铜表面化学机械研磨平坦化方法技术

公开了一种铜表面的化学机械研磨平坦化方法，包括：在所述铜表面沉积介质层的步骤和对表面具有所述介质层的铜表面进行研磨的步骤。本发明专利技术的铜表面的化学机械研磨平坦化方法能够实现铜和介质层表面的平坦化，避免出现碟陷（ｄｉｓｈｉｎｇ）现象。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种铜表面的化学机械 研磨平坦化方法。
技术介绍
随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件的线宽特征尺寸已经 进入深亚微米结构。为提高芯片的运算速度，需要有效地降低阻抗所造 成的时间延迟。因此，在半导体器件中大多使用低介电常数材料，以及 广泛使用金属铜作为互连线结构，以降低金属导线的电阻。互连结构通常是以镶嵌(damascene)的方法来形成，即在衬底上的一层或多层介质 层中刻蚀出通孔，然后将金属沉积于该通孔中。虽然铜的阻抗低于铝或 钨，但是铜具有较高的扩散系数，易向介质层中进行扩散，因此通常在 沉积金属铜之前，先于通孔的侧壁和底部沉积例如钽(Ta )、氮化钽(TaN )、 钛(Ti)或氮化钛(TiN)等作为扩散阻挡层。上述镶嵌工艺中的一项重 要指标为金属层与扩散阻挡层的平坦化，从而使金属层和介质层的表面 在同一个平面。化学机械研磨(Chemical Mechanical Polish, CMP )工艺是目前先进 半导体制造中全局平坦化的关键技术，其包括利用研磨液(slurry)的机 械性研磨作用和化学腐蚀作用。在现今半导体制造技术中大多利用化学 机械研磨工艺对半导体结构进行平坦化以降低半导体结构表面的高度 差。在用来平坦化铜或同时研磨铜与其周围介质材料时，影响平坦化的 因素包括铜和周围材料的研磨速率(removal rate )。当铜的较柔软表面 以较快研磨速率被研磨时，便会因过度研磨而在铜表面出现碟陷 (dishing)现象。图1至图2为说明碟陷现象产生过程的示意图，如图l所 示，在介质层100中通过刻蚀形成通孔(via) 120和沟槽(trench) IIO以 形成具有特定功用的连接结构。通孔120和沟槽110通常具有较高的宽度差，而且通孔120的分布相对密集。因此在沉积金属铜200之后，通孔密 集区域上方的金属铜表面便形成凸起210,而沟槽110上方的金属铜表面 会出现凹陷220,从而在器件表面形成高度差。在利用化学机械研磨工艺 进行平坦化时，金属铜200的研磨速率通常高于介质层100，因此金属铜 200会以更快的研磨速率被研磨。同时，由于金属铜表面的凸起210和凹 陷220部分具有相同的研磨速率，因此在通孔密集区和沟槽内填充的铜表 面均会出现石菜陷230和240 。在申请号为02123365.9的中国专利申请中公开了 一种铜化学机械研 磨中减少碟陷的方法，该方法使用的研磨液中包含形成金属化物的反应 试剂。金属层和研磨液中的反应试剂反应，在金属层表面形成一金属化 物层，用以保护金属层，使其避免以较快的研磨速率被研磨。然而该方 法对研磨液有较高的要求，需要加入碘酸鉀(potassium iodate )、过氧化 氬(hydrogen peroxide )、石肖酉臾l失(ferric nitride )，或高石克酉吏铵(ammonium persulfate)等反应试剂，这无疑提高了制造成本，也增加了工艺复杂度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铜表面的化学机械研磨平坦化方法，以 实现铜和介质层表面的平坦化，避免出现^i莱陷现象。为达到上述目的， 一方面提供了一种铜表面的化学机械研磨平坦化 方法，包括在所述铜表面沉积介质层的步骤；和对表面具有所述介质层的铜表面进行研磨的步骤。所述介质层的材料为氧化硅、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)中的一种或其组合。所述介质层的材料为有机抗反射材料BARC。所述介质层的材料为富硅聚合物。所述介质层的厚度为50A iooA。所述介质层利用化学气相淀积工艺形成。所述介质层利用旋涂工艺形成。另一方面，提供了一种铜表面的化学机械研磨平坦化方法，所述铜表面具有凸起区域和凹陷区域，所述方法包括 在所述铜表面沉积研磨阻挡层的步骤； 研磨碎所述研磨阻挡层并磨平所述凸起区域的步骤； 继续进行研磨工艺以减小所述凸起区域和凹陷区域高度差的步骤；和继续研磨使所述铜表面平坦化的步骤。所述研磨阻挡层的材料为氧化硅、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)中的一种或其 组合。所述研磨阻挡层的材料为有机抗反射材料BARC。 所述研磨阻挡层的材料为富硅聚合物。 所述研磨阻挡层的厚度为50A 100A。 所述研磨阻挡层利用化学气相淀积工艺形成。 所述研磨阻挡层利用旋涂工艺形成。 