專利名稱：Cmp終點檢測方法與相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種化學(xué)機械研磨(CMP)的終點檢測方法及相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法。
背景技術(shù)：
化學(xué)機械研磨(CMP)是半導(dǎo)體工藝中常用的一種平坦化手段，主要用于減小晶片厚度和表面形貌的起伏程度。在實際生產(chǎn)過程中，采用終點檢測來衡量CMP是否已將材料研磨至所需厚度。常用的兩種終點檢測法為電機電流終點檢測法和光學(xué)終點檢測法。電機電流終點檢測法的原理是在拋光表面到達(dá)晶片的不同介質(zhì)材料的界面時，摩擦力會產(chǎn)生明顯的變化，為保持拋光轉(zhuǎn)速不變，驅(qū)動電機的電流必然會隨之發(fā)生變化。對這個變化的電機電流信號進(jìn)行采樣，就可以實現(xiàn)CMP終點檢測。然而，電機電流終點檢測法是基于晶片的摩擦力的變化，同一層上可能具有不同器件區(qū)，這也會引起摩擦力的變化，從而導(dǎo)致終點的誤判斷。光學(xué)終點檢測法的原理為一束入射光照射到被研磨層的表面時，部分被反射，部分進(jìn)入該被研磨層之后被反射，該兩束反射光因光程差不同，會發(fā)生干涉現(xiàn)象。根據(jù)干涉條紋的變化可以實現(xiàn)CMP終點檢測。該入射光可以采用多種波長的光，如紅外、可見和紫外光，雖然可見光和紫外線波長較短，可以實現(xiàn)更高的檢測精度，但是由于半導(dǎo)體器件多采用摻雜結(jié)構(gòu)的PN結(jié)器件，通?？梢姽?、紫外線容易誘發(fā)光生伏特效應(yīng)，在終點檢測中受到了限制，紅外線能量較低，并且能夠穿透多種介質(zhì)，然而，對于檢測nm級別的薄膜從硬件上會要求較高?；诖?，本發(fā)明提出一種新的化學(xué)機械研磨終點的檢測方法，對研磨終點的判斷準(zhǔn)確，且對硬件的要求低。此外，相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)由于尺寸較小，因而，導(dǎo)電的金屬層的厚度很薄，基于上述新的化學(xué)機械研磨終點的檢測方法，本發(fā)明還提出一種相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法，采用該新的研磨終點測方法檢測的研磨終點滿足相變存儲器的性能需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實現(xiàn)的目的之一是提供一種新的化學(xué)機械研磨終點的檢測方法，對研磨終點的判斷準(zhǔn)確，且對硬件的要求低。本發(fā)明實現(xiàn)的另一目的是提供一種新的相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法，采用該新的研磨終點測方法檢測的研磨終點滿足相變存儲器的性能需求。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種化學(xué)機械研磨終點的檢測方法，包括:提供待研磨晶片，所述待研磨晶片表面具有第一介電層；在所述第一介電層上淀積第一金屬層；在所述第一金屬層上淀積第二金屬層；
在所述第二金屬層上淀積第二介電層；依次研磨所述第二介電層、第二金屬層、第一金屬層；采用感應(yīng)電流法檢測所述研磨終點?？蛇x地，所述第一金屬層與所述第二金屬層材質(zhì)相同。此外，本發(fā)明還提供一種相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法，包括:提供晶片，所述晶片的表面形成有至少兩個導(dǎo)電插塞結(jié)構(gòu)；在所述晶片的表面淀積刻蝕終止層；在所述刻蝕終止層上淀積第一介電層； 在所述第一介電層上淀積第二金屬層；光刻、刻蝕所述第二金屬層、第一介電層與刻蝕終止層形成開口，所述開口的兩個相對的側(cè)壁分別落在所述兩個導(dǎo)電插塞上；淀積第一金屬層，所述第一金屬層未填滿所述開口 ；去除相鄰導(dǎo)電插塞之間的第一金屬層；淀積第二介電層，填充所述開口 ；依次研磨所述第二介電層、第一金屬層、第二金屬層形成相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)，所述研磨過程中，采用感應(yīng)電流法檢測研磨終點?？蛇x地，所述第刻蝕終止層與所述第一介電層材質(zhì)不同?？蛇x地，所述第二介電層與所述第三介電層材質(zhì)相同?？蛇x地，所述第一金屬層與所述第二金屬層材質(zhì)相同?？蛇x地，所述刻蝕終止層的材質(zhì)為氮化硅?？