专利名称：在化学机械研磨过程中防止钨塞凹陷缺陷的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术，特别涉及一种在化学机械研磨过程中防止钨塞凹陷 缺陷的方法。
背景技术：
目前，在半导体器件的制程后段工艺中，也就是在半导体器件层形成之后，需要在 半导体器件之上形成金属互连层，每层金属互连层包括金属互连线和层间介质层(ILD)，这 就需要对上述层间介质层制造通孔，然后在通孔中沉积金属，沉积的金属即为金属互连线。 通常，钨被用来作为沉积通孔填充薄膜及在第一金属互连层和半导体器件上的硅化物接触 之间作为填充物使用。当采用钨填充层间介质层中的通孔，实现上下层金属互连层之间的电连通时，为 了防止钨扩散进入绝缘层，更好地限制在通孔内，一般采用钛(Ti)和氮化钛(TiN)的叠层 结构，作为钨和层间介质层之间的阻挡膜。其中，Ti和层间介质层具有很好的粘附性，而 TiN在进行钨沉积时具有很好的阻挡性，防止钨沉积时扩散到层间介质层上。图Ia 图Ie为现有技术中钨塞制作方法过程的剖面结构图，参考这个钨塞制作 方法过程的剖面结构图，对钨塞制作方法进行详细说明。步骤一，如图Ia所示，在层间介质层100上光刻得到通孔101。在本步骤中，层间介质层100为硅的氧化物，如二氧化硅，一般在半导体器件上采 用化学气相沉积工艺及抛光工艺得到；然后，在层间介质层100上涂覆光刻胶层，通过曝光 显影将通孔图形图案化到光刻胶层后，以图案化的光刻胶层为掩膜刻蚀层间介质层100，得 到通孔101。在本步骤中，层间介质层下方为下层的金属互连层或半导体器件的器件层(在图 中未画出)。步骤二，如图Ib所示，在通孔101上沉积第一钛层102。在本步骤中，采用的是金属物理气相沉积工艺沉积第一钛层102，使得第一钛层 102衬垫于通孔101的底部及侧壁上，作为后续沉积到通孔101中的钨限制在通孔101当中 的粘合剂。也就是说，将图Ia所示的结构放入第一机台的第一气相沉积腔(物理反应，在 物理气相沉积腔)中，进行第一钛层102的沉积，同时通孔101之外的地方也已经被填了钛 层，这一部分就是需要用化学机械研磨方法去除的。在本步骤中，一般沉积的第一钛层102厚度为100埃 200埃之间。步骤三，如图Ic所示，在第一钛层102上表面沉积一薄层氮化钛103。在本步骤中，沉积一薄层氮化钛103采用金属有机物(MOCVD)工艺进行，充当了后 续沉积到通孔101中的钨的扩散阻挡层。在第一机台的第二气相沉积腔(化学反应，在化 学气相沉积腔)中，进行氮化钛103的沉积，同时通孔101之外的地方也已经被填了一层氮 化钛，这一部分就是需要用化学机械研磨方法去除的。在本步骤中，一般沉积的氮化钛层103的厚度为5埃 10埃。
步骤四，如图Id所示，在薄层氮化钛103上表面沉积钨，钨填满通孔101后，形成 钨塞104，同时通孔101之外的地方也已经被填了一层金属钨层，这一部分就是需要用化学 机械研磨方法去除的。在本步骤中，沉积钨采用的方法为将图Ic所示的结构从第一机台的第二气相沉 积腔中取出，放入第二机台的第三气相沉积腔中(化学气相沉积腔)，然后在第二气相沉积 腔中通入四氢化硅气体(SiH4)和氟化钨(WF6),这两种气体在该第二机台的第三气相沉积 腔中反应后得到钨沉积到薄层氮化钛103上表面，反应得到的氟化硅(SiF4)以及氟化氢 (HF)被排出该第二机台的第三气相沉积腔。步骤五，如图Ie所示，对形成的钨塞之外的金属层(Ti/TiN/W)进行化学机械研磨 (CMP)，直到层间介质层100的上表面。在本步骤中，进行CMP时，得到的钨塞高于层间介质层100的上表面0 100埃左 右，这是为了与上层的金属互连层中的金属互连线进行更好的电接触，防止由于与上层的 金属互连层中的金属互连线之间出现缝隙而导致电接触不良。