CN108962740B - 半导体结构及其形成方法 - Google Patents

半导体结构及其形成方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108962740B
CN108962740B CN201710372700.7A CN201710372700A CN108962740B CN 108962740 B CN108962740 B CN 108962740B CN 201710372700 A CN201710372700 A CN 201710372700A CN 108962740 B CN108962740 B CN 108962740B
Authority
CN
China
Prior art keywords
chemical mechanical
layer
polishing
cobalt layer
cobalt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710372700.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108962740A (zh
Inventor
蒋莉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Original Assignee
Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp, Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp filed Critical Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority to CN201710372700.7A priority Critical patent/CN108962740B/zh
Publication of CN108962740A publication Critical patent/CN108962740A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108962740B publication Critical patent/CN108962740B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/0056Control means for lapping machines or devices taking regard of the pH-value of lapping agents
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11Lapping tools

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

一种半导体结构及其形成方法,形成方法包括:形成钴层;采用化学机械研磨工艺对所述钴层进行平坦化处理,所述化学机械研磨工艺所采用的研磨液为弱碱性研磨液;其中,所述化学机械研磨工艺中的清洗操作和传送操作所采用的溶液均为弱碱性溶液。本发明采用弱碱性研磨液,且所述化学机械研磨工艺中的清洗操作和传送操作所采用的溶液均为弱碱性溶液,相比采用酸性研磨液、采用去离子水进行所述清洗操作和传送操作的方案,本发明可以改善所述钴层发生腐蚀的问题,从而提高所述钴层的研磨质量,进而提高半导体结构的电学性能。

Description

半导体结构及其形成方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域,尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。
背景技术
在半导体器件中,减小RC延迟(Resistance Dapacitance Delay),能够提高半导体器件的性能。随着半导体工艺的发展,技术节点的推进,器件的功能不断强大,器件的集成度越来越高,器件的特征尺寸(Critical Dimension,CD)也越来越小,相应的,进一步减小RC延迟成为了提高半导体器件性能的重要措施之一。
半导体器件的互连结构包括接触孔插塞。目前,为了减小RC延迟,接触孔插塞所采用的材料通常为阻值较小的材料,例如钴,从而提高半导体器件的性能。