蛇x地，所述第一介電層的材質(zhì)為氧化硅，所述第二介電層的材質(zhì)也為氧化硅?？蛇x地，所述第二金屬層的厚度大于所述第一金屬層的厚度?？蛇x地，所述第一金屬層的材質(zhì)為TiN、T1、TaN、Ta、TiAl中的至少一種?？蛇x地，所述第一金屬層的厚度范圍為:20A_200A?？蛇x地，所述第二金屬層的材質(zhì)為TiN、T1、TaN、Ta、TiAl中的至少一種?？蛇x地，所述第二金屬層的厚度范圍為:50A_500A。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:在化學(xué)機械研磨過程中，最初研磨的為第二介電層，之后研磨金屬層，該金屬層包括第一金屬層與第二金屬層，第一金屬層的部分結(jié)構(gòu)作為導(dǎo)電結(jié)構(gòu)存留在最終形成的器件結(jié)構(gòu)中，因而第一金屬層厚度有限制，此外，該金屬層之下為第一介電層，采用感應(yīng)電流法檢測該研磨終點時，只在金屬層厚度變化時，該感應(yīng)電流有變化，由于該第一金屬層厚度的限制，因而檢測的終點不準(zhǔn)確，會出現(xiàn)過研磨與未充分研磨的問題，針對這個問題，本發(fā)明通過第二金屬層的設(shè)置，利用了金屬層越厚，研磨該金屬層前后時，感應(yīng)的電流差值越大，因而對研磨終點的判斷準(zhǔn)確性要高。


圖1是本發(fā)明實施一例提供的相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法的流程圖；圖2至圖9是按圖1流程圖形成的相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的中間結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是按圖1流程圖形成的相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的最終結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是用于實施圖1流程圖中的感應(yīng)電流檢測法的裝置示意圖12是圖11中的研磨時間與信號電壓變化關(guān)系示意圖；圖13是實施例二提供的化學(xué)機械研磨終點的檢測方法的流程圖。
具體實施例方式正如背景技術(shù)所述，電機電流終點檢測法對終點的檢測會出現(xiàn)不準(zhǔn)確，光學(xué)終點檢測法對硬件要求較高，因而，本發(fā)明提出采用感應(yīng)電流檢測法檢測，該檢測法在一個導(dǎo)體上纏繞兩組線圈，在一組線圈上施加交變驅(qū)動電壓，該交變電壓產(chǎn)生交變磁場，該交變磁場在金屬層內(nèi)部會產(chǎn)生渦流，隨著研磨進(jìn)行，該金屬層會變薄，因而，渦流會變化，該變化的渦流也會產(chǎn)生新的交變磁場，新的交變磁場與驅(qū)動電壓產(chǎn)生的交變磁場方向相反，會抵消部分驅(qū)動電壓產(chǎn)生的交變磁場，另一組線圈探測該新的交變磁場與驅(qū)動電壓產(chǎn)生的交變磁場的疊加磁場產(chǎn)生的信號電壓。在化學(xué)機械研磨過程中，最初研磨的為第二介電層，之后研磨金屬層，該金屬層包括第一金屬層與第二金屬層，第一金屬層的部分結(jié)構(gòu)作為導(dǎo)電結(jié)構(gòu)存留在最終形成的器件結(jié)構(gòu)中，因而第一金屬層厚度有限制，此外，該金屬層之下為第一介電層，采用感應(yīng)電流法檢測該研磨終點時，只在金屬層厚度變化時，該信號電壓有變化，由于該第一金屬層厚度的限制，因而檢測的終點不準(zhǔn)確，會出現(xiàn)過研磨與未充分研磨的問題，針對這個問題，本發(fā)明通過第二金屬層的設(shè)置，利用了金屬層越厚，研磨該金屬層前后時，信號電壓差值越大，因而對研磨終點的判斷準(zhǔn)確性要高。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細(xì)的說明。由于本發(fā)明重在解釋原理，因此，未按比例制圖。實施例一圖1是本發(fā)明實施一例提供的相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法的流程圖。結(jié)合圖1，以下詳細(xì)介紹該方法的操作步驟。首先執(zhí)行步驟S11，提供晶片10，如圖2所示，該晶片10的表面形成有兩個導(dǎo)電插塞結(jié)構(gòu)12。本步驟中，晶片10為硅片，其上形成有有源層11及導(dǎo)電插塞12。接著執(zhí)行步驟S12，在晶片10的表面淀積刻蝕終止層13，形成結(jié)構(gòu)截面圖如圖3所示。