷移，防止同層的銅金屬互連結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生漏電流，提高同層的銅金屬互連線之間的擊穿電壓，改善所制造半導(dǎo)體器件的時(shí)間相關(guān)介質(zhì)擊穿特性。在其他的實(shí)施例中，還可以采用等離子水或苯并三氮唑清洗以外的方法使半導(dǎo)體襯底的溫度降低，進(jìn)而使得在后續(xù)的第三階段化學(xué)機(jī)械研磨中銅金屬和阻擋層的研磨速率較金屬層間介電層低，使阻擋層較銅金屬和金屬層間介電層凸起，提高同層的銅金屬互連線之間的擊穿電壓，改善所制造半導(dǎo)體器件的時(shí)間相關(guān)介質(zhì)擊穿特性。
另外，在第一階段和第三階段的化學(xué)機(jī)械研磨之后和其它工藝之前，通常會(huì)用去離子水或苯并三氮唑進(jìn)行清洗，所述去離子水清洗用以避免研磨產(chǎn)生的顆粒污染物或殘留物對(duì)后續(xù)階段的研磨工藝或其它工藝的影響，所述苯并三氮唑清洗能夠?qū)κＳ嚆~金屬起到緩蝕作用，并避免研磨產(chǎn)生的顆粒污染物或殘留物對(duì)后續(xù)階段的研磨工藝或其它工藝的影響。此處的清洗方法與現(xiàn)有技術(shù)相同，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不做詳細(xì)的說(shuō)明。綜上，本發(fā)明提供了一種互連結(jié)構(gòu)的制造方法，通過(guò)控制形成互連結(jié)構(gòu)過(guò)程中化學(xué)機(jī)械研磨工藝，使用相對(duì)阻擋層對(duì)銅的選擇比更大的研磨劑去除阻擋層上的銅金屬和改變?nèi)コ钃鯇又暗那逑垂に?，使得所形成的互連結(jié)構(gòu)中阻擋層比銅金屬和金屬層間介電層突出，阻擋了銅金屬互連結(jié)構(gòu)上的離子向金屬層間介電層遷移，防止在同層的銅金屬互連線之間產(chǎn)生漏電流，提高同層的銅金屬互連線之間的擊穿電壓，改善所形成器件的時(shí)間相關(guān)介質(zhì)擊穿特性。雖然本發(fā)明己以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有金屬層間介電層，所述金屬層間介電層內(nèi)形成有開(kāi)口，所述開(kāi)口中和金屬層間介電層上沉積有阻擋層，所述阻擋層上沉積有銅金屬， 所述銅金屬填滿開(kāi)口并覆蓋金屬層間介電層上的阻擋層；進(jìn)行第一階段化學(xué)機(jī)械研磨，平坦化所述阻擋層上的銅金屬；用相對(duì)于阻擋層對(duì)銅的選擇比更大的研磨劑進(jìn)行第二階段化學(xué)機(jī)械研磨，去除所述阻擋層上的銅金屬，保留金屬層間介電層開(kāi)口內(nèi)的銅金屬；降低所述半導(dǎo)體襯底的溫度；進(jìn)行第三階段化學(xué)機(jī)械研磨，去除所述金屬層間介電層上的阻擋層。
2.如權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述金屬層間介電層的材質(zhì)為低介電常數(shù)材料。
3.如權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述阻擋層的材質(zhì)為氮化鉭、鉭或氮化鉭/鉭雙層結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述相對(duì)于阻擋層對(duì)銅的選擇比更大的研磨劑含有H202。
5.如權(quán)利要求4所述的互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述H2A在研磨劑中的體積范圍為至3%。
6.如權(quán)利要求4所述的互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述含有H2A的研磨劑的供給流量為300ml/min。
7.如權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，采用去離子水或苯并三氮唑清洗降低所述半導(dǎo)體襯底的溫度。
8.如權(quán)利要求7所述的互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述去離子水或苯并三氮唑的溫度范圍為10 20攝氏度，壓強(qiáng)范圍為70 lOOkPa。
9.如權(quán)利要求7所述的互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述去離子水或苯并三氮唑的供給流量為100 200ml/min，所述去離子水或苯并三氮唑的清洗時(shí)間為10 15秒。
全文摘要
一種互連結(jié)構(gòu)的制造方法，通過(guò)控制形成銅金屬互連線過(guò)程中的化學(xué)機(jī)械研磨工藝，使用相對(duì)阻擋層對(duì)銅的選擇比更大的研磨劑去除阻擋層上的銅金屬和改變?nèi)コ钃鯇又暗那逑垂に嚕沟盟纬傻幕ミB結(jié)構(gòu)中阻擋層比銅金屬和金屬層間介電層凸出，阻擋了銅金屬互連結(jié)構(gòu)上的離子向金屬層間介電層遷移。該發(fā)明能夠防止同層的金屬互連線之間產(chǎn)生漏電流，提高了同層的銅金屬互連線之間的擊穿電壓，改善了所制造半導(dǎo)體器件的介質(zhì)時(shí)間相關(guān)擊穿特性。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102569170SQ20101061343
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者鄧武鋒 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(北京)有限公司