CN109962015B - 用于改善铜线短路的制程工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铜金属线制程领域，具体涉及用于改善铜线短路的制程工艺，采用研磨液对第一氧化层进行第一次化学机械研磨，所述研磨液包括研磨粒子，所述研磨粒子具有胶体态，所述研磨粒子在所述研磨液中的磨料固态含量介于0.17～0.5％体积百分比；在第一次化学机械研磨后，以清洗液清洁所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面；进行第一次金属沉积，沉积第一金属层于所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面上，通过改变研磨液特性，变更清洁液种类来改善氧化层刮伤缺陷，以利金属层的平坦沉积。在更具体的实施例中，后续的钨金属化学机械研磨与铜金属化学机械研磨采用研磨液也能进一步修补前程的刮伤缺陷，有效改善铜金属线短路情况。
Description
技术领域
本发明属于铜金属线制程领域，具体涉及用于改善铜线短路的制程工艺。
背景技术
铜金属线制程是内存中常见的后段导线制程，长久以来在内存制造中扮演着不可或缺的角色，但是随着集成电路微影技术的发展，铜金属导线之间的宽度也越来越窄，刮伤缺陷所导致铜金属线短路的情况愈发严重，故须针对短路的情况做出改善，以避免局部或全面性的短路问题。
如图1及图2所示，现有的铜金属线制程中在各材料层形成后包括个别的氧化层化学机械研磨、钨金属化学机械研磨以及铜金属化学研磨。在铜金属线制程中常见的短路原因主要有：一、在例如氧化硅的氧化层化学机械研磨制程时会有微小刮伤凹槽，如图1所示第一缺陷11，该缺陷即使在钨金属化学机械研磨之后在氧化层表面仍会有钨金属残留在内，此缺陷在后段铜金属制程时会导致铜金属短路；主要原因在于现行的氧化物化学机械研磨所使用的研磨液其研磨粒子为气相硅(FumedSilica)，氧化层形状较易造成刮伤缺陷；二、在钨化学机械研磨制程时，会有微小刮伤形成，如图2所示第二缺陷12，该缺陷在铜金属化学机械研磨之后表面会有铜金属残留在内，此缺陷会导致铜金属短路。
降低缺陷数量的方法在中国专利CN100515671C涉及，其是在第一研磨站中研磨第一铜层与第二次化学机械研磨站中研磨一扩散阻障层之后，一第三研磨站中的一关键步骤为一第一氧化物研磨浆料与一第一去离子水冲洗的应用，以及其后的一第二氧化物研磨浆料与一第二去离子水冲洗。
现有技术的制程无法减少刮伤的形成也无法修复刮伤，使其对后续的加工工艺产生影响。
发明内容
本发明提供用于改善铜线短路的制程工艺，其能减小制程工艺中的刮伤度，有效改善铜金属短路情况。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为，一种用于改善铜线短路的制程工艺，包括，
采用研磨液对第一氧化层进行第一次化学机械研磨，所述研磨液包括研磨粒子，所述研磨粒子具有胶体态，所述研磨粒子在所述研磨液中的磨料固态含量介于0.17～0.5％体积百分比；在第一次化学机械研磨后，以清洗液清洁所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面；及，
进行第一次金属沉积，沉积第一金属层于所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面上。
作为本发明改进的技术方案，所述研磨粒子的材料包含二氧化铈。
作为本发明改进的技术方案，所述研磨液的酸碱值不大于5。
作为本发明改进的技术方案，在清洁所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面的步骤中同时侵蚀所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面的厚度在10～50埃。
作为本发明改进的技术方案，所述清洗液包含质量百分比不超过1％的氢氧化四甲基氨。
作为本发明改进的技术方案，所述清洗液中氢氧化四甲基氨的质量百分比介于0.01～0.1％。
作为本发明改进的技术方案，所述第一次化学机械研磨工序中，所述第一氧化层的磨除厚度量介于320～380埃。
作为本发明改进的技术方案，所述第一氧化层的材料包含氧化硅。
作为本发明改进的技术方案，所述制程工艺还包括：
在所述清洁工序后及所述第一次金属沉积工序前，形成多个栓塞孔于所述第一氧化层中；其中，在所述第一次金属沉积工序中，所述第一金属层更填入所述栓塞孔中；
