钨化学机械研磨方法技术

一种钨化学机械研磨方法，包括：提供具有介电层的半导体结构，在所述介电层中具有开口，在所述开口中和介电层上依次具有金属阻挡层和钨金属层；执行第一阶段化学机械研磨，去除所述介电层上的部分厚度的钨金属层；执行第二阶段化学机械研磨，去除所述介电层上剩余的钨金属层和金属阻挡层；执行第三阶段化学机械研磨，去除部分厚度的介电层；其中，所述第二阶段化学机械研磨时间与所述第三阶段化学机械研磨时间相同。本发明专利技术能够改善化学机械研磨后钨金属层表面形成凹陷的问题或消除钨金属层表面的凹陷。

Tungsten chemical mechanical grinding method

Including a tungsten chemical mechanical polishing method, providing a semiconductor structure having a dielectric layer, wherein the dielectric layer has an opening in the opening and the dielectric layer comprises metal barrier layer and the tungsten metal layer; performing the first stage of chemical mechanical polishing, tungsten metal layer to remove part of the dielectric thickness the dielectric layer; the implementation of the second stage of chemical mechanical polishing, remaining the dielectric layer of tungsten metal layer and a metal barrier layer is removed; the implementation of the third stage of chemical mechanical polishing, removing part of the thickness of the dielectric layer; wherein, the second stage chemical mechanical grinding time is the same as the third stage of chemical machinery grinding time. The invention can improve the problem of the depression of the surface of the tungsten metal layer after the chemical mechanical lapping, or eliminate the depression on the surface of the tungsten metal layer.