但是,即使接触孔插塞选取了阻值较小的材料,半导体结构的电学性能仍有待提高。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种半导体结构及其形成方法,优化半导体结构的电学性能。
为解决上述问题,本发明提供一种半导体结构的形成方法,包括:形成钴层;采用化学机械研磨工艺对所述钴层进行平坦化处理,所述化学机械研磨工艺所采用的研磨液为弱碱性研磨液;其中,所述化学机械研磨工艺中的清洗操作和传送操作所采用的溶液均为弱碱性溶液。
可选的,所述化学机械研磨工艺的步骤包括:对所述钴层依次进行第一化学机械研磨操作、第二化学机械研磨操作和第三化学机械研磨操作。
可选的,所述第一化学机械研磨操作和第二化学机械研磨操作所采用的研磨液的PH值为7至8,所述第三化学机械研磨操作所采用的研磨液的PH值为8至10。
可选的,所述第一化学机械研磨操作的参数包括:下压力为2psi至5psi,基座转速为40rpm至120rpm,所述研磨液的流速为100ml/min至400ml/min。
可选的,所述第二化学机械研磨操作和所述第三化学机械研磨操作的参数包括:下压力为1psi至3psi,基座转速为30rpm至90rpm,所述研磨液的流速为100ml/min至400ml/min。
可选的,所述弱碱性溶液包括氨水、季铵溶液和有机胺溶液中的一种或多种。
可选的,所述研磨液还包括氧化剂,所述氧化剂的质量百分比含量为0%至1%。
可选的,所述氧化剂的材料包括过氧化氢溶液、亚硫酸盐溶液、亚硝酸盐溶液和亚碘酸盐溶液中的一种或多种。
可选的,所述研磨液还包括研磨粒子,所述研磨粒子的质量百分比含量为1%至10%。
可选的,所述研磨液还包括钴的腐蚀抑制剂。
可选的,所述腐蚀抑制剂的材料包括苯并三氮唑和异环酰胺中的一种或两种。
可选的,形成钴层之前,还包括步骤:提供基底;在所述基底上形成层间介质层,所述层间介质层内形成有开口。
可选的,形成钴层的步骤包括:向所述开口内填充钴层,所述钴层还覆盖所述层间介质层顶部。
可选的,向所述开口内填充钴层之前,还包括步骤:在所述开口的底部和侧壁形成阻挡层,所述阻挡层还覆盖所述层间介质层顶部。
可选的,在所述化学机械研磨工艺后,位于所述层间介质层顶部的所述钴层和阻挡层被去除。
可选的,在所述化学机械研磨工艺后,所述开口中的剩余钴层作为接触孔插塞。
相应的,本发明还提供一种半导体结构,包括:基底;位于所述基底上的钴层,所述钴层通过采用本发明的形成方法所形成。
可选的,所述半导体结构还包括:位于所述基底上的层间介质层;所述钴层位于所述层间介质层内。
可选的,所述钴层为接触孔插塞。
与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下优点:
对钴层进行化学机械研磨工艺时,所述化学机械研磨工艺所采用的研磨液(Slurry)为弱碱性研磨液,且所述化学机械研磨工艺中的清洗操作和传送操作所采用的溶液均为弱碱性溶液;相比采用酸性研磨液进行化学机械研磨工艺、采用去离子水(DIW)进行所述清洗操作和传送操作的方案,本发明可以改善所述钴层发生腐蚀(Corrosion)的问题,从而提高所述钴层的研磨质量,进而提高半导体结构的电学性能。
可选方案中,所述化学机械研磨工艺的步骤包括:对所述钴层依次进行第一化学机械研磨操作、第二化学机械研磨操作和第三化学机械研磨操作,所述第一化学机械研磨操作和第二化学机械研磨操作所采用的研磨液的PH值为7至8,所述第三化学机械研磨操作所采用的研磨液的PH值为8至10;所述研磨液的PH值设定合理,在改善所述钴层发生腐蚀问题的同时,能够避免研磨速率下降的问题。
可选方案中,所述研磨液还包括氧化剂,所述氧化剂的质量百分比含量为0%至1%,将所述氧化剂的质量百分比含量控制在合理范围内,在保证对所述钴层的氧化效果的同时,避免过多氧化钴层(CoO2)的形成,从而有利于提高研磨速率。
可选方案中,在所述化学机械研磨工艺后,所述开口中的剩余钴层作为接触孔插塞,因此通过本发明所述形成方法,可以提高所形成接触孔插塞的质量和性能,有利于提高半导体结构的电学性能。
附图说明
图1至图5是本发明半导体结构的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知,即使接触孔插塞选取了阻值较小的材料,半导体结构的电学性能仍有待提高。分析性能仍有待提高的原因在于:
由于钴材料的阻值较小且填充性能(Gap Filling)较好,因此目前在半导体制造领域中,接触孔插塞(CT)常用的材料为钴,从而有利于减小RC延迟。