在所述第一次金属沉积工序后，对所述第一金属层进行第二次化学机械研磨，以移除在所述第一氧化层上的所述第一金属层，使填入所述栓塞孔中的所述第一金属层形成为多个个别的金属栓塞并显露出所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面。
作为本发明改进的技术方案，所述第二次化学机械研磨工序中，更进一步移除所述第一氧化层，由所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面至所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面的磨除厚度量介于570～630埃。
作为本发明改进的技术方案，所述第二次化学机械研磨工序采用所述研磨液。
作为本发明改进的技术方案，所述第一金属层的材料包含钨。
作为本发明改进的技术方案，所述制程工艺还包括：
在所述第二次化学机械研磨工序后，沉积第二氧化层于所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面上；
图案化刻蚀所述第二氧化层，以形成线路凹槽，所述线路凹槽中显露所述金属栓塞的端面；
进行第二次金属沉积，沉积第二金属层于所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面上，所述第二金属层填入所述线路凹槽中；
对所述第二金属层进行第三次化学机械研磨，以移除在所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面上的所述第二金属层，使填入所述线路凹槽中的所述第二金属层形成为多个个别的金属线路。
作为本发明改进的技术方案，所述第二金属层的材料包含铜。
作为本发明改进的技术方案，所述第三次化学机械研磨工序采用所述研磨液。
一种用于改善铜线短路的制程工艺，所述制程工艺包括，
采用研磨液对第一氧化层进行第一次化学机械研磨，所述研磨液包括研磨粒子；在第一次化学机械研磨后，以清洗液清洁所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面；进行第一次金属沉积，沉积第一金属层于所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面上；
在所述第二次化学机械研磨工序后，沉积第二氧化层于所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面上；
图案化刻蚀所述第二氧化层，以形成线路凹槽，所述线路凹槽中显露所述金属栓塞的端面；
进行第二次金属沉积，沉积第二金属层于所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面上，所述第二金属层填入所述线路凹槽中；以及，
对所述第二金属层进行第三次化学机械研磨，以移除在所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面上的所述第二金属层，使填入所述线路凹槽中的所述第二金属层形成为多个个别的金属线路。
作为本发明改进的技术方案，所述第二金属层的材料包含铜。
作为本发明改进的技术方案，所述第一氧化层的材料包含氧化硅。
作为本发明改进的技术方案，在清洁所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面的步骤中同时侵蚀所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面的厚度在10～50埃。
作为本发明改进的技术方案，所述清洗液包含质量百分比不超过1％的氢氧化四甲基氨。
有益效果
本申请采用两种方式实现避免铜金属线短路，一种是减小刮伤的产生，具体的是通过改变研磨粒子特性、变更清洗液种类来改善氧化层刮伤缺陷；二是在后续工序中减少刮伤对其影响，具体的是增加氧化层移除量实现修补刮伤缺陷：在钨金属化学机械研磨与铜金属化学机械研磨中增加氧化层去除量实现修补前程的刮伤缺陷。
综上，本申请在不改变现有铜金属线制程的工艺路线前提下，有效提高了铜金属线的制程率，且其适用现有铜金属线制程工艺流程，实现在最小成本下实现提高铜金属线的制程率。
附图说明
图1：现有技术铜金属线制程产生第一缺陷的前序工艺流程图。
图2：现有技术铜金属线制程产生第二缺陷的前序工艺流程图。
图3：本申请中铜金属线制程的前序工艺流程图。
图4：本申请中铜金属线制程的后序工艺流程图。
图5：本申请中所用研磨液包含二氧化铈胶体的SEM图。
图6：现有技术所用研磨液包含气相二氧化硅SEM图。