【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。
技术介绍
由于金属钨具有良好的导电特性，且通过气相沉积形成膜层时也具有良好的阶梯覆盖性，因而常被用来做接触插塞(Contact plug)材料。在公开号为CN1841701A的中国专利申请文件中，公开了 一种钨插塞的制造方法。图1至图7为所述文件公开的钨插塞的制造方法各步骤相应的结构的剖面示意图。如图1所示，提供半导体衬底30，在所述半导体衬底30上具有介电层32,在所述介电层32依次形成掩模层34和光刻胶层36。如图2所示，对所述光刻胶层36进行曝光和显影，形成图案化光刻胶层，利用该图案化光刻胶层作为刻蚀阻挡层来刻蚀掩模层34,形成开口42和图案化硬掩模层38;然后，去除光刻胶层36。如图3所示，以所述图案化硬掩^^莫层38作为刻蚀掩^t，刻蚀介电层32,形成接触孑L44 ( contact hole)。如图4所示，与所述半导体衬底30上依次形成阻障层46(即金属阻挡层)和导电层48。所述阻障层46可以是钽、钛等，所述导电层48为钨材料。如图5所示，利用阻障层46作为停止层进行第一化学才几械研磨(即抛光)工艺，以去除部分的导电层48。如图6所示，再利用图案化硬掩模38作为停止层进行第二化学机械研磨工艺，以去除部分的阻障层46。如图7所示，接着，进行第三化学机械研磨工艺，去除图案化硬研磨38。最后，执行第四化学机械研磨工艺，去除部分所述的介电层32。上述的鵠研磨工艺中，不同阶段的研磨时间一般是不相同的，例如第 一化学机械研磨和第二化学机械研磨工艺的时间之和为tl ，第三化学机械研磨工艺的时间为t2,第四化学机械研磨的时间为t3。 一般的，t2大于t3。现有化学机械研磨工艺一般在具有三个研磨垫的研磨设备中进行，将不同的半导体衬底置于不同的研磨垫上，并分别执行不同阶段的研磨。例如上述的研磨工艺中，第一半导体衬底执行第一化学机械研磨工艺和第二化学机械研磨工艺，在第一研磨垫上进行；第二半导体衬底执行第三化学机械研磨工艺，在第二研磨垫上进行；第三半导体衬底执行第四化学机械研磨工艺，在第三研磨垫上进行。完成所有的研磨之后，所有的半导体衬底同时被搬运到下一研磨垫(完成研磨的半导体衬底被拍殳运至清洗槽中)。然而，上述的研磨工艺往往使鴒插塞的表面形成凹陷，该凹陷中会聚集颗粒污染物(patricle)或其它污染物，影响后续的第一金属层(Metall)与该鴒插塞的接触，使得钨插塞与第一金属层之间接触电阻增大，进而影响形成半导体器件的电性。一个可能的解释是由于第四化学机械研磨工艺完成之后，不得不等待第三化学机械研磨工艺的完成(由于t2大于t3)，在该等待的时间中，研磨设备中的水汽会附着在所述的介电层32表面，将两个相邻的钨插塞连接起来，在光的照射下，两个相邻的钨插塞以及连接其的水膜之间发生原电池反应，使得鵠插塞表面的钨被消耗而形成凹陷。
技术实现思路
本专利技术提供一种，能够改善化学机械研磨后钨金属层表面形成凹陷的问题或消除鴒金属层表面的凹陷。本专利技术提供的一种，包括提供具有介电层的半导体结构，在所述介电层中具有开口，在所述开口中和介电层上依次具有金属阻挡层和鵠金属层；执行第 一阶段化学机械研磨，去除所述介电层上的部分厚度的钨金6属层；执行第二阶段化学机械研磨，去除所述介电层上剩余的钨金属层和金属阻挡层；执行第三阶段化学机械研磨，去除部分厚度的介电层；其中，所述第二阶段化学机械研磨时间与所述第三阶段化学机械研磨时间相同。可选的，所述第二阶段化学机械研磨包括如下步骤第一步，以所述介电层作为终点检测层，研磨至介电层表面露出时为止；第二步，执行过研磨，至所述介电层上所有的鴒金属层和金属阻挡层全部去除时为止；第三步，停止研磨，用去离子水冲洗所述半导体结构的表面；其中，所述第二阶段化学机械研磨时间为所述第一步、第二步和第三步的时间之和。可选的，通过调整所述第三步的时间使所述第二阶段化学机械研磨时间与第三阶段研磨时间相同。可选的，在所述介电层上、金属阻挡层下还具有硬掩^f莫层，则所述方法还包括在第二阶段化学机械研磨之后、第三阶段化学机械研磨之前，执行去除硬掩模层的研磨工艺；且所述去除硬掩模层的研磨工艺研磨的时间与所述第三化学机械研磨时间相同。可选的，所述第一阶段化学机械研磨、第二阶段化学机械研磨和第三阶段化学机械研磨在不同或相同的研磨垫上进行。可选的，通过时间控制所述第三阶段化学机械研磨中去除的介电层的厚度。可选的，所述第三阶段化学机械研磨与所述第二阶段化学机械研磨的研磨液不同，且根据各自的研磨液的研磨速率确定第三阶段化学机械研磨和第二阶段化学机械研磨时间。可选的，完成第三阶段化学机械研磨后，对所述半导体结构的表面进行清洗。本专利技术还提供一种，包括提供具有介电层的半导体结构，在所述介电层中具有开口，在所述介电层上依次具有硬掩模层、金属阻挡层和钨金属层；在所述开口中沿所述开口侧壁具有金属阻挡层，所述金属阻挡层上具有钨金属层；执行第一阶段化学机械研磨，去除所述硬掩模层上的钨金属层和金属阻挡层；执行去除所述硬掩才莫层的化学机械研磨；执行第二阶段化学机械研磨，去除部分厚度的介电层；其中，所述的去除硬掩模层的化学机械研磨时间与所述第二阶段化学才几械研磨时间相同。本专利技术还提供一种，包括提供具有介电层的半导体结构，在所述介电层中具有开口，在所述开口中和介电层上至少具有钨金属层；执行第一阶段化学机械研磨，使所述介电层表面露出；执行第二阶段化学机械研磨，去除部分厚度的介电层；其中，所述第一阶段化学机械研磨可以一步完成或通过多个步骤完成；''若所述第一阶段化学机械研磨一步完成，所述第二阶段化学机械研磨时间与所述第 一 阶段化学机械研磨时间相同；若所述第一阶段化学机械研磨分为多步完成，则所述第二阶段化学机械研磨时间与所述第 一 阶段化学机械研磨的最后 一步时间相同。与现有技术相比，上述技术方案中的其中一个具有以下优点通过使第三阶段化学机械研磨与第二阶段化学机械研磨时间相同，所述第三阶段化学机械研磨与第二阶段化学机械研磨可基本同时完成，以使所述第三化学机械研磨完成之后不必再进行等待，可以进行后续工艺，从而可避免在等待时外部环境对形成的鴒金属层(即插塞)表面的影响，进而可消除所述金属层表面的凹陷或改善该凹陷的问题。附图说明图1至图7为现有的一种鴒插塞的制造方法各步骤相应的结构的剖面示意图8为现有的一种鴒插塞的制造方法的流程图9至图12为本专利技术的鴒化学机械研磨方法的实施例各步骤相应结构的剖面示意图。具体实施例方式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。化学机械研磨是通过化学和机械相结合的方式将半导体结构表面的材料层去除的一种平坦化方法。研磨工艺一般分为数个阶段，例如，粗磨、细磨等。每一阶段在不同的研磨垫上完成。一个研磨装置会有数个研磨垫和数个研磨头，通过研磨头吸附半导体结构并使半导体结构上待研磨的材料层朝下压至研磨垫表面，在研磨垫和半导体结构表面之间有研磨液(Slurry),通过研磨垫和研磨头之间的相对转动，使研磨液均勻分布于半导体结构表面材料层上并与所述材料层发生化学反应，生成易被去除的物质，然后通过机械的作用再将所述易被去除的物质去除。半导体结构表面的材料层要依次经过数个研磨垫才能完成研磨，达到目标厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钨化学机械研磨方法，其特征在于，包括：　提供具有介电层的半导体结构，在所述介电层中具有开口，在所述开口中和介电层上依次具有金属阻挡层和钨金属层；　执行第一阶段化学机械研磨，去除所述介电层上的部分厚度的钨金属层；　执行第 二阶段化学机械研磨，去除所述介电层上剩余的钨金属层和金属阻挡层；　执行第三阶段化学机械研磨，去除部分厚度的介电层；　其中，所述第二阶段化学机械研磨时间与所述第三阶段化学机械研磨时间相同。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永平，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]