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1、(10)申请公布号 CN 102810473 A (43)申请公布日 2012.12.05 CN 102810473 A *CN102810473A* (21)申请号 201210292663.6 (22)申请日 2012.08.16 H01L 21/321(2006.01) (71)申请人 上海华力微电子有限公司 地址 201203 上海市浦东新区张江高科技园 区高斯路 497 号 (72)发明人 张亮 (74)专利代理机构 上海思微知识产权代理事务 所 ( 普通合伙 ) 31237 代理人 陆花 (54) 发明名称 改善钨栓化学机械研磨表现的方法 (57) 摘要 一种改善钨栓化学机械研磨表。
2、现的方法， 包 括 ： 执行步骤 S1 ： 提供介质材料衬底 ； 执行步骤 S2 ： 在所述介质材料衬底之顶层沉积所述氮化硅 薄膜 ； 执行步骤 S3 ： 光刻、 刻蚀、 去胶清洗， 并进行 扩散阻挡层沉积和金属钨沉积填充层制备 ； 执行 步骤 S4 ： 通过所述化学机械研磨去除冗余的金属 钨沉积填充层 ； 执行步骤 S5 ： 采用热磷酸去除残 留的氮化硅薄膜。通过本发明所述改善钨栓化学 机械研磨表现的方法所获得的钨栓接触孔或通孔 平整、 均匀、 无溃蚀和凹陷等缺陷， 且所述钨栓接 触孔或通孔的近圆度有一定提高， 并增大了后续 光刻工艺窗口， 增大后续工艺的稳定度 ； 所述改 善钨栓化学机械研。
3、磨表现的方法不仅提高金属钨 沉积填充层研磨的均匀性和可控性， 而且降低缺 陷， 提高产品良率。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 1/1 页 2 1. 一种改善钨栓化学机械研磨表现的方法， 其特征在于， 所述改善钨栓化学机械研磨 表现的方法包括 ： 执行步骤 S1 ： 提供介质材料衬底， 所述介质材料衬底用于刻蚀形成所述金属互连中的 接触孔或通孔 ； 执行步骤 S2 ： 在所述介质材料衬底之顶层沉积作为所述化学机械研磨工艺的终点阻 挡层的所述氮化。
4、硅薄膜 ； 执行步骤 S3 ： 对所述具有氮化硅薄膜的介质材料衬底进行光刻、 刻蚀、 去胶清洗， 并进 行扩散阻挡层沉积和金属钨沉积填充层制备 ； 执行步骤 S4 ： 通过所述化学机械研磨去除冗余的金属钨沉积填充层， 所述化学机械研 磨停止在所述氮化硅薄膜上 ； 执行步骤 S5 ： 采用热磷酸去除残留的氮化硅薄膜， 以获得由所述钨栓形成的钨栓互连 结构。 2. 如权利要求 1 所述的改善钨栓化学机械研磨表现的方法， 其特征在于， 所述介质材 料衬底为氧化硅， 掺杂硫磷的氧化硅， 氟掺杂的氧化硅或低介电常数材料的其中之一。 3. 如权利要求 1 所述的改善钨栓化学机械研磨表现的方法， 其特征在于。
5、， 所述氮化硅 薄膜的沉积方式采用化学气相沉积的方式， 且所述氮化硅薄膜的成长温度为 150 450， 所述氮化硅薄膜的厚度以在所述化学机械研磨工艺中可保障足够阻挡所述钨栓研磨量的 厚度为宜。 4. 如权利要求 3 所述的改善钨栓化学机械研磨表现的方法， 其特征在于， 所述氮化硅 薄膜的厚度为 100 1000 埃。 5. 如权利要求 1 所述的改善钨栓化学机械研磨表现的方法， 其特征在于， 所述扩散阻 挡层为 Ti、 TiN 的至少其中之一。 6. 如权利要求 1 所述的改善钨栓化学机械研磨表现的方法， 其特征在于， 所述扩散阻 挡层采用物理气相沉积的方式沉积。 7. 如权利要求 1 所述的。
6、改善钨栓化学机械研磨表现的方法， 其特征在于， 所述金属钨 填充制备层采用化学气相沉积方式沉积。 8. 如权利要求 1 所述的改善钨栓化学机械研磨表现的方法， 其特征在于， 所述钨栓较 所述介质材料衬底的凸出高度通过控制所述氮化硅薄膜的厚度或者调节所述化学机械研 磨工艺中的研磨量进行控制。 权 利 要 求 书 CN 102810473 A 2 1/4 页 3 改善钨栓化学机械研磨表现的方法 技术领域 0001 本发明涉及半导体器件技术领域， 尤其涉及一种改善钨栓化学机械研磨表现的方 法。 背景技术 0002 金属钨是集成电路芯片中的重要互连材料， 其性质非常稳定， 熔点高， 抗电迁移优 异， 。
