專利名稱：半導體金屬連線制作工藝中改善介質層膜厚均一性的方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體工藝方法，尤其是一種半導體金屬連線制作工藝中改善介 質層膜厚均一性的方法。
背景技術：
在半導體后道(Back-End-Of-Line，BE0L)制程中，一般需要多層金屬布線，上下 金屬層之間由介質層隔開并通過通孔連接。具體制作過程通常為如圖1 圖3所示，在刻 蝕金屬連線層1之后，在金屬連線層1上淀積介質層2，如圖2所示，然后經過CMP (Chemical Mechanical Polishing，化學機械拋光)平坦化，如圖3所示，再在介質層上刻蝕通孔，然后 是通孔金屬(如鎢)的填充及其化學機械拋光，之后再淀積后一道金屬連線層。如圖2所 示，介質層2淀積工藝會保持下層金屬連線刻蝕形成的圖形間的高低差(Step-height)，這 個高低差必須通過化學機械拋光工藝消除，否則會對后續的光刻，刻蝕，和金屬淀積等工藝 造成難以克服的困難。化學機械拋光工藝涉及的耗材和工藝參數很多，其中耗材包括研磨 墊(pad)，研磨頭(head)，研磨墊修正盤(conditioning disk)，研磨液(slurry)等。這些 耗材各有不同的使用壽命及更換周期。其工藝參數，如研磨液流量，壓力等，有時也會偏離 設計值。化學機械拋光工藝的工藝控制及穩定性在很大程度上受到這些耗材和工藝參數變 化的限制而難以提高。另外，由于化學機械拋光自身特性的限制，很難使硅片面內不同區域 的研磨速率保持一致，因此即使在耗材和工藝參數完全一樣的情況下，也很難保證硅片面 內的膜厚均一性。就現有技術來說，化學機械拋光之后硅片面內以及不同硅片之間膜的厚 變化有時會達到實際需要膜厚的三分之一或更大。從而對先進半導體制程的開發和量產品 良率的提高造成障礙。且隨著半導體器件尺寸的縮小和設計規格的收緊，這種障礙作用越 來越嚴重。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種半導體金屬連線制作工藝中改善介質層 膜厚均一性的方法，能夠克服化學機械拋光自身特性的限制，改善了介質層化學機械拋光 后硅片面內和硅片之間的膜厚均一性。為解決上述技術問題，本發明半導體金屬連線制作工藝中改善介質層膜厚均一性 的方法的技術方案是，在制作金屬連線之后，淀積第一介質層，然后在所述第一介質層上淀 積一層阻擋層，再在所述阻擋層上淀積第二介質層，所述第二介質層的最低處要高于所述 阻擋層的最高處，之后進行化學機械拋光，所述阻擋層在后面進行的化學機械拋光中對所 述第二介質層具有高選擇比，使得化學機械拋光后的表面停留在所述阻擋層的最高處。本發明通過在金屬層間介質間增加淀積一層在化學機械拋光過程中對層間介質 層具有高選擇比的阻擋層，使化學機械拋光在研磨介質層的時候能夠停在該阻擋層上，以 有效消除因耗材和工藝參數的變化引起的化學機械拋光工藝波動。同時由于化學機械拋光 研磨停在阻擋層上，殘膜厚度的面內均一性主要取決于化學機械拋光阻擋層下面的層間介質層淀積時的面內均一性，從而在一定程度上了克服化學機械拋光自身特性的限制，改善 了介質層化學機械拋光后硅片面內和硅片之間的膜厚均一性。增加淀積的阻擋層同時可給 層間介質層化學機械拋光的終點檢測提供方便，提高化學機械拋光工藝的穩定性。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明圖1 圖3為現有的半導體金屬連線制作工藝中改善介質層膜厚均一性的方法的 示意圖；圖4 圖8為本發明半導體金屬連線制作工藝中改善介質層膜厚均一性的方法的 示意中附圖標記為，1.金屬連線層；2.介質層；3.第一介質層；4.隔離層；5.第二介質層。
具體實施例方式本發明公開了一種半導體金屬連線制作工藝中改善介質層膜厚均一性的方法，在 如圖4所示的制作金屬連線1之后，淀積第一介質層3，如圖5所示，然后在所述第一介質層 3上淀積一層阻擋層4，如圖6所示，再在所述阻擋層4上淀積第二介質層5，如圖7所示，所 述第二介質層5的最低處要高于所述阻擋層4的最高處，之后進行化學機械拋光，所述阻擋 層4在后面進行的化學機械拋光中對所述第二介質層5具有高選擇比，使得化學機械拋光 后的表面停留在所述阻擋層4的最高處。所述第一介質層3為純的SiO2，或者是摻雜P、B、F中一種或幾種雜質元素的SiO2, 其淀積工藝可以是PE-CVD (等離子體增強化學氣相淀積),AP-CVD (常壓化學氣相淀積)或 者LP-CVD (低壓化學氣相淀積)厚度范圍為100 10000 A。