專利名稱：在半導(dǎo)體器件中形成銅布線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在半導(dǎo)體器件中形成銅布線的方法，特別涉及這樣的一種在半導(dǎo)
體器件中形成銅布線的方法，其在形成銅布線的單鑲嵌工藝中能防止銅布線之間的短路。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件的尺寸日益減小，金屬布線的橫截面也日益減小，于是電流密度 增加。這就導(dǎo)致了因電遷移(EM)而產(chǎn)生的金屬布線的低可靠性的嚴(yán)重問題。因此，具有出 色的可靠性和比鋁更低的特定電阻率的銅可用作金屬布線的材料。 但是，因?yàn)樯a(chǎn)高揮發(fā)性(highly-volatile)的化合物存在困難，所以不能用干 蝕刻工藝制造銅布線。因此，主要用鑲嵌工藝制造銅布線。在下文中，將參考附圖描述相關(guān) 的單鑲嵌工藝。 圖1A至圖1G是相關(guān)的單鑲嵌工藝中各個步驟的剖視圖。首先，如圖1A所示，可 在半導(dǎo)體襯底的上部上方沉積下絕緣膜10?？蛇x擇性地蝕刻下絕緣膜10以形成通孔11。
然后，如圖1B所示，可在下絕緣膜IO和通孔ll(如圖1A所示)的整個表面上方 沉積鎢20。然后，如圖1C所示，可通過執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝去除過度沉積在下絕 緣膜10上方的鎢20以形成鎢插塞21。 如圖1D所示，可在下絕緣膜10的上部的整個表面上方沉積上絕緣膜30。然后，如 圖1E所示，可選擇性地蝕刻上絕緣膜30以形成溝槽31。 如圖1F所示，可在上絕緣膜30和溝槽31的整個表面上方沉積銅40。然后，如圖
1G所示，可通過執(zhí)行CMP工藝來平坦化溝槽31的上表面而形成銅布線41。 在以上步驟中，如圖1C所示，為了全部去除在下絕緣膜10的上部上方過度沉積的
鎢，執(zhí)行了過度拋光，而所述過度拋光可蝕刻下絕緣膜10。這種情況下，與在具有較低圖案
密度的區(qū)域中對下絕緣膜10的蝕刻相比，在具有較高圖案密度的區(qū)域A中可更多地蝕刻該
下絕緣膜10 (稱為"圖案密度效應(yīng)")。結(jié)果，如圖1G所示，在與具有較高圖案密度的區(qū)域
A相鄰的銅布線之間可產(chǎn)生短路B。 此外，當(dāng)蝕刻下絕緣膜時，因?yàn)殒u插塞的拋光率高于下絕緣膜，所以對鎢插塞比對 下絕緣膜拋光得更多。這導(dǎo)致了另一問題，即在銅布線形成期間，在鎢插塞與銅布線之間會 接觸不良。這被稱為"碟陷(dishing)"。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種在半導(dǎo)體器件中形成銅布線的方法，特別涉及這樣一種
在半導(dǎo)體器件中形成銅布線的方法，所述方法在形成銅布線的單鑲嵌工藝中能防止銅布線 之間的短路。 本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種在半導(dǎo)體器件中形成銅布線的方法，所述方法可包括以 下步驟在半導(dǎo)體襯底上方沉積下絕緣膜；在所述下絕緣膜中形成通孔；在所述下絕緣膜 的上部的整個表面上方沉積鎢，使得所述通孔用所述鎢來進(jìn)行間隙填充(gap-filled);通過執(zhí)行鎢化學(xué)機(jī)械拋光工藝來去除沉積在所述下絕緣膜的上部上方的過多的鎢，形成鎢插 塞；通過執(zhí)行鎢回蝕工藝來去除保留在所述下絕緣膜的上部上方的鎢；在所述下絕緣膜的 上部上方沉積上絕緣膜；通過在所述上絕緣膜上形成溝槽來暴露所述鎢插塞的上部；通過 在所述上絕緣膜的整個表面上方沉積銅，使得所述溝槽用所述銅來進(jìn)行間隙填充；以及平 坦化位于所述溝槽的上部上方的銅。 所述下絕緣膜可作為拋光停止層。當(dāng)檢測到所述下絕緣膜時所述鎢化學(xué)機(jī)械拋光 工藝可立即停止?？捎霉鈱W(xué)終點(diǎn)檢測器來檢測所述下絕緣膜。 可在氟族氣體氛圍中執(zhí)行鎢回蝕工藝。氟族氣體可為C1F3或NF3。在鎢回蝕工藝 期間可執(zhí)行3 %到5 %范圍內(nèi)的過蝕刻。 可通過執(zhí)行活性離子蝕刻(reactive ion etch)工藝在上絕緣膜上方形成溝槽。 可使用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積在下絕緣膜的上部的整個表面上方沉積鎢。
