本发明专利技术提供了一种形成填充有金属的沟槽结构的方法，该方法包括：提供一半导体衬底，在半导体衬底上依次沉积形成刻蚀终止层、第二绝缘层和第一绝缘层；在第一绝缘层的表面涂布光阻胶层，并曝光显影图案化所述光阻胶层，图案化光阻胶层的开口用于定义沟槽的位置；以所述图案化的光阻胶层为掩膜，对第一绝缘层和第二绝缘层依次进行刻蚀，在刻蚀终止层停止刻蚀，形成沟槽；在所述沟槽内填充金属，所述金属的高度高于所述第一绝缘层的高度。本发明专利技术还提供了一种根据上述方法形成的沟槽结构，以及适用于该沟槽结构的化学机械研磨方法。本发明专利技术在化学机械研磨过程中提高了晶片与晶片间的金属方块电阻均匀性。
【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
目前，随着电子设备的广泛应用，半导体的制造工艺得到了飞速的发展，在半导体的制造流程中，涉及化学机械研磨工艺(CMP)。晶片(wafer)的平坦化制作工艺都是依赖化学机械研磨机台来完成，化学机械研磨机台可用于各种材料的研磨，例如实现对多晶硅、铜、钨、浅沟槽隔离(STI)、层间介质层 (ILD)或金属间介质层(IMD)等的研磨。现有化学机械研磨机台的剖面结构示意图，如图 1所示。该机台包括研磨台101、研磨垫(pad) 102和研磨头103。研磨台101承载研磨垫 102，当进行研磨时，首先将待研磨的晶片W架设在研磨头103上，使晶片W的待研磨面与旋转的研磨垫102对向配置，此时，在研磨垫102上可提供由研磨粒和化学助剂所构成的研浆 (slurry)；接着，研磨头103提供给晶片W可控制的负载如压力，而将晶片W的待研磨面紧压于研磨垫102上，随着晶片与研磨垫之间的相对运动，以及研磨垫上研浆的喷洒，实现对晶片的研磨，形成晶片平坦的表面。晶片后段工艺互连层的金属互连线一般采用铜，所以需要对铜进行化学机械研磨。现有技术中研磨金属铜层主要通过三个研磨台来实现，每个研磨台分别执行一个研磨工序，下面具体说明化学机械研磨金属铜的方法。图2为现有技术中化学机械研磨方法的第一工序的剖面示意图。在第一研磨台 (Platen 1)上执行第一工序，如图2所示，采用较大的研磨速率(Remove Rate)对金属铜 101进行研磨，去除沟槽100上方绝大部分的金属铜，也称为主研磨。第一工序的执行，采用光学干涉法终点检测技术，利用第一表面和第二表面反射形成的干涉来确定研磨厚度，第一工序结束之后要求沟槽上方金属铜的厚度具有一定的厚度值。图3为现有技术中化学机械研磨方法的第二工序的剖面示意图。在第二研磨台上 (Platen 2)执行第二工序，如图3所示，采用较小的研磨速率去除沟槽100上方剩余的金属铜101。第二工序的执行，采用电机电流终点检测技术，当探测到完全去除沟槽上方剩余的金属铜后，结束第二工序。该终点检测方法的原理是当晶片研磨到达终点时，研磨垫接触的材料发生变化，导致晶片与研磨垫之间的摩擦系数发生显著变化，例如晶片上金属铜被完全去除，将下方的阻挡层102露出，晶片与研磨垫之间的摩擦力发生变化，从而使研磨头或研磨机台回转力扭变化，其驱动电机的电流也随之变化，因此由安装在研磨头和研磨机台上的传感器监测驱动电机电流变化可推知是否达到研磨终点。图4为现有技术中化学机械研磨方法的第三工序的剖面示意图。在第三研磨台上 (Platen 3)执行第三工序，如图4所示，预先设置研磨时间，去除沟槽100外的阻挡层102 和少量的氧化层103，以确保沟槽上方剩余的金属铜全部被去除而达到隔离的目的。具体来说，首先选择一片需要金属研磨的测试晶片，该晶片上形成有与产品晶片相同的金属互连层研磨结构。其中，产品晶片为其上已经分布了器件的晶片，最终可以经过多道工序成为成品；而测试晶片虽然测试结构与产品晶片相同，但在测试之后被废弃。测试晶片在研磨台上进行多次试验，每次预先设定研磨时间进行研磨，并将研磨后的晶片置入厚度测量机台进行厚度测量，或者在原子粒显微镜下进行形貌观察，将最终达到图4所示时的研磨时间，作为同批晶片在第三研磨台上进行研磨的预定研磨时间。由于晶片在第三研磨台上的研磨时间是根据实验值设定的，其具体研磨过程是无法监测的，而且更重要的是，研磨头和研磨垫在研磨过程中会被逐渐磨损失去作用，在使用一段时间后需要定期更换，在不同时间使用的研磨头或者研磨垫会使研磨速率发生变化， 因此，如果仍然在预定研磨时间下，必然会导致有的晶片上研磨过度，有的晶片上还未研磨至预定厚度，所以晶片与晶片(Wafer to Wafer,WTff)之间的厚度均勻性就会很差。进一步地，金属铜在经过第三研磨台后要求达到一定的方块电阻值(Rs)，即要求图4中沟槽内的金属铜具有预定的高度(在厚度测量机台上测量得到)，所以晶片与晶片之间的Rs均勻性也很差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术解决的技术问题是在化学机械研磨过程中，如何提高晶片与晶片间的金属方块电阻的均勻性。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体是这样实现的本专利技术公开了一种形成填充有金属的沟槽结构的方法，该方法包括提供一半导体衬底，在半导体衬底上依次沉积形成刻蚀终止层、第二绝缘层和第一绝缘层；在第一绝缘层的表面涂布光阻胶层，并曝光显影图案化所述光阻胶层，图案化光阻胶层的开口用于定义沟槽的位置；以所述图案化的光阻胶层为掩膜，对第一绝缘层和第二绝缘层依次进行刻蚀，在刻蚀终止层停止刻蚀，形成沟槽；在所述沟槽内填充金属，所述金属的高度高于所述第一绝缘层的高度。在沉积第一绝缘层之后，对第一绝缘层进行刻蚀之前，该方法进一步包括沉积硬掩膜层的步骤；沉积硬掩膜层之后，需要对硬掩膜层、第一绝缘层和第二绝缘层依次进行刻蚀，在刻蚀终止层停止刻蚀，形成沟槽。形成沟槽后，在沟槽内填充金属之前，该方法进一步包括在沟槽表面形成阻挡层的步骤。所述第一绝缘层的介电常数值为2. 75 4 ；所述第二绝缘层的介电常数值小于2. 6o所述第一绝缘层为黑钻石材料层；所述第二绝缘层为经过多孔处理的黑钻石材料层。本专利技术还公开了一种按照上述方法形成的填充有金属的沟槽结构。本专利技术还公开了一种化学机械研磨方法，用于研磨如上所述的沟槽结构；包括在第一研磨台上进行主研磨和在第二研磨台上研磨去除沟槽上方剩余的金属的步骤，该方法还包括采用第一绝缘层研磨速率比第二绝缘层研磨速率大于等于20的研磨液在第三研磨台上进行研磨；同时采用电机电流终点检测技术，对研磨终点进行探测，当研磨完第一绝缘层至第二绝缘层上表面时，达到研磨终点，研磨金属达到预定高度，与第二绝缘层上表面高度相同。达到所述研磨终点时该方法进一步包括继续在第三研磨台研磨0 15秒。由上述的技术方案可见，本专利技术研磨金属时，在前两个研磨台上的研磨与现有技术相同，而在第三研磨台上研磨时，采用了终点检测技术，具体为电机电流终点检测技术， 该技术具有实时检测功能，而不像现有技术那样，只是通过实验设定研磨时间。而且，形成沟槽时，刻蚀的绝缘层不再是单一的氧化层，而是包括第一绝缘层和位于其下的第二绝缘层的叠层结构，第二绝缘层的上表面就是第三工序的研磨终点，在第三研磨工序中，沟槽内的金属同时被研磨，达到研磨终点时与第二绝缘层的上表面高度相同，沟槽内的金属达到预定高度，即具有预定方块电阻值。当研磨达到第二绝缘层上表面时，研磨速率与研磨第一绝缘层时的研磨速率相比差异很大，因此就可以根据终点检测技术的电流变化确定此时为研磨终点。其中，第一绝缘层和第二绝缘层的研磨速率差异取决于研磨液的选择。由于每片晶片都可以沉积形成相同高度的第一绝缘层和第二绝缘层，所以每片晶片在研磨时都在相同高度的第二绝缘层上表面停止，因此每片晶片上沟槽内金属的预定高度都相同，进一步每片晶片之间方块电阻均勻性就会比较好。附图说明图1为现有化学机械研磨机台的剖面结构示意图。图2为现有技术中化学机械研磨方法的第一工序的剖面示意图。图3为现有技术中化学机械研磨方法的第二工序的剖面示意图。图4为现有技术中化学机械研磨方法的第三工序的剖面示意图。本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种形成填充有金属的沟槽结构的方法，该方法包括：提供一半导体衬底，在半导体衬底上依次沉积形成刻蚀终止层、第二绝缘层和第一绝缘层；在第一绝缘层的表面涂布光阻胶层，并曝光显影图案化所述光阻胶层，图案化光阻胶层的开口用于定义沟槽的位置；以所述图案化的光阻胶层为掩膜，对第一绝缘层和第二绝缘层依次进行刻蚀，在刻蚀终止层停止刻蚀，形成沟槽；在所述沟槽内填充金属，所述金属的高度高于所述第一绝缘层的高度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邓武锋，
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
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