專(zhuān)利名稱：改良的局部雙道金屬鑲嵌平坦化系統(tǒng)、方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙道金屬鑲嵌半導(dǎo)體的制造過(guò)程，尤關(guān)于一種半導(dǎo)體制造過(guò)程中用以平坦化各特征與各層的方法與系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
雙道金屬鑲嵌制造過(guò)程在半導(dǎo)體制造中越來(lái)越普遍。在典型的雙道金屬鑲嵌制造過(guò)程中，將一種或多種導(dǎo)電材料沉積于形成在半導(dǎo)體襯底中或形成在半導(dǎo)體襯底上的薄膜之中的預(yù)先已圖案化的渠溝與孔內(nèi)，以便形成所需的電路互連結(jié)構(gòu)。通常形成有導(dǎo)電材料的過(guò)量或過(guò)度沉積部分。導(dǎo)電材料的過(guò)度沉積部分為多余且不想要的，故必須加以去除，以便產(chǎn)生金屬鑲嵌特征且提供后續(xù)工藝所需的平坦表面。
導(dǎo)電材料的過(guò)度沉積部分通常利用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)與電化學(xué)拋光(ECP)(例如，蝕刻)工藝與CMP及ECP工藝的組合而從半導(dǎo)體襯底上去除。然而，上述各工藝皆有其不足。舉例而言，ECP的產(chǎn)能通常較低、均勻度差且無(wú)法有效地去除非導(dǎo)電性材料。
CMP需要物理接觸工藝，該工藝通常會(huì)殘留導(dǎo)電性殘余物、或造成各種材料的腐蝕、或引起不均勻的移除，且無(wú)法適當(dāng)?shù)仄教够ミB層與內(nèi)插的介電層(ILD)的頂面。CMP也對(duì)剩余的互連與ILD結(jié)構(gòu)引起與應(yīng)力相關(guān)的破壞(例如，內(nèi)層的分離、剝離)。CMP所引起的應(yīng)力破壞更因?yàn)榻陙?lái)所使用的材料之間的極差層間粘附特性而更加嚴(yán)重。藉由降低CMP工藝的施加的力而減小物理應(yīng)力通常會(huì)造成無(wú)法接受的產(chǎn)能不足及其它極差的制造性能參數(shù)。
有鑒于此，目前需要一種能夠均勻且充分去除過(guò)度沉積材料、同時(shí)對(duì)剩余的特征產(chǎn)生最小的物理應(yīng)力的改良的平坦化系統(tǒng)與方法。此種改良的平坦化系統(tǒng)與方法必須適用于半導(dǎo)體制造且適用于如雙道金屬鑲嵌工藝或其它半導(dǎo)體制造過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容
概括而言，本發(fā)明的半導(dǎo)體襯底的平坦化系統(tǒng)與方法將滿足上述要求。應(yīng)當(dāng)理解可以以多種方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，包括工藝、設(shè)備、系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)、或裝置。以下將描述本發(fā)明的幾個(gè)創(chuàng)新的實(shí)施例。
其中一實(shí)施例是提供一種圖案化的半導(dǎo)體襯底的平坦化方法，包含以下步驟接收?qǐng)D案化的半導(dǎo)體襯底，該圖案化的半導(dǎo)體襯底具有填滿該圖案之中的多個(gè)特征的導(dǎo)電性互連材料，且該導(dǎo)電性互連材料具有過(guò)度沉積部分，該過(guò)度沉積部分具有局部的不均勻；在該過(guò)度沉積部分上形成額外層；及平坦化該額外層與過(guò)度沉積部分，該平坦化過(guò)程基本上完全去除該額外層。該導(dǎo)電性互連材料可包括銅、含導(dǎo)電性材料的銅、元素銅、及其它導(dǎo)電性材料。在雙道金屬鑲嵌處理中該圖案可形成在圖案化的半導(dǎo)體襯底之上。
平坦化該額外層與過(guò)度沉積部分的步驟包括基本上消除局部的、與圖案相關(guān)的不均勻。平坦化該額外層與過(guò)度沉積部分的步驟亦包括在不會(huì)對(duì)所述多個(gè)特征施予機(jī)械應(yīng)力的情況下基本消除局部的、與圖案相關(guān)的不均勻。
該額外層與該過(guò)度沉積部分具有基本上為1∶1的蝕刻選擇性。基本上平坦地形成該額外層。該額外層為基本上平坦的填充材料。該額外層與過(guò)度沉積部分的平坦化步驟亦包括蝕刻該額外層與該過(guò)度沉積部分的至少一部分。更可包含第二蝕刻處理，以使形成在該圖案化的特征之上的阻擋層層暴露。
