[發(fā)明專利]對鑲嵌結(jié)構(gòu)進(jìn)行平面化

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580037427.8
• 申請日: 2005-11-02
• 公開（公告）號: CN101053074A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 菲特·恩古耶恩霍安;格雷亞·J·A·M·費(fèi)爾海登
• 申請（專利權(quán)）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: H01L21/321
• 分類號: H01L21/321;H01L21/768
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 陳瑞豐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制造鑲嵌結(jié)構(gòu)的方法，用于諸如集成半導(dǎo)體器件之類的應(yīng)用，以及根據(jù)所述方法制作的半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)

當(dāng)前，鑲嵌互連結(jié)構(gòu)由CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)來制造。在1997年John?Wiley?&?Sons，紐約出版的“Chemical?Mechanical?Planarisationof?Microelectronic?Materials”中，J.M.Steigerwald，S.P.Murarka和R.J.Gutman等人已經(jīng)全面地描述和說明了CMP工藝。CMP工藝包括相對于拋光墊而移動樣品表面以進(jìn)行平面化或拋光，所述拋光墊用于提供對樣品表面的支撐，并且用于在樣品表面和拋光墊之間攜帶拋光漿料以影響導(dǎo)致平面化的拋光。用液體拋光漿料執(zhí)行CMP。

鑲嵌結(jié)構(gòu)是嵌入到現(xiàn)有層的表面中的結(jié)構(gòu)，即嵌入到凹槽(recess)或溝槽(trench)。通常需要阻擋層以防止結(jié)構(gòu)的金屬的擴(kuò)散，例如銅，或輔助金屬的粘附，例如銅。與CMP有關(guān)的一個問題是嵌入的金屬線的凹陷(dishing)。凹陷意味著金屬線的表面變?yōu)榘夹谓Y(jié)構(gòu)(concave)。這可以減小金屬互連的厚度，導(dǎo)致互連電阻的增加和互連壽命的減少。此外，晶片表面不希望的不均勻表面形貌可以引起隨后處理步驟的問題。

為了避免凹陷，可以開發(fā)專用的拋光漿料(在下文中稱作低凹陷拋光漿料)，并且已經(jīng)獲得了凹陷性能方面極好的結(jié)果，優(yōu)于傳統(tǒng)的CMP。然而，使用低凹陷拋光漿料的CMP工藝的缺點(diǎn)是金屬(例如銅)殘留物保留在晶片表面上并且難以去除。這引起短路的嚴(yán)重風(fēng)險。

對使用低凹陷拋光漿料和銅的CMP工藝的良好凹陷性能的解釋是銅和阻擋材料之間的電化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)將銅和阻擋材料兩者都暴露在拋光溶液中時(在銅CMP工藝結(jié)束時)，它們形成其中銅是陰極的電耦合。這停止了銅的侵蝕，因此保護(hù)鑲嵌銅結(jié)構(gòu)免于凹陷。然而，當(dāng)銅和阻擋材料同時暴露時停止去除銅還意味著保留在表面上的銅難以去除。結(jié)果，存在銅殘留物。使用低凹陷拋光漿料的CMP工藝的缺點(diǎn)是：盡管停止了銅侵蝕，可能也促進(jìn)了阻擋層的侵蝕。

另外已知使用ALCVD(原子層化學(xué)氣相沉積)提供銅特征的阻擋層。這對于產(chǎn)生WCN或TaN的良好的薄共形阻擋層是特別有用的。WCN是優(yōu)選的，因?yàn)閷τ诮o定厚度它具有良好的阻擋特性。然而，因?yàn)閃CN是化學(xué)活性的阻擋層，因此在CMP期間WCN比銅刻蝕得快，WCN難以制造。結(jié)果是再次引起隨后層問題的銅突出。同樣，在CMP期間可以發(fā)生WCN阻擋層不希望的侵蝕。

根據(jù)US6,150,260可知，可以將犧牲TiN層沉積到氧化物層上以保護(hù)氧化物，并且作為終點(diǎn)檢測器。根據(jù)US6,274,485可知，可以在氧化層以上但是在阻擋層以下使用犧牲的高拋光速率的TiN層，以及鎢層，以防止凹陷。根據(jù)US6,376,376可知，在阻擋層比鑲嵌結(jié)構(gòu)中的銅更硬、并且更化學(xué)穩(wěn)定的情況下(例如阻擋層是TaN的情況下)，凹陷可能是個問題。除了利用三種不同拋光漿料的三種不同CMP步驟之外，該文獻(xiàn)提出了兩個這樣的步驟：第一留下凹陷，第二留下銅突出。然后可以通過過拋光減少該突出。這需要幾個保護(hù)層，包括：TaN硬層，在第一步驟中比銅更慢地去除；以及氧化物層，通過第二步驟去除，使用氧化物拋光漿料以比銅更快地去除氧化物。可以將拋光停止層沉積在氧化物層下面。

根據(jù)US?6,221,775可知，使用Ti/TiN或TaN/Ta的硬層作為用于CMP步驟的拋光停止層。然后，使用RIE步驟來去除殘留物和其他殘骸。鑲嵌凹槽或溝槽的阻擋層可以是Ti/TiN或TaN/Ta。根據(jù)US6,372,632可知：在阻擋層之下形成犧牲氧化物層。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的是提出一種制造鑲嵌結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方法，用于諸如集成半導(dǎo)體器件之類的應(yīng)用中，以及根據(jù)本發(fā)明方法制作的半導(dǎo)體器件。

根據(jù)第一方面，本發(fā)明提出了一種在襯底中制造鑲嵌結(jié)構(gòu)的方法，包括步驟：(1)在襯底上沉積諸如金屬犧牲層之類的導(dǎo)電犧牲層；(2)刻蝕溝槽或凹槽穿過犧牲層進(jìn)入襯底；(3)沉積阻擋層，覆蓋溝槽或凹槽的側(cè)壁和底部之間的表面，并且與犧牲層電接觸；(4)沉積導(dǎo)電層，例如諸如銅或鎢之類的金屬層，并且填充溝槽或凹槽；以及(5)去除和/或平面化導(dǎo)電金屬層以形成鑲嵌結(jié)構(gòu)，選擇犧牲層和阻擋層的材料，使得在平面化期間，犧牲層與阻擋層或與鑲嵌結(jié)構(gòu)電化學(xué)反應(yīng)。