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種器件，其被配置為在半導(dǎo)體襯底上方沉積下絕緣膜； 在所述下絕緣膜中形成通孔；在所述下絕緣膜的上部的整個表面上方沉積鎢，使得所述通 孔用所述鎢來進(jìn)行間隙填充；采用鎢化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除沉積在所述下絕緣膜的上部上 方的過多的鎢，形成鎢插塞；在氟族氣體氛圍中使用鎢回蝕工藝來去除保留在下絕緣膜的 上部上方的鎢；在所述下絕緣膜的上部上方沉積上絕緣膜；通過執(zhí)行蝕刻工藝在所述上絕 緣膜上形成溝槽，暴露所述鎢插塞的上部；在所述上絕緣膜整個表面上方沉積銅，使得所述 溝槽用所述銅來進(jìn)行填充；以及平坦化位于所述溝槽的上部上方的銅。 根據(jù)本發(fā)明，在半導(dǎo)體器件中形成銅布線的方法能在形成銅布線的單鑲嵌工藝中 防止銅布線之間的短路。此外，該方法在鎢插塞形成期間能最小化鎢插塞的上部的損失。


圖1A至圖1G是相關(guān)的單鑲嵌工藝中各個步驟的剖視圖。
圖2A至圖2H是根據(jù)實(shí)施例的單鑲嵌工藝中各個步驟的剖視圖
具體實(shí)施例方式
圖2A至圖2H是根據(jù)實(shí)施例的單鑲嵌工藝中各個步驟的剖視圖。首先，如示例性 圖2A所示，可在下絕緣膜100中形成通孔110?？稍诎雽?dǎo)體襯底上方沉積下絕緣膜100， 所述下絕緣膜100可為金屬間介電材料、金屬前(pre-metal)介電材料、未摻雜硅酸鹽玻 璃(USG)、氟化硅酸鹽玻璃(FSG)、磷硅酸鹽玻璃(PSG)或硼磷(borophospho)硅酸鹽玻璃 (BPSG)。 可在下絕緣膜100和通孔110的整個表面上方沉積阻擋金屬。阻擋金屬可被形成 為Ti/TiN多層結(jié)構(gòu)。阻擋金屬可促進(jìn)鎢(其在隨后的工藝中被沉積在通孔中)的粘合性， 并可防止鎢擴(kuò)散至下絕緣膜100中。如果下絕緣膜100是金屬前介電材料，可通過將Ti鍵 合(bonding)至硅來形成硅化物(TiSi2)，從而可減小接觸插塞與漏極/源極區(qū)之間的接觸 電阻。 然后，如示例性圖2B所示，可在下絕緣膜100的上部的整個表面上方和通孔110 上方(如示例性圖2A所示)沉積鎢200，使得通孔110可用鎢200來進(jìn)行間隙填充?？墒?用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)來進(jìn)行間隙填充。
下面，如示例性圖2C所示，可通過執(zhí)行鎢CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)工藝來去除過度沉 積在下絕緣膜100的上部上方的鴇200。下絕緣膜100可作為鴇CMP工藝中的拋光停止層。 拋光是在下位拋光(under-polishing)條件下進(jìn)行的。就是說，在鎢CMP工藝期間，檢測到 作為拋光停止層的下絕緣膜100時，可立即停止拋光?？捎霉鈱W(xué)終點(diǎn)檢測器來檢測拋光停 止層。 但是，當(dāng)使用下位拋光條件執(zhí)行拋光時，鴇可保留在下絕緣膜100的上部上方。然 后，如示例性圖2D所示，可通過執(zhí)行鎢回蝕工藝來去除保留在下絕緣膜100的上部上方的 鎢200，從而形成鎢插塞210?？稍谥T如C1F3或NF3的氟族氣體氛圍中進(jìn)行鎢回蝕工藝。
在鎢回蝕工藝期間，可執(zhí)行過蝕刻以完全去除保留在下絕緣膜100的上部上方的 鎢。為此，可進(jìn)行僅為3%到5%的過蝕刻，以最小化可能由過蝕刻引起的鎢插塞210的上 部的損失。 然后，如示例性圖2E所示，可在下絕緣膜100的上部上方沉積上絕緣膜300。與下 絕緣膜100的形成相似，可通過化學(xué)氣相沉積方法沉積上絕緣膜300，所述上絕緣膜300可 包括USG、 FSG、 PSG或BPSG。 然后，如示例性圖2F所示，可通過使用蝕刻工藝在上絕緣膜300上形成溝槽310 來暴露鎢插塞210的上部?？赏ㄟ^活性離子蝕刻(RIE)工藝來蝕刻溝槽310。
然后，如示例性圖2G所示，可在上絕緣膜300的整個表面上方沉積銅400，使得溝 槽310 (如示例性圖2F所示)可用銅400來進(jìn)行間隙填充。銅沉積可包括形成銅籽晶層的 步驟和填充銅的步驟?？刹捎梦锢須庀喑练e或化學(xué)氣相沉積來形成銅籽晶層?？刹捎没瘜W(xué) 氣相沉積、電鍍或類似方法來實(shí)現(xiàn)銅的填充。 最后，如示例性圖2H所示，可在溝槽310上表面上方平坦化銅400，從而形成銅布 線410。這里，可用CMP工藝執(zhí)行平坦化。 根據(jù)實(shí)施例，在半導(dǎo)體器件中形成銅布線的方法能在形成銅布線的單鑲嵌工藝中 防止銅布線之間的短路。此外，該方法在鎢插塞形成期間能最小化鎢插塞的上部的損失。