在該過(guò)度沉積部分上形成額外層的步驟包括化學(xué)轉(zhuǎn)變?cè)撨^(guò)度沉積部分的頂面及頂部?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)變?cè)撨^(guò)度沉積部分的頂面及頂部可包括使該過(guò)度沉積部分的頂面暴露于諸如鹵素的反應(yīng)氣體。該額外層為該過(guò)度沉積部分的鹵化反應(yīng)產(chǎn)物。
該額外層與過(guò)度沉積部分的平坦化可包括蝕刻該額外層與該過(guò)度沉積部分的至少一部分。該額外層與過(guò)度沉積部分的平坦化可含有包括蝕刻額外層、形成第二額外層、及蝕刻該第二額外層的反復(fù)過(guò)程。該反復(fù)過(guò)程可以是原位反復(fù)過(guò)程。
在另一實(shí)施例中，提供一種半導(dǎo)體裝置的形成方法，包含以下步驟圖案化的半導(dǎo)體襯底的接收步驟，該圖案化的半導(dǎo)體襯底具有填滿該圖案之中的多個(gè)特征的導(dǎo)電性互連材料，且該導(dǎo)電性互連材料具有過(guò)度沉積部分，且該過(guò)度沉積部分包括局部的不均勻；在該過(guò)度沉積部分上形成額外層的步驟；及平坦化該額外層與過(guò)度沉積部分的步驟，在該平坦化步驟中基本上完全去除該額外層。
在又一實(shí)施例中，提供一種雙道金屬鑲嵌互連結(jié)構(gòu)的形成方法，包含以下步驟雙道金屬鑲嵌圖案化的半導(dǎo)體襯底的接收步驟，該雙道金屬鑲嵌圖案化的半導(dǎo)體襯底具有填滿該雙道金屬鑲嵌圖案之中的多個(gè)特征的導(dǎo)電性互連材料，且該導(dǎo)電性互連材料具有過(guò)度沉積部分，且該過(guò)度沉積部分具有局部的不均勻；在該過(guò)度沉積部分上形成額外層的步驟，基本上平坦地形成該額外層；刻蝕該額外層與該過(guò)度沉積部分的至少一部分的步驟，以基本上平坦化該過(guò)度沉積部分，該額外層基本上被完全去除。
在再一實(shí)施例中，提供一種雙道金屬鑲嵌互連結(jié)構(gòu)的形成方法，包含以下步驟接收雙道金屬鑲嵌圖案化的半導(dǎo)體襯底，該雙道金屬鑲嵌圖案化的半導(dǎo)體襯底具有填滿該雙道金屬鑲嵌圖案之中的多個(gè)特征的導(dǎo)電性互連材料，且該導(dǎo)電性互連材料具有過(guò)度沉積部分，該過(guò)度沉積部分具有局部的不均勻；化學(xué)轉(zhuǎn)變?cè)撨^(guò)度沉積部分的頂面與頂部，以在該過(guò)度沉積部分之上形成一額外層；及平坦化該額外層與過(guò)度沉積部分，在該平坦化步驟中基本上完全去除該額外層，而該平坦化步驟包括一反復(fù)過(guò)程，該反復(fù)過(guò)程包括蝕刻所述額外層；形成第二額外層；及刻蝕該第二額外層的蝕刻?？梢猿掷m(xù)進(jìn)行該反復(fù)過(guò)程，直到基本平坦化剩余的過(guò)度沉積部分為止。
故，本發(fā)明提供了在基本上消除局部不均勻的同時(shí)最小化機(jī)械應(yīng)力的優(yōu)點(diǎn)。
從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明中，本發(fā)明的這些方案和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，下述說(shuō)明以舉例的方式說(shuō)明了本發(fā)明的原理。


圖1顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖案化的半導(dǎo)體襯底。
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所增加的額外層。
圖3顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的基本平坦的過(guò)度沉積部分。
圖4A顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的已進(jìn)行過(guò)第二蝕刻處理的襯底。
圖4B顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的已進(jìn)行過(guò)阻擋層去除工藝的襯底。
圖5為顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例進(jìn)行局部平坦化的操作方法的流程圖。
圖6A至圖6D顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例施加于襯底以提高局部均勻度的一系列化學(xué)變化與回蝕(etchback)工藝。
圖7為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例施加于襯底以提高局部的均勻度的化學(xué)轉(zhuǎn)變與回蝕工藝的操作方法的流程圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例修正總體不均勻度的操作方法的流程圖。
