一種在線測試半導(dǎo)體器件襯底的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種消除在線測試對半導(dǎo)體器件襯底中銅 互連和低K介電材料影響的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 晶圓允收測試(WaferAcceptanceTest,WAT)是指半導(dǎo)體晶圓在完成所有制程工 藝之后，針對晶圓上的器件測試結(jié)構(gòu)所進(jìn)行電性測試。通過對WAT數(shù)據(jù)的分析，能有效監(jiān)測 半導(dǎo)體制程工藝中的問題，有助于制程工藝的調(diào)整與優(yōu)化。隨著集成電路中半導(dǎo)體關(guān)鍵尺 寸的逐漸縮小，其集成度不斷提高，整體制程工藝也逐漸復(fù)雜。例如，45nm技術(shù)邏輯產(chǎn)品的 總制程工藝步驟數(shù)目達(dá)到1000W上，需要形成高達(dá)12層金屬互連層。若在完成所有制程 工藝之后再進(jìn)行WAT測試，部分制程工藝中的缺陷可能無法及時被發(fā)現(xiàn)并予W改進(jìn)。因此， 在后段銅互連制程過程中，對已獲得部分銅互連結(jié)構(gòu)層的娃片進(jìn)行在線WAT測試便具有較 好的時效性。
[0003] 現(xiàn)有在線WAT測試一般在銅填充于低K介電材料中、銅化學(xué)機(jī)械平坦化之后，且在 銅介質(zhì)阻擋層淀積之前執(zhí)行。在線WAT測試將額外增加銅和低K介電材料表面在空氣中暴 露的時間。如果銅表面暴露在空氣中時間過長，其表面會被氧化而生成氧化銅。過多的氧化 銅會顯著降低后續(xù)淀積工藝中銅與其它介質(zhì)層之間的界面粘附性，從而誘發(fā)銅互連結(jié)構(gòu)的 電遷移和應(yīng)力遷移失效，導(dǎo)致器件可靠性的降低。同時，采用化學(xué)氣相沉積等方法獲得的低 K介電材料由于長時間的暴露，也會大量吸收空氣中的水分和雜質(zhì)基團(tuán)，造成其介電常數(shù)的 變化，顯著影響器件的電學(xué)穩(wěn)定與可靠性。
[0004] 目前業(yè)界主要采用還原性等離子體直接對測試后的金屬銅和低K介電材料表面 進(jìn)行處理，W去除其表面生成的氧化物和殘留的雜質(zhì)，從而改善其與后續(xù)薄膜的界面結(jié)合 狀態(tài)。如中國專利（【申請?zhí)枴?01110150700. 5, 一種提高銅互連可靠性的表面處理方法）公 布的方法，通過采用特定配比的氨氣和甲燒等還原性混合氣體，在遠(yuǎn)端產(chǎn)生等離子體后，傳 輸?shù)姐~互連結(jié)構(gòu)的表面對其進(jìn)行預(yù)處理。又如中國專利（專利號：02145828. 6,低介電常數(shù) 材料的表面處理方法）通過實(shí)施氨等離子體表面處理程序，去除介電層與銅金屬層表面的 氧化物。 陽〇化]然而，普通還原性等離子體對金屬銅和介電材料表面氧化物的預(yù)處理其能力是有 限的，如果銅和介電材料表面在空氣中的暴露時間過長，氧化層厚度較大，其預(yù)處理效果則 不明顯。另外，目前普遍采用的低K介電材料一般為滲雜的多孔氧化娃，隨著介電常數(shù)要求 的不斷降低，介電材料的孔隙率和滲雜量不斷提高，其結(jié)構(gòu)變得越來越疏松。常規(guī)的氧化層 等離子體修復(fù)處理過程中，等離子中高能離子與基團(tuán)極易使低K介電材料受到受到損傷。
[0006] 常規(guī)金屬化學(xué)機(jī)械平坦化之后直接執(zhí)行的在線WAT測試會對金屬銅和低K介電材 料造成較大的損傷，同時在線WAT測試后的等離子體表面處理工藝并不能有效修復(fù)金屬表 面的較厚的氧化層，且不可避免的會對低K介電材料產(chǎn)生二次損傷。因此，目前亟需開發(fā)能 有效消除在線WAT測試對銅互連可靠性影響的新工藝方法，W合理擴(kuò)大在線WAT測試的工 藝窗口。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服W上問題，本發(fā)明旨在提供一種在線測試半導(dǎo)體器件襯底的方法，通過 在填充金屬頂部和低K介電材料上增設(shè)一層高致密度的介質(zhì)阻擋層，并配合第一次化學(xué)機(jī) 械研磨工藝來形成待檢測的半導(dǎo)體器件襯底，從而避免在線測試過程在互連結(jié)構(gòu)表面形成 氧化膜W及對低K介電材料的損傷。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種在線測試半導(dǎo)體器件襯底的方法，其包括 W下步驟：
[0009] 步驟Sl:提供一半導(dǎo)體器件襯底；
[0010] 步驟S2 :在所述半導(dǎo)體器件襯底上形成低K介電材料，接著，在低K介電材料表面 形成頂部介質(zhì)阻擋層，再在低K介電材料和所述頂部介質(zhì)阻擋層中刻蝕出溝槽，然后在所 述溝槽中填充金屬；
[0011] 步驟S3 :進(jìn)行第一次化學(xué)機(jī)械研磨工藝，使填充的所述金屬頂部與所述溝槽頂部 齊平，從而得到低K介電材料表面覆蓋有介質(zhì)阻擋層的互連層結(jié)構(gòu)，作為待測半導(dǎo)體器件 襯底；
