半导体结构及其形成方法技术

一种半导体结构及其形成方法，方法包括：提供基底；在基底上形成介电层，介电层内形成有开口；在开口底部和侧壁上形成钌层，钌层覆盖介电层顶部；形成填充满开口且覆盖钌层的铜层；对铜层进行第一化学机械研磨操作，去除部分厚度铜层；对铜层进行第二化学机械研磨操作，去除高于钌层顶部的铜层，研磨液中含有铜的腐蚀抑制剂；对铜层进行第三化学机械研磨操作，去除位于介电层顶部的铜层，研磨液中含有铜的腐蚀抑制剂。本发明专利技术所述第二化学机械研磨操作和第三化学机械研磨操作的研磨液中含有铜的腐蚀抑制剂，从而降低铜层发生腐蚀的概率。

Semiconductor Structure and Its Formation Method

A semiconductor structure and its forming method include: providing a substrate; forming a dielectric layer on the base, forming an opening in the dielectric layer; forming a ruthenium layer on the bottom and side walls of the opening, covering the top of the dielectric layer; forming a copper layer filled with the opening and covering the ruthenium layer; carrying out a first chemical mechanical grinding operation on the copper layer, removing part of the thickness of the copper layer; and carrying out a second copper layer. Chemical mechanical grinding operation removes copper layer above the top of ruthenium layer and contains copper corrosion inhibitors in the grinding fluid. The third chemical mechanical grinding operation is carried out to remove copper layer at the top of dielectric layer and copper corrosion inhibitors in the grinding fluid. The abrasive fluid of the second chemical mechanical abrasive operation and the third chemical mechanical abrasive operation of the present invention contains a corrosion inhibitor of copper, thereby reducing the corrosion probability of the copper layer.

