半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法
【專利摘要】一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供基底以及位于基底上的介質(zhì)層，在介質(zhì)層內(nèi)形成有溝槽；形成填充滿溝槽且覆蓋于介質(zhì)層表面的鋁層，鋁層頂部高于介質(zhì)層表面，且位于溝槽上方以及介質(zhì)層表面的鋁層的晶粒尺寸大于溝槽內(nèi)的鋁層的晶粒尺寸；在溝槽上方的鋁層表面形成強(qiáng)化層，且強(qiáng)化層的材料硬度大于溝槽上方的鋁層的材料強(qiáng)度；對(duì)強(qiáng)化層以及高于介質(zhì)層表面的鋁層進(jìn)行第一研磨，去除強(qiáng)化層以及高于介質(zhì)層表面的部分厚度的鋁層。本發(fā)明通過在溝槽上方的鋁層表面形成強(qiáng)化層的方法，防止位于溝槽上方的鋁層的鋁晶粒被拉出，從而改善研磨之后鋁層表面粗糙度。
【專利說明】
半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作領(lǐng)域技術(shù)，特別涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著超大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，集成電路制造工藝變得越來越復(fù)雜和驚喜，為了提高集成度，降低制造成本，半導(dǎo)體器件的尺寸日益減小，平面布線已難以滿足半導(dǎo)體器件高密度分布的要求，采用多層布線技術(shù)來提高半導(dǎo)體器件的集成密度已成為發(fā)展趨勢(shì)之一，其中，化學(xué)機(jī)械研磨(CMP，Chemical Mechanical Polishing)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)晶圓的平坦化，是半導(dǎo)體制造過程中的重要工藝步驟之一。
[0003]化學(xué)機(jī)械研磨中所使用的設(shè)備主要包括研磨頭(head)和研磨盤(platen)，所述研磨盤上設(shè)置有研磨墊(pad)。在化學(xué)機(jī)械研磨過程中，待化學(xué)機(jī)械研磨的部件(簡(jiǎn)稱待研磨部件)的待研磨面向下固定在研磨盤上，研磨頭向下壓在待研磨部件的背面，研磨頭和研磨盤各自轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行研磨，化學(xué)機(jī)械研磨過程中需要不斷加入研磨液(slurry)，隨著研磨墊與待研磨部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及不斷加入研磨液，實(shí)現(xiàn)待研磨部件的研磨，形成平坦的表面?；瘜W(xué)機(jī)械研磨過程中主要通過調(diào)節(jié)研磨頭的壓力(down-force)以及研磨液的選擇性來調(diào)節(jié)研磨的速率。
[0004]然而，現(xiàn)有技術(shù)在對(duì)鋁層進(jìn)行研磨之后，研磨后的鋁層表面粗糙、平坦度差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有技術(shù)在研磨鋁層時(shí)，晶粒較大的鋁晶粒容易被從鋁層中拉出，造成研磨后鋁層表面粗糙。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括:提供基底以及位于基底上的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)形成有溝槽；形成填充滿所述溝槽且覆蓋于介質(zhì)層表面的鋁層，所述鋁層頂部高于介質(zhì)層表面，且位于溝槽上方以及介質(zhì)層表面的鋁層的晶粒尺寸大于溝槽內(nèi)的鋁層的晶粒尺寸；在所述溝槽上方的鋁層表面形成強(qiáng)化層，且所述強(qiáng)化層的材料硬度大于溝槽上方的鋁層的材料硬度；采用第一壓力，對(duì)所述強(qiáng)化層以及高于介質(zhì)層表面的鋁層進(jìn)行第一研磨，去除所述強(qiáng)化層以及高于介質(zhì)層表面的部分厚度的鋁層。
[0007]可選的，在所述第一研磨之后，采用小于所述第一壓力的第二壓力，對(duì)高于介質(zhì)層表面的剩余的鋁層進(jìn)行第二研磨，去除高于介質(zhì)層表面的剩余的鋁層。
[0008]可選的，所述強(qiáng)化層的材料為T1、Ta、TiN、TiAl或TaN ;所述強(qiáng)化層的厚度為30埃至200埃。
[0009]可選的，采用物理氣相沉積工藝或化學(xué)氣相沉積工藝形成所述強(qiáng)化層；形成所述強(qiáng)化層的反應(yīng)溫度為20攝氏度至50攝氏度。