對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，顯然可對所公開的實(shí)施例做多種變化與改進(jìn)。因此， 本發(fā)明所公開的實(shí)施例旨在涵蓋顯而易見的變化與改進(jìn)，只要它們落入所附權(quán)利要求及其 等效物的范圍內(nèi)即可。
權(quán)利要求
一種方法，包含以下步驟在半導(dǎo)體襯底上方沉積下絕緣膜；在所述下絕緣膜中形成通孔；在所述下絕緣膜的上部的整個表面上方沉積鎢，使得用所述鎢來對所述通孔進(jìn)行間隙填充；通過執(zhí)行鎢化學(xué)機(jī)械拋光工藝來去除沉積在所述下絕緣膜的上部上方的過多的鎢，形成鎢插塞；通過執(zhí)行鎢回蝕工藝，去除保留在所述下絕緣膜的上部上方的鎢；在所述下絕緣膜的上部上方沉積上絕緣膜；通過在所述上絕緣膜上形成溝槽，暴露所述鎢插塞的上部；在所述上絕緣膜的整個表面上方沉積銅，使得用所述銅來對所述溝槽進(jìn)行間隙填充；以及平坦化位于所述溝槽的上部上方的銅。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)檢測到所述下絕緣膜時，所述鎢化學(xué)機(jī)械拋光工 藝立即停止，其中所述下絕緣膜作為拋光停止層。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中使用光學(xué)終點(diǎn)檢測器來檢測所述下絕緣膜。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述鎢回蝕工藝是在氟族氣體氛圍中執(zhí)行的。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述鎢回蝕工藝期間執(zhí)行3%到5%范圍內(nèi)的過蝕刻。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過執(zhí)行蝕刻工藝或通過執(zhí)行活性離子蝕刻工藝而 在所述上絕緣膜上方形成所述溝槽。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積來實(shí)現(xiàn)將鎢沉積 在所述下絕緣膜的上部的整個表面上方的步驟。
8. —種器件，被配置為 在半導(dǎo)體襯底上方沉積下絕緣膜； 在所述下絕緣膜中形成通孔；在所述下絕緣膜的上部的整個表面上方沉積鎢，使得用所述鎢來對所述通孔進(jìn)行間隙 填充；使用鎢化學(xué)機(jī)械拋光工藝來去除沉積在所述下絕緣膜的上部上方的過多的鎢，形成鎢 插塞；在氟族氣體氛圍中使用鎢回蝕工藝，去除保留在下絕緣膜的上部上方的鎢； 在所述下絕緣膜的上部上方沉積上絕緣膜；通過執(zhí)行蝕刻工藝在所述上絕緣膜上形成溝槽，暴露所述鎢插塞的上部； 在所述上絕緣膜整個表面上方沉積銅，使得用所述銅來對所述溝槽進(jìn)行間隙填充；以及平坦化位于所述溝槽的上部上方的銅。
9. 如權(quán)利要求12所述的器件，被配置為當(dāng)檢測到所述下絕緣膜時，立即停止所述鎢化 學(xué)機(jī)械拋光工藝，其中所述下絕緣膜作為拋光停止層。
10. 如權(quán)利要求12所述的器件，被配置為在所述鎢回蝕工藝期間執(zhí)行3%到5%范圍內(nèi)的過蝕刻。
全文摘要
一種在半導(dǎo)體器件中形成銅布線的方法，可包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上方沉積下絕緣膜；在下絕緣膜中形成通孔；在下絕緣膜的上部的整個表面上方沉積鎢，使得用所述鎢來對所述通孔進(jìn)行間隙填充；通過執(zhí)行鎢化學(xué)機(jī)械拋光工藝來去除沉積在所述下絕緣膜的上部上方的過多的鎢，形成鎢插塞；通過執(zhí)行鎢回蝕工藝，去除保留在所述下絕緣膜的上部上方的鎢；在所述下絕緣膜的上部上方沉積上絕緣膜；通過在所述上絕緣膜上形成溝槽，暴露所述鎢插塞的上部；通過在所述上絕緣膜的整個表面上方沉積銅，使得用所述銅來對所述溝槽進(jìn)行間隙填充；以及平坦化位于所述溝槽的上部上方的銅。本發(fā)明的方法能在形成銅布線的單鑲嵌工藝中防止銅布線之間的短路。
文檔編號H01L21/768GK101770979SQ200910265280
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者趙宏來 申請人:東部高科股份有限公司