采用化学机械研磨(Chemical and Mechanical Polish,CMP)工艺对钴层进行平坦化处理时,所述化学机械研磨工艺中的清洗操作和传送操作所采用的溶液均为去离子水(DIW),当钴材料暴露在去离子水中时容易发生腐蚀(Corrosion);此外,当所述化学机械研磨工艺采用酸性研磨液时,酸性研磨液也会对所述钴层造成腐蚀。
为了解决所述技术问题,本发明采用弱碱性研磨液,且用弱碱性溶液代替清洗操作和传送操作中的去离子水,从而改善所述钴层发生腐蚀的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1至图5是本发明半导体结构的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
结合参考图1和图2,形成钴层300(如图2所示)。
本实施例中,所述钴层300经后续的化学机械研磨工艺后,用于作为接触孔插塞(CT)。
钴材料的阻值较小,从而有利于减小所形成半导体结构的RC延迟。
在其他实施例中,根据实际工艺需求,所述钴层还可以作为其他功能层。
结合参考图1,需要说明的是,形成所述钴层300之前,还包括步骤:提供基底100;在所述基底100上形成层间介质层200,所述层间介质层200内形成有开口210。
所述基底100为半导体结构的形成提供工艺平台。
本实施例中,所述基底100为衬底(图未示),所述基底100上还可以形成有功能结构或器件结构。
所述层间介质层200用于实现相邻半导体结构之间的电隔离,还用于为后续形成接触孔插塞提供工艺平台。
所述层间介质层200的材料为绝缘材料。本实施例中,所述层间介质层300的材料为氧化硅。在其他实施例中,所述层间介质层的材料还可以为原硅酸四乙酯(TetraethylOrthosilicate,TEOS)材料、等离子体增强氧化层(Plasma Enhance Oxide,PEOX)材料、低k介质材料(低k介质材料指相对介电常数大于或等于2.6、小于等于3.9的介质材料)或超低k介质材料(超低k介质材料指相对介电常数小于2.6的介质材料)。
本实施例中,所述开口210贯穿所述层间介质层200。在其他实施例中,所述开口还可以位于部分厚度的所述层间介质层内。
因此,本实施例中,形成所述钴层300的步骤包括:向所述开口210内填充钴层300,所述钴层300还覆盖所述层间介质层200顶部。其中,由于钴材料的填充性能良好,因此有利于提高所述钴层300在所述开口210中的形成质量。
结合参考图2,需要说明的是,向所述开口210(如图1所示)内填充所述钴层300之前,还包括步骤:在所述开口210的底部和侧壁形成阻挡层(Barrier Layer)250,所述阻挡层250还覆盖所述层间介质层200顶部。
本实施例中,所述阻挡层250的材料为TaN或TiN。
所述阻挡层250可以防止形成所述钴层300时所采用的反应物与所述开口210底部的材料发生反应,从而避免经反应形成杂质,所述阻挡层250还可以提高钴材料在所述开口210中的衬垫能力,从而提高所述钴层300和所述开口210之间的黏附性。
相应的,所述钴层300覆盖所述阻挡层250。
结合参考图3至图5,采用化学机械研磨(Chemical and Mechanical Polish,CMP)工艺对所述钴层300进行平坦化处理,所述化学机械研磨工艺所采用的研磨液为弱碱性研磨液;其中,所述化学机械研磨工艺中的清洗操作和传送操作所采用的溶液均为弱碱性溶液。
在化学机械研磨工艺中,清洗操作和传送操作通常采用的溶液为去离子水,但是当钴材料暴露在去离子水中时容易发生腐蚀,因此采用弱碱性溶液代替去离子水的方案,可以防止对所述钴层300造成腐蚀;此外,当研磨液的PH值越小时,所述研磨液对所述钴层300的腐蚀越严重,因此通过采用弱碱性研磨液,也可以防止对所述钴层300造成腐蚀。
所述研磨液包括多种添加剂,例如PH调节剂、氧化剂和腐蚀抑制剂等;此外,为了提高所述化学机械研磨工艺的研磨速率,所述研磨液还包括研磨粒子。
所述研磨粒子的质量百分比含量不宜过小,也不宜过大。如果所述研磨粒子的质量百分比含量过小,则容易导致所述化学机械研磨工艺对所述钴层300的研磨速率下降;如果所述研磨粒子的质量百分比含量过大,容易导致杂质数量(Defect Count)的增加。为此,本实施例中,所述研磨粒子的质量百分比含量为1%至10%。其中,所述质量百分比含量指的是所述研磨粒子占所述研磨液总质量的比例。
本实施例中,所述研磨液还包括氧化剂,用于氧化所述钴层300表面的材料,使部分厚度的所述钴层300材料转化为易溶解或易被去除的材料,从而研磨去除部分厚度的所述钴层300。