[0010]可選的，所述強(qiáng)化層的材料為TiN，采用物理氣相沉積工藝形成所述強(qiáng)化層的工藝參數(shù)為:提供鈦靶材以及N2,工作氣體為Ar，其中，N2流量為1sccm至30sCCm，Ar流量為20sccm至50sccm，腔室壓強(qiáng)為20毫托至50毫托，直流功率為50瓦至500瓦，射頻功率為1000瓦至300瓦，沉積時(shí)長(zhǎng)為200秒至500秒。
[0011]可選的，在形成所述強(qiáng)化層之后，還包括步驟:對(duì)所述強(qiáng)化層進(jìn)行退火處理，在所述強(qiáng)化層以及鋁層界面處形成合金層。
[0012]可選的，所述退火處理的工藝參數(shù)為:退火溫度小于400攝氏度，退火時(shí)長(zhǎng)為3分鐘至5分鐘。
[0013]可選的，所述第一研磨工藝為化學(xué)機(jī)械研磨；所述第二研磨工藝為化學(xué)機(jī)械研磨。
[0014]可選的，所述第一研磨的研磨墊的硬度大于所述第二研磨的研磨墊的硬度。
[0015]可選的，所述第一壓力為Ipsi至1psi ;所述第二壓力為0.5psi至2psi。
[0016]可選的，在進(jìn)行所述第二研磨之后，還包括步驟:采用小于所述第一壓力的第三壓力，對(duì)所述介質(zhì)層以及位于溝槽內(nèi)的鋁層進(jìn)行第三研磨。
[0017]可選的，所述第三研磨工藝為化學(xué)機(jī)械研磨；所述第三研磨的研磨墊的硬度小于所述第一研磨的研磨墊的硬度。
[0018]可選的，所述第三壓力為0.5psi至2psi。
[0019]可選的，所述介質(zhì)層的材料為氧化娃、低k介質(zhì)材料或超低k介質(zhì)材料。
[0020]可選的，位于所述溝槽內(nèi)的鋁層為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極；在形成所述鋁層之前，在所述溝槽底部形成柵介質(zhì)層。
[0021]可選的，在形成所述鋁層之前，還包括步驟:在所述溝槽底部表面和側(cè)壁表面、以及介質(zhì)層表面形成功能層。
[0022]可選的，所述功能層的材料為11、了3、11隊(duì)了3隊(duì)1141、41或顆。
[0023]可選的，位于所述溝槽內(nèi)的鋁層為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的互連層；所述基底內(nèi)形成有底層金屬層，且所述底層金屬層與溝槽內(nèi)的鋁層電連接。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0025]本發(fā)明提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法的技術(shù)方案，形成填充滿溝槽且覆蓋于介質(zhì)層表面的鋁層，且溝槽上方以及介質(zhì)層表面的鋁層的晶粒尺寸大于溝槽內(nèi)的鋁層的晶粒尺寸，因此溝槽上方的鋁層的材料硬度小，晶粒尺寸大的鋁晶粒容易從鋁層中拉出；而本發(fā)明在溝槽上方的鋁層表面形成強(qiáng)化層，且強(qiáng)化層的材料硬度大于溝槽上方的鋁層的材料硬度，因此在具有較大壓力的第一研磨過程中，第一研磨過程中的剪切力主要作用于強(qiáng)化層上，因此所述強(qiáng)化層能夠減小溝槽上方的鋁層受到的剪切力，防止在第一研磨過程中晶粒尺寸較大的鋁晶粒從鋁層中拉出，從而使得第一研磨之后鋁層表面平坦度好。并且，在第一研磨過程中即使強(qiáng)化層被研磨去除，由于剩余的鋁層表面的界面效應(yīng)比最開始形成的鋁層表面的界面效應(yīng)更好，鋁層表面經(jīng)過研磨后界面均勻性得到提高，使得鋁層受到的剪切力較均勻，防止溝槽上方的鋁層表面受到的剪切力過大，因此在強(qiáng)化層被去除后的第一研磨過程中，尺寸較大的鋁晶粒也不易從鋁層中被拉出。
[0026]同時(shí)，采用小于第一壓力的第二壓力，對(duì)高于介質(zhì)層表面的剩余的鋁層進(jìn)行第二研磨，去除高于介質(zhì)層表面的剩余的鋁層，由于第二研磨提供的第二壓力較小，也能夠防止在第二研磨過程中晶粒尺寸較大的鋁晶粒從鋁層中拉出，從而使得第二研磨之后鋁層表面平坦度好。因此，本發(fā)明提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，能夠改善研磨之后鋁層表面的粗糙度，提高研磨之后鋁層表面的平坦度，防止鋁層表面凹陷，從而提高半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性會(huì)K。
[0027]進(jìn)一步，在形成強(qiáng)化層之后，對(duì)所述強(qiáng)化層進(jìn)行退貨處理，從而在強(qiáng)化層以及鋁層界面處形成合金層。由于合金層的材料硬度大于鋁層的材料硬度，因此所述合金層能夠進(jìn)一步防止晶粒較大的鋁晶粒從鋁層中被拉出，進(jìn)一步改善研磨后鋁層表面的平坦度。