7、所以被广泛用作接触孔 （contact） 的金属互连以及铝互连技术中的通孔 （via） 的金属 填充材料。 金属钨通常是采用嵌入式的填充法， 首先， 在刻蚀好接触孔或通孔结构的基板上 采用物理气相沉积的方式 （PVD） 沉积扩散阻挡层 ； 然后， 利用化学气相沉积 （CVD） 的方式将 金属钨填充到所述接触孔或通孔结构， 并过填充使其有一定的冗余量， 以确保所有结构填 充完全 ； 最后， 利用化学机械研磨技术将冗余的金属钨和扩散阻挡层去除， 从而形成钨栓结 构。 0003 请参阅图6， 图6所示为现有钨栓化学机械研磨后的结构示意图。 在现有化学机械 研磨工艺中， 为了确保多余的金属钨 7 被彻。
8、底去除， 且金属扩散阻挡层 8 不会有残留， 通常 都会设置充分的过研磨量。而常见的用于钨栓结构的介质材料 9 一般相对于金属钨 7 都质 地较软， 化学机械研磨的去除率也大于金属钨 7 和金属扩散阻隔层 8。因此， 由于过量的化 学机械研磨量会造成凹陷 （dishing） 和溃蚀 （errosion） 等缺陷， 使金属钨 7 的厚度均匀性 变差， 钨栓层的整体厚度差异扩大， 进而影响其上堆叠的后续金属层的光刻和良率。 0004 虽然， 本领域的技术人员从改善化学机械研磨工艺出发， 进行了研磨速度， 研磨液 和研磨垫等方面的改进， 但收效不明显， 且会影响到产率和成本， 所以并未从根源上解决问。
9、 题。因此， 寻求一种可提高金属钨金属研磨的均匀性和可控性， 降低缺陷， 提高良率的工艺 是本行业亟待解决的问题。 0005 故针对现有技术存在的问题， 本案设计人凭借从事此行业多年的经验， 积极研究 改良， 于是有了发明一种改善钨栓化学机械研磨表现的方法。 发明内容 0006 本发明是针对现有技术中， 传统的钨栓互连结构在制备过程中由于采用过量的化 学机械研磨量会造成凹陷和溃蚀等缺陷， 使所述钨栓的厚度均匀性变差， 钨栓层的整体厚 度差异扩大， 进而影响其上堆叠的后续金属层的光刻和良率， 以及本领域的技术人员从改 善化学机械研磨工艺出发， 进行了研磨速度， 研磨液和研磨垫等方面的改进， 收效。
10、不明显， 且会影响到产率和成本等缺陷提供一种改善钨栓化学机械研磨表现的方法。 0007 为了解决上述问题， 本发明提供一种改善钨栓化学机械研磨表现的方法， 所述改 善钨栓化学机械研磨表现的方法包括 ： 0008 执行步骤 S1 ： 提供介质材料衬底， 所述介质材料衬底用于刻蚀形成所述金属互连 中的接触孔或通孔 ； 0009 执行步骤 S2 ： 在所述介质材料衬底之顶层沉积作为所述化学机械研磨工艺的终 说 明 书 CN 102810473 A 3 2/4 页 4 点阻挡层的所述氮化硅薄膜 ； 0010 执行步骤 S3 ： 对所述具有氮化硅薄膜的介质材料衬底进行光刻、 刻蚀、 去胶清洗， 并进行扩。
11、散阻挡层沉积和金属钨沉积填充层制备 ； 0011 执行步骤 S4 ： 通过所述化学机械研磨去除冗余的金属钨沉积填充层， 所述化学机 械研磨停止在所述氮化硅薄膜上 ； 0012 执行步骤 S5 ： 采用热磷酸去除残留的氮化硅薄膜， 以获得由所述钨栓形成的钨栓 互连结构。 0013 可选的， 所述介质材料衬底为氧化硅， 掺杂硫磷的氧化硅， 氟掺杂的氧化硅或低介 电常数材料的其中之一。 0014 可选的， 所述氮化硅薄膜的沉积方式采用化学气相沉积的方式， 且所述氮化硅薄 膜的成长温度为 150 450， 所述氮化硅薄膜的厚度以在所述化学机械研磨工艺中可保 障足够阻挡所述钨栓研磨量的厚度为宜。 001。
