鎢金屬互連線的製作方法
2023-05-04 12:59:06
鎢金屬互連線的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種鎢金屬互連線的製作方法，包括：提供具有柵極的半導體結構，所述柵極兩側包括有柵絕緣層，所述柵絕緣層被第一層間介質層包圍；對所述柵極進行回蝕刻，以去除部分所述柵極，形成凹槽；沉積氮化矽層填充所述凹槽；採用化學機械平坦化方法研磨所述氮化矽層；沉積第二層間介質層於以上步驟所形成的結構表面；形成自對準接觸孔；沉積鎢金屬填滿所述自對準接觸孔，形成鎢金屬互連線。本發明所提供的鎢金屬互連線的製作方法可以製作出不與柵極發生短路的鎢金屬互連線，解決了鎢金屬互連線與柵極易發生短路的問題。
【專利說明】鎢金屬互連線的製作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體製造領域，特別涉及一種鎢金屬互連線的製作方法。
【背景技術】
[0002]半導體製作工藝正在快步進入22nm節點時代。由於關鍵尺寸減小，在半導體器件中所形成的接觸孔也越來越小，傳統的金屬鋁已不能很好地沉積在接觸孔中，因而人們利用鎢替代鋁以製作金屬互連線，因為鎢的gap filling (溝槽填充)能力較佳。
[0003]現有鎢金屬互連線的製作方法可參考如圖1至3所示，首先提供具有鎢柵極10的半導體結構，如圖1所示。該鎢柵極10兩側包括有絕緣側牆11，並且還可以包括有蝕刻停止層12。在蝕刻停止層12上包括有第一層間介質層13，而在鎢柵極10的上面包括有第二層間介質層14。在接下去的工藝中，需要在鎢柵極10兩側製作接觸孔15，如圖2所示。此時，接觸孔15穿過原來的第一層間介質層13和第二層間介質層14，並且同時穿過了蝕刻停止層12，從而形成新的第一層間介質層13』、第二層間介質層14』和蝕刻停止層12』。此接觸孔15具有上部分開口大，下部分開口小的特點(該特點是由於該接觸孔15的形成工藝決定的)。因而，該接觸孔15上部分很容易暴露出鎢柵極10的邊角部分(如圖3中所標出的圓形區域17)。這樣，當在接觸孔15中形成鎢金屬互連線16時，該鎢金屬互連線16容易與鎢柵極10發生接觸(如圖3中所標出的圓形區域17)，從而使得鎢金屬互連線16與鎢柵極10發生短路。
[0004]為此，需要提供一種鎢金屬互連線的製作方法以防止鎢金屬互連線與柵極發生短路。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的問題是:在半導體器件製作過程中，所製作的鎢金屬互連線與柵極易發生短路。
[0006]為此，本發明提供了一種鎢金屬互連線的製作方法，利用該製作方法製作的鎢金屬互連線不與柵極發生短路。該鎢金屬互連線的製作方法包括:
[0007]提供具有柵極的半導體結構，所述柵極兩側包括有柵絕緣層，所述柵絕緣層被第一層間介質層包圍；
[0008]對所述柵極進行回蝕刻，以去除部分所述柵極，形成凹槽；
[0009]沉積氮化矽層填充所述凹槽，所述氮化矽層同時覆蓋所述第一層間介質層；
[0010]採用化學機械平坦化方法研磨所述氮化矽層，研磨至接觸到所述第一層間介質層
後停止；
[0011]沉積第二層間介質層於以上步驟所形成的結構表面；
[0012]形成自對準接觸孔，所述自對準接觸孔穿過所述第一層間介質層和所述第二層間介質層，並且所述自對準接觸孔在所述第二層間介質層的孔徑大於在第一層間介質層的孔徑；[0013]沉積鎢金屬填滿所述自對準接觸孔；
[0014]對所述鎢金屬進行平坦化，形成鎢金屬互連線。
[0015]可選的，所述柵絕緣層和所述第一層間介質層之間還包括有蝕刻阻擋層。
[0016]可選的，所述凹槽的深度為1 00埃至300埃。
[0017]可選的，所述氮化矽層的沉積厚度為500埃至1000埃。
[0018]可選的，所述第二層間介質層的厚度為500埃至2000埃。
[0019]可選的，所述化學機械平坦化方法採用固結磨料拋光墊。
[0020]可選的，所述化學機械平坦化方法採用脯氨酸同系物作為表面活性劑參與研磨。
[0021]可選的，所述化學機械平坦化方法在PH值為2.5^4.8的範圍內進行。
[0022]可選的，所述化學機械平坦化方法的下壓壓力為0.5pSi^3.0pSi。
[0023]可選的，所述化學機械平坦化方法採用的所述固結磨料拋光墊的研磨轉速為10rpm~40rpmo
[0024]可選的，所述化學機械平坦化採用光學終點偵測器或者電動電勢終點偵測器來偵測研磨終點。