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术的技术方案是在研磨工艺进行之前，在金属铜层表面沉积一 介质层或有机聚合物膜层作为研磨阻挡层。在开始研磨时，研磨垫和研 磨阻挡层之间的摩擦力作用将该阻挡层打碎，露出的铜在研磨液和摩擦 力共同作用下被去除，从而将铜表面的凸起部分磨平。而在凹陷区域的 铜由于阻挡层将研磨液隔离开，研磨速率得到抑制。继续研磨过程便会 降低铜表面的台阶高度差，使铜表面趋于平坦。随着研磨工艺的继续进行，铜表面凹陷区域内外的研磨速率差越来越小，当凹陷区域的阻挡层 接触到研磨垫而被研磨去除时铜表面的研磨速率趋于一致，避免了碟陷 现象的出现，最终达到铜和介质层表面的平坦化。上述技术方案无须改 变研磨液的成分便可实现铜和介质层表面的平坦化。附图说明通过附图中所示的本专利技术的优选实施例的更具体^兌明，本专利技术的上 述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记 指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本专利技术的主 旨。在附图中，为清楚明了，放大了层和区域的厚度。图1至图2为说明碟陷现象产生过程的器件剖面示意图； 图3至图6为说明本专利技术优选实施例的器件剖面示意图。 具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合 附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是 本专利技术能够以4艮多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员 可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广。因此本专利技术不受下面公 开的具体实施的限制。图3至图6为说明本专利技术优选实施例的器件剖面示意图。所述示意 图只是实例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。首先如图3所示，电 介质层100是由化学气相淀积法沉积的低介电常数的无机硅基质层 (Inorganic silicon based layer),例如碳氧化硅(SiCO)或氟化硅玻璃 (FSG),优选为应用材料(Applied Materials ) />司商标为黑钻石(black diamond)的二氧化硅(Si02)。在本专利技术的优选实施例中，形成电介质 层100的方法使用了包括含碳有机金属或有机硅化合物、臭氧和掺杂剂 源的加热准常压化学气相淀积(SACVD)工艺。含碳的有机金属或有机硅化合物可以包括环硅氧烷例如四曱基环四硅氧烷(TMCTS)或八甲 基环四硅氧烷(OMCTS)或其它环状硅氧烷，优选为OMCTS。在常规单 晶片CVD反应室中，将晶片放在反应室内部的、其中包括有加热元件 的平台上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜表面的化学机械研磨平坦化方法，其特征在于，所述方法包括：　　　　在所述铜表面沉积介质层的步骤；和　　　　对表面具有所述介质层的铜表面进行研磨的步骤。

【技术特征摘要】
1、一种铜表面的化学机械研磨平坦化方法，其特征在于，所述方法包括在所述铜表面沉积介质层的步骤；和对表面具有所述介质层的铜表面进行研磨的步骤。2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述介质层的材料 为氧化硅、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)中的一种或其组合。3、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述介质层的材料 为有机抗反射材料BARC。4、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述介质层的材料 为富硅聚合物。5、 根据权利要求2、 3或4所述的方法，其特征在于所述介质层 的厚度为50A 100A。6、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述介质层利用化 学气相淀积工艺形成。7、 根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于所述介质层利 用旋涂工艺形成。8、 一种铜表面的化学机械研磨平坦化方法，其特征在于，所述方 法...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱旋，蔡孟峰，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]