12、5 可选的， 所述氮化硅薄膜的厚度为 100 1000 埃。 0016 可选的， 所述扩散阻挡层为 Ti、 TiN 的至少其中之一。 0017 可选的， 所述扩散阻挡层采用物理气相沉积的方式沉积。 0018 可选的， 所述金属钨填充制备层采用化学气相沉积方式沉积。 0019 可选的， 所述钨栓较所述介质材料衬底的凸出高度通过控制所述氮化硅薄膜的厚 度或者调节所述化学机械研磨工艺中的研磨量进行控制。 0020 综上所述， 通过本发明所述改善钨栓化学机械研磨表现的方法所获得的钨栓接触 孔或通孔平整、 均匀、 无溃蚀和凹陷等缺陷， 且所述钨栓接触孔或通孔的近圆度有一定提 高， 并增大了后续光刻工艺窗。
13、口， 降低了后续层次的光刻对焦深的要求， 增大后续工艺的稳 定度。 所述改善钨栓化学机械研磨表现的方法不仅提高金属钨沉积填充层研磨的均匀性和 可控性， 而且降低生产缺陷， 提高产品良率。 附图说明 0021 图 1 所示为本发明改善钨栓化学机械研磨表现的方法的流程图 ； 0022 图 2 所示为本发明所述介质材料衬底上沉积所述氮化硅薄膜的结构示意图 ； 0023 图 3 所示为本发明所述具有氮化硅薄膜的介质材料衬底经过光刻、 刻蚀去胶清 洗， 并进行扩散阻挡层沉积和金属钨沉积填充层制备的结构示意图 ； 0024 图 4 所示为本发明所述金属钨沉积填充层经过所述化学机械研磨的结构示意图 ； 00。
14、25 图 5 所示为本发明所述氮化硅薄膜去除后的钨栓所形成的钨栓互连结构示意图 ； 0026 图 6 所示为现有钨栓化学机械研磨后的结构示意图。 具体实施方式 0027 为详细说明本发明创造的技术内容、 构造特征、 所达成目的及功效， 下面将结合实 施例并配合附图予以详细说明。 0028 请参阅图1， 图1所示为本发明改善钨栓化学机械研磨表现的方法的流程图。 所述 改善钨栓化学机械研磨表现的方法， 包括以下步骤 ： 0029 执行步骤 S1 ： 提供介质材料衬底， 所述介质材料衬底用于刻蚀形成所述金属互连 说 明 书 CN 102810473 A 4 3/4 页 5 中的接触孔或通孔 ； 在本。
15、发明中， 所述介质材料衬底为氧化硅， 掺杂硫磷的氧化硅， 氟掺杂 的氧化硅或低介电常数材料的其中之一。 0030 执行步骤 S2 ： 在所述介质材料衬底之顶层沉积作为所述化学机械研磨工艺的终 点阻挡层的所述氮化硅薄膜 ； 所述氮化硅薄膜的沉积方式采用化学气相沉积的方式， 且所 述氮化硅薄膜的成长温度为150450。 明显地， 所述氮化硅薄膜的厚度以在所述化学机 械研磨工艺中可保障足够阻挡所述钨栓研磨量的厚度为宜。 在本发明中， 优选地， 所述氮化 硅薄膜的厚度为 100 1000 埃。 0031 执行步骤 S3 ： 对所述具有氮化硅薄膜的介质材料衬底进行光刻、 刻蚀、 去胶清洗， 并进行扩散阻。
16、挡层沉积和金属钨沉积填充层制备。在本发明中， 所述扩散阻挡层为 Ti、 TiN 的至少其中之一。所述扩散阻挡层采用物理气相沉积的方式沉积。所述金属钨填充制备层 采用化学气相沉积方式沉积。 0032 执行步骤 S4 ： 通过所述化学机械研磨去除冗余的金属钨沉积填充层， 所述化学机 械研磨停止在所述氮化硅薄膜上 ； 0033 执行步骤 S5 ： 采用热磷酸去除残留的氮化硅薄膜， 以获得由所述钨栓形成的钨栓 互连结构。 0034 在本发明中， 明显地， 可以通过控制所述氮化硅薄膜的厚度或者调节所述化学机 械研磨工艺中的研磨量， 实现对所述钨栓较所述介质材料衬底的凸出高度进行控制。 0035 请参阅图。
17、2、 图3、 图4、 图5， 并结合参阅图1， 图2所示为本发明所述介质材料衬底 上沉积所述氮化硅薄膜的结构示意图。图 3 所示为本发明所述具有氮化硅薄膜的介质材料 衬底经过光刻、 刻蚀去胶清洗， 并进行扩散阻挡层沉积和金属钨沉积填充层制备的结构示 意图。图 4 所示为本发明所述第二刻蚀窗口的结构示意图。图 5 所示为本发明所述金属钨 沉积填充层经过所述化学机械研磨的结构示意图。图 6 所示为本发明所述氮化硅薄膜去除 后的钨栓结构示意图。在本发明中， 所述介质材料衬底 1 为氧化硅， 掺杂硫磷的氧化硅， 氟 掺杂的氧化硅或低介电常数材料的其中之一。所述介质材料衬底 1 相对于所述金属钨沉积 填。
