專(zhuān)利名稱(chēng)：在化學(xué)機(jī)械研磨過(guò)程中防止鎢塞凹陷缺陷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)，特別涉及一種在化學(xué)機(jī)械研磨過(guò)程中防止鎢塞凹陷 缺陷的方法。
背景技術(shù)：
目前，在半導(dǎo)體器件的制程后段工藝中，也就是在半導(dǎo)體器件層形成之后，需要在 半導(dǎo)體器件之上形成金屬互連層，每層金屬互連層包括金屬互連線(xiàn)和層間介質(zhì)層(ILD)，這 就需要對(duì)上述層間介質(zhì)層制造通孔，然后在通孔中沉積金屬，沉積的金屬即為金屬互連線(xiàn)。 通常，鎢被用來(lái)作為沉積通孔填充薄膜及在第一金屬互連層和半導(dǎo)體器件上的硅化物接觸 之間作為填充物使用。當(dāng)采用鎢填充層間介質(zhì)層中的通孔，實(shí)現(xiàn)上下層金屬互連層之間的電連通時(shí)，為 了防止鎢擴(kuò)散進(jìn)入絕緣層，更好地限制在通孔內(nèi)，一般采用鈦(Ti)和氮化鈦(TiN)的疊層 結(jié)構(gòu)，作為鎢和層間介質(zhì)層之間的阻擋膜。其中，Ti和層間介質(zhì)層具有很好的粘附性，而 TiN在進(jìn)行鎢沉積時(shí)具有很好的阻擋性，防止鎢沉積時(shí)擴(kuò)散到層間介質(zhì)層上。圖Ia 圖Ie為現(xiàn)有技術(shù)中鎢塞制作方法過(guò)程的剖面結(jié)構(gòu)圖，參考這個(gè)鎢塞制作 方法過(guò)程的剖面結(jié)構(gòu)圖，對(duì)鎢塞制作方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。步驟一，如圖Ia所示，在層間介質(zhì)層100上光刻得到通孔101。在本步驟中，層間介質(zhì)層100為硅的氧化物，如二氧化硅，一般在半導(dǎo)體器件上采 用化學(xué)氣相沉積工藝及拋光工藝得到；然后，在層間介質(zhì)層100上涂覆光刻膠層，通過(guò)曝光 顯影將通孔圖形圖案化到光刻膠層后，以圖案化的光刻膠層為掩膜刻蝕層間介質(zhì)層100，得 到通孔101。在本步驟中，層間介質(zhì)層下方為下層的金屬互連層或半導(dǎo)體器件的器件層(在圖 中未畫(huà)出)。步驟二，如圖Ib所示，在通孔101上沉積第一鈦層102。在本步驟中，采用的是金屬物理氣相沉積工藝沉積第一鈦層102，使得第一鈦層 102襯墊于通孔101的底部及側(cè)壁上，作為后續(xù)沉積到通孔101中的鎢限制在通孔101當(dāng)中 的粘合劑。也就是說(shuō)，將圖Ia所示的結(jié)構(gòu)放入第一機(jī)臺(tái)的第一氣相沉積腔(物理反應(yīng)，在 物理氣相沉積腔)中，進(jìn)行第一鈦層102的沉積，同時(shí)通孔101之外的地方也已經(jīng)被填了鈦 層，這一部分就是需要用化學(xué)機(jī)械研磨方法去除的。在本步驟中，一般沉積的第一鈦層102厚度為100埃 200埃之間。步驟三，如圖Ic所示，在第一鈦層102上表面沉積一薄層氮化鈦103。在本步驟中，沉積一薄層氮化鈦103采用金屬有機(jī)物(MOCVD)工藝進(jìn)行，充當(dāng)了后 續(xù)沉積到通孔101中的鎢的擴(kuò)散阻擋層。在第一機(jī)臺(tái)的第二氣相沉積腔(化學(xué)反應(yīng)，在化 學(xué)氣相沉積腔)中，進(jìn)行氮化鈦103的沉積，同時(shí)通孔101之外的地方也已經(jīng)被填了一層氮 化鈦，這一部分就是需要用化學(xué)機(jī)械研磨方法去除的。在本步驟中，一般沉積的氮化鈦層103的厚度為5埃 10埃。