圖9顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的已基本去除并平坦化的過(guò)度沉積部分。
具體實(shí)施例方式
以下說(shuō)明數(shù)種改良的平坦化系統(tǒng)與方法的示例性實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解不藉由在此所說(shuō)明的某些或所有細(xì)節(jié)，仍可以實(shí)施本發(fā)明。
改良的平坦化系統(tǒng)與方法的一實(shí)施例是可使半導(dǎo)體襯底的局部區(qū)域上具有改善的局部平坦化均勻度。改善的局部平坦化均勻度基本消除了由下面的層中的特征與沉積工藝的變化所引起的局部性不均勻度。另一實(shí)施例提供整個(gè)襯底上的改善的平坦化均勻度(例如，相較于中心均勻度的邊緣均勻度)。
圖1顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的雙道金屬鑲嵌工藝中的圖案化的半導(dǎo)體襯底100。藉由半導(dǎo)體制造過(guò)程的一部份，例如雙道金屬鑲嵌制造過(guò)程，圖案化襯底100?？墒褂醚谀D案化襯底100。襯底100具有較大、某種程度的隔離的特征102(例如，渠溝、孔等等)，較小、某種程度的隔離的特征104和緊靠在一起的幾個(gè)特征106。亦含有阻擋層110。阻擋層110的材料通常不同于襯底100或?qū)щ娦曰ミB材料120。導(dǎo)電性互連材料120為銅或銅合金或其它導(dǎo)電材料。
導(dǎo)電性互連材料120的過(guò)度沉積部分112在特征102、104、106的上方延伸，且包括過(guò)度沉積部分112的厚度上的相對(duì)應(yīng)的局部變化114、116、118。如圖所示，較大的特征102，相較于較小特征104而言，具有過(guò)度沉積部分112的厚度上的相對(duì)應(yīng)較大的減小，而較小的特征104則具有過(guò)度沉積部分112的厚度上的較小變化。緊靠的特征106具有過(guò)度沉積部分112的厚度上某種程度的變大。
通常的蝕刻工藝是以極為一致的速率在整個(gè)晶圓區(qū)域上蝕刻導(dǎo)電性互連材料120的過(guò)度沉積部分112，因此，在使靠近緊靠的特征106的阻擋層110暴露之前，這種通常的蝕刻工藝將使靠近大的特征102的阻擋層110暴露?？傃灾ǔ５奈g刻工藝無(wú)法平坦化導(dǎo)電性互連材料的過(guò)度沉積部分112。
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所增加的額外層202。額外層202形成在過(guò)度沉積部分112的頂上。額外層202可以是基本平坦的填充材料(例如，旋涂玻璃(SOG)、多晶硅、聚合物抗蝕劑、雙重層、UV或熱硬化的材料、或能夠流動(dòng)而形成平坦表面且具有適當(dāng)?shù)奈g刻特性的其它材料)。在額外層202與過(guò)度沉積部分112之間亦可具有一選用的相對(duì)薄的(例如，約25至100nm厚)保形層204。保形層204為阻擋層或黏附層。可作為保形層204的材料種類(lèi)是多于可作為額外層202的材料種類(lèi)。
額外層202與過(guò)度沉積部分112具有基本為1∶1的蝕刻選擇性，以便后續(xù)蝕刻工藝(例如，等離子體或氣體蝕刻工藝)能夠以基本相同的速率蝕刻額外層202與過(guò)度沉積部分112兩者。
圖3顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的基本上平坦的過(guò)度沉積部分112’。由于額外層202在層100、110、112、202的堆疊結(jié)構(gòu)的上方形成基本平坦的表面，故第一蝕刻過(guò)程能夠均勻地蝕刻整個(gè)區(qū)域之上的額外層202與過(guò)度沉積部分112，直到剩余的過(guò)度沉積部分112’基本上局部平坦，這是因?yàn)榛救コ司植孔兓糠?14、116、118。
典型的方法需要如下條件額外層202與過(guò)度沉積部分112之間的蝕刻選擇性為1∶1。舉例而言，若額外層202為SOG，且過(guò)度沉積部分112為銅時(shí)，則基于鹵素(例如，Cl、F、Br、I)的化學(xué)物質(zhì)可提供適用于SOG與銅兩者的蝕刻速率控制，以調(diào)整成1∶1的蝕刻選擇性。雖然可使用任何足以產(chǎn)生反應(yīng)性鹵素基團(tuán)的等離子體饋入氣體，但通常使用CF4、Cl2、及HCl?？烧{(diào)整各種工藝參數(shù)而控制蝕刻速率、選擇性、均勻度，且降低工藝參數(shù)(例如襯底溫度)的變化和所含的一個(gè)或更多的添加物(例如，Ar、H2、Cl、O2、CH3X(X＝F、Cl、Br、I)、CH2F2、與CH4)所引起的腐蝕。