图7：现有技术中清洁工序与本申请中清洁工序的对比图。
图8：现有技术中钨金属化学机械研磨与本申请中钨金属化学机械研磨的对比图。
图9：现有技术中铜金属化学机械研磨与本申请中铜金属化学机械研磨的对比图。
图中：CMP1、第一次化学机械研磨；CMP2、第二次化学机械研磨；CMP3、第三次化学机械研磨；1第一氧化层；3、第一金属层；4、线路隔离层；5、第二金属层；6、清洗液；7、清洗液；11、第一缺陷；12、第二缺陷。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请对由于刮伤造成的铜金属线短路的问题有所帮助，
具体为：
实施例一、针对第一次化学机械研磨制程时形成的微小刮伤，该缺陷在第二次化学机械研磨之后表面会有钨金属残留，此缺陷在后段铜金属制程会导致第二金属层5金属短路。
本申请能采用的技术手段是：
A、减小第一次化学机械研磨时产生的刮伤
现行的第一次化学机械研磨所使用的研磨液其研磨粒子为如图6所示的气相硅(FumedSilica)，其形状较易造成刮伤缺陷。本申请替换的研磨液研磨粒子为胶体，在本申请的技术方案中研磨粒子较为圆润，不易成为刮伤缺陷的来源；研磨液可稀释浓度比现行的多，研磨粒子总数量将比现行的少，成为刮伤缺陷来源的因子将更少。
具体的是，如图3所示，采用研磨液对第一氧化层1进行第一次化学机械研磨，所述第一次化学机械研磨工序中，所述第一氧化层1的磨除厚度量介于320～380埃；所述第一氧化层1具体可以包括氧化硅所述研磨液包括研磨粒子，所述研磨粒子具有胶体态(Colloidal)；所谓的「胶体态」表示研磨粒子的表面为圆润,不具有尖锐边角，以消除刮伤来源。所述研磨粒子在所述研磨液中的磨料固态含量介于0.17～0.5％体积百分比；优选地，所述研磨粒子的材料可以可以包含二氧化铈(如图5所示)；所述研磨液的酸碱值不大于5。
B、减小第一次化学机械研磨时产生的刮伤与减少第一次化学机械研磨所使用的清洗液对第一氧化层的侵蚀相结合
为了保证第一次化学机械研磨的平坦，还包括清洁工序，具体可为：在第一次化学机械研磨后，以清洗液清洁所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面；
现有技术中清洁工序采用的清洗液6含有氢氟酸，该酸特性会对第一氧化物侵蚀，发生的反应是SiO2+4HF＝SiF4↑+2H2O或SiO2+6HF＝H2SiF6+2H2O。其一是会加大第一氧化层的刮伤，二是引起蚀坑，降低第一氧化层的平坦度，使得铜金属线短路。
且现有技术中清洁工序中清洗液6的清洗时间为10秒，流量为每分1200毫升。而在清洁过程中清洗液6平均每秒会侵蚀氧化层3A。
实际检测以氢氟酸为清洗液的清洗工序，得出如下数据：清洗液6平均每秒会侵蚀第一氧化层3A，其侵蚀速度较快，而且无法控制，进而使得清洁工序中对第一氧化层的品质不可控。若第一次化学机械研磨产生刮伤缺陷，清洗液6与该缺陷处的第一氧化层发生反应，那么该缺陷会被放大，进而更加影响后段铜金属线短路。
为了避免第一次化学机械研磨产生刮伤缺陷所影响后段铜金属线短路的情况发生，本申请中变更清洗液的种类，进而减少影响后段铜金属线短路。
本申请中，在清洁所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面的步骤中同时侵蚀所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面的厚度在10～50埃；
所述清洗液7具体可以包含质量百分比不超过1％的氢氧化四甲基氨，优选地，所述清洗液7中氢氧化四甲基氨的质量百分比介于0.01～0.1％；控制清洗液7的成分实现减少氧化层化学机械研磨所使用的清洗液7对氧化层的侵蚀。
为了促使清洗液能够发挥最佳效果，本申请中控制清洁工序中清洗液7的流量为1200mL/min，清洁时间为10s，进而控制侵蚀所述第一氧化层的量为上下30A、左右60A。
本申请的清洗液7可减少氢氟酸所造成的刮伤放大率，具体的该变更可减少100％的刮伤放大率，清洁工序中约略上下30A，左右60A的第一氧化层被侵蚀(如图7所示)，进而减少段铜金属线短路失败率。
对所述第一氧化层清洁后，进行第一次金属沉积，沉积第一金属层3于所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面上。
作为本发明改进的技术方案，所述第一金属层3的材料具体可以包含钨。
实施例二、在第二次化学机械研磨制程形成的刮伤造成铜金属线短路
A、第二次化学机械研磨刮伤的第一氧化层
如图8所示，在所述清洁工序后及所述第一次金属沉积工序前，形成多个栓塞孔于所述第一氧化层中；其中，在所述第一次金属沉积工序中，所述第一金属层更填入所述栓塞孔中；
在所述第一次金属沉积工序后，如图4所示，对所述第一金属层进行第二次化学机械研磨，以移除在所述第一氧化层上的所述第一金属层，使填入所述栓塞孔中的所述第一金属层形成为多个个别的金属栓塞并显露出所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面。本实施例中涉及的金属栓塞包括线路隔离层4，所述线路隔离层4的具体材料可为钽。
作为本发明改进的技术方案，所述第二次化学机械研磨工序中，更进一步移除所述第一氧化层，由所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面至所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面的磨除厚度量介于570～630埃；现有技术第二次化学机械研磨中第一层氧化层的移除量为300埃，但如果第一层氧化层有刮伤，该移除量并不能保证后续铜金属线不会发生短路；本申请中增加的第一氧化层移除量将可对前程第一次化学机械研磨所造成的刮伤缺陷进行修补作用，进而减少后段铜金属线短路失败率。
而本申请增加第一层氧化物移除量的基本要求是，其在保证产品质量的前提下，通过增加第一氧化层移除量的方式减小第一氧化层的刮伤，实现对前程第一次化学机械研磨所造成的刮伤缺陷进行修补，避免第一金属层3金属在刮伤处的累积。
B、第三次化学机械研磨修复刮伤的氧化层
如图9所示，在所述第二次化学机械研磨工序后，沉积第二氧化层于所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面上；
图案化刻蚀所述第二氧化层，以形成线路凹槽，所述线路凹槽中显露所述金属栓塞的端面；
进行第二次金属沉积，沉积第二金属层于所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面上，所述第二金属层填入所述线路凹槽中；
对所述第二金属层进行第三次化学机械研磨CMP3，以移除在所述第一氧化层的第二次化学机械研磨CMP2后表面上的所述第二金属层，使填入所述线路凹槽中的所述第二金属层形成为多个个别的金属线路。
作为本发明改进的技术方案，所述第二金属层5的材料可以包含铜。
作为本发明改进的技术方案，所述第一氧化层1的材料可以包含氧化硅1。
在具体实施时，根据实际铜金属线短路率，适应性选择更换第一次化学机械研磨中的研磨粒子、改变清洁工序、增加第二次化学机械研磨时第一氧化层的移除量的一种，或任意多种，其最终目的是保证铜金属线不发生短路。
如用于改善铜线短路的制程工艺，所述制程工艺包括，
采用研磨液对第一氧化层进行第一次化学机械研磨，所述研磨液包括研磨粒子；在第一次化学机械研磨后，以清洗液清洁所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面；及，
进行第一次金属沉积，沉积第一金属层于所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面上；
在所述第二次化学机械研磨工序后，沉积第二氧化层于所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面上；
图案化刻蚀所述第二氧化层，以形成线路凹槽，所述线路凹槽中显露所述金属栓塞的端面；
进行第二次金属沉积，沉积第二金属层于所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面上，所述第二金属层填入所述线路凹槽中；
对所述第二金属层进行第三次化学机械研磨，以移除在所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面上的所述第二金属层，使填入所述线路凹槽中的所述第二金属层形成为多个个别的金属线路。
作为本发明改进的技术方案，所述第二金属层的材料包含铜。
作为本发明改进的技术方案，所述第一氧化层的材料包含氧化硅。
作为本发明改进的技术方案，在清洁所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面的步骤中同时侵蚀所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面的厚度在10～50埃。
作为本发明改进的技术方案，所述清洗液包含质量百分比不超过1％的氢氧化四甲基氨。
