使用平面化方法和电解抛光相结合的方法形成半导体结构技术

一种平面化和电抛光半导体结构上的导电层的方法，包括在半导体晶片上形成具有凹槽区和非凹槽区的介质层。在介质层上形成导电层，以覆盖凹槽区和非凹槽区。然后平面化导电层的表面，以减小表面形貌的变化。然后电解抛光经平面化的导电层，以暴露出非凹槽区。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及半导体器件，更具体地，涉及使用平面化方法和电解抛光的组合平面化金属镶嵌结构的方法。
技术介绍
半导体器件是通过使用大量不同的工艺步骤产生晶体管并互联元件来加工或制造的。为了电连接与半导体晶片相关的晶体管端子，在作为半导体器件的一部分的介质材料中形成导电沟槽、过孔等。沟槽和过孔耦合晶体管、半导体器件的内部电路以及半导体器件外的电路的信号和功率。在形成互联元件中，半导体晶片可能经过，例如，掩模、蚀刻和淀积工艺，以形成想要的半导体器件的电路。具体地，可以进行多个掩模和蚀刻步骤，从而在半导体晶片上的介质层中形成作为用于互连线的沟槽和过孔的凹槽区的图形。然后可以进行淀积工艺，在半导体晶片上淀积金属层，从而在沟槽和过孔中以及介质层的非凹槽区上淀积金属。为了隔离凹槽区的图形并形成互连元件，要去掉淀积在半导体晶片的非凹槽区上的金属。去掉淀积在半导体晶片上的介质层的非凹槽区上的金属的常规方法包括，例如，化学机械抛光(CMP)。在半导体工业中广泛的使用CMP方法，用来抛光和平面化在沟槽和过孔中以及介质层的非凹槽区上的金属层，形成互连线。在CMP工艺中，晶片组件放在位于压板或薄片上的CMP衬垫上。晶片组件包括具有一个或多个层和/或特征的衬底，例如在介质层中形成的互连元件。然后是加压力将晶片组件压向CMP衬垫。CMP衬垫和晶片组件彼此相向运动，同时施加压力抛光和平面化晶片表面。抛光溶液，常常称作抛光浆，分配到CMP衬垫上，以利于抛光。抛光浆通常含有研磨剂，并且发生化学反应，以选择性地从晶片上比其它材料，例如，介质材料，更快地去掉不想要的材料，例如，金属层。因此，CMP可用来实现晶片表面的全部或局部平面化。此外，CMP可用于去掉材料层，以暴露出下面的结构或层。但是，由于存在较强的机械力，所以CMP方法对下面的半导体结构具有几个有害的影响。例如，由于互连的几何尺寸发展到0.13μm甚至更小，在导体材料，例如铜，和在典型的金属镶嵌工艺中所用的低k膜的机械特性之间存在大的差别。例如，低k介质膜的杨氏模量可能比铜大10个数量级。因此，在CMP工艺中，较强的机械力加到介质膜和铜上，以及其它事情，可以在半导体结构上引起与应力相关的缺陷，包括分层、凹陷、侵蚀、膜隆起、擦伤等。
技术实现思路
在一个例子中，提供形成半导体结构的方法。该方法包括在半导体晶片上形成带有凹槽区和非凹槽区的介质层，在介质层上形成导电层，覆盖凹槽区和非凹槽区，平面化导电层的表面以减少导电层的表面的形貌的变化，然后电解抛光导电层，暴露出非凹槽区。通过下面结合附图和权利要求书的详细介绍可以更好地理解本专利技术。附图说明图1A和1B示出了半导体器件的示例性电解抛光工艺； 图2A到2D示出了半导体器件的示例性平面化和电解抛光工艺；图3示出了示例性金属镶嵌工艺的流程图；图4A和4B示出了在要平面化和抛光的半导体结构上形成的金属层的示例性形貌；图5示出了示例性化学机械抛光设备的剖面图；图6示出了示例性电解抛光设备的剖面图。具体实施例方式为了更完全地理解本专利技术，下面的介绍阐述了大量的具体细节，例如，特定的材料、参数等。但是，应当认识到，这些介绍不是要作为本专利技术的范围的限制，而是为了更好的介绍示例性的实施例。化学机械抛光(CMP)是已知的用于平面化和抛光半导体表面的方法，但是，CMP可以对下面的结构产生与应力相关的缺陷，例如，凹陷、侵蚀、膜隆起、擦伤等。相反，电解抛光是提供相对无应力抛光方法的抛光金属(例如，铜)的工艺。但是，如下面所介绍的，电解抛光是各向同性的蚀刻方法，即以大致相同的速度蚀刻金属层，而不管高度差。