所述阻擋層4是SiON或者SiN，其淀積工藝可以是PE-CVD，AP-CVD, LP-CVD,厚度 范圍為10 3000 A。所述第二介質層5為純的SiO2,或者是摻雜P、B、F中一種或幾種雜質元素的SiO2, 其淀積工藝可以是PE-CVD，AP-CVD或者LP-CVD，厚度范圍為100 10000 k。所述化學機械拋光的控制為固定時間控制，或者為終點檢測控制。根據硅片表面或化學機械拋光工藝過程中的光學，機械，溫度變化，特定元素或化 合物檢測的終點檢測方法。在化學機械拋光工藝中，當從一種膜質的薄膜研磨到另外一種膜質的薄膜的時 候，硅片表面的光學、機械(摩擦)性能、溫度、研磨產生物所包含的元素及化合物都會發生 改變，而這些改變都能夠被特定的檢測儀器探測到。當檢測儀器探測到這些變化后，會把這 些信息反饋給研磨系統，使系統自動停止研磨，從而停留在下層的薄膜層上，這就是終點檢 測方法。目前在淺槽隔離化學機械研磨工藝中(STI化學機械拋光)，化學機械拋光是從二 氧化硅層研磨到氮化硅層，當研磨到氮化硅層之后，系統利用激光探測到硅片表面的光學 變化，從而自動停止研磨，使研磨過程能停留在氮化硅層之上。在本發明中，阻擋層和介質層的膜質也是不一樣的。當化學機械拋光從介質層研 磨到阻擋層之后，系統能夠檢測到前面所說的各種物理化學特性的變化(取決于終點檢測
4的方式)，從而停止研磨，停止在阻擋層之上。本發明增加淀積的阻擋層同時可給層間介質層化學機械拋光的終點檢測提供方 便，提高化學機械拋光工藝的穩定性。綜上所述，本發明使化學機械拋光在研磨介質層的時候能夠停在該阻擋層上，以 有效消除因耗材和工藝參數的變化引起的化學機械拋光工藝波動，同時在一定程度上了克 服化學機械拋光自身特性的限制，改善了介質層化學機械拋光后硅片面內和硅片之間的膜
厚均一性。
權利要求
一種半導體金屬連線制作工藝中改善介質層膜厚均一性的方法，其特征在于，在制作金屬連線之后，淀積第一介質層，然后在所述第一介質層上淀積一層阻擋層，再在所述阻擋層上淀積第二介質層，所述第二介質層的最低處要高于所述阻擋層的最高處，之后進行化學機械拋光，所述阻擋層在后面進行的化學機械拋光中對所述第二介質層具有高選擇比，使得化學機械拋光后的表面停留在所述阻擋層的最高處。
2.根據權利要求1所述的半導體金屬連線制作工藝中改善介質層膜厚均一性的方法， 其特征在于，所述第一介質層為純的SiO2,或者是摻雜P、B、F中一種或幾種雜質元素的 SiO2,其淀積工藝是PE-CVD、AP-CVD或者LP-CVD，厚度范圍為100 10000 k。
3.根據權利要求1所述的半導體金屬連線制作工藝中改善介質層膜厚均一性的方法， 其特征在于，所述阻擋層是SiON或者SiN，其淀積工藝是PE-CVD，AP-CVD或者LP-CVD，厚度 范圍為10 3000 A。
4.根據權利要求1所述的半導體金屬連線制作工藝中改善介質層膜厚均一性的方法， 其特征在于，所述第二介質層為純的SiO2,或者是摻雜P、B、F中一種或幾種雜質元素的 SiO2,其淀積工藝是PE-CVD，AP-CVD或者LP-CVD，厚度范圍為100 10000 A。
5.根據權利要求1所述的半導體金屬連線制作工藝中改善介質層膜厚均一性的方法， 其特征在于，所述化學機械拋光的控制為固定時間控制，或者為終點檢測控制。
6.根據權利要求5所述的半導體金屬連線制作工藝中改善介質層膜厚均一性的方法， 其特征在于，根據硅片表面或化學機械拋光工藝過程中的光學，機械，溫度變化，特定元素 或化合物檢測的終點檢測方法。
全文摘要
本發明公開了一種半導體金屬連線制作工藝中改善介質層膜厚均一性的方法，在制作金屬連線之后，淀積第一介質層，然后在所述第一介質層上淀積一層阻擋層，再在所述阻擋層上淀積第二介質層，所述第二介質層的最低處要高于所述阻擋層的最高處，之后進行化學機械拋光，所述阻擋層在后面進行的化學機械拋光中對所述第二介質層具有高選擇比，使得化學機械拋光后的表面停留在所述阻擋層的最高處。本發明使化學機械拋光在研磨介質層的時候能夠停在該阻擋層上，以有效消除因耗材和工藝參數的變化引起的化學機械拋光工藝波動，同時在一定程度上了克服化學機械拋光自身特性的限制，改善了介質層化學機械拋光后硅片面內和硅片之間的膜厚均一性。
文檔編號H01L21/768GK101937867SQ200910057519
公開日2011年1月5日 申請日期2009年6月30日 優先權日2009年6月30日
發明者方精訓, 程曉華, 鄧鐳 申請人:上海華虹Nec電子有限公司