導(dǎo)電插塞12之間的絕緣物質(zhì)一般為氧化硅，本實施例一中，刻蝕終止層13的材質(zhì)為氮化硅，其硬度比氧化硅的硬度大，在后續(xù)形成開口過程中可以起終止刻蝕的作用，該層13還可以防止金屬原子擴散入介電材質(zhì)，導(dǎo)致漏電現(xiàn)象?？涛g終止層13也可以為其它起該功能的材質(zhì)，淀積方法為現(xiàn)有工藝。然后執(zhí)行步驟S13，在刻蝕終止層13上淀積第一介電層14，形成結(jié)構(gòu)截面圖如圖4所示。本實施例一中，第一介電層14的材質(zhì)與刻蝕終止層13材質(zhì)不同，第一介電層14的材質(zhì)為氧化硅，主要起絕緣作用。第一介電層14的材質(zhì)也可以為其它材質(zhì)介電層，淀積方法為現(xiàn)有工藝。之后執(zhí)行步驟S14，在第一介電層14上淀積第二金屬層15，形成結(jié)構(gòu)截面圖如圖5所示。本實施例一中，第二金屬層15的材質(zhì)為TiN，厚度為100A。需要說明的是，本步驟中的第二金屬層在后續(xù)研磨步驟中會完全去除，而第一金屬層會作為器件中的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)保留在最終的器件結(jié)構(gòu)中，同時為了方便觀察信號電壓變化，因而第二金屬層15優(yōu)選與第一金屬層材質(zhì)相同。其它實施例中，第二金屬層15材質(zhì)也可以與第一金屬層不同,例如為T1、TaN、Ta、TiAl中的至少一種。此外，由于后續(xù)步驟中，會在第二金屬層15中形成開口，為了節(jié)省材料及避免大的深寬比的孔洞的形成，此外，由于器件小型化趨勢，對第一金屬層厚度有要求，而為了精確地控制研磨終點，對研磨的金屬需要厚度越大越好，因而，第二金屬層15厚度優(yōu)選大于第一金屬層厚度，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，第二金屬層15的厚度范圍為:50A-500A時,可滿足上述要求。然后執(zhí)行步驟S15，光刻、刻蝕第二金屬層15、第一介電層14與刻蝕終止層13形成開口 16，該開口 16的兩個相對的側(cè)壁分別落在所述兩個導(dǎo)電插塞12上，形成結(jié)構(gòu)截面圖如圖6所示。本步驟中，光刻為現(xiàn)有工藝中的將掩膜板圖案轉(zhuǎn)移到光刻膠上的步驟，刻蝕為以圖案化的光刻膠為掩膜，刻蝕第二金屬層15、第一介電層14與刻蝕終止層13，最終形成開口 16的步驟，都為現(xiàn)有工藝。再接著執(zhí)行步驟S16，淀積第一金屬層17，第一金屬層17未填滿該開口 16，形成結(jié)構(gòu)截面圖如圖7所示。第一金屬層17的材質(zhì)需根據(jù)相變存儲器的材質(zhì)及與底部接觸結(jié)構(gòu)接觸的導(dǎo)電插塞12的材質(zhì)選擇,本實施例一中，第一金屬層17的材質(zhì)為TiN。其它實施例中，也可以為T1、TaN、Ta、TiAl 中的至少一種。由于器件的小型化，因而第一金屬層17在保證導(dǎo)電的前提下，不易過厚，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，第一金屬層17的厚度范圍為:20A-200A時，可以滿足上述需求。之后執(zhí)行步驟S17，去除相鄰導(dǎo)電插塞12之間的第一金屬層17的至少部分，形成結(jié)構(gòu)截面圖如圖8所示。本步驟的目的是使得導(dǎo)電插塞12與第一金屬層17形成電互連結(jié)構(gòu)，去除的多少可以根據(jù)互連結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性需要進(jìn)行選擇，其中的去除可以采用光刻、刻蝕步驟。該兩步驟為現(xiàn)有工藝。然后執(zhí)行步驟S18，淀積第二介電層18，填充所述開口 16，形成結(jié)構(gòu)截面圖如圖9所示。本步驟中，第二介電層18的材質(zhì)也為氧化硅，與第一介電層14材質(zhì)相同，主要起絕緣作用。最后執(zhí)行步驟S19,依次研磨第二介電層18、第一金屬層17、第二金屬層15形成相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)，形成結(jié)構(gòu)截面圖如圖10所示。所述研磨過程中，采用感應(yīng)電流法檢測研磨終點。這里的感應(yīng)電流法是以非接觸式對金屬層施加交變磁場，使該金屬層內(nèi)部產(chǎn)生渦流；檢測變化的渦流產(chǎn)生的交變磁場與所施加的交變磁場疊加產(chǎn)生的信號電壓；根據(jù)信號電壓的變化情況控制CMP的終止。