18、充层 2 质地较软。沉积在所述介质材料衬底 1 之顶层并作为所述化学机械研磨工艺的终 点阻挡层的所述氮化硅薄膜 3 的沉积方式采用化学气相沉积的方式， 且所述氮化硅薄膜 3 的成长温度为 150 450。所述氮化硅薄膜 3 的厚度以在所述化学机械研磨工艺中可保 障足够阻挡所述金属钨沉积填充层 2 研磨量的厚度为宜。在本发明中， 优选地， 所述氮化硅 薄膜 3 的厚度为 100 1000 埃。所述扩散阻挡层 4 为 Ti、 TiN 的至少其中之一。所述扩散 阻挡层 4 采用物理气相沉积的方式沉积。所述金属钨填充制备层 2 采用化学气相沉积方式 沉积。经过所述化学机械研磨后除残留的氮化硅薄膜 3 。
19、采用热磷酸去除。由于热磷酸对介 质材料衬底 1 的刻蚀率很低， 其选择比约 5070 ： 1， 因此可以选择性的去除所述氮化硅薄膜 3 而不损伤到所述介质材料衬底 1。在本发明中， 同时可以通过调节所述氮化硅薄膜 3 的厚 度和化学机械研磨的过研磨量， 调节所述钨栓 5 的凸出高度到所需量值。 0036 请继续参阅图2、 图3、 图4、 图5， 并结合参阅图1， 本发明所述改善钨栓化学机械研 磨表现的方法， 包括以下步骤 ： 0037 执行步骤S1 ： 提供介质材料衬底1， 所述介质材料衬底1用于刻蚀形成所述金属互 连中的接触孔或通孔 ； 0038 执行步骤 S2 ： 在所述介质材料衬底 1 。
20、之顶层沉积作为所述化学机械研磨工艺的终 说 明 书 CN 102810473 A 5 4/4 页 6 点阻挡层的所述氮化硅薄膜 3 ； 所述氮化硅薄膜 3 的沉积方式采用化学气相沉积的方式， 且 所述氮化硅薄膜 3 的成长温度为 150 450。明显地， 所述氮化硅薄膜 3 的厚度以在所述 化学机械研磨工艺中可保障足够阻挡所述金属钨沉积填充层 2 研磨量的厚度为宜。在本发 明中， 优选地， 所述氮化硅薄膜 3 的厚度为 100 1000 埃。 0039 执行步骤 S3 ： 对所述具有氮化硅薄膜 3 的介质材料衬底 1 进行光刻、 刻蚀、 去胶清 洗， 并进行扩散阻挡层 4 沉积和金属钨沉积填充。
21、层 2 制备。在本发明中， 所述扩散阻挡层 4 为 Ti、 TiN 的至少其中之一。所述扩散阻挡层 4 采用物理气相沉积的方式沉积。所述金属 钨填充制备层 2 采用化学气相沉积方式沉积。 0040 执行步骤 S4 ： 通过所述化学机械研磨去除冗余的金属钨沉积填充层 2， 所述化学 机械研磨停止在所述氮化硅薄膜 3 上 ； 0041 执行步骤S5 ： 采用热磷酸去除残留的氮化硅薄膜3， 获得由所述钨栓5形成的钨栓 互连结构。 0042 在本发明中， 明显地， 可以通过控制所述氮化硅薄膜 3 的厚度或者调节所述化学 机械研磨工艺中的研磨量， 实现对所述钨栓5较所述介质材料衬底1的凸出高度进行控制。。
22、 0043 综上所述， 通过本发明所述改善钨栓化学机械研磨表现的方法所获得的钨栓接触 孔或通孔平整、 均匀、 无溃蚀和凹陷等缺陷， 且所述钨栓接触孔或通孔的近圆度有一定提 高， 并增大了后续光刻工艺窗口， 降低了后续层次的光刻对焦深的要求， 增大后续工艺的稳 定度。 所述改善钨栓化学机械研磨表现的方法不仅提高金属钨沉积填充层研磨的均匀性和 可控性， 而且降低生产缺陷， 提高产品良率。 0044 本领域技术人员均应了解， 在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 可以对本发 明进行各种修改和变型。因而， 如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护 范围内时， 认为本发明涵盖这些修改和变型。 说 明 书 CN 102810473 A 6 1/3 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102810473 A 7 2/3 页 8 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102810473 A 8 3/3 页 9 图 6 说 明 书 附 图 CN 102810473 A 9 。