改善接触孔之钨化学机械研磨后平坦性的方法技术

一种改善接触孔之钨化学机械研磨后平坦性的方法，包括：步骤S1：在硅基衬底上制备前道器件和绝缘介质层；步骤S2：在接触绝缘介质层上淀积对钨金属具有高研磨选择比的薄膜阻挡层；步骤S3：光刻、刻蚀形成接触孔图案；步骤S4：制备接触孔结构；步骤S5：获得平坦的钨金属接触连接。综上所述，本发明专利技术所述改善接触孔之钨化学机械研磨后平坦性的方法通过在所述绝缘介质层上淀积所述对钨金属具有高研磨选择比的薄膜阻挡层，不仅有效地减小了在化学机械研磨过程中处于所述接触孔结构密集区的钨金属的侵蚀缺陷，改善了钨金属在化学机械研磨后的表面平坦性，而且避免后续形成铜互连时在铜的化学机械研磨过程中产生金属残留和缺陷，提高产品良率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件
，尤其涉及一种。
技术介绍
随着超大规模集成电路的发展，集成电路的特征尺寸持续缩小，集成度越来越高，后道互连(interconnect)普遍采用立体化和多层化布线。同时,对于130nm及以下线宽的集成电路(Integrated Circuit, IC)制造工艺,铜互连具有招不可比拟的诸多优点,成为主流互连技术。大马士革(Damascene)技术是实现多层铜金属互连的必要技术,包括绝缘介质层淀积；连线槽和通孔刻蚀；防扩散金属层以及铜子晶层的淀积；电镀铜工艺；铜的化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 一系列工艺过程。其中，所述CMP工艺作为唯一能实现全局平坦化的技术工艺，是实现铜互连的关键技术。请参阅图5，图5所示为铜化学机械研磨后的硅基衬底表面形貌图。显然地，在所述铜金属2的CMP过程中，因图形密度的不均匀，会在特定区域，如宽线、图形密集区，产生碟形凹陷20、侵蚀21等缺陷。另一方面为实现多层步线，CMP本身也对表面平坦性提出了较高的要求。如果平坦化效果不好，则随着薄膜层数的增加，表面的不平坦度会累积，在特定区域可能在后续形成铜互连时产生金属残留。为了得到更加平坦的铜化学机械研磨后表面，通常是在布线设计时在空白区域插入虚拟图案以调节金属的密度，使其尽量一致，以此改善金属表面的平坦性，此方法在互连层的铜化学机械研磨工艺中取得良好效果。但是，如图6所示，图6所示为钨化学机械研 磨后的硅基衬底表面形貌图。在接触通孔层为避免虚拟图案连接到闸极和有源区的金属硅化物而造成对器件特性的不利影响，一般不会在器件接触孔层插入冗余图形。钨3化学机械研磨的表面平坦度就不能通过设计上的优化得到保证，因此同样会产生碟形凹陷30、侵蚀31等缺陷。这种缺陷会传递到上层的金属布线层，加剧金属布线层的侵蚀缺陷，进而增大了铜化学机械研磨时铜残留的风险。请参阅图7、图8，图7所示为典型的钨化学机械研磨后表面形貌的二维AFM图谱。图8所示为第一层铜互连在化学机械研磨后的表面形貌图。明显地，受限于接触孔33的布局设计，所述钨金属在化学机械研磨后的表面起伏，厚度差可高达1000埃。同样地，因所述钨金属在化学机械研磨后的表面平坦性差，进而导致所述第一层铜互连在经铜金属化学机械研磨后仍有严重的金属残留40。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，于是有了本专利技术一种。
技术实现思路
本专利技术是针对现有技术中，传统的钨金属在化学机械研磨后的表面起伏波动大，平坦性差，进而导致铜化学机械研磨后仍有严重的金属残留、碟形凹陷、侵蚀等缺陷提供一种。为了解决上述问题，本专利技术提供一种，所述方法包括执行步骤SI :在具有浅沟槽隔离的所述硅基衬底上制备前道器件，并淀积形成覆盖所述前道器件的绝缘介质层，所述绝缘介质层之异于所述硅基衬底的一侧经过化学机械抛光以形成平坦的接触绝缘介质层；执行步骤S2 :在所述接触绝缘介质层之异于所述硅基衬底的一侧淀积对钨金属具有高研磨选择比的薄膜阻挡层； 执行步骤S3 :光刻、刻蚀所述薄膜阻挡层和所述绝缘介质层，以形成接触孔图案；执行步骤S4 :在所述接触孔图案中淀积所述防金属扩散层，并进行钨金属填充，以制备具有冗余钨金属的接触孔结构；执行步骤S5 :通过化学机械研磨工艺，去除所述冗余的钨金属和防金属扩散层，以获得所述平坦的钨金属接触连接。可选的，所述进一步包括在形成所述平坦的钨金属接触连接后，根据实际工艺需要去除或保留所述薄膜阻挡层。可选的，去除所述薄膜阻挡层的方法为选择钨金属以及防金属扩散层对所述薄膜阻挡层具有高选择比的干法刻蚀或者湿法刻蚀。可选的，所述薄膜阻挡层与所述绝缘介质层和所述防金属扩散层具有粘附性和绝缘性。可选的，所述薄膜阻挡层通过CVD或者PVD的方式进行淀积。可选的，所述薄膜阻挡层为氮化硅薄膜。可选的，所述薄膜阻挡层的厚度优选的为50 1000埃。可选的，所述前道器件为MOS器件。可选的，所述前道器件进一步包括设置在所述硅基衬底上的栅极金属电极、设置在所述栅极金属电极之异于所述硅基衬底一侧的栅绝缘介质层，以及分别形成在所述栅极金属电极两侧的器件侧墙。综上所述，本专利技术所述通过在所述绝缘介质层上淀积所述对钨金属具有高研磨选择比的薄膜阻挡层，不仅有效地减小了在化学机械研磨过程中处于所述接触孔结构密集区的钨金属的侵蚀缺陷，改善了钨金属在化学机械研磨后的表面平坦性，而且避免后续形成铜互连时在铜的化学机械研磨过程中产生金属残留和缺陷，提闻广品良率。附图说明图I所示为本专利技术的流程图；图2所示为硅基衬底上具有前道器件、绝缘介质层和薄膜阻挡层的结构示意图；图3所示为钨金属的接触孔结构示意图；图4所示为钨金属接触连接的结构示意图；图5所示为铜化学机械研磨后的硅基衬底表面形貌图6所示为钨化学机械研磨后的硅基衬底表面形貌图；图7所示为典型的钨化学机械研磨后表面形貌的二维AFM图谱；图8所示为第一层铜互连在化学机械研磨后的表面形貌图。具体实施例方式为详细说明本专利技术创造的
技术实现思路
、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。请参阅图1，图I所示为本专利技术的流程图。所述，包括以下步骤执行步骤SI :在具有浅沟槽隔离的所述硅基衬底上制备前道器件，并淀积形成覆 盖所述前道器件的绝缘介质层，所述绝缘介质层之异于所述硅基衬底的一侧经过化学机械抛光以形成平坦的接触绝缘介质层； 执行步骤S2 :在所述接触绝缘介质层之异于所述硅基衬底的一侧淀积对钨金属具有高研磨选择比的薄膜阻挡层；执行步骤S3 :光刻、刻蚀所述薄膜阻挡层和所述绝缘介质层，以形成接触孔图案；执行步骤S4 :在所述接触孔图案中淀积所述防金属扩散层，并进行钨金属填充，以制备具有冗余钨金属的接触孔结构；执行步骤S5 :通过化学机械研磨工艺，去除所述冗余的钨金属和防金属扩散层，以获得所述平坦的钨金属接触连接。非限制地，在形成所述平坦的钨金属接触连接后，所述薄膜阻挡层可根据实际工艺需要进行保留或者去除。其中，去除所述薄膜阻挡层的方法包括但不限于所述干法刻蚀和所述湿法刻蚀。请参阅图2、图3、图4,并结合参阅图I,图2所示为娃基衬底上具有前道器件、绝缘介质层和薄膜阻挡层的结构示意图。图3所示为钨金属的接触孔结构示意图。图4所示为钨金属接触连接的结构示意图。作为本专利技术的具体实施方式，不烦列举所述前道器件为MOS器件进行阐述。显然地，所述前道器件的类型仅为列举，不应视为对本专利技术方案的限制。本专利技术所述平坦的钨金属接触连接的制备方法，包括以下步骤执行步骤SI :在具有浅沟槽隔离10的所述硅基衬底11上制备前道器件12，并淀积形成覆盖所述前道器件12的绝缘介质层13，所述绝缘介质层13之异于所述硅基衬底11的一侧经过化学机械抛光以形成平坦的接触绝缘介质层131 ；作为本专利技术的具体实施方式，列举地，所述前道器件12为MOS器件。所述前道器件12进一步包括设置在所述硅基衬底11上的栅极金属电极121、设置在所述栅极金属电极121之异于所述硅基衬底11 一侧的栅绝缘介质层122，以及分别形成在所述栅极金属电极121两侧的器件侧墙123。执行步骤S2 :在所述接触绝缘介质层131之异于所述硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善接触孔之钨化学机械研磨后平坦性的方法，其特征在于，所述方法包括：执行步骤S1：在具有浅沟槽隔离的所述硅基衬底上制备前道器件，并淀积形成覆盖所述前道器件的绝缘介质层，所述绝缘介质层之异于所述硅基衬底的一侧经过化学机械抛光以形成平坦的接触绝缘介质层；执行步骤S2：在所述接触绝缘介质层之异于所述硅基衬底的一侧淀积对钨金属具有高研磨选择比的薄膜阻挡层；执行步骤S3：光刻、刻蚀所述薄膜阻挡层和所述绝缘介质层，以形成接触孔图案；执行步骤S4：在所述接触孔图案中淀积所述防金属扩散层，并进行钨金属填充，以制备具有冗余钨金属的接触孔结构；执行步骤S5：通过化学机械研磨工艺，去除所述冗余的钨金属和防金属扩散层，以获得所述平坦的钨金属接触连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓镭，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：