[0012] 步驟S4 :對所述低K介電材料表面覆蓋有介質(zhì)阻擋層的所述待測半導(dǎo)體器件襯底 執(zhí)行在線測試；其中，在所述在線測試中所述填充的金屬頂部表面生成氧化物；
[0013] 步驟S5 :進(jìn)行第二次化學(xué)機(jī)械研磨工藝，去除所述填充的金屬表面生成的氧化物 和所述低K介質(zhì)材料表面的所述頂部介質(zhì)阻擋層。
[0014] 優(yōu)選地，所述步驟S2中，包括：在具有頂部介質(zhì)阻擋層的低K介電材料中采用大馬 ±革刻蝕工藝刻蝕出所述溝槽，采用電化學(xué)鍛銅工藝在所述溝槽中采用銅電鍛工藝填充金 屬銅。
[0015] 優(yōu)選地，所述步驟S2中，包括：在所述半導(dǎo)體基底上依次淀積底部介質(zhì)阻擋層、所 述低K介電材料和所述頂部介質(zhì)阻擋層；采用大馬±革刻蝕工藝刻蝕所述頂部介質(zhì)阻擋 層，低K介電材料和底部介質(zhì)阻擋層W形成所述溝槽；在所述溝槽和所述頂部介質(zhì)阻擋層 的表面淀積金屬阻擋層；在所述溝槽中采用銅電鍛工藝填充金屬銅。
[0016] 優(yōu)選地，所述頂部介質(zhì)阻擋層的厚度為650~700A。
[0017] 優(yōu)選地，所述步驟S3中，包括：所述第一次化學(xué)機(jī)械研磨工藝中研磨停止在所述 頂部介質(zhì)阻擋層上，得到低K介電材料表面保留有所述頂部介質(zhì)阻擋層的銅互連層結(jié)構(gòu)。 [001引優(yōu)選地，所述低K介電材料表面保留的所述頂部介質(zhì)阻擋層的厚度為！㈱-- 1嫌1。
[0019] 優(yōu)選地，所述步驟S5中，包括：利用所述第二次銅化學(xué)機(jī)械研磨工藝完全去除所 述填充的金屬表面生成的所述氧化物和所述低K介質(zhì)材料表面保留的所述頂部介質(zhì)阻擋 層。
[0020] 優(yōu)選地，在所述低K介電材料表面淀積的所述頂部介質(zhì)阻擋層的材料為氮化物或 碳化物。
[0021] 優(yōu)選地，所述頂部介質(zhì)阻擋層的形成采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝。
[0022] 優(yōu)選地，所述步驟SI中，所述半導(dǎo)體基底中形成有前端器件W及前端互連結(jié)構(gòu)。
[0023] 本發(fā)明的在線測試半導(dǎo)體器件襯底的方法，首先，在填充金屬頂部和低K介電材 料上形成一層高致密度的介質(zhì)阻擋層，然后采用第一次化學(xué)機(jī)械研磨工藝平坦化填充金 屬，從而形成待測試的結(jié)構(gòu)；利用該結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線測試時，不會對低K介電材料產(chǎn)生損傷， 雖然在填充金屬頂部形成了氧化膜，但是，可W采用第二次化學(xué)機(jī)械研磨工藝將該層氧化 膜去除，并且同時去除高致密度的介質(zhì)阻擋層，從而在線測試后確保得到?jīng)]有氧化膜的互 連結(jié)構(gòu)和無損傷的低K介電材料。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例的在線測試半導(dǎo)體器件襯底的方法的流程示意 圖
[0025]圖2-6為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例的在線測試半導(dǎo)體器件襯底的方法的各個制 備步驟不意圖
【具體實(shí)施方式】
[00%] 為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，W下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一 步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也 涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過在待測試互連結(jié)構(gòu)的低K介電材料表面引入頂部介 質(zhì)阻擋層，能有效抑制低K介電材料在測試過程中因吸收空氣中的水分和雜質(zhì)基團(tuán)而產(chǎn)生 屬性惡化，保證了器件與互連結(jié)構(gòu)在在線測試過程中性能的穩(wěn)定性；通過利用二次化學(xué)機(jī) 械研磨，在不損傷低K介電材料的同時，能徹底去除在線測試過程中填充金屬表面生成的 氧化物和低K介質(zhì)材料表面預(yù)留的介質(zhì)阻擋保護(hù)層，獲得嶄新的互連表面和所需的銅互連 結(jié)構(gòu)，使得后續(xù)與其它介質(zhì)層之間的具有良好的界面粘附性，因而能有效消除在線測試對 互連可靠性的影響。
[0028] W下結(jié)合附圖1-6和具體實(shí)施例對本發(fā)明的在線測試半導(dǎo)體器件襯底的方法作 進(jìn)一步詳細(xì)說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式、使用非精準(zhǔn)的比例，且僅用W 方便、清晰地達(dá)到輔助說明本實(shí)施例的目的。
[0029] 本實(shí)施例中，請參閱圖1，在線測試半導(dǎo)體器件襯底的方法，包括W下步驟：<