所述氧化剂的质量百分比含量不宜过小,也不宜过大。如果所述氧化剂的质量百分比含量过小,则对所述钴层300表面材料的氧化效果不佳,不利于提高对所述导电层420的研磨速率,从而导致研磨效率的下降;如果所述氧化剂的质量百分比含量过大,则容易导致氧化所述钴层300表面的材料所形成的氧化产物更多的是氧化钴(CoO2),从而导致研磨速率的下降。为此,本实施例中,所述氧化剂的质量百分比含量为0%至1%。其中,所述质量百分比含量指的是所述氧化剂占所述研磨液总质量的比例。
所述氧化剂的材料可以包括过氧化氢(H2O2)溶液、亚硫酸盐溶液、亚硝酸盐溶液和亚碘酸盐溶液中的一种或多种。但所述氧化剂的材料不仅限于这几种。
本实施例中,所述氧化剂的材料为过氧化氢溶液。
通过采用过氧化氢溶液作为氧化剂,可以避免金属离子的引入,从而可以防止离子污染的问题。相应的,通过所述氧化剂,氧化所述钴层300表面材料所形成的氧化产物为氢氧化钴(Co(OH)2),从而可以研磨去除所述氧化产物,实现对所述钴层300的研磨目的。
本实施例中,所述研磨液还包括钴的腐蚀抑制剂(Corrosion Inhibitor),用于保护所述钴层300的表面,降低所述钴层300发生腐蚀的概率。
具体地,所述腐蚀抑制剂的材料包括苯并三氮唑和异环酰胺中的一种或两种。但所述腐蚀抑制剂的材料不仅限于这两种。
在实际工艺操作中,所述化学机械研磨工艺包括多个化学机械研磨操作步骤。具体地,所述化学机械研磨工艺的步骤包括:对所述钴层300依次进行第一化学机械研磨操作、第二化学机械研磨操作和第三化学机械研磨操作。
以下结合附图,对所述化学机械研磨工艺的步骤做详细说明。
参考图3,对所述导电钴层300进行第一化学机械研磨操作。
通过所述第一化学机械研磨操作,研磨去除大量所述钴导电层300的材料,从而为后续的研磨操作提供工艺基础。
本实施例中,所述第一化学机械研磨操作所采用的研磨垫为硬研磨垫(即为HardPad)。所述Hard Pad的定义与现有技术相同,本发明在此不再赘述。
具体地,在所述第一化学机械研磨操作的过程中,通过剩余钴层300厚度检测的方式,使剩余钴层300的厚度达到工艺目标值。具体地,通过剩余钴层300顶部至所述层间介质层200顶部距离H的检测方式,控制所述第一化学机械研磨操作。
本实施例中,在所述第一化学机械研磨操作后,所述剩余钴层300顶部至所述层间介质层200顶部的距离H不宜过小,也不宜过大。如果所述距离H过小,则在后续的研磨操作后,剩余钴层300的表面平坦度较差或剩余厚度过小;如果所述距离H过大,相应增加了后续研磨操作的工艺难度,且容易造成工艺时间的增加。为此,本实施例中,在所述第一化学机械研磨操作后,所述剩余钴层300顶部至所述层间介质层200顶部的距离H为
Figure BDA0001303173060000081
Figure BDA0001303173060000082
本实施例中,所述第一化学机械研磨操作所采用的研磨液为弱碱性研磨液,从而可以防止所述钴层300发生腐蚀,且相比采用强碱性研磨液的方案,可以避免对研磨机台或硅片(Wafer)产生损伤。
但是所述弱碱性研磨液的PH值不宜过小,也不宜过大。如果PH值过小,则容易增加所述钴层300发生腐蚀的概率;如果PH过大,容易导致所述氧化剂的分解,在所述钴层300表面形成氧化层,反而容易降低对所述钴层300的研磨速率,从而导致研磨效率的下降。为此,本实施例中,所述第一化学机械研磨操作所采用的弱碱性研磨液的PH值为7至8。
本实施例中,为了在提高研磨效率的同时,提高所述第一化学机械研磨操作后剩余钴层300的表面质量,将所述第一化学机械研磨操作的参数设置在合理范围内,且相互配合。
具体地,所述第一化学机械研磨操作的参数包括:下压力(Down Force)为2psi至4psi,基座转速(Platen Speed)为40rpm至120rpm,所述研磨液的流速为100ml/min至400ml/min。其中,psi指的是磅每平方英寸(Pounds Per Square inch),rpm指的是转数每分钟(Roung Per Minute)。
需要说明的是,为了提高对所述钴层300的研磨效率,所述第一化学机械研磨操作所采用的研磨液还包括钴的研磨速率增强剂(Remove Rate Enhancer),从而有利于提高所述第一化学机械研磨操作对所述钴层300的研磨速率。
参考图4,对所述钴层300进行第二化学机械研磨操作。
通过所述第二化学机械研磨操作,在继续研磨去除部分厚度剩余钴层300的同时,改善第一化学机械研磨操作后剩余钴层300顶部表面的凹陷(Dishing)问题,从而提高第二化学机械研磨操作后剩余钴层300的顶部表面平坦度。
本实施例中,所述第二化学机械研磨操作所采用的研磨垫为软研磨垫(SoftPad)。所述Soft Pad的定义与现有技术相同,本发明在此不再赘述。