步驟四，如圖Id所示，在薄層氮化鈦103上表面沉積鎢，鎢填滿(mǎn)通孔101后，形成 鎢塞104，同時(shí)通孔101之外的地方也已經(jīng)被填了一層金屬鎢層，這一部分就是需要用化學(xué) 機(jī)械研磨方法去除的。在本步驟中，沉積鎢采用的方法為將圖Ic所示的結(jié)構(gòu)從第一機(jī)臺(tái)的第二氣相沉 積腔中取出，放入第二機(jī)臺(tái)的第三氣相沉積腔中(化學(xué)氣相沉積腔)，然后在第二氣相沉積 腔中通入四氫化硅氣體(SiH4)和氟化鎢(WF6),這兩種氣體在該第二機(jī)臺(tái)的第三氣相沉積 腔中反應(yīng)后得到鎢沉積到薄層氮化鈦103上表面，反應(yīng)得到的氟化硅(SiF4)以及氟化氫 (HF)被排出該第二機(jī)臺(tái)的第三氣相沉積腔。步驟五，如圖Ie所示，對(duì)形成的鎢塞之外的金屬層(Ti/TiN/W)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨 (CMP)，直到層間介質(zhì)層100的上表面。在本步驟中，進(jìn)行CMP時(shí)，得到的鎢塞高于層間介質(zhì)層100的上表面0 100埃左 右，這是為了與上層的金屬互連層中的金屬互連線(xiàn)進(jìn)行更好的電接觸，防止由于與上層的 金屬互連層中的金屬互連線(xiàn)之間出現(xiàn)縫隙而導(dǎo)致電接觸不良。對(duì)鎢塞進(jìn)行CMP過(guò)程中，常常采用CMP設(shè)備，也稱(chēng)為CMP機(jī)臺(tái)，CMP的機(jī)臺(tái)是一個(gè) 透明的封閉設(shè)備，采用把一個(gè)拋光墊粘在轉(zhuǎn)盤(pán)的表面和其上的磨頭接觸，進(jìn)行平坦化。在拋 光的時(shí)候，有多個(gè)磨頭，每個(gè)磨頭裝有一片包括多個(gè)半導(dǎo)體器件的晶圓。CMP設(shè)備上還相應(yīng) 的具有多個(gè)拋光墊和多個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)，用于對(duì)多片晶圓進(jìn)行同時(shí)CMP。在對(duì)鎢塞進(jìn)行CMP之后，還可以進(jìn)行CMP清洗，一般采用稀的氫氧化銨、過(guò)氧化氫 或氫氟酸(HF)。通過(guò)在線(xiàn)缺陷掃描方式檢測(cè)得到的鎢塞形貌時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)鎢塞凹陷缺陷，特別 是N型的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CM0Q的半導(dǎo)體器件，如圖Ie所示，這會(huì)導(dǎo)致與上層的金 屬互連層中的金屬互連線(xiàn)無(wú)法進(jìn)行電接觸，由于與上層的金屬互連層中的金屬互連線(xiàn)之間 出現(xiàn)縫隙而導(dǎo)致電接觸不良，影響最終得到的半導(dǎo)體器件性能。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種在化學(xué)機(jī)械研磨過(guò)程中防止鎢塞凹陷缺陷的方法，該 方法能夠防止鎢塞凹陷缺陷。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的一種在化學(xué)機(jī)械研磨過(guò)程中防止鎢塞凹陷缺陷的方法，該方法包括在半導(dǎo)體器件的層間介質(zhì)層制作鎢塞；在不透明的封閉的化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備中，采用化學(xué)機(jī)械研磨方式研磨半導(dǎo)體器件 鎢塞之外的金屬層鎢，并且使得所制作的鎢塞和層間介質(zhì)層表面平齊。所述不透明的封閉的化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備采用不透明的材料層圍繞化學(xué)機(jī)械研磨 設(shè)備的機(jī)臺(tái)外圍。所述不透明的材料層采用高分子的聚乙烯或高分子的聚酯材料。該方法還包括采用去離子水或弱堿性進(jìn)行輔CMP。所述使得所制作的鎢塞和層間介質(zhì)層表面平齊為所制作的鎢塞高于層間介質(zhì)層表面0 100埃。