[0028]進(jìn)一步，在第二研磨之后，采用小于第一壓力的第三壓力，對(duì)介質(zhì)層以及位于溝槽內(nèi)的鋁層進(jìn)行第三研磨，所述第三研磨能夠進(jìn)一步改善介質(zhì)層以及鋁層的表面形貌。
【附圖說明】
[0029]圖1至圖3為一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4至圖11為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031 ] 由【背景技術(shù)】可知，現(xiàn)有技術(shù)在對(duì)鋁層進(jìn)行研磨之后，鋁層表面粗糙、平坦度差。
[0032]在一個(gè)實(shí)施例中，以形成柵極為例，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成工藝包括以下步驟:
[0033]參考圖1，提供基底100以及位于基底100表面的介質(zhì)層101，且所述介質(zhì)層101內(nèi)形成有貫穿所述介質(zhì)層101的溝槽，所述溝槽底部形成有柵介質(zhì)層102 ;形成填充滿所述溝槽的鋁層103，所述鋁層103還覆蓋于介質(zhì)層101表面，且所述鋁層103頂部高于介質(zhì)層101表面。
[0034]參考圖2，研磨去除高于介質(zhì)層101表面的鋁層103，位于溝槽內(nèi)的鋁層103為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極。
[0035]采用上述方法形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，柵極(即研磨后的鋁層103)表面凹陷，造成柵極表面粗糙、光滑度差，且柵極的高度與目標(biāo)高度不一致。
[0036]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致柵極表面凹陷的主要原因在于:與銅材料和鎢材料相比，鋁層103的材料質(zhì)地本身就比較軟。當(dāng)鋁層103晶粒尺寸越大時(shí)，鋁層103內(nèi)的晶界(grainboundary)越少，相應(yīng)對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙就越小，招層103材料形變的阻力也越小，宏觀上表現(xiàn)就是鋁層103的硬度越小。在形成鋁層103的過程中，溝槽內(nèi)的鋁層103受到溝槽尺寸的限制，使得溝槽內(nèi)鋁層103的晶粒尺寸(grain size)較??；而位于溝槽上方的鋁層103的生長(zhǎng)未受到限制，因此位于溝槽上方的鋁層103的晶粒尺寸較大。
[0037]為此，位于溝槽上方的鋁層103的晶粒尺寸較大，所述位于溝槽上方的鋁層103的材料硬度小，在研磨過程中，所述晶粒尺寸較大、材料硬度小的鋁層103中的鋁晶粒極易被從鋁層103中拉出，進(jìn)而導(dǎo)致研磨后的鋁層103表面粗糙度差。相應(yīng)的，當(dāng)在研磨之前，位于溝槽上方的鋁層103表面為凹陷表面時(shí)，由于鋁晶粒被從鋁層103中拉出，那么研磨之后鋁層103表面仍將為凹陷表面，且鋁層103表面凹凸不平。
[0038]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，上述研磨工藝通常包括第一研磨工藝、第二研磨工藝，其中，第一研磨工藝為粗研磨，采用較大的研磨速率去除大量的鋁層102從而實(shí)現(xiàn)初步平坦化，第二研磨工藝為細(xì)研磨，采用比較小的研磨速率去除高于介質(zhì)層表面的剩余的鋁層103。
[0039]參考圖3，圖3為第一研磨之后半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖，第一研磨工藝為粗研磨，第一研磨工藝提供的壓力較大，使得招層103受到的摩擦力和剪切力(Shear forces)很大；并且，位于溝槽上方的鋁層103頂部表面明顯低于介質(zhì)層101上的鋁層103頂部表面，因此鋁層103表面界面均勻度差，使得位于溝槽上方的鋁層103受到的剪切力更大；同時(shí)鋁層103表面具有較大粗糙度?；谏鲜鋈齻€(gè)方面的原因，第一研磨工藝中鋁晶粒被拉出的問題嚴(yán)重，在第一研磨工藝之后，溝槽上方的鋁層103中的鋁晶粒被大量的拉出，導(dǎo)致位于溝槽上方的鋁層103被全部研磨去除，且溝槽內(nèi)剩余的鋁層103頂部表面低于介質(zhì)層101表面的鋁層103表面。