本实施例中,在所述第二化学机械研磨操作的过程中,通过摩擦力检测或光学终点(Optical Endpoint)的方式,以所述阻挡层250顶部为研磨停止位置,去除高于所述阻挡层250顶部的钴层300,且在所述第二化学机械研磨操作后,剩余钴层300的顶部表面平坦度较高。
本实施例中,所述第二化学机械研磨操作所采用的研磨液为弱碱性研磨液,从而可以防止所述钴层300发生腐蚀,且相比采用强碱性研磨液的方案,可以避免对研磨机台或硅片产生损伤。
但是所述弱碱性研磨液的PH值不宜过小,也不宜过大。如果PH值过小,则容易增加所述钴层300发生腐蚀的概率;如果PH过大,容易导致所述氧化剂的分解,在所述钴层300表面形成氧化层,反而容易降低对剩余钴层300的研磨速率,从而导致研磨效率的下降。为此,本实施例中,所述第二化学机械研磨操作所采用的弱碱性研磨液的PH值为7至8。
本实施例中,为了在提高研磨效率的同时,提高所述第二化学机械研磨操作后剩余钴层300的表面质量,将所述第二化学机械研磨操作的参数设置在合理范围内,且相互配合。
具体地,所述第二化学机械研磨操作的参数包括:下压力为1psi至3psi,基座转速为30rpm至90rpm,所述研磨液的流速为100ml/min至400ml/min。
需要说明的是,为了提高对剩余钴层300的研磨效率,所述第二化学机械研磨操作所采用的研磨液还包括钴的研磨速率增强剂,从而有利于提高所述第二化学机械研磨操作对所述剩余钴层300的研磨速率。
参考图5,对所述钴层300进行第三化学机械研磨操作。
通过所述第三化学机械研磨操作,研磨去除高于所述层间介质层200顶部的剩余钴层300,也就是说,在所述第三化学机械研磨操作后,所述剩余钴层300顶部与所述层间介质层200顶部齐平。
相应的,在所述第三化学机械研磨操作的步骤中,还去除位于所述层间介质层200顶部的所述阻挡层250。也就是说,在所述化学机械研磨工艺后,位于所述层间介质层200顶部的所述钴层300和阻挡层250被去除。
因此,所述第三化学机械研磨操作所采用的研磨液还包括针对所述阻挡层250材料的研磨速率增强剂,从而提高所述第三化学机械研磨操作对所述阻挡层250的研磨速率,进而使得在所述第三化学机械研磨操作后,剩余钴层300和剩余阻挡层250的顶部均与所述层间介质层200顶部齐平。其中,所述研磨速率增强剂的材料根据所述阻挡层250的材料而定。
本实施例中,所述第三化学机械研磨操作所采用的研磨垫为软研磨垫。
本实施例中,采用控制研磨时间(By Time)或光学终点的方式控制所述第三化学机械研磨操作,从而使所述剩余钴层300顶部与所述层间介质层200顶部齐平。
本实施例中,所述第三化学机械研磨操作所采用的研磨液为弱碱性研磨液,从而可以防止剩余钴层300发生腐蚀,且相比采用强碱性研磨液的方案,可以避免对研磨机台或硅片产生损伤。
但是所述弱碱性研磨液的PH值不宜过小,也不宜过大。如果PH值过小,则容易增加所述钴层300发生腐蚀的概率,且由于所述第三化学机械研磨操作还用于去除位于所述层间介质层200顶部的所述阻挡层250,如果PH过小,还会降低所述第三化学机械研磨操作对所述阻挡层250的研磨速率;如果PH过大,容易导致所述氧化剂的分解,在所述剩余钴层300表面形成氧化层,反而容易降低对剩余钴层300的研磨速率,从而导致研磨效率的下降。为此,本实施例中,所述第三化学机械研磨操作所采用的弱碱性研磨液的PH值为8至10。
本实施例中,为了在提高研磨效率的同时,提高所述第三化学机械研磨操作后剩余钴层300的表面质量,且使所述剩余钴层300的厚度能够满足工艺需求,将所述第三化学机械研磨操作的参数设置在合理范围内,且相互配合。
具体地,所述第三化学机械研磨操作的参数包括:下压力为1psi至3psi,基座转速为30rpm至90rpm,研磨液的流速为100ml/min至400ml/min。
本实施例中,在所述化学机械研磨工艺后,所述开口210(如图1所示)中的剩余钴层300作为接触孔插塞。相应的,所述接触孔插塞的材料为钴。
所述化学机械研磨工艺除了包括研磨操作之外,还包括清洗操作和传送操作,为了防止所述钴层300接触去离子水,所述清洗操作和传送操作所采用的溶液均为弱碱性溶液。
也就是说,在所述化学机械研磨工艺中,但凡需要采用去离子水的步骤均采用弱碱性溶液进行代替。
本实施例中,所述弱碱性溶液包括氨水、季铵溶液或有机胺溶液中的一种或多种。
相应的,本发明还提供一种半导体结构。
继续参考图5,所述半导体结构包括:
基底100;位于所述基底100上的钴层300,所述钴层300通过采用前述实施例的形成方法所形成。