由上述技術(shù)方案可見(jiàn)，本發(fā)明提供的方法改進(jìn)了 CMP設(shè)備，使得CMP設(shè)備為不透明 的封閉設(shè)備，從而防止了對(duì)鎢塞進(jìn)行CMP過(guò)程中，出現(xiàn)的光電效應(yīng)引起的鎢塞表面的鎢離 子遷移，而造成的鎢塞凹陷缺陷。更進(jìn)一步地，在對(duì)鎢塞進(jìn)行CMP過(guò)程之后，還采用去離子 水或弱堿性水進(jìn)行輔CMP研磨，從而防止晶圓在進(jìn)入清洗部件之前在表層的酸性溶液中產(chǎn) 生電容效應(yīng)，引起鎢塞表面的鎢離子遷移，從而造成的鎢塞凹陷缺陷的問(wèn)題。因此，本發(fā)明 提供的方法防止了鎢塞凹陷缺陷。


圖Ia 圖Ie為現(xiàn)有技術(shù)中鎢塞制作方法過(guò)程的剖面結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明提供的在化學(xué)機(jī)械研磨過(guò)程中防止鎢塞凹陷缺陷的方法流程圖；圖3為采用本發(fā)明提供的方法所制作的鎢塞結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為采用本發(fā)明提供的方法制作鎢塞和現(xiàn)有技術(shù)提供的方法制作鎢塞的對(duì)比 示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。在現(xiàn)有技術(shù)中，鎢塞與上層的金屬互連層中的金屬互連線(xiàn)之間出現(xiàn)縫隙而導(dǎo)致電 接觸不良的原因是，在鎢塞的制造過(guò)程中，出現(xiàn)了鎢塞凹陷缺陷。出現(xiàn)鎢塞凹陷缺陷的原因 是，在CMP鎢塞的過(guò)程中，由于CMP設(shè)備為透明的封閉設(shè)備，光可以透過(guò)透明的CMP設(shè)備外 殼照到正在研磨的鎢塞上，這會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)，造成電路回路，從而使得鎢塞上的鎢離子被 移動(dòng)，從而出現(xiàn)了鎢塞上的缺陷。因此，為了克服這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明提供的方法改進(jìn)了 CMP設(shè)備，使得CMP設(shè)備為不 透明的封閉設(shè)備，從而防止了對(duì)鎢塞進(jìn)行CMP過(guò)程中，出現(xiàn)的光電效應(yīng)引起的鎢塞表面的 鎢離子遷移，而造成的鎢塞凹陷缺陷。另外，在現(xiàn)有技術(shù)的CMP研磨過(guò)程中，也會(huì)導(dǎo)致鎢塞的凹陷缺陷，這是因?yàn)?，在CMP 的研磨液本身也是酸性的，酸性溶液在鎢塞表面的存在而出現(xiàn)的鎢離子之間的電容效應(yīng)， 引起鎢塞表面的鎢離子遷移，造成了鎢塞的凹陷缺陷。為了克服這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明在進(jìn)行CMP過(guò)程中，在研磨的主要步驟完成之后，采用 去離子水或弱堿性水進(jìn)行輔CMP，去除晶圓表層的酸性溶液，使之達(dá)到中性狀態(tài)，從而防止 了 CMP研磨完成之后到傳入清洗部件過(guò)程中，由于酸性溶液在鎢塞表面的存在而出現(xiàn)的鎢 離子之間的電容效應(yīng)，引起鎢塞表面的鎢離子遷移，而造成了鎢塞的凹陷缺陷。圖2為本發(fā)明提供的在化學(xué)機(jī)械研磨過(guò)程中防止鎢塞凹陷缺陷的方法流程圖，其 具體步驟為步驟201、按照?qǐng)DIa 圖Id所示的過(guò)程形成鎢塞。步驟202、對(duì)形成的鎢塞進(jìn)行CMP，在研磨過(guò)程中采用的CMP設(shè)備為不透明的封閉 設(shè)備，直到層間介質(zhì)層的上表面。在本步驟中，不透明的封閉設(shè)備采用不透明的材料層圍繞CMP的機(jī)臺(tái)外圍。在一 個(gè)CMP設(shè)備上，就有多個(gè)磨頭和相應(yīng)的多個(gè)拋光墊和多個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)。