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。
技术介绍
随着集成电路制造技术的不断发展，铜(Cu)互连工艺在后端(BackEndOfLine，BEOL)工艺中得到了广泛的应用。和相同工艺尺寸的铝(Al)互连技术相比，金属铜的电阻率较低，而且对电迁移(Electromigration)现象具有更强的抵抗力。随着元器件的关键尺寸不断变小，为了降低互连的电阻-电容延迟(RCDelay)，则要求增加互连的电导，为此，无籽晶铜互连技术越来越受到重视。其中，由于传统的粘附阻挡层的材料具有较高的电阻率，且不能作为铜直接电镀的籽晶层，而钌(Ru)具有更低的电阻率，与铜具有更好的粘附性，且可以实现铜的直接电镀，因此，铜互连工艺逐渐引入了钌(Ru)层，用于作为铜层的生长浸润层(WettingLayer)。但是，引入钌层后容易导致铜互连的形成质量和性能下降。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种半导体结构及其形成方法，提高铜互连的形成质量和性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成介电层，所述介电层内形成有开口；在所述开口的底部和侧壁上形成钌层，所述钌层还覆盖所述介电层顶部；形成填充满所述开口的铜层，所述铜层还覆盖所述钌层；对所述铜层进行第一化学机械研磨操作，去除部分厚度的所述铜层；对所述铜层进行第二化学机械研磨操作，去除高于所述钌层顶部的所述铜层，所述研磨液中含有铜的腐蚀抑制剂；对所述铜层进行第三化学机械研磨操作，去除位于所述介电层顶部的所述铜层，所述研磨液中含有铜的腐蚀抑制剂。可选的，所述第一化学机械研磨操作、第二化学机械研磨操作和第三化学机械研磨操作所采用的研磨液均为碱性研磨液。可选的，所述第一研磨操作所采用的研磨液的PH值为7.5至10。可选的，所述第二研磨操作所采用的研磨液的PH值为7.5至10。可选的，所述第三研磨操作所采用的研磨液的PH值为9至13。可选的，所述铜的腐蚀抑制剂的材料包括苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑和疏基苯并三唑中的一种或多种。可选的，所述第一化学机械研磨操作的参数包括：下压力为1.5psi至5psi，基座转速为50rpm至120rpm，所述研磨液的流速为100ml/min至400ml/min。可选的，在所述第一化学机械研磨操作后，位于所述钌层顶部的剩余铜层厚度为至可选的，所述第二化学机械研磨操作的参数包括：下压力为0.8psi至2psi，基座转速为20rpm至70rpm，所述研磨液的流速为100ml/min至400ml/min。可选的，所述第三化学机械研磨操作的参数包括：下压力为0.8psi至2psi，基座转速为20rpm至70rpm，所述研磨液的流速为100ml/min至400ml/min。可选的，在所述第三化学机械研磨操作后，位于所述介电层顶部的所述钌层被去除。可选的，所述第三化学机械研磨操作所采用的研磨液中还含有钌的研磨速率增强剂。可选的，所述钌的研磨速率增强剂的材料包括胍基溶液。可选的，在所述基底上形成介电层后，在所述开口的底部和侧壁上形成钌层之前，还包括步骤：在所述开口的底部和侧壁上形成粘附阻挡层，所述粘附阻挡层还覆盖所述介电层顶部。可选的，所述粘附阻挡层的材料为TiN或TaN。可选的，在所述第三化学机械研磨操作后，所述开口中的剩余铜层作为铜互连。相应的，本专利技术还提供一种采用本专利技术形成方法所形成的半导体结构。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：依次对铜层进行第一化学机械研磨操作、第二化学机械研磨操作和第三化学机械研磨操作，其中，所述第二化学机械研磨操作和第三化学机械研磨操作所采用的研磨液中含有铜的腐蚀抑制剂(CuCorrosionInhibitor)，由于铜的活性比钌好，当钌层暴露于所述研磨液中时，铜在所述研磨液中作为腐蚀电极的阴极，因此通过在所述研磨液中添加铜的腐蚀抑制剂，从而可以降低所述铜层发生腐蚀(Corrosion)的概率，进而使得所述铜层的研磨质量得到提高。可选方案中，所述第一化学机械研磨操作、第二化学机械研磨操作和第三化学机械研磨操作所采用的研磨液均为碱性研磨液，相比采用酸性研磨液的方案，本专利技术能够避免生成有毒且易气化的氧化物RuO4(四氧化钌)，从而有利于提高铜层的质量和性能。可选方案中，在所述第三化学机械研磨操作后，所述开口中的剩余铜层作为铜互连，因此本专利技术铜互连的形成质量和性能可以得到提高，进而有利于提高半导体结构的电学性能和良率。可选方案中，所述第三化学机械研磨操作所采用的研磨液中还含有钌的研磨速率增强剂；由于在所述第三化学机械研磨操作后，位于所述介电层顶部的所述钌层被去除，因此通过在所述研磨液中添加钌的研磨速率增强剂，能够提高所述第三化学机械研磨操作对所述钌层的研磨速率。附图说明图1至图7是本专利技术半导体结构的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，引入钌层后容易导致铜互连的形成质量下降。现结合一种半导体结构的形成方法分析铜互连的形成质量和性能下降的原因。所述形成方法包括：提供基底，所述基底上形成有介电层，且所述介电层内形成有开口；在所述开口的底部和侧壁上形成钌层，所述钌层还覆盖所述介电层顶部；形成填充满所述开口的铜层，所述铜层还覆盖所述钌层；采用化学机械研磨工艺(ChemicalandMechanicalPolish，CMP)，研磨去除高于所述介电层顶部的铜层和钌层，所述开口中的剩余铜层作为铜互连。由于铜与钌之间具有电位差异，且铜的活性比钌好，因此铜在所述化学机械研磨工艺所采用的研磨液中作为腐蚀电极的阴极，从而容易在所述化学机械研磨工艺过程中被腐蚀，进而导致铜互连的形成质量和性能下降。为了解决所述技术问题，本专利技术在第二化学机械研磨操作和第三化学机械研磨操作所采用的研磨液中添加铜的腐蚀抑制剂，从而降低所述铜层发生腐蚀的概率。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。图1至图7是本专利技术半导体结构的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。结合参考图1，提供基底100。所述基底100为后续工艺提供工艺操作基础。根据实际工艺情况，所述基底100中可以形成有功能结构，例如：所述基底100内可以形成有MOS场效应晶体管等半导体器件，还可以形成有电阻结构等。本实施例中，所述基底100中形成有底层刻蚀阻挡层110、位于所述底层刻蚀阻挡层110上的底层介电层120、以及位于所述底层介电层120内的底层铜互连130。所述底层刻蚀阻挡层110的材料可以为SiCN(碳氮化硅)、SiCO(碳氧化硅)或SiN(氮化硅)，所述底层刻蚀阻挡层110用于在所述底层铜互连130的形成工艺过程中定义刻蚀停止的位置。所述底层介电层120用于使所述底层铜互连130之间相互绝缘。本实施例中，所述底层介电层120的材料具有多孔结构，所述具有多孔结构的材料为低k介质材料(低k介质材料指相对介电常数大于或等于2.6、小于等于3.9的介质材料)或超低k介质材料(超低k介质材料指相对介电常数小于2.6的介质材料)，从而可以有效地降低所述底层铜互连130之间的寄生电容，进而减小后端RC延迟。在其他实施例中，所述底层介电层的材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底；在所述基底上形成介电层，所述介电层内形成有开口；在所述开口的底部和侧壁上形成钌层，所述钌层还覆盖所述介电层顶部；形成填充满所述开口的铜层，所述铜层还覆盖所述钌层；对所述铜层进行第一化学机械研磨操作，去除部分厚度的所述铜层；对所述铜层进行第二化学机械研磨操作，去除高于所述钌层顶部的所述铜层，所述研磨液中含有铜的腐蚀抑制剂；对所述铜层进行第三化学机械研磨操作，去除位于所述介电层顶部的所述铜层，所述研磨液中含有铜的腐蚀抑制剂。

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底；在所述基底上形成介电层，所述介电层内形成有开口；在所述开口的底部和侧壁上形成钌层，所述钌层还覆盖所述介电层顶部；形成填充满所述开口的铜层，所述铜层还覆盖所述钌层；对所述铜层进行第一化学机械研磨操作，去除部分厚度的所述铜层；对所述铜层进行第二化学机械研磨操作，去除高于所述钌层顶部的所述铜层，所述研磨液中含有铜的腐蚀抑制剂；对所述铜层进行第三化学机械研磨操作，去除位于所述介电层顶部的所述铜层，所述研磨液中含有铜的腐蚀抑制剂。2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一化学机械研磨操作、第二化学机械研磨操作和第三化学机械研磨操作所采用的研磨液均为碱性研磨液。3.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一研磨操作所采用的研磨液的PH值为7.5至10。4.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第二研磨操作所采用的研磨液的PH值为7.5至10。5.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第三研磨操作所采用的研磨液的PH值为9至13。6.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述铜的腐蚀抑制剂的材料包括苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑和疏基苯并三唑中的一种或多种。7.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一化学机械研磨操作的参数包括：下压力为1.5psi至5psi，基座转速为50rpm至120rpm，所述研磨液的流速为100ml/min至400ml/min。8.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋莉，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31