本实施例中,所述基底100为衬底(图未示),所述基底100上还可以形成有功能结构或器件结构。
需要说明的是,所述半导体结构还包括:位于所述基底100上的层间介质层200。
所述层间介质层200用于实现相邻半导体结构之间的电隔离,还用于为接触孔插塞的形成提供工艺平台。
所述层间介质层200的材料为绝缘材料。本实施例中,所述层间介质层300的材料为氧化硅。在其他实施例中,所述层间介质层的材料还可以为原硅酸四乙酯(TetraethylOrthosilicate,TEOS)材料、等离子体增强氧化层(Plasma Enhance Oxide,PEOX)材料、低k介质材料(低k介质材料指相对介电常数大于或等于2.6、小于等于3.9的介质材料)或超低k介质材料(超低k介质材料指相对介电常数小于2.6的介质材料)。
相应的,本实施例中,所述钴层300位于所述层间介质层200内。
具体地,所述钴层300贯穿所述层间介质层200,所述层间介质层200内的所述钴层300作为接触孔插塞。
在其他实施例中,所述钴层还可以位于部分厚度的所述层间介质层内。
钴材料的阻值较小,从而有利于减小所述半导体结构的RC延迟,且钴材料的填充性能(Gap Filling)较好,从而有利于提高所述钴层300在所述层间介质层200内的形成质量。
所述钴层300采用前述实施例的形成方法所形成,因此所述钴层300发生腐蚀的概率较低,从而有利于提高所述钴层300的质量,进而使所述半导体结构的电学性能得到提高。
对所述半导体结构的具体描述,请参考前述实施例中的相应描述,在此不再赘述。
虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种半导体结构的形成方法,其特征在于,包括:
提供基底;
在所述基底上形成层间介质层,所述层间介质层内形成有开口;
在所述开口的底部和侧壁形成阻挡层,所述阻挡层还覆盖所述层间介质层顶部;
向所述开口内填充钴层,所述钴层还覆盖所述层间介质层顶部;
采用化学机械研磨工艺对所述钴层进行平坦化处理,所述化学机械研磨工艺所采用的研磨液为弱碱性研磨液;在所述化学机械研磨工艺后,位于所述层间介质层顶部的所述钴层和阻挡层被去除,所述开口中的剩余钴层作为接触孔插塞;
其中,所述化学机械研磨工艺中的清洗操作和传送操作所采用的溶液均为弱碱性溶液;
所述化学机械研磨工艺的步骤包括:对所述钴层依次进行第一化学机械研磨操作、第二化学机械研磨操作和第三化学机械研磨操作;所述第一化学机械研磨操作和第二化学机械研磨操作所采用的研磨液的PH值为7至8,所述第三化学机械研磨操作所采用的研磨液的PH值为8至10;
所述第一化学机械研磨操作及第二化学机械研磨操作,用于去除部分厚度的所述钴层;所述第三化学机械研磨操作,用于去除部分厚度的钴层及阻挡层,使得剩余钴层的顶部与所述层间介质层顶部齐平。
2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第一化学机械研磨操作的参数包括:下压力为2psi至5psi,基座转速为40rpm至120rpm,所述研磨液的流速为100ml/min至400ml/min。
3.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第二化学机械研磨操作和所述第三化学机械研磨操作的参数包括:下压力为1psi至3psi,基座转速为30rpm至90rpm,所述研磨液的流速为100ml/min至400ml/min。
4.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述弱碱性溶液包括氨水、季铵溶液和有机胺溶液中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述研磨液还包括氧化剂,所述氧化剂的质量百分比含量为0%至1%。
6.如权利要求5所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述氧化剂的材料包括过氧化氢溶液、亚硫酸盐溶液、亚硝酸盐溶液和亚碘酸盐溶液中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述研磨液还包括研磨粒子,所述研磨粒子的质量百分比含量为1%至10%。
8.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述研磨液还包括钴的腐蚀抑制剂。
9.如权利要求8所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述腐蚀抑制剂的材料包括苯并三氮唑和异环酰胺中的一种或两种。