在本步驟中，進(jìn)行CMP時(shí)，得到的鎢塞高于層間介質(zhì)層100的上表面0 100埃左 右，這是為了與上層的金屬互連層中的金屬互連線(xiàn)進(jìn)行更好的電接觸，防止由于與上層的 金屬互連層中的金屬互連線(xiàn)之間出現(xiàn)縫隙而導(dǎo)致電接觸不良。在本步驟中，不透明的材料層可以采用高分子的聚乙烯或高分子的聚酯材料制 成，比較牢固且比較輕，在進(jìn)行CMP過(guò)程中，也不會(huì)產(chǎn)生顆粒，污染鎢塞。步驟203、進(jìn)行CMP的主要研磨完成之后，采用去離子水或弱堿性水進(jìn)行CMP輔研磨。當(dāng)然，在上述過(guò)程也可以不包括步驟303就可以完成本發(fā)明。圖3為采用本發(fā)明提供的方法所制作的鎢塞結(jié)構(gòu)示意圖，可以看出，在鎢塞表面 沒(méi)有出現(xiàn)凹陷缺陷。圖4為采用本發(fā)明提供的方法制作鎢塞和現(xiàn)有技術(shù)提供的方法制作鎢塞的對(duì)比 示意圖，左邊的為采用現(xiàn)有技術(shù)提供的方法所制作的鎢塞，選取了 50個(gè)鎢塞，其中有40個(gè) 都有凹陷缺陷；右邊的為采用本發(fā)明提供的方法所制作的鎢塞，選取了 50個(gè)鎢塞，其中有0 個(gè)都有凹陷缺陷。綜上，本發(fā)明提供的方法可以防止鎢塞缺陷，從而防止了鎢塞與上層的金屬互連 層中的金屬互連線(xiàn)之間出現(xiàn)縫隙而導(dǎo)致電接觸不良，提高了最終得到的半導(dǎo)體器件的性 能。以上舉較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所 應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的 精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在化學(xué)機(jī)械研磨過(guò)程中防止鎢塞凹陷缺陷的方法，該方法包括 在半導(dǎo)體器件的層間介質(zhì)層制作鎢塞；在不透明的封閉的化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備中，采用化學(xué)機(jī)械研磨方式研磨半導(dǎo)體器件鎢塞 之外的金屬層鎢，并且使得所制作的鎢塞和層間介質(zhì)層表面平齊。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述不透明的封閉的化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備采 用不透明的材料層圍繞化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備的機(jī)臺(tái)外圍。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述不透明的材料層采用高分子的聚乙烯 或高分子的聚酯材料。
4.如權(quán)利要求1 3任一所述的方法，其特征在于，該方法還包括 采用去離子水或弱堿性水進(jìn)行輔CMP。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述使得所制作的鎢塞和層間介質(zhì)層表面 平齊為所制作的鎢塞高于層間介質(zhì)層表面0 100埃。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在化學(xué)機(jī)械研磨過(guò)程中防止鎢塞凹陷缺陷的方法，該方法包括在半導(dǎo)體器件的層間介質(zhì)層制作鎢塞；在不透明的封閉的化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備中，采用化學(xué)機(jī)械研磨方式研磨半導(dǎo)體器件鎢塞之外的金屬層鎢，并且使得所制作的鎢塞和層間介質(zhì)層表面平齊。本發(fā)明提供的方法防止了鎢塞凹陷缺陷。
文檔編號(hào)B24B1/00GK102110641SQ20091024732
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者江志琴 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司