如圖11所示，本步驟中的感應(yīng)電流檢測法在一個導(dǎo)體上纏繞兩組線圈，在一組線圈上施加交變驅(qū)動電壓，該交變電壓產(chǎn)生交變磁場，該交變磁場在金屬層(未標(biāo)不)內(nèi)部會產(chǎn)生渦流。隨著研磨進(jìn)行，該金屬層會變薄，因而，渦流會變化，該變化的渦流也會產(chǎn)生新的交變磁場，新的交變磁場與驅(qū)動電壓產(chǎn)生的交變磁場方向相反，會抵消部分驅(qū)動電壓產(chǎn)生的交變磁場，另一組線圈，也稱探測線圈，探測該新的交變磁場與驅(qū)動電壓產(chǎn)生的交變磁場的疊加磁場產(chǎn)生的信號電壓。研磨過程中隨時間推移，信號電壓變化如圖12所示，其中，a點對應(yīng)的為第二介電層18研磨完,第一金屬層17開始研磨時,此時金屬層(由第一金屬層17與第二金屬層15構(gòu)成)由于較厚，因而交變驅(qū)動電壓對應(yīng)的渦流較大，該變化的渦流所產(chǎn)生的新的交變磁場也較大，探測線圈探測到的該新的交變磁場與驅(qū)動電壓產(chǎn)生的交變磁場的疊加磁場產(chǎn)生的信號電壓較小。隨著研磨進(jìn)行，金屬層越來越薄，驅(qū)動電壓對應(yīng)的渦流越來越小，探測線圈探測到的疊加磁場產(chǎn)生的信號電壓越來越大，直到b點時，對應(yīng)的為第二金屬層15研磨完，探測線圈探測到的疊加磁場產(chǎn)生的信號電壓最大，此時為終點。綜上，在化學(xué)機械研磨過程中，最初研磨的為氧化物，之后研磨金屬層，該金屬層包括第一金屬層15與第二金屬層17，第一金屬層15的部分結(jié)構(gòu)作為導(dǎo)電結(jié)構(gòu)存留在最終形成的器件結(jié)構(gòu)中，因而第一金屬層15厚度有限制，此外，該金屬層之下為另一層氧化物，采用感應(yīng)電流法檢測該研磨終點時，只在金屬層厚度變化時，該信號電壓有變化，由于該第一金屬層15厚度的限制，因而檢測的終點不準(zhǔn)確，會出現(xiàn)過研磨與未充分研磨的問題，針對這個問題，本發(fā)明通過第二金屬層17的設(shè)置，利用了金屬層越厚，研磨該金屬層前后時，信號電壓差值越大，因而對研磨終點的判斷準(zhǔn)確性要高。實施例二實施例一提供的相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法采用感應(yīng)電流法檢測研磨終點，除了在相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法中使用該終點檢測方法，事實上，只要在金屬層上下都形成有介電層，都可以在金屬層上形成另外一層金屬層，以使得感應(yīng)電流的變化明顯，從而利用該感應(yīng)電流變化曲線的拐點判斷研磨終點。據(jù)此，本實施例二提供的化學(xué)機械研磨終點的檢測方法，該方法的流程圖如圖13所示。結(jié)合圖13，以下介紹該方法的操作步驟。首先執(zhí)行步驟S21，提供待研磨晶片，所述待研磨晶片表面具有第一介電層。在具體實施過程中，該晶片表面形成有器件區(qū)，該第一介電層中有金屬結(jié)構(gòu)用以與后續(xù)工藝中形成的部分第一金屬層形成互連結(jié)構(gòu)。接著執(zhí)行步驟S22，在所述第一介電層上淀積第一金屬層。本實施例二中，該第一金屬層目的是與第一介電層中的金屬結(jié)構(gòu)形成電互連結(jié)構(gòu)。然后執(zhí)行步驟S23，在所述第一金屬層上淀積第二金屬層。之后執(zhí)行步驟S24，在所述第二金屬層上淀積第二介電層。最后執(zhí)行步驟S25，依次研磨所述第二介電層、第二金屬層、第一金屬層；采用感應(yīng)電流法檢測所述研磨終點。本實施例二中，為了使得曲線均勻變化，以防金屬層的硬度不同導(dǎo)致的感應(yīng)電流曲線在兩金屬層研磨過程中有拐點，所述第一金屬層與所述第二金屬層材質(zhì)優(yōu)選相同。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，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)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機械研磨終點的檢測方法，其特征在于，包括: 提供待研磨晶片，所述待研磨晶片表面具有第一介電層； 在所述第一介電層上淀積第一金屬層； 在所述第一金屬層上淀積第二金屬層； 在所述第二金屬層上淀積第二介電層； 依次研磨所述第二介電層、第二金屬層、第一金屬層；采用感應(yīng)電流法檢測所述研磨終點。
2.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨終點的檢測方法，其特征在于，所述第一金屬層與所述第二金屬層材質(zhì)相同。