CN201710372700.7A 2017-05-24 2017-05-24 半导体结构及其形成方法 Active CN108962740B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710372700.7A CN108962740B (zh) 2017-05-24 2017-05-24 半导体结构及其形成方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710372700.7A CN108962740B (zh) 2017-05-24 2017-05-24 半导体结构及其形成方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108962740A CN108962740A (zh) 2018-12-07
CN108962740B true CN108962740B (zh) 2021-09-07

Family

ID=64493864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710372700.7A Active CN108962740B (zh) 2017-05-24 2017-05-24 半导体结构及其形成方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108962740B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101459040A (zh) * 2007-12-13 2009-06-17 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Cmp工艺中清除晶圆表面污染物粒子的方法
CN104802071A (zh) * 2014-01-24 2015-07-29 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 化学机械抛光方法
CN105295737A (zh) * 2014-07-25 2016-02-03 气体产品与化学公司 含钴衬底的化学机械抛光(cmp)
CN106118491A (zh) * 2016-07-11 2016-11-16 河北工业大学 一种用于铜布线阻挡层钴的碱性抛光液及其制备方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5316573A (en) * 1992-03-12 1994-05-31 International Business Machines Corporation Corrosion inhibition with CU-BTA
JP2002025965A (ja) * 2000-07-12 2002-01-25 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 半導体基板の洗浄液
JP2007266500A (ja) * 2006-03-29 2007-10-11 Toshiba Corp タッチアップcmp用スラリーおよび半導体装置の製造方法
US9691622B2 (en) * 2008-09-07 2017-06-27 Lam Research Corporation Pre-fill wafer cleaning formulation
SG10201408636XA (en) * 2009-12-23 2015-02-27 Lam Res Corp Post deposition wafer cleaning formulation
US9090854B2 (en) * 2011-10-25 2015-07-28 Lam Research Ag Method and apparatus for processing wafer-shaped articles
CN104449398B (zh) * 2014-11-25 2017-06-23 河北工业大学 一种适用于钴阻挡层的碱性化学机械抛光液
CN104830235B (zh) * 2015-04-29 2017-06-23 清华大学 用于钴阻挡层结构化学机械抛光的抛光液及其应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101459040A (zh) * 2007-12-13 2009-06-17 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Cmp工艺中清除晶圆表面污染物粒子的方法