[0025]可選的，所述柵極為鎢柵極。
[0026]可選的，所述柵極的寬度小於20nm。
[0027]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0028]在本發明所提供的鎢金屬互連線的製作方法中，可能與鎢金屬互連線短路的柵極部分已被氮化矽絕緣材料所取代，因而即便鎢金屬互連線上部較寬而進入柵極上方區域，也不會發生鎢金屬互連線與柵極的短路問題。
[0029]本發明所提供的鎢金屬互連線的製作方法利用化學機械平坦化來平坦化其中的氮化矽層，並使得化學平坦化停止在第一層間介質層，形成各層平坦的半導體器件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1至圖3為現有鎢金屬互連線的製作方法各步驟結構示意圖；
[0031]圖4至圖11為本發明實施例鎢金屬互連線的製作方法各步驟結構示意圖及原理示意圖。
【具體實施方式】
[0032]本發明實施例提供一種鎢金屬互連線的製作方法，利用該方法可以製作出鎢金屬互連線與柵極不發生短路的半導體器件。本實施例所述的製作方法包括步驟SI至步驟S7，下面將結合圖4至圖11對各步驟的內容作闡述。
[0033]步驟SI，提供具有柵極的半導體結構，所述柵極兩側包括有柵絕緣層，所述柵絕緣層被第一層間介質層包圍。
[0034]請參考圖4，本實施例所提供的具有柵極20的半導體結構，從圖4中看出，該半導體結構包括有柵極20和柵絕緣層21。柵極20可以是由鎢、鈦或者鉭以及它們的氮化物製作而成，本實施例優選鶴作為該柵極20的材料，因為鶴的gap filling (溝槽填充)能力較佳。並且本實施例中，柵極20的寬度在20nm以下(亦即用於沉積柵極材料的溝槽或通孔的寬度在20nm以下)。當溝槽或通孔的寬度20nm以下時，常用的金屬互連線材料鋁金屬已不能很好地填充相應的溝槽，而鎢金屬卻可以較好地填充相應的溝槽或通孔，形成導電性能良好的鎢金屬互連結構。
[0035]該柵極20可以通過蒸發的方法來澱積，也可以通過濺射或者化學氣相澱積(CVD)方法來形成。CVD薄膜相比濺射薄膜有很多優勢:低電阻率、對電遷移的高抵抗力以及填充小通孔時的優異的平整性，並且CVD鎢還可以提供在金屬和矽上進行選擇性澱積，所以本實施例優選採用CVD方法來形成柵極20。具體的，該CVD方法的柵極20可以由氯化鎢、氟化鎢和羥基鎢製備而成，主要反應氣體可採用六氟化鎢以及氫氣或甲矽烷。該柵絕緣層21可以通過熱氧化方法生長，其材質可以為各類氧化物(例如氧化矽)。
[0036]請繼續參考圖4，本實施例中，所述柵絕緣層21被第一層間介質層23包圍，並且所述柵絕緣層21和所述第一層間介質層23之間還包括有蝕刻阻擋層22(圖4所示結構中蝕刻阻擋層22呈L型位於柵極20兩側)。
[0037]步驟S2，對所述柵極進行回蝕刻，以去除部分所述柵極，形成凹槽。
[0038]請參考圖5，本實施例對柵極20進行回蝕刻以形成凹槽24。該凹槽24的深度為100埃至300埃，該凹槽24的深度選擇在上述範圍是因為，本實施例中柵極20的厚度約為300埃至600埃，因而該凹槽24的深度通常要在柵極20高度的一半以下，因而該凹槽24的深度小於300埃，以保證原來的柵極20保留一半以上的高度。同時，該凹槽24又不能太淺，否則後續無法用來很好地填充相應的材料層，因而該凹槽24的深度最好在100埃以上。形成凹槽24後，原柵極20變成柵極20』。
[0039]步驟S3，沉積 氮化矽層填充所述凹槽，所述氮化矽層同時覆蓋所述第一層間介質層。
[0040]請參考圖6，本實施例在蝕刻形成上述凹槽24之後，隨即沉積氮化矽層25填充該凹槽24。從圖6中可以看到，所述氮化矽層25同時覆蓋所述第一層間介質層23，並且該氮化矽層25在凹槽24上方呈現低洼狀。
[0041]本實施例優選的，該氮化矽層25的沉積厚度為500埃至1000埃。如果該氮化矽層25太薄，則無法完全填滿該凹槽24。而如果該氮化矽層25太厚，則會加重後續平坦化的負擔。因此，該氮化矽層25的厚度優選為500埃至1000埃。
[0042]步驟S4，採用化學機械平坦化方法研磨所述氮化矽層，研磨至接觸到所述第一層間介質層後停止。
[0043]請結合參考圖6、圖7和圖8，本實施例通過化學機械平坦化(ChemicalMechanical Polishing/Planarization, CMP)方法,去除圖6中所不的不平坦部分的氮化矽層25，並且該平坦化步驟停止於第一層間介質層23，得到的結構如圖7所示的結構，其中不平坦的氮化矽層25被平坦化後形成平整的氮化矽層25』。
[0044]現有技術中，通常是在鹼性(指拋光液呈鹼性，其PH值大於7)條件下進行CMP，並且現有CMP所去除的通常是氧化物層(例如氧化矽層)。而本實施例採用在2.5^4.8的PH值(指拋光液的PH值，可用例如PH調節劑調節)範圍內進行CMP，並且本實施例CMP去除的是部分氮化矽層25，平坦化的停止層是第一層間介質層23。
[0045]本實施例採用固結磨料拋光墊(Fixed abrasive pad, FAP)來進行CMP。拋光墊是CMP中的重要組成部分，其磨損均勻性能是影響加工後工件平面度的重要因素。本實施例採用固結磨料拋光墊進行平坦化得到的表面質量優異且平穩，並且去除效率高。[0046]本實施例採用兩性離子表面活性劑作為表面活性劑參與CMP研磨。CMP包括了化學和機械兩重作用，表面活性劑在平坦化過程中起著非常重要的作用。它不僅影響著藥液的分散性、顆粒吸附後清洗難易程度以及金屬離子沾汙等問題，更重要的是表面活性劑可以提高質量傳遞速率以提高平坦化平整度並降低表面張力，降低損傷層厚度，減少損傷。
[0047]本實施例所選用的兩性離子表面活性劑可以包括有羧酸鹽型(包括胺基酸型和甜菜鹼型)兩性表面活性劑，硫酸酯型兩性表面活性劑，磺酸鹽型兩性表面活性劑以及磷酸酯鹽型兩性表面活性劑等。本實施例進一步優選的，用脯氨酸同系物作為表面活性劑參與研磨。
[0048]本實施例採用CeO2參與CMP研磨。CeO2具有化學活性高和硬度較小的特點，並且在研磨過程不容易刮傷研磨麵，因而能夠保證有好的表面平整度。同時，CeO2粒子研磨速度快，因而選用CeO2可以提高研磨速度。
[0049]本實施例具體以L-脯氨酸為表面活性劑，並在PH值為2.5^4.8的範圍內進行CMP。所述氮化矽層25 (SiN)、第一層間介質層23 (ILD1)和L-脯氨酸(L-proline)達到等電點(IEP)時對應的PH值和在PH值為2.5~4.8的範圍內所顯的電性如下表所示:
【權利要求】
1.一種鎢金屬互連線的製作方法，其特徵在於，包括: 提供具有柵極的半導體結構，所述柵極兩側包括有柵絕緣層，所述柵絕緣層被第一層間介質層包圍； 對所述柵極進行回蝕刻，以去除部分所述柵極，形成凹槽； 沉積氮化矽層填充所述凹槽，所述氮化矽層同時覆蓋所述第一層間介質層； 採用化學機械平坦化方法研磨所述氮化矽層，研磨至接觸到所述第一層間介質層後停止; 沉積第二層間介質層於以上步驟所形成的結構表面； 形成自對準接觸孔，所述自對準接觸孔穿過所述第一層間介質層和所述第二層間介質層，並且所述自對準接觸孔在所述第二層間介質層的孔徑大於在第一層間介質層的孔徑； 沉積鎢金屬填滿所述自對準接觸孔，形成鎢金屬互連線。
2.如權利要求1所述的製作方法，其特徵在於，所述柵絕緣層和所述第一層間介質層之間還包括有蝕刻阻擋層。
3.如權利要求1所述的製作方法，其特徵在於，所述凹槽的深度為100埃至300埃。
4.如權利要求1所述的製作方法，其特徵在於，所述氮化矽層的沉積厚度為500埃至1000 埃。
5.如權利要求1所述的製作方法，其特徵在於，所述第二層間介質層的厚度為500埃至2000 埃。
6.如權利要求1所述的製作方法，其特徵在於，所述化學機械平坦化方法採用固結磨料拋光墊。
7.如權利要求6所述的製作方法，其特徵在於，所述化學機械平坦化方法採用脯氨酸同系物作為表面活性劑參與研磨。
8.如權利要求7所述的製作方法，其特徵在於，所述化學機械平坦化方法在PH值為2.5?4.8的範圍內進行。
9.如權利要求8所述的製作方法，其特徵在於，所述化學機械平坦化方法的下壓壓力為 0.5pSi?3.0pSi。
10.如權利要求6所述的製作方法，其特徵在於，所述化學機械平坦化方法採用的所述固結磨料拋光墊的研磨轉速為10rpnT40rpm。
11.如權利要求10所述的製作方法，其特徵在於，所述化學機械平坦化採用光學終點偵測器或者電動電勢終點偵測器來偵測研磨終點。
12.如權利要求1所述的製作方法，其特徵在於，所述柵極為鎢柵極，所述柵極的寬度小於20nm。
【文檔編號】H01L21/768GK103972152SQ201310037708
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月30日 優先權日:2013年1月30日
【發明者】蔣莉 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司