[0040]為此，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，在形成填充滿溝槽且覆蓋于介質(zhì)層表面的鋁層后，在所述溝槽上方的鋁層表面形成強(qiáng)化層，且強(qiáng)化層的材料強(qiáng)度大于溝槽上方的鋁層的材料強(qiáng)度；采用第一壓力，對(duì)所述強(qiáng)化層以及高于介質(zhì)層表面的鋁層進(jìn)行第一研磨，去除所述強(qiáng)化層以及高于介質(zhì)層表面的部分厚度的鋁層；在所述第一研磨之后，采用小于所述第一壓力的第二壓力，對(duì)高于介質(zhì)層表面的剩余的鋁層進(jìn)行第二研磨，去除高于介質(zhì)層表面的剩余的鋁層。本發(fā)明在第一研磨以及第二研磨過程中，防止晶粒尺寸較大的鋁晶粒從鋁層中被拉出，從而使得研磨之后鋁層表面平坦度好，鋁層表面的粗糙度得到改善，進(jìn)而提高半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。
[0041]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0042]圖4至圖11為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]參考圖4，提供基底200以及位于基底200上的介質(zhì)層201。
[0044]所述基底200的材料為硅、鍺、鍺化硅、碳化硅或砷化鎵；所述基底200的材料還可以為單晶硅、多晶硅、非晶硅或絕緣體上的硅。
[0045]所述介質(zhì)層201的材料為二氧化娃、低k介質(zhì)材料(低k介質(zhì)材料指相對(duì)介電常數(shù)低于3.9的介質(zhì)材料)或超低k介質(zhì)材料(超低k介質(zhì)材料指相對(duì)介電常數(shù)低于2.5的介質(zhì)材料)。
[0046]所述介質(zhì)層201的材料為低k介質(zhì)材料或超低k介質(zhì)材料時(shí)，介質(zhì)層201的材料為S1H、SiCOH, FSG (摻氟的二氧化硅)、BSG (摻硼的二氧化硅)、PSG (摻磷的二氧化硅)、BPSG(摻硼磷的二氧化硅)、氫化硅倍半氧烷(HSQ，(HS1l5)J或甲基硅倍半氧烷(MSQ，(CH3S11Jn)。
[0047]本實(shí)施例中所述基底200為硅基底，所述介質(zhì)層201的材料為氧化硅。本實(shí)施例以后續(xù)位于溝槽內(nèi)的鋁層為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極作為示例。
[0048]相應(yīng)的，所述基底200部分表面還形成有偽柵203，且在所述偽柵203與基底200之間還可以形成有柵介質(zhì)層202 ;所述介質(zhì)層201位于基底200表面且覆蓋于偽柵203側(cè)壁表面，偽柵203與介質(zhì)層201之間還可以形成有側(cè)墻。其中，偽柵203的材料包括多晶硅、非晶碳或氮化硅，所述柵介質(zhì)層202的材料為氧化硅或高k介質(zhì)材料。
[0049]在其他實(shí)施例中，后續(xù)位于溝槽內(nèi)的鋁層為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的互連層時(shí)，則介質(zhì)層覆蓋于基底整個(gè)表面，所述基底內(nèi)還可以形成有底層金屬層；后續(xù)刻蝕介質(zhì)層形成位于介質(zhì)層內(nèi)的溝槽，所述溝槽底部暴露出底層金屬層表面，則相應(yīng)的所述底層金屬層與溝槽內(nèi)的鋁層電連接。
[0050]參考圖5，刻蝕去除所述偽柵203 (參考圖4)，在所述介質(zhì)層201內(nèi)形成溝槽204。
[0051]在一個(gè)實(shí)施例中，采用干法刻蝕工藝，刻蝕去除所述偽柵203，所述干法刻蝕工藝的刻蝕氣體包括CF4S CHF 3o
[0052]在其他實(shí)施例中，當(dāng)介質(zhì)層201覆蓋于基底200整個(gè)表面時(shí)，則刻蝕去除部分區(qū)域的介質(zhì)層201，從而在介質(zhì)層201內(nèi)形成溝槽204。
[0053]參考圖6，形成填充滿所述溝槽204 (參考圖5)且覆蓋于介質(zhì)層201表面的鋁層206，所述招層206頂部高于介質(zhì)層201表面，且位于溝槽204上方以及介質(zhì)層201表面的鋁層206的晶粒尺寸大于溝槽204內(nèi)鋁層206的晶粒尺寸。
[0054]采用化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或物理氣相沉積工藝形成所述鋁層206。本實(shí)施例中后續(xù)研磨去除高于介質(zhì)層201表面的鋁層206，使得位于溝槽204內(nèi)的鋁層206作為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極。在其他實(shí)施例中，后續(xù)研磨去除高于介質(zhì)層201表面的鋁層206，使得位于溝槽204內(nèi)的鋁層206作為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的互連層。
