[發明專利]銅表面化學機械研磨平坦化方法

無效

• 申請號: 200710039877.1
• 申請日: 2007-04-24
• 公開（公告）號: CN101295644A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 朱旋;蔡孟峰
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/321
• 分類號: H01L21/321;H01L21/768
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 李文紅

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種銅表面的化學機械研磨平坦化方法。

背景技術

隨著半導體制造技術的飛速發展，半導體器件的線寬特征尺寸已經進入深亞微米結構。為提高芯片的運算速度，需要有效地降低阻抗所造成的時間延遲。因此，在半導體器件中大多使用低介電常數材料，以及廣泛使用金屬銅作為互連線結構，以降低金屬導線的電阻?；ミB結構通常是以鑲嵌(damascene)的方法來形成，即在襯底上的一層或多層介質層中刻蝕出通孔，然后將金屬沉積于該通孔中。雖然銅的阻抗低于鋁或鎢，但是銅具有較高的擴散系數，易向介質層中進行擴散，因此通常在沉積金屬銅之前，先于通孔的側壁和底部沉積例如鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鈦(Ti)或氮化鈦(TiN)等作為擴散阻擋層。上述鑲嵌工藝中的一項重要指標為金屬層與擴散阻擋層的平坦化，從而使金屬層和介質層的表面在同一個平面。

化學機械研磨(Chemical?Mechanical?Polish，CMP)工藝是目前先進半導體制造中全局平坦化的關鍵技術，其包括利用研磨液(slurry)的機械性研磨作用和化學腐蝕作用。在現今半導體制造技術中大多利用化學機械研磨工藝對半導體結構進行平坦化以降低半導體結構表面的高度差。在用來平坦化銅或同時研磨銅與其周圍介質材料時，影響平坦化的因素包括銅和周圍材料的研磨速率(removal?rate)。當銅的較柔軟表面以較快研磨速率被研磨時，便會因過度研磨而在銅表面出現碟陷(dishing)現象。圖1至圖2為說明碟陷現象產生過程的示意圖，如圖1所示，在介質層100中通過刻蝕形成通孔(via)120和溝槽(trench)110以形成具有特定功用的連接結構。通孔120和溝槽110通常具有較高的寬度差，而且通孔120的分布相對密集。因此在沉積金屬銅200之后，通孔密集區域上方的金屬銅表面便形成凸起210，而溝槽110上方的金屬銅表面會出現凹陷220，從而在器件表面形成高度差。在利用化學機械研磨工藝進行平坦化時，金屬銅200的研磨速率通常高于介質層100，因此金屬銅200會以更快的研磨速率被研磨。同時，由于金屬銅表面的凸起210和凹陷220部分具有相同的研磨速率，因此在通孔密集區和溝槽內填充的銅表面均會出現碟陷230和240。

在申請號為02123365.9的中國專利申請中公開了一種銅化學機械研磨中減少碟陷的方法，該方法使用的研磨液中包含形成金屬化物的反應試劑。金屬層和研磨液中的反應試劑反應，在金屬層表面形成一金屬化物層，用以保護金屬層，使其避免以較快的研磨速率被研磨。然而該方法對研磨液有較高的要求，需要加入碘酸鉀(potassium?iodate)、過氧化氫(hydrogen?peroxide)、硝酸鐵(ferric?nitride)，或高硫酸銨(ammoniumpersulfate)等反應試劑，這無疑提高了制造成本，也增加了工藝復雜度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種銅表面的化學機械研磨平坦化方法，以實現銅和介質層表面的平坦化，避免出現碟陷現象。

為達到上述目的，一方面提供了一種銅表面的化學機械研磨平坦化方法，包括：

在所述銅表面沉積介質層的步驟；和

對表面具有所述介質層的銅表面進行研磨的步驟。

所述介質層的材料為氧化硅、碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)、碳硅氧化合物(SiCO)、碳氮硅化合物(SiCN)、氟硅玻璃(FSG)、磷硅玻璃(PSG)、硼硅玻璃(BSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)中的一種或其組合。

所述介質層的材料為有機抗反射材料BARC。

所述介質層的材料為富硅聚合物。

所述介質層的厚度為50～100。

所述介質層利用化學氣相淀積工藝形成。

所述介質層利用旋涂工藝形成。

另一方面，提供了一種銅表面的化學機械研磨平坦化方法，所述銅表面具有凸起區域和凹陷區域，所述方法包括：

在所述銅表面沉積研磨阻擋層的步驟；

研磨碎所述研磨阻擋層并磨平所述凸起區域的步驟；

繼續進行研磨工藝以減小所述凸起區域和凹陷區域高度差的步驟；和

繼續研磨使所述銅表面平坦化的步驟。

所述研磨阻擋層的材料為氧化硅、碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)、碳硅氧化合物(SiCO)、碳氮硅化合物(SiCN)、氟硅玻璃(FSG)、磷硅玻璃(PSG)、硼硅玻璃(BSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)中的一種或其組合。

所述研磨阻擋層的材料為有機抗反射材料BARC。