对钨塞进行CMP过程中，常常采用CMP设备，也称为CMP机台，CMP的机台是一个 透明的封闭设备，采用把一个抛光垫粘在转盘的表面和其上的磨头接触，进行平坦化。在抛 光的时候，有多个磨头，每个磨头装有一片包括多个半导体器件的晶圆。CMP设备上还相应 的具有多个抛光垫和多个转盘，用于对多片晶圆进行同时CMP。在对钨塞进行CMP之后，还可以进行CMP清洗，一般采用稀的氢氧化铵、过氧化氢 或氢氟酸(HF)。通过在线缺陷扫描方式检测得到的钨塞形貌时，会发现出现钨塞凹陷缺陷，特别 是N型的互补金属氧化物半导体(CM0Q的半导体器件，如图Ie所示，这会导致与上层的金 属互连层中的金属互连线无法进行电接触，由于与上层的金属互连层中的金属互连线之间 出现缝隙而导致电接触不良，影响最终得到的半导体器件性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种在化学机械研磨过程中防止钨塞凹陷缺陷的方法，该 方法能够防止钨塞凹陷缺陷。为达到上述目的，本发明实施的技术方案具体是这样实现的一种在化学机械研磨过程中防止钨塞凹陷缺陷的方法，该方法包括在半导体器件的层间介质层制作钨塞；在不透明的封闭的化学机械研磨设备中，采用化学机械研磨方式研磨半导体器件 钨塞之外的金属层钨，并且使得所制作的钨塞和层间介质层表面平齐。所述不透明的封闭的化学机械研磨设备采用不透明的材料层围绕化学机械研磨 设备的机台外围。所述不透明的材料层采用高分子的聚乙烯或高分子的聚酯材料。该方法还包括采用去离子水或弱碱性进行辅CMP。所述使得所制作的钨塞和层间介质层表面平齐为所制作的钨塞高于层间介质层表面0 100埃。
由上述技术方案可见，本发明提供的方法改进了 CMP设备，使得CMP设备为不透明 的封闭设备，从而防止了对钨塞进行CMP过程中，出现的光电效应引起的钨塞表面的钨离 子迁移，而造成的钨塞凹陷缺陷。更进一步地，在对钨塞进行CMP过程之后，还采用去离子 水或弱碱性水进行辅CMP研磨，从而防止晶圆在进入清洗部件之前在表层的酸性溶液中产 生电容效应，引起钨塞表面的钨离子迁移，从而造成的钨塞凹陷缺陷的问题。因此，本发明 提供的方法防止了钨塞凹陷缺陷。
图Ia 图Ie为现有技术中钨塞制作方法过程的剖面结构图；图2为本发明提供的在化学机械研磨过程中防止钨塞凹陷缺陷的方法流程图；图3为采用本发明提供的方法所制作的钨塞结构示意图；图4为采用本发明提供的方法制作钨塞和现有技术提供的方法制作钨塞的对比 示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对 本发明作进一步详细说明。在现有技术中，钨塞与上层的金属互连层中的金属互连线之间出现缝隙而导致电 接触不良的原因是，在钨塞的制造过程中，出现了钨塞凹陷缺陷。出现钨塞凹陷缺陷的原因 是，在CMP钨塞的过程中，由于CMP设备为透明的封闭设备，光可以透过透明的CMP设备外 壳照到正在研磨的钨塞上，这会产生光电效应，造成电路回路，从而使得钨塞上的钨离子被 移动，从而出现了钨塞上的缺陷。因此，为了克服这个问题，本发明提供的方法改进了 CMP设备，使得CMP设备为不 透明的封闭设备，从而防止了对钨塞进行CMP过程中，出现的光电效应引起的钨塞表面的 钨离子迁移，而造成的钨塞凹陷缺陷。另外，在现有技术的CMP研磨过程中，也会导致钨塞的凹陷缺陷，这是因为，在CMP 的研磨液本身也是酸性的，酸性溶液在钨塞表面的存在而出现的钨离子之间的电容效应， 引起钨塞表面的钨离子迁移，造成了钨塞的凹陷缺陷。为了克服这个问题，本发明在进行CMP过程中，在研磨的主要步骤完成之后，采用 去离子水或弱碱性水进行辅CMP，去除晶圆表层的酸性溶液，使之达到中性状态，从而防止 了 CMP研磨完成之后到传入清洗部件过程中，由于酸性溶液在钨塞表面的存在而出现的钨 离子之间的电容效应，引起钨塞表面的钨离子迁移，而造成了钨塞的凹陷缺陷。图2为本发明提供的在化学机械研磨过程中防止钨塞凹陷缺陷的方法流程图，其 具体步骤为步骤201、按照图Ia 图Id所示的过程形成钨塞。步骤202、对形成的钨塞进行CMP，在研磨过程中采用的CMP设备为不透明的封闭 设备，直到层间介质层的上表面。在本步骤中，不透明的封闭设备采用不透明的材料层围绕CMP的机台外围。在一 个CMP设备上，就有多个磨头和相应的多个抛光垫和多个转盘。