[0055]在形成鋁層206的過程中，位于溝槽204內(nèi)的鋁晶粒的生長(zhǎng)會(huì)受到溝槽204尺寸的限制，相應(yīng)使得溝槽204內(nèi)的鋁晶粒生長(zhǎng)受限，因此溝槽204內(nèi)的鋁層206中鋁晶粒尺寸較??；而位于溝槽204上方以及介質(zhì)層201上方的鋁晶粒生長(zhǎng)不會(huì)受到外界的限制，相應(yīng)使得溝槽204上方以及介質(zhì)層201上方的鋁層206中鋁晶粒尺寸比較大。
[0056]在一個(gè)實(shí)施例中，采用物理氣相沉積工藝形成鋁層206的工藝參數(shù)為:提供鋁靶材，工作氣體為Ar，其中，Ar流量為50sccm至200sccm，濺射功率為1000瓦至3000瓦，腔室壓強(qiáng)為0.1Pa至5Pa。
[0057]本實(shí)施例中，在形成所述鋁層206之前，在所述溝槽204底部形成有柵介質(zhì)層202 ;在形成所述鋁層206之前，還可以包括步驟:在所述溝槽204底部表面和側(cè)壁表面、以及介質(zhì)層201表面形成功能層205，所述功能層205用于調(diào)節(jié)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)柵極的功函數(shù)(workfunct1n)，后續(xù)會(huì)研磨去除位于介質(zhì)層201表面的功能層205。
[0058]采用物理氣相沉積工藝或化學(xué)氣相沉積工藝形成所述功能層205 ;所述功能層205 的材料為 T1、Ta、TiN、TaN、TiAl、Al 或 WN0
[0059]本實(shí)施例中，所述功能層205的材料為TiN。
[0060]參考圖7，在所述溝槽204 (參考圖5)上方的鋁層206表面形成強(qiáng)化層207，且所述強(qiáng)化層207的材料硬度大于溝槽204上方的鋁層206的材料硬度。
[0061]由于本實(shí)施例形成的鋁層206中，溝槽204上方的鋁層206的鋁晶粒尺寸較大，位于溝槽204內(nèi)的鋁層206的鋁晶粒尺寸較小。當(dāng)鋁層206的鋁晶粒尺寸越小時(shí)，鋁層206內(nèi)的晶界越多，相應(yīng)對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙就越大，鋁層206材料形變的阻力也越大，宏觀上表現(xiàn)就是鋁層206的材料硬度越大；反之，當(dāng)鋁層206的鋁晶粒尺寸越大時(shí)，鋁層206內(nèi)的晶界越少，宏觀上表現(xiàn)就是鋁層206的材料硬度越小。
[0062]若后續(xù)直接對(duì)所述鋁層206進(jìn)行研磨工藝，于溝槽204上方的鋁層206的材料硬度小且鋁晶粒大，在研磨過程中，位于溝槽204上方的鋁層206中的較大尺寸的鋁晶粒極易從鋁層206中被拉出，導(dǎo)致位于溝槽204上方的鋁層206的厚度被嚴(yán)重減小，甚至造成溝槽204內(nèi)的鋁層206中的鋁晶粒被拉出，不僅會(huì)導(dǎo)致后續(xù)形成的柵極的厚度不符合要求，還會(huì)造成研磨后的鋁層206表面粗糙，嚴(yán)重影響半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。
[0063]為此，本實(shí)施例在進(jìn)行研磨工藝之前，在所述溝槽204上方的鋁層206表面形成強(qiáng)化層207。在一個(gè)實(shí)施例中，所述強(qiáng)化層207僅位于溝槽204上方的鋁層206表面。在另一實(shí)施例中，為了降低形成強(qiáng)化層207的工藝難度，所述強(qiáng)化層207除位于溝槽204的上方的鋁層206表面外，還位于介質(zhì)層201上的鋁層206表面。
[0064]由于強(qiáng)化層207的材料硬度大于溝槽204上方的鋁層206的材料硬度，使得在后續(xù)的第一研磨工藝過程中，第一研磨工藝會(huì)首先研磨去除材料硬度較大的強(qiáng)化層207，進(jìn)而使得第一研磨工藝過程中溝槽204上方的鋁層206受到的剪切力比較小，從而防止位于溝槽204上方的鋁層206中的鋁晶粒被拉出，使得第一研磨工藝之后的鋁層206表面平坦度尚O
[0065]采用物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積工藝形成所述強(qiáng)化層207，例如，采用物理濺射法形成所述強(qiáng)化層207。形成所述強(qiáng)化層207的反應(yīng)溫度為20攝氏度至50攝氏度，例如，25攝氏度、30攝氏度、35攝氏度或40攝氏度。