3.一種相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括: 提供晶片，所述晶片的表面形成有至少兩個導(dǎo)電插塞結(jié)構(gòu)； 在所述晶片的表面淀積刻蝕終止層； 在所述刻蝕終止層上淀積第一介電層； 在所述第一介電層上淀積第二金屬層； 光刻、刻蝕所述第二金屬層、第一介電層與刻蝕終止層形成開口，所述開口的兩個相對的側(cè)壁分別落在所述兩個導(dǎo) 電插塞上； 淀積第一金屬層，所述第一金屬層未填滿所述開口 ； 去除相鄰導(dǎo)電插塞之間的第一金屬層的至少部分； 淀積第二介電層，填充所述開口 ； 依次研磨所述第二介電層、第一金屬層、第二金屬層形成相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)，所述研磨過程中，采用感應(yīng)電流法檢測研磨終點。
4.如權(quán)利要求3所述的相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述刻蝕終止層與所述第一介電層材質(zhì)不同。
5.如權(quán)利要求3所述的相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一介電層與所述第二介電層材質(zhì)相同。
6.如權(quán)利要求3所述的相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一金屬層與所述第二金屬層材質(zhì)相同。
7.如權(quán)利要求3所述的相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述刻蝕終止層的材質(zhì)為氮化硅。
8.如權(quán)利要求3所述的相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一介電層的材質(zhì)為氧化硅，所述第二介電層的材質(zhì)也為氧化硅。
9.如權(quán)利要求3所述的相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第二金屬層的厚度大于所述第一金屬層的厚度。
10.如權(quán)利要求3所述的相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一金屬層的材質(zhì)為TiN、T1、TaN、Ta、TiAl中的至少一種。
11.如權(quán)利要求10所述的相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一金屬層的厚度范圍為:20A-200A。
12.如權(quán)利要求3所述的相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第二金屬層的材質(zhì)為TiN、T1、TaN、Ta、TiAl中的至少一種。
13.如權(quán)利要求12所述的相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第二金屬層的厚度范圍為:50A-5 00A。
全文摘要
本發(fā)明提供一種相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供表面形成有至少兩個導(dǎo)電插塞結(jié)構(gòu)的晶片；在該晶片的表面依次淀積刻蝕終止層、第一介電層、第二金屬層；光刻、刻蝕第二金屬層、第一介電層與刻蝕終止層形成開口，該開口的兩個相對的側(cè)壁分別落在兩個導(dǎo)電插塞上；淀積第一金屬層；去除相鄰導(dǎo)電插塞之間的第一金屬層；淀積第二介電層，填充所述開口；依次研磨第二介電層、第一金屬層、第二金屬層形成相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)，所述研磨過程中，采用感應(yīng)電流法檢測研磨終點。本發(fā)明還提供一種化學(xué)機械研磨終點的檢測方法，不限于相變存儲器底部接觸結(jié)構(gòu)的制作。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，對研磨終點的判斷準(zhǔn)確，且對硬件的要求低。
文檔編號H01L21/66GK103187328SQ20111044609
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者朱普磊, 蔣莉, 黎銘琦, 曹均助 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司