另一方式涉及由濺射為主的蝕刻，使用Ar或其它惰性氣體，例如He、Xe、Ne、Kr等，當(dāng)作銅過(guò)度沉積部分112的主要蝕刻劑，并使用其它添加物提供對(duì)額外層202的蝕刻速率控制與鈍化剩余的銅112的頂面。其它添加物包括，例如H2及/或CF4。上述每一個(gè)工藝的操作溫度范圍為約75℃至約400℃。
第一蝕刻工藝為用以使剩余的過(guò)度沉積部分112’基本上局部平坦的蝕刻工藝，因?yàn)榛旧舷司植啃曰糠?14、116、118。一個(gè)或更多的后續(xù)蝕刻過(guò)程將去除過(guò)度沉積部分112’的主體或大部份?？梢詰?yīng)用潤(rùn)飾蝕刻過(guò)程以將蝕刻過(guò)程進(jìn)行到終點(diǎn)，而在此終點(diǎn)處，從阻擋110去除了過(guò)度沉積部分112’。該潤(rùn)飾蝕刻過(guò)程亦可包含在塊體蝕刻過(guò)程中。在潤(rùn)飾蝕刻之后的后續(xù)工藝可包括選擇性阻擋層去除與鈍化剩余的導(dǎo)電材料120，以防止腐蝕且提供進(jìn)一步處理所需的穩(wěn)定性。在潤(rùn)飾蝕刻之后的額外操作可設(shè)計(jì)成不明顯去除任何材料，而僅鈍化剩余的導(dǎo)電材料120，以防止腐蝕且提供進(jìn)一步處理所需的穩(wěn)定性。
圖4A顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的已進(jìn)行過(guò)第二蝕刻過(guò)程的襯底100。第二蝕刻過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行到終點(diǎn)，使得所有位置上的阻擋層110基本上同時(shí)暴露且僅殘留填充于特征102、104、106的導(dǎo)電材料(例如，銅、含銅的合金與其組合物、及其它導(dǎo)電材料)的部分120。
第一蝕刻過(guò)程與第二蝕刻過(guò)程可基本上相同或顯著相異。舉例而言，第一蝕刻過(guò)程可以是用于改善受局部不均勻114、116、118的影響(例如，受下面的層中的特征102、104、106的位置、尺寸與濃度的影響)的過(guò)度沉積部分112的局部平坦度。在第一蝕刻過(guò)程中可去除整個(gè)額外層202與過(guò)度沉積部分112的一部分。相較之下，第二蝕刻過(guò)程為更具選擇性的蝕刻過(guò)程，用以去除剩余且平坦的過(guò)度沉積部分112’的大部份而達(dá)到終點(diǎn)(即當(dāng)阻擋層110暴露時(shí))。
圖4B顯示依本發(fā)明一實(shí)施例的已經(jīng)過(guò)阻擋層去除過(guò)程的襯底。去除阻當(dāng)層110的一部分而使下面的掩模層402暴露。僅殘留下形成在特征102、104、106內(nèi)的阻擋層110的一部分。通常第二蝕刻過(guò)程以高速率去除過(guò)度沉積部分112的主體部份，且優(yōu)選對(duì)阻擋層110具有較高的選擇性。舉例而言，若過(guò)度沉積部分112為銅時(shí)，則鹵素基的化學(xué)物質(zhì)(例如，Cl2、CF4、HCl、HBr、BCl3)可有效地用于第二蝕刻過(guò)程。在另一種方法中，可利用以物理為主的蝕刻工藝，例如可以使用基于Ar(或其它貴重氣體或惰性氣體)的濺射工藝?？烧{(diào)整各種工藝參數(shù)而控制蝕刻速率與選擇性。各種工藝參數(shù)可包括調(diào)整工藝變量，例如襯底的溫度、活性反應(yīng)成分的平衡、與所含的一種或多種添加物(例如，H2、O2、Ar、He、Xe、Ne、Kr等等)。
圖5為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例進(jìn)行局部平坦化的操作方法的流程圖500。在操作505中，在導(dǎo)電過(guò)度沉積部分112的頂面增加額外層202。在操作510中，施以第一蝕刻工藝，以去除大部份的額外層202與導(dǎo)電過(guò)度沉積部分112。在操作515中，施以第二蝕刻工藝，以去除剩余的過(guò)度沉積部分112’直至終點(diǎn)。
在可替換的實(shí)施例中，操作515亦可包括上述潤(rùn)飾蝕刻工藝。在潤(rùn)飾蝕刻之后的后續(xù)工藝可包括選擇性的阻擋層去除與鈍化剩余的導(dǎo)電材料120，以防止腐蝕并提供進(jìn)一步處理所需的穩(wěn)定性。在潤(rùn)飾蝕刻之后的額外操作并不設(shè)計(jì)成基本上去除任何材料，而僅用于鈍化剩余的導(dǎo)電材料120，以防止腐蝕且提供進(jìn)一步處理所需的穩(wěn)定性。
圖6A至圖6D顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的施于襯底600以提高局部的均勻度的一系列的化學(xué)變化與回蝕工藝。圖7為本發(fā)明的一實(shí)施例的施于襯底600以提高局部的均勻度的化學(xué)變化與回蝕工藝的操作方法的流程圖700。如圖6A所示，襯底600具有基本非平坦的過(guò)度沉積部分602，該部分602具有非平坦的表面輪廓，類(lèi)似于圖1中描述的襯底100。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖6B及圖7，在操作705中，額外層604形成在過(guò)度沉積部分602的頂面之上。額外層604亦可沉積或形成在過(guò)度沉積部分602之上。舉例而言，可通過(guò)過(guò)度沉積部分602的最上部的化學(xué)變化而形成額外層604。若過(guò)度沉積部分602為銅或銅合金，則受控地曝露于氣體之中可形成銅反應(yīng)物層604。一種實(shí)例是可形成鹵化銅層604的鹵素氣體。銅反應(yīng)物層604擴(kuò)散到銅過(guò)度沉積部分602的表面之內(nèi)，進(jìn)而轉(zhuǎn)變成銅過(guò)度沉積部分602的頂部。銅的化學(xué)變化所需的工藝在本領(lǐng)域中是公知的，例如Nagraj S.Kulkarni and Robert T.DeHoff發(fā)表在Journal of Electrochemical Society，149(11)G620-G632，2002上的文章“Application of Volatility for LowTemperature，Dry Etching，and Planarization of Copper”。
在另一實(shí)例中，可將額外層604沉積在過(guò)度沉積部分602之上。沉積層604可包括沉積在過(guò)度沉積部分602之上的聚合物層或氧化層。
現(xiàn)在參見(jiàn)操作710與圖6C，施以回蝕工藝，以去除額外層604。也除去過(guò)度沉積部分602的一部分。去除額外層604進(jìn)一步將過(guò)度沉積部分602的輪廓軟化(即平坦化)成輪廓606’。鹵化銅基本上軟化過(guò)度沉積部分602的外形。鹵化銅與銅過(guò)度沉積部分602亦維持基本上1∶1的回蝕選擇性?？芍貜?fù)進(jìn)行多次的操作705與操作710，以基本上將過(guò)度沉積部分602平坦化成后續(xù)的輪廓606’與606”，如圖6D所示，直到所得到的輪廓基本平坦為止。
通常，可通過(guò)氧化銅活性反應(yīng)成分界面處的銅，實(shí)現(xiàn)使用依賴于形狀的化合物制備的銅過(guò)度沉積部分602的化學(xué)轉(zhuǎn)變。此情況下的銅氧化可包括元素銅到銅化合物的化學(xué)變化。其中銅處于正氧化態(tài)。舉例而言，可在較低溫(例如，小于200℃)的氯等離子體中將表面的銅氧化成氯化銅或二氯化銅(CuCl或CuCl2)。
回蝕工藝涉及將此種銅化合物還原成另一化學(xué)化合物，其能夠在固定的襯底溫度下?lián)]發(fā)并因而保留剩余的過(guò)度沉積部分602’的表面。舉例而言，在存在有活性反應(yīng)氫成分(例如，H2等離子體)的情況下，CuCl2可還原成揮發(fā)性的Cu3Cl3。交替依賴于形狀的轉(zhuǎn)換能夠除去銅過(guò)度沉積部分602的大部分，且同時(shí)平坦化銅表層602的表面形貌(例如，輪廓)，所述轉(zhuǎn)換之后是被轉(zhuǎn)換部分的回蝕。
在操作715中，若過(guò)度沉積部分602基本上被平坦化，則此方法的操作結(jié)束?；蛘?，若在操作中715，過(guò)度沉積部分602未基本平坦，則在上述操作705繼續(xù)進(jìn)行此方法的操作。在一實(shí)施例中，操作705至715是在單一蝕刻室之內(nèi)原位地進(jìn)行。在可替換的實(shí)施例中，操作710可以不原位進(jìn)行且可包括ECD或低向下作用力CMP工藝，以實(shí)現(xiàn)如圖6D所示的基本平坦的過(guò)度沉積部分602’。
圖6A至圖7所述的方法操作是當(dāng)作平坦主體的去除過(guò)程使用，其進(jìn)行不平坦的過(guò)度沉積部分602的平坦化與去除過(guò)度沉積部分602的主體兩者。
襯底100、600的局部性平坦化可藉由熟知的數(shù)種層厚映射技術(shù)中的任何一種或多種加以確定。舉例而言，渦流傳感器能夠映射過(guò)度沉積部分112、112’的厚度。渦流傳感器(ECS)能夠準(zhǔn)確測(cè)量非常薄層的導(dǎo)電膜(例如，厚度小于1200埃)。準(zhǔn)確測(cè)量非常薄的層需要如下條件可歸因于襯底中渦流的ECS信號(hào)的成分必需被消除、最小化或被補(bǔ)償。也可以在多步過(guò)程中，例如在蝕刻、CMP或沉積過(guò)程中，測(cè)量非常薄層的導(dǎo)電膜的厚度。舉例而言，在CMP過(guò)程中，可以將正被處理的襯底從拋光表面移開(kāi)，并且可移動(dòng)ECS使其與襯底保持已知的距離，來(lái)測(cè)量襯底上薄膜的厚度。襯底和/或ECS可以相對(duì)于彼此移動(dòng)，以便ECS能夠映射襯底的整個(gè)表面，并因此識(shí)別襯底表面上金屬膜的厚度和位置。
上述圖1至圖7所示的方法與系統(tǒng)說(shuō)明了各種基本消除過(guò)度沉積部分之中的局部的、與圖案有關(guān)的不均勻的方法。然而，上述圖1至圖7所示的方法與系統(tǒng)并非直接針對(duì)總體不均勻的修正?？傮w不均勻可包括襯底的中心處相較于襯底的邊緣處的材料的去除速率的變化與其它非局部性現(xiàn)象的不均勻。
圖8為本發(fā)明的一實(shí)施例的修正總體不均勻度的操作方法800的流程圖。在操作805中，接收具有局部性不均勻的襯底，該不均勻?yàn)槔邕^(guò)度沉積部分之中與特征-圖案相關(guān)的不均勻。在操作810中，藉由CMP、ECP、或上述圖1至圖7所示的方法與系統(tǒng)、或本領(lǐng)域已知的任何其它方法基本消除局部性的不均勻?；救コ植坎痪鶆蚴沟眯纬苫揪植科教够倪^(guò)度沉積部分，例如上面圖3所示的平坦化的過(guò)度沉積部分112’。
圖9顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的基本去除了的、平坦化的過(guò)度沉積部分902。基本去除了的、平坦化的過(guò)度沉積部分902可為厚度僅為數(shù)百埃的較薄的過(guò)度沉積部分。
在操作815中，映射具有平坦化的過(guò)度沉積部分的襯底，以識(shí)別且量化平坦化的過(guò)度沉積部分的任何總體不均勻。可以使用如上所述本領(lǐng)域已知的數(shù)種已知的層厚映射技術(shù)的任何一種或多種來(lái)映射出平坦化的過(guò)度沉積部分?？稍?在目前的處理室之內(nèi))或非原位(在目前的處理室之外)進(jìn)行映射。原位映射過(guò)程亦可以為動(dòng)態(tài)的且允許隨著后續(xù)工藝的進(jìn)行而動(dòng)態(tài)地調(diào)整后續(xù)工藝。
在操作820中，如操作815所確定的總體不均勻度的位置與數(shù)量，是通過(guò)調(diào)整蝕刻工藝在基本上無(wú)機(jī)械性應(yīng)力的工藝中去除的，以處理檢測(cè)到的潤(rùn)飾蝕刻工藝之中的總體不均勻的特定需求。舉例而言，若剩余的過(guò)度沉積部分902的中心厚度約500埃且其邊緣厚度約300埃時(shí)，則可以調(diào)整處理方法，以補(bǔ)償中心相對(duì)于邊緣的不均勻度，從而能夠同時(shí)使整個(gè)阻擋層110暴露。由于在回蝕處理期間并不會(huì)對(duì)襯底施以機(jī)械作用力，故無(wú)應(yīng)力工藝避免了上述CMP的問(wèn)題。
選定的處理方法(例如，選定的工藝變量值)對(duì)阻障層110具有選擇性(亦即將以比蝕刻銅所用的處理方法更慢的速率蝕刻阻擋層，例如，在這些工藝中銅蝕刻相對(duì)于阻擋層蝕刻的典型選擇性范圍是約大于1、但約小于3)，且能夠使任何凹陷(例如，特征102、104、106之中的導(dǎo)電材料120的過(guò)量去除)最小。
潤(rùn)飾蝕刻對(duì)剩余的過(guò)度沉積部分902的銅與阻擋層110兩者皆具有較慢的蝕刻速率，以使任何特征102、104、106相對(duì)于阻擋層110的剩余的高度阻擋之中的凹陷最小。因此，潤(rùn)飾蝕刻對(duì)于蝕刻銅并不具極高的選擇性。
亦可包括最終回蝕工藝。最終回蝕工藝包括以適當(dāng)?shù)倪x擇性與均勻度控制來(lái)對(duì)掩模材料及/或ILD材料回蝕，使得最終結(jié)果能夠在最少的銅及ILD損失(例如，在最終蝕刻與阻擋層去除工藝結(jié)束時(shí)，整個(gè)襯底的100上的任何銅凹陷皆整體均勻)的情況下提供基本上整體均勻且基本上平坦的特征。在此情況下，最終蝕刻可包括均勻化工藝來(lái)以高選擇性回蝕掩模材料，從而使銅損失與銅凹陷皆最小。舉例而言，鹵素濃度低且襯底溫度低(例如，小于約200℃)的基于鹵素的工藝將維持低的銅蝕刻速率，而同時(shí)仍可充分地化學(xué)性蝕刻掩模材料?？墒褂萌魏蔚入x子體饋入氣體，包括鹵素活性反應(yīng)組分(例如，CF4、C2F6、C4F6)。蝕刻速率控制的添加物可包括Ar、O2、CH2F2，亦可包括其它添加物。
若整個(gè)襯底上的總體銅凹陷及/或掩模/ILD損失在潤(rùn)飾蝕刻與最終回蝕工藝結(jié)束時(shí)不均勻，則必須采用參數(shù)表中其它變量來(lái)修正總體不均勻。舉例而言，典型的情況為蝕刻不均勻的結(jié)果描述為蝕刻速率中心快或邊緣快。在每一個(gè)情況中，皆造成整個(gè)襯底上的銅凹陷的變化及/或掩模/ILD損失?？朔朔N變化將可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，從而在掩模/ILD材料的最終回蝕期間能夠利用適當(dāng)?shù)木鶆蚨扰c選擇性控制，在銅與掩模損失最少的情況下獲得總體平坦的特征。中心快的潤(rùn)飾蝕刻工藝導(dǎo)致的襯底中心具有較大的銅凹陷，可用邊緣快的最終回蝕工藝加以補(bǔ)償，邊緣快的最終回蝕工藝選擇性刻蝕掩模材料使得與特征102、104、106中的銅水平有相同水平。此工藝之中所獲得的典型選擇性約大于2。用于進(jìn)行均勻度控制的參數(shù)表的變量包括壓力、整個(gè)襯底的溫度變化、離子流量的均勻度控制、氣體濃度與處理室壁溫。用以控制選擇性的變量包括活性反應(yīng)鹵素組分濃度、襯底溫度、及偏壓功率。
在本發(fā)明的上述說(shuō)明所述的“約”是代表±10％。舉例而言，“約250℃”是代表225℃至275℃。應(yīng)當(dāng)理解圖5、圖7及圖8的各操作的順序并非僅限于所示的，且在不需所述所有的操作的情況下，亦可據(jù)以實(shí)施本發(fā)明。又，圖5、圖7及圖8所述的操作亦可藉由儲(chǔ)存于RAM、ROM或計(jì)算機(jī)或微處理器控制系統(tǒng)(例如，程序控制系統(tǒng))之中的硬盤(pán)等任一個(gè)或其組合之中的軟件據(jù)以實(shí)施。
雖然藉由上述各實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，但熟悉本項(xiàng)技藝的人士應(yīng)清楚了解只要在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，可通過(guò)任一變化型式據(jù)以實(shí)施本發(fā)明。故本發(fā)明的范圍是包括上述各實(shí)施例及其變化形態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種圖案化的半導(dǎo)體襯底的平坦化方法，包含以下步驟接收?qǐng)D案化的半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有填滿于該圖案中的多個(gè)特征的導(dǎo)電性互連材料，且該導(dǎo)電性互連材料具有過(guò)度沉積部分，該過(guò)度沉積部分具有局部性不均勻；在該過(guò)度沉積部分上形成一額外層；及平坦化該額外層與該過(guò)度沉積部分，在該平坦化過(guò)程中基本上完全去除該額外層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中平坦化該額外層與該過(guò)度沉積部分包括基本消除局部的、與圖案有關(guān)的不均勻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中平坦化該額外層與該過(guò)度沉積部分包括基本消除局部的、與圖案有關(guān)的不均勻，而不對(duì)所述多個(gè)特征施加機(jī)械應(yīng)力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該額外層與該過(guò)度沉積部分具有基本為1∶1的蝕刻選擇性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中基本平坦地形成該額外層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中該額外層為基本平坦的填充材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中平坦化該額外層與該過(guò)度沉積部分包括蝕刻該過(guò)度沉積部分的至少一部分以及該額外層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包含第二蝕刻處理，用以使形成在所述圖案化特征之上的阻擋層暴露。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在該過(guò)度沉積部分上形成額外層包括化學(xué)轉(zhuǎn)變?cè)撨^(guò)度沉積部分的頂面及頂部。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中化學(xué)轉(zhuǎn)變?cè)撨^(guò)度沉積部分的頂面及頂部包括使該過(guò)度沉積部分的頂面暴露于反應(yīng)性氣體中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中該反應(yīng)性氣體為鹵素。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中該額外層為該過(guò)度沉積部分的鹵化反應(yīng)物。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中平坦化該額外層與該過(guò)度沉積部分包括蝕刻該過(guò)度沉積部分的至少一部分以及該額外層。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中平坦化該額外層與該過(guò)度沉積部分包括一反復(fù)的過(guò)程，該過(guò)程包括蝕刻該額外層；形成第二額外層；及蝕刻該第二額外層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中原位進(jìn)行該反復(fù)的過(guò)程。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中導(dǎo)電性互連材料包括銅。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中導(dǎo)電性互連材料包括元素銅。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在雙道金屬鑲嵌工藝中使圖案形成在圖案化的半導(dǎo)體襯底上。
19.一種半導(dǎo)體裝置，由包含以下步驟的方法所形成接收?qǐng)D案化的半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有填滿于該圖案中的多個(gè)特征的導(dǎo)電性互連材料，且該導(dǎo)電性互連材料具有過(guò)度沉積部分，該過(guò)度沉積部分具有局部性不均勻；在該過(guò)度沉積部分上形成一額外層；及平坦化該額外層與該過(guò)度沉積部分，在該平坦化過(guò)程中基本上完全去除該額外層。
20.一種雙道金屬鑲嵌互連結(jié)構(gòu)的形成方法，包含以下步驟接收雙道金屬鑲嵌圖案化的半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有填滿該雙道金屬鑲嵌圖案之中的多個(gè)特征的導(dǎo)電性互連材料，且該導(dǎo)電性互連材料具有過(guò)度沉積部分，該過(guò)度沉積部分具有局部性不均勻；在該過(guò)度沉積部分上形成額外層，該額外層基本平坦地被形成；及蝕刻該過(guò)度沉積部分的至少一部分以及該額外層，以基本上平坦化該過(guò)度沉積部分，并且該額外層基本上被完全去除。
21.一種雙道金屬鑲嵌互連結(jié)構(gòu)的形成方法，包含以下步驟接收雙道金屬鑲嵌圖案化的半導(dǎo)體襯底，該襯底具有填滿該雙道金屬鑲嵌圖案之中的多個(gè)特征的導(dǎo)電性互連材料，且該導(dǎo)電性互連材料具有過(guò)度沉積部分，該過(guò)度沉積部分具有局部性不均勻；化學(xué)轉(zhuǎn)變?cè)撨^(guò)度沉積部分的頂面與頂部，以在該過(guò)度沉積部分上形成一額外層；及平坦化該額外層與該過(guò)度沉積部分，在該平坦化過(guò)程中該額外層基本被完全去除，而該平坦化過(guò)程包括一反復(fù)的過(guò)程，該反復(fù)的過(guò)程包括蝕刻該額外層；形成第二額外層；及蝕刻該第二額外層。
全文摘要
一種圖案化的半導(dǎo)體襯底的平坦化系統(tǒng)與方法，包含接收?qǐng)D案化的半導(dǎo)體襯底。該圖案化的半導(dǎo)體襯底具有填滿該圖案之中的多個(gè)特征的導(dǎo)電性互連材料。該導(dǎo)電性互連材料具有過(guò)度沉積部分。該過(guò)度沉積部分具有局部性不均勻。在該過(guò)度沉積部分之上形成一額外層。平坦化該額外層與該過(guò)度沉積部分。該平坦化過(guò)程基本上完全去除該額外層。
文檔編號(hào)H01L21/3105GK1823405SQ200480006964
公開(kāi)日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2004年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月14日
發(fā)明者S·P·洛霍卡雷, A·D·貝利三世, D·赫克, J·M·庫(kù)克 申請(qǐng)人:蘭姆研究有限公司