[0066]若強(qiáng)化層207的厚度過薄，則后續(xù)第一研磨工藝研磨去除強(qiáng)化層207的時(shí)間非常短，導(dǎo)致在第一研磨工藝過程溝槽204上方的鋁層206受到的剪切力仍然較大，溝槽204上方的鋁層206中的鋁晶粒容易被拉出；若強(qiáng)化層207的厚度過厚，則后續(xù)第一研磨工藝研磨去除強(qiáng)化層207所需的時(shí)間將非常的長(zhǎng)，不利于提高半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)效率，且第一研磨工藝時(shí)間過長(zhǎng)還有可能對(duì)基底100造成不良影響。為此，本實(shí)施例中所述強(qiáng)化層207的厚度為30埃至200埃，例如50埃、100埃、130埃、150埃或175埃。
[0067]在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述強(qiáng)化層207的材料為TiN，采用物理氣相沉積工藝形成所述強(qiáng)化層207的工藝參數(shù)為:提供鈦靶材以及N2,工作氣體為Ar，其中，N2流量為1sccm至30sccm，Ar流量為20sccm至50sccm，腔室壓強(qiáng)為20毫托至50毫托，直流功率為50瓦至500瓦，射頻功率為1000瓦至300瓦，沉積時(shí)長(zhǎng)為200秒至500秒。
[0068]參考圖8，對(duì)所述強(qiáng)化層207進(jìn)行退火處理，在強(qiáng)化層207與鋁層206的界面處形成合金層(未圖不)。
[0069]相較于純鋁材料而言，合金層的材料硬度更大，因此在形成合金層之后，因此在后續(xù)第一研磨工藝過程中，能夠進(jìn)一步防止溝槽204(參考圖5)上方的鋁層206中的鋁晶粒被拉出，進(jìn)一步提高研磨后鋁層206的表面平坦度。
[0070]本實(shí)施例中，強(qiáng)化層207的材料為TiN，相應(yīng)合金層的材料為鈦鋁合金。
[0071]若退火溫度過高，可能會(huì)對(duì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的其他區(qū)域造成不良影響；若退火溫度過低，則比較難以形成合金層。為此，本實(shí)施例中退火溫度為200攝氏度至400攝氏度，例如，退火溫度為250攝氏度、300攝氏度、350攝氏度或380攝氏度。
[0072]在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述退火處理的工藝參數(shù)為:退火溫度為200攝氏度至400攝氏度，退火時(shí)長(zhǎng)為3分鐘至5分鐘。
[0073]參考圖9，采用第一壓力，對(duì)所述強(qiáng)化層207 (參考圖8)以及高于介質(zhì)層201表面的鋁層206進(jìn)行第一研磨，去除所述強(qiáng)化層207以及高于介質(zhì)層201表面的部分厚度的鋁層 206。
[0074]所述第一研磨為化學(xué)機(jī)械研磨，采用硬研磨墊(Hard pad)進(jìn)行所述第一研磨，所述第一研磨的研磨墊的硬度大于后續(xù)第二研磨的研磨墊的硬度。所述第一研磨為粗加工研磨，對(duì)招層206具有較大的研磨速率，從而較快的研磨去除高于介質(zhì)層201表面的部分厚度的鋁層206，到達(dá)鋁層206的初步表面平坦化。因此，本實(shí)施例第一研磨提供的第一壓力較大，所述第一壓力為 Ipsi (Pounds per square inch)至 lOpsi，例如為 1.5ps1、2.5ps1、3ps1、4ps1、4.5ps1、6.5psi 或 8psi。
[0075]由于本實(shí)施例在鋁層206表面形成有強(qiáng)化層207，且所述強(qiáng)化層207具有較大的材料硬度，因此在研磨速率較大的第一研磨過程中，第一研磨過程中的摩擦力和剪切力主要作用于強(qiáng)化層207上，所述強(qiáng)化層207能夠起到減小鋁層206表面受到的剪切力的作用，從而防止由于鋁層206表面受到的剪切力作用較大而導(dǎo)致鋁層206內(nèi)的較大的鋁晶粒被拉出。在強(qiáng)化層207去除后，第一研磨工藝還會(huì)去除部分厚度的鋁層206。然而在第一研磨過程中強(qiáng)化層207被研磨去除之后，剩余的鋁層206界面效應(yīng)已經(jīng)被研磨的均勻度較好，剩余的鋁層206頂部表面高度幾乎一致，因此在接下來的第一研磨過程中剩余的鋁層206受到的摩擦力和剪切力較均勻，避免由于溝槽上方的鋁層206受到的剪切力過大而造成鋁晶粒被拉出。因此，本實(shí)施例在第一研磨完成之后，本實(shí)施例在第一研磨之后，剩余的鋁層206表面平坦度高，且剩余的鋁層206頂部表面高度一致性好。
[0076]在一個(gè)具體實(shí)施例中，在第一研磨之后，介質(zhì)層201表面的鋁層206的厚度為10納米至100納米。
[0077]參考圖10，采用小于所述第一壓力的第二壓力，對(duì)高于介質(zhì)層201表面的剩余的鋁層206進(jìn)行第二研磨，去除高于介質(zhì)層201表面的剩余的鋁層206。
[0078]所述第二研磨工藝為化學(xué)機(jī)械研磨，采用軟研磨墊(soft pad)進(jìn)行所述第二研磨，所述第二研磨的研磨墊的硬度小于第一研磨的研磨墊的硬度。所述第二研磨工藝具有較小的研磨速率，且由于第二研磨需要去除的鋁層206的厚度較薄，因此不會(huì)對(duì)生產(chǎn)效率造成不良影響。
[0079]由于本實(shí)施例在介質(zhì)層201表面形成有功能層205，為此第二研磨還需要研磨去除功能層205，直至功能層205表面、介質(zhì)層201表面以及鋁層206表面齊平。
[0080]所述第二研磨的研磨液中的研磨顆粒直徑小于第一研磨的研磨液中的研磨顆粒直徑，且第二壓力小于第一壓力，因此在第二研磨過程中對(duì)鋁層206表面的磨損很小，從而使得在第二研磨之后鋁層206表面平坦度好。
[0081]并且，由于第二研磨工藝提供的第二壓力很小，因此溝槽204 (參考圖5)上方的鋁層206受到的摩擦力有限，使得溝槽204上方的鋁層206中的鋁晶粒不會(huì)被拉出，從而進(jìn)一步提高第二研磨之后鋁層206表面平坦度，防止由于鋁晶粒被拉出而造成鋁層206表面凹凸不平。
[0082]本實(shí)施例中，所述第二壓力為0.5psi至2psi，例如為0.7ps1、lps1、l.5psi或
1.7psi0
[0083]參考圖11，采用小于所述第一壓力的第三壓力，對(duì)所述介質(zhì)層201以及位于溝槽204(參考圖5)內(nèi)的鋁層206進(jìn)行第三研磨。
[0084]所述第三研磨工藝為化學(xué)機(jī)械研磨，采用軟研磨墊進(jìn)行所述第三研磨。所述第三研磨能夠進(jìn)一步修復(fù)介質(zhì)層201以及招層206的表面形貌(topography)。
[0085]第三研磨提供的第三壓力較小，且第三研磨的研磨液中的研磨顆粒直徑小于第一研磨的研磨液中的研磨顆粒直徑，因此第三研磨的研磨速率較小，避免鋁層206表面的鋁晶粒被拉出，防止由于鋁晶粒被拉出造成鋁層206表面粗糙。
[0086]本實(shí)施例中，所述第三壓力為05psi至2psi，例如為0.7ps1、lps1、l.5psi或1.7psi ο
[0087]由于本實(shí)施例在對(duì)鋁層206進(jìn)行第一研磨之前，在鋁層206表面形成有強(qiáng)化層207 (參考圖8)，且強(qiáng)化層207材料的硬度大于鋁層206材料硬度，在第一研磨的初始階段摩擦力和剪切力主要作用與強(qiáng)化層207，因此鋁層206表面受到的摩擦力和剪切力較小，在研磨去除強(qiáng)化層207的過程中，防止尺寸較大的鋁晶粒被拉出。并且，當(dāng)?shù)谝谎心トコ龔?qiáng)化層207之后，剩余的鋁層206表面的均勻度得到改善，鋁層206頂部表面高度趨于一致，因此在去除強(qiáng)化層207之后，第一研磨還會(huì)研磨去除部分厚度的鋁層206，由于鋁層206表面界面性好均勻度高，因此鋁層206表面受到的剪切力較為均勻，避免溝槽上方的鋁層206受到的剪切力過大。因此本實(shí)施例中在第一研磨過程中鋁層206受到的剪切力較小，從而防止在第一研磨過程中晶粒尺寸較大的鋁晶粒從鋁層206中被拉出；并且第二研磨的第二壓力較小，從而避免在第二研磨過程中晶粒尺寸較大的鋁晶粒從鋁層206中被拉出。為此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)施例在研磨之后，剩余的鋁層206表面粗糙度得到有效改善，剩余的鋁層206表面平坦度高。
[0088]雖然本發(fā)明披露如上，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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括: 提供基底以及位于基底上的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)形成有溝槽； 形成填充滿所述溝槽且覆蓋于介質(zhì)層表面的鋁層，所述鋁層頂部高于介質(zhì)層表面，且位于溝槽上方以及介質(zhì)層表面的鋁層的晶粒尺寸大于溝槽內(nèi)的鋁層的晶粒尺寸； 在所述溝槽上方的鋁層表面形成強(qiáng)化層，且所述強(qiáng)化層的材料硬度大于溝槽上方的鋁層的材料硬度； 采用第一壓力，對(duì)所述強(qiáng)化層以及高于介質(zhì)層表面的鋁層進(jìn)行第一研磨，去除所述強(qiáng)化層以及高于介質(zhì)層表面的部分厚度的鋁層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在所述第一研磨之后，采用小于所述第一壓力的第二壓力，對(duì)高于介質(zhì)層表面的剩余的鋁層進(jìn)行第二研磨，去除高于介質(zhì)層表面的剩余的鋁層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述強(qiáng)化層的材料為T1、Ta、TiN, TiAl或TaN ;所述強(qiáng)化層的厚度為30埃至200埃。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，采用物理氣相沉積工藝或化學(xué)氣相沉積工藝形成所述強(qiáng)化層；形成所述強(qiáng)化層的反應(yīng)溫度為20攝氏度至50攝氏度O5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述強(qiáng)化層的材料為TiN，采用物理氣相沉積工藝形成所述強(qiáng)化層的工藝參數(shù)為:提供鈦靶材以及N2，工作氣體為Ar，其中，N2流量為1sccm至30sccm，Ar流量為20sccm至50sccm，腔室壓強(qiáng)為20毫托至50毫托，直流功率為50瓦至500瓦，射頻功率為1000瓦至300瓦，沉積時(shí)長(zhǎng)為200秒至500 秒。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在形成所述強(qiáng)化層之后，還包括步驟:對(duì)所述強(qiáng)化層進(jìn)行退火處理，在所述強(qiáng)化層以及鋁層界面處形成合金層。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述退火處理的工藝參數(shù)為:退火溫度小于400攝氏度，退火時(shí)長(zhǎng)為3分鐘至5分鐘。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一研磨工藝為化學(xué)機(jī)械研磨；所述第二研磨工藝為化學(xué)機(jī)械研磨。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一研磨的研磨墊的硬度大于所述第二研磨的研磨墊的硬度。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一壓力為Ipsi至1psi ;所述第二壓力為0.5psi至2psi。11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在進(jìn)行所述第二研磨之后，還包括步驟:采用小于所述第一壓力的第三壓力，對(duì)所述介質(zhì)層以及位于溝槽內(nèi)的鋁層進(jìn)行第三研磨。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第三研磨工藝為化學(xué)機(jī)械研磨；所述第三研磨的研磨墊的硬度小于所述第一研磨的研磨墊的硬度。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第三壓力為0.5psi 至 2psi ο14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述介質(zhì)層的材料為氧化娃、低k介質(zhì)材料或超低k介質(zhì)材料。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，位于所述溝槽內(nèi)的鋁層為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極；在形成所述鋁層之前，在所述溝槽底部形成柵介質(zhì)層。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在形成所述鋁層之前，還包括步驟:在所述溝槽底部表面和側(cè)壁表面、以及介質(zhì)層表面形成功能層。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述功能層的材料為 T1、Ta、TiN、TaN、TiAl、Al 或 WN018.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，位于所述溝槽內(nèi)的鋁層為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的互連層；所述基底內(nèi)形成有底層金屬層，且所述底層金屬層與溝槽內(nèi)的鋁層電連接。
【文檔編號(hào)】H01L21/283GK105826179SQ201510005567
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月6日
【發(fā)明人】鄧武鋒
【申請(qǐng)人】中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司