在本步骤中，进行CMP时，得到的钨塞高于层间介质层100的上表面0 100埃左 右，这是为了与上层的金属互连层中的金属互连线进行更好的电接触，防止由于与上层的 金属互连层中的金属互连线之间出现缝隙而导致电接触不良。在本步骤中，不透明的材料层可以采用高分子的聚乙烯或高分子的聚酯材料制 成，比较牢固且比较轻，在进行CMP过程中，也不会产生颗粒，污染钨塞。步骤203、进行CMP的主要研磨完成之后，采用去离子水或弱碱性水进行CMP辅研磨。当然，在上述过程也可以不包括步骤303就可以完成本发明。图3为采用本发明提供的方法所制作的钨塞结构示意图，可以看出，在钨塞表面 没有出现凹陷缺陷。图4为采用本发明提供的方法制作钨塞和现有技术提供的方法制作钨塞的对比 示意图，左边的为采用现有技术提供的方法所制作的钨塞，选取了 50个钨塞，其中有40个 都有凹陷缺陷；右边的为采用本发明提供的方法所制作的钨塞，选取了 50个钨塞，其中有0 个都有凹陷缺陷。综上，本发明提供的方法可以防止钨塞缺陷，从而防止了钨塞与上层的金属互连 层中的金属互连线之间出现缝隙而导致电接触不良，提高了最终得到的半导体器件的性 能。以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所 应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的 精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之 内。
权利要求
1.一种在化学机械研磨过程中防止钨塞凹陷缺陷的方法，该方法包括 在半导体器件的层间介质层制作钨塞；在不透明的封闭的化学机械研磨设备中，采用化学机械研磨方式研磨半导体器件钨塞 之外的金属层钨，并且使得所制作的钨塞和层间介质层表面平齐。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不透明的封闭的化学机械研磨设备采 用不透明的材料层围绕化学机械研磨设备的机台外围。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述不透明的材料层采用高分子的聚乙烯 或高分子的聚酯材料。
4.如权利要求1 3任一所述的方法，其特征在于，该方法还包括 采用去离子水或弱碱性水进行辅CMP。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使得所制作的钨塞和层间介质层表面 平齐为所制作的钨塞高于层间介质层表面0 100埃。
全文摘要
本发明公开了一种在化学机械研磨过程中防止钨塞凹陷缺陷的方法，该方法包括在半导体器件的层间介质层制作钨塞；在不透明的封闭的化学机械研磨设备中，采用化学机械研磨方式研磨半导体器件钨塞之外的金属层钨，并且使得所制作的钨塞和层间介质层表面平齐。本发明提供的方法防止了钨塞凹陷缺陷。
文档编号B24B1/00GK102110641SQ20091024732
公开日2011年6月29日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者江志琴 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司