CN104802071A (zh) * 2014-01-24 2015-07-29 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 化学机械抛光方法
CN105295737A (zh) * 2014-07-25 2016-02-03 气体产品与化学公司 含钴衬底的化学机械抛光(cmp)
CN106118491A (zh) * 2016-07-11 2016-11-16 河北工业大学 一种用于铜布线阻挡层钴的碱性抛光液及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108962740A (zh) 2018-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Oliver Chemical-mechanical planarization of semiconductor materials
EP2356192B1 (en) Barrier slurry for low-k dielectrics
US6887137B2 (en) Chemical mechanical polishing slurry and chemical mechanical polishing method using the same
US8314030B2 (en) Method for fabricating semiconductor device
US20010015345A1 (en) Planarized copper cleaning for reduced defects
KR102427996B1 (ko) 화학적 기계 연마 조성물 및 텅스텐의 연마 방법
KR101378259B1 (ko) 콜로이드성 실리카를 사용하는 산화규소 연마 방법
WO2004031455A2 (en) Method, composition and apparatus for tunable selectivity during chemical mechanical polishing of metallic structures
JP2003188254A (ja) 半導体装置の製造方法および半導体装置
KR101335946B1 (ko) 텅스텐 연마용 cmp 슬러리 조성물
TWI718655B (zh) 半導體結構及其製造方法
US20030022801A1 (en) Selective removal of tantalum-containing barrier layer during metal CMP title
US8120113B2 (en) Metal line in semiconductor device
Wang et al. An advanced alkaline slurry for barrier chemical mechanical planarization on patterned wafers
CN107109135A (zh) 用于抛光铜线的cmp浆料组合物及使用其的抛光方法
CN108962740B (zh) 半导体结构及其形成方法
CN108878363B (zh) 半导体结构及其形成方法
JP4679277B2 (ja) 半導体装置の製造方法
KR20120019242A (ko) 연마용 슬러리 및 이를 이용하는 반도체 장치의 제조 방법
US7501346B2 (en) Gallium and chromium ions for oxide rate enhancement
JP4984032B2 (ja) 化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法
CN111599677B (zh) 半导体结构及其形成方法
CN109935549B (zh) 金属互连线的形成方法
CN112309956A (zh) 半导体结构及其形成方法
Lee et al. Effect of slurry pH on the defects induced during the plug isolation chemical mechanical polishing

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant