[发明专利]改善钨栓化学机械研磨表现的方法

说明书

技术领域

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

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，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。

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。

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。

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

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。

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：

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。

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。

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。

可选的，所述氮化硅薄膜的厚度为100～1000埃。

可选的，所述扩散阻挡层为Ti、TiN的至少其中之一。

可选的，所述扩散阻挡层采用物理气相沉积的方式沉积。

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。

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。

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。

附图说明

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；

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；