[發明專利]利用無電膜沉積形成平坦化Cu互連層的方法

有效

• 申請號: 200710135787.2
• 申請日: 2004-03-23
• 公開（公告）號: CN101174578A
• 公開（公告）日: 2008-05-07
• 發明（設計）人: 弗雷德·C·雷德克;約翰·博伊德
• 申請（專利權）人: 蘭姆研究公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/288
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 余剛;李丙林

本申請是2004年3月23日提交、申請號為200480007928.7、題為“利用無電膜沉積形成平坦化Cu互連層的方法和設備”的中國專利申請的分案申請。

技術領域

本發明主要涉及半導體制造領域，更具體涉及在限定于襯底中的構造(feature)內形成具有平坦化表面的導電材料的方法，所述構造具有相差很大的不同尺寸。

背景技術

圖1提供部分制造的半導體器件100的橫截面，包括襯底102和導電層104。襯底102通常是介電材料，并且可以包括各種尺寸的溝槽，如寬溝槽106和窄溝槽108。除了溝槽，襯底102可以包括各種尺寸的其他類似構造，如通孔(未示出)。襯底102中的這種構造通常通過眾所周知的光刻法制造。導電層104通常是高導電金屬如銅(Cu)。進一步加工后，向下移除導電層104直到襯底102頂面的高度，使得在成品半導體器件中，保留在溝槽106、108中的導電材料和其他相似構造被襯底102電隔離。

導電層104通常通過使用包含待鍍金屬的電鍍溶液進行電鍍而形成。需要電鍍是因為它是在表面上沉積金屬的快速方法。然而，電鍍的一個缺陷是在較窄的構造如溝槽108中常常形成空隙，并且這些空隙會導致成品半導體器件失效。某些添加劑在加入到電鍍溶液中時，可以促進快速填充窄構造并防止空隙形成，然而，這些添加劑傾向于阻滯在一般平坦區域上的沉積速率，所述平坦區域例如溝槽106、108之間以及沿寬溝槽106底部的表面。

因此，直到導電層104完全填充較大構造如寬溝槽106時，基本厚度或覆蓋層(overburden)110覆蓋襯底102的其余部分。此外，由于電鍍溶液中的添加劑促進快速填充窄構造，同時阻滯其在一般平坦區域中的填充，因此還會在窄構造上的覆蓋層110頂部水平面上方形成過填充(superfill)部分112，如圖1所示。應該理解，要向下移除導電層104直至襯底102的頂面高度，需要移除三種不同厚度的材料。不幸的是，本領域中已知的平坦化技術不太適合于這項任務，并且通常導致在較大構造上方的表面凹陷(dishing)200，如圖2中大溝槽106上方所示。

一個解決方案是在圖1所示基礎上進一步電鍍，使得整個襯底102上方的覆蓋層110的厚度更大。如果進行得足夠充分，覆蓋層110的厚度傾向于在整個襯底102上平坦。然后可以對覆蓋層110向下進行均勻平坦化，直到襯底102的頂面高度。然而，該方案浪費材料并且費時。

因此，需要形成具有覆蓋層110的導電層104的方法，其中所述覆蓋層110具有基本上平坦的表面。

發明內容

本發明提供一種制造平坦化表面的方法，包括提供襯底、形成第一和第二層、以及平坦化第一和第二層。該襯底具有限定于其中的窄構造和寬構造，并在襯底上形成第一層以使其填充窄構造、至少部分填充寬構造、并且具有限定于其中的沿寬構造排列的空腔。平坦化第一層的同時在所述空腔中形成第二層。然后將第一和第二層一起平坦化。

在某些實施方案中，在平坦化第一層的同時形成第二層包括使柔性材料與第一層接觸，并在柔性材料和第一層之間引入相對橫向運動。在這些實施方案中的某些實施方案中，相對橫向運動包括旋轉成分、振動成分和/或軌道成分。在那些第一層完全填充寬構造的實施方案中，平坦化第一和第二層可包括完全移除第二層。在其他實施方案中，平坦化第一和第二層并不完全移除第二層。在一些實施方案中，平坦化第一和第二層包括無應力平坦化或化學機械平坦化。在一些實施方案中，平坦化第一和第二層包括暴露出窄和寬構造之間的襯底。

本發明還提供一種用于制造平坦化表面的方法，包括提供襯底、形成第一層、使柔性材料與至少一部分第一層接觸、形成第二層、以及平坦化第一和第二層。該襯底具有限定于其中的窄構造和寬構造，并且第一層形成在襯底上以使其填充窄構造、至少部分填充寬構造、并且具有限定于其中的沿寬構造排列的空腔。根據該方法，柔性材料用來將溶液遞送到空腔，并且第二層由該溶液形成。在一些實施方案中，該溶液包括無電鍍覆溶液，在這些實施方案的某些實施方案中，形成第二導電層包括無電沉積導電材料如銅。在一些實施方案中，第一和第二層由相同的導電材料形成。在一些實施方案中，柔性材料與至少部分第一層的接觸抑制第二層在第一層的覆蓋層上的沉積。