因此，如果在电解抛光之前金属层布局轮廓或大致形状是非平面化的，则在电解抛光之后金属层形貌的轮廓或大致形状通常会保留下来。图1A和1B示出了抛光具有不平坦形貌的半导体结构的电解抛光的示例性工艺流程。图1A示出了在衬底100上的构图有凹陷和非凹槽区的介质层102。在介质层102和衬底100上形成有阻挡层/籽晶层105。最后，在阻挡层/籽晶层105上，例如，通过电镀，淀积金属层106，并覆盖介质层102的凹陷和非凹槽区。金属层106具有在介质层中的各种结构上包括隆起108和凹陷112的不平坦的形貌。例如，通过在电镀工艺中的电镀化学可导致金属层106的不平坦的形貌。现在参考图1B，通常抛光金属层106到非凹槽区的表面，从而隔离在凹槽区即沟槽中的金属层106，以形成金属互连线。通常，希望在凹槽区中的金属层106的上表面与围绕在凹槽区中形成的金属层106的非凹槽区的上表面平齐。应当认识到，所谓的平齐并不是要求或建议金属层106的上表面与非凹槽区的上表面绝对的在一个表面上，而是要表达使金属层106的上表面的平面与非凹槽区的上表面的平面更连贯。因此，往往有利于减小金属层106的上表面的平面与非凹槽区的上表面的平面之间的变化。在本例中，假设电解抛光金属层106。另外，如图1A所示，假设在电解抛光之前金属层106的形貌的轮廓或大致形状是不平坦的。如上所述，电解抛光为各向同性的蚀刻工艺。由此，如图1B所示，在电解抛光之后，可以保留金属层106的形貌的轮廓或大致形状。更具体地，在本例中，如图1A所示，假设在电解抛光之前金属层106的形貌包括隆起108和凹入部分112。如图1B所示，假设在电解抛光之后隆起108和凹入部分112(图1A)留下残余物110和凹陷114。残余物110是在介质层102之上的高度为H的金属层106的区域。残余物110可导致在残余物110下面的沟槽区中形成的互连线之间的电短路。凹陷114是在在沟槽中的金属层106的表面比介质层102的表面低深度R的金属层106中的凹陷或沟槽。凹陷114导致沟槽中金属或铜的损失，引起所形成的互连线的导电率的减小。因此，如上所述，减小金属层106的表面高于或低于非凹槽区的表面的高度的变化是有利的。因此，在一个示例性的实施例中，在电解抛光金属层以隔离互连线之前，平面化在已构图的介质层上形成的金属层。由于当凹陷的金属暴露给CMP衬垫时对结构的破坏发生的最多，所以在电解抛光金属层之前先平面化金属层的一个优点是可以在比常规平面化技术更少破坏在金属层下面的结构的情况下在介质层中形成金属互连线，并由此增加互连元件的可靠性。图2A到2D示出了平面化和电解抛光示包括带有非平坦形貌的金属层106的例性半导体结构的方法的示例性工艺流程。图2A示出了具有在介质层102中形成的凹槽区102r和非凹槽区102n的示例性半导体结构的剖面图。凹槽区102r和非凹槽区102n在介质层102中形成互连线的图形。可以使用任何常规淀积方法，例如，热或等离子体化学气相淀积、旋涂、溅射等，在衬底层100上按常规淀积并形成介质层102。此外，可以通过已知的构图方法，例如，光掩模、光刻、微光刻(microlithography)等构图介质层102。介质材料可以是，例如，二氧化硅(SiO2)。对于许多应用，希望选择低介电常数的介质层材料，通常称作低“k”值材料。低k值材料(即，大约小于3.0)通过减小相邻线之间的电容耦合和“串扰”在互连线之间提供更好的电隔离。这种低k值材料包括氟化(flourinated)硅酸盐玻璃、聚酰亚胺、氟化聚酰亚胺、混合/合成物(hybridlc本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成半导体结构的方法，包括：在半导体晶片上形成介质层，其中所述介质层包括凹槽区和非凹槽区；在介质层上形成导电层，以覆盖凹槽区和非凹槽区；平面化所述导电层的表面，以减少所述导电层的表面形貌的变化；以及在平面 化所述导电层的表面之后，电解抛光所述导电层，以暴露出非凹槽区。

【技术特征摘要】
US 2001-8-17 60/313,0861.一种形成半导体结构的方法，包括在半导体晶片上形成介质层，其中所述介质层包括凹槽区和非凹槽区；在介质层上形成导电层，以覆盖凹槽区和非凹槽区；平面化所述导电层的表面，以减少所述导电层的表面形貌的变化；以及在平面化所述导电层的表面之后，电解抛光所述导电层，以暴露出非凹槽区。2.根据权利要求1的方法，其中平面化所述导电层的表面的方法包括化学机械抛光(CMP)所述导电层。3.根据权利要求2的方法，其中CMP平面化所述导电层的表面而不暴露出导电层的非凹槽区。4.根据权利要求2的方法，其中所述CMP包括抛光垫，并且抛光垫不接触导电层的非凹槽区。5.根据权利要求2的方法，其中所述CMP包括无浆抛光工艺。6.根据权利要求1的方法，其中平面化所述导电层的表面的方法包括在导电层的表面上形成牺牲材料，其中所述牺牲材料被平面化，以及蚀刻牺牲材料和导电层的一部分。7.根据权利要求6的方法，其中蚀刻方法在牺牲材料和导电层之间没有选择性。8.根据权利要求6的方法，其中所述牺牲材料为旋涂玻璃。9.根据权利要求1的方法，其中形成导电层包括淀积导电层。10.根据权利要求1的方法，其中形成导电层包括电镀导电层。11.根据权利要求1的方法，还包括在导电层和介质层之间形成籽晶层。12.根据权利要求11的方法，其中电解抛非凹槽区去掉部分籽晶层。13.根据权利要求1的方法，其中电解抛光的方法包括将电解液流导向导电层的表面。14.根据权利要求1的方法，其中电解抛光的方法包括将导电层的至少一部分浸入到电解液中。15.根据权利要求1的方法，还包括在导电层和介质层之间形成阻挡层。16.根据权利要求15的方法，其中通过等离子体干蚀刻从介质层的非凹槽区去掉所述阻挡层。17.根据权利要求15的方法，其中通过湿蚀刻从介质层的非凹槽区去掉所述阻挡层。18.根据权利要求1的方法，其中所述导电层为铜。19.根据权利要求1的方法，其中所述导电层被平面化到第一高度并被电解抛光到第二高度，其中所述第二高度小于所述第一高度。20.根据权利要求19的方法，其中所述第二高度与所述非凹槽区的高度平齐。21.根据权利要求19的方法，其中所述第二高度小于所述非凹槽区的高度。22.一种制造半导体器件的方法，包括在半导体结构上形成介质层，其中所述介质层包括凹槽区和非凹槽区；形成导电层，以覆盖介质层并填充非凹槽区；平面化所述导电层到所述半导体结构上的第一高度，其中所述第一高度大于非凹槽区的高度；以及电解抛光所述导电层到所述半导体结构上的第二高度，其中所述第二高度小于所述第一高度。23.根据权利要求22的方法，其中所述第二高度与所述非凹槽区的高度平齐。24.根据权利要求22的方法，其中所述第二高度小于所述非凹槽区的高度。25.根据权利要求22的方法，其中平面化所述导电层的方法包括化学机械抛光(CMP)导电层。26.根据权利要求25的方法，其中所述CMP不露出导电层下面的结构。27.根据权利要求25的方法，其中所述CMP包括抛光垫，并且所述抛光垫不接触导电层下面的结构。28.根据权利要求25的方法，其中所述CMP包括无浆抛光工艺。29.根据权利要求22的方法，其中平面化所述导电层的方法包括在导电层的表面上形成牺牲材料，其中所述牺牲材料被平面化，以及蚀刻牺牲材料和导电层，在牺牲材料和导电层之间没有选择性。30.根据权利要求29的方法，其中所述牺牲材料为旋涂玻璃。31.根据权利要求22的方法，其中形成导电层包括淀积导电层。32.根据权利要求22的方法，其中形成导电层包括电镀导电层。...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚向宇，张如皋，易培豪，王晖，
申请(专利权)人：ACM研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]