综合后段化学机械研磨重要制程之改善，其将共同改善后段刮伤缺陷所造成的铜金属导线短路情况。以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (16)
1.一种用于改善铜线短路的制程工艺，其特征在于，包括，
采用研磨液对第一氧化层进行第一次化学机械研磨，所述研磨液的酸碱值不大于5，所述研磨液包括研磨粒子，所述研磨粒子具有胶体态，所述胶体态表示所述研磨粒子的表面为圆润，不具有尖锐边角，以消除刮伤来源；所述研磨粒子在所述研磨液中的磨料固态含量介于0.17～0.5％体积百分比，以减少刮伤缺陷来源的因子；在第一次化学机械研磨后，以清洗液清洁所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面，所述清洗液包含质量百分比介于0.01～0.1％的氢氧化四甲基氨，通过控制清洗液的成分实现减少第一氧化层化学机械研磨所使用的清洗液对第一氧化层的侵蚀；及，进行第一次金属沉积，沉积第一金属层于所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面上。
2.根据权利要求1所述的用于改善铜线短路的制程工艺，其特征在于，所述研磨粒子的材料包含二氧化铈。
3.根据权利要求1所述的用于改善铜线短路的制程工艺，其特征在于，在清洁所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面的步骤中同时侵蚀所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面的厚度在10～50埃。
4.根据权利要求1所述的用于改善铜线短路的制程工艺，其特征在于，所述第一次化学机械研磨工序中，所述第一氧化层的磨除厚度量介于320～380埃。
5.根据权利要求1所述的用于改善铜线短路的制程工艺，其特征在于，所述第一氧化层的材料包含氧化硅。
6.根据权利要求1至5任一项所述的用于改善铜线短路的制程工艺，其特征在于，所述制程工艺还包括：
在所述清洁工序后及所述第一次金属沉积工序前，形成多个栓塞孔于所述第一氧化层中；其中，在所述第一次金属沉积工序中，所述第一金属层更填入所述栓塞孔中；
在所述第一次金属沉积工序后，对所述第一金属层进行第二次化学机械研磨，以移除在所述第一氧化层上的所述第一金属层，使填入所述栓塞孔中的所述第一金属层形成为多个个别的金属栓塞并显露出所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面。
7.根据权利要求6所述的用于改善铜线短路的制程工艺，其特征在于，所述第二次化学机械研磨工序中，更进一步移除所述第一氧化层，由所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面至所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面的磨除厚度量介于570～630埃。
8.根据权利要求7所述的用于改善铜线短路的制程工艺，其特征在于，所述第二次化学机械研磨工序采用所述研磨液。
9.根据权利要求6所述的用于改善铜线短路的制程工艺，其特征在于，所述第一金属层的材料包含钨。
10.根据权利要求6所述的用于改善铜线短路的制程工艺，其特征在于，所述制程工艺还包括：
在所述第二次化学机械研磨工序后，沉积第二氧化层于所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面上；
图案化刻蚀所述第二氧化层，以形成线路凹槽，所述线路凹槽中显露所述金属栓塞的端面；
进行第二次金属沉积，沉积第二金属层于所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面上，所述第二金属层填入所述线路凹槽中；
对所述第二金属层进行第三次化学机械研磨，以移除在所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面上的所述第二金属层，使填入所述线路凹槽中的所述第二金属层形成为多个个别的金属线路。
11.根据权利要求10所述的用于改善铜线短路的制程工艺，其特征在于，所述第二金属层的材料包含铜。
12.根据权利要求10所述的用于改善铜线短路的制程工艺，其特征在于，所述第三次化学机械研磨工序采用所述研磨液。
13.一种用于改善铜线短路的制程工艺，其特征在于，所述制程工艺包括，采用研磨液对第一氧化层进行第一次化学机械研磨，所述研磨液的酸碱值不大于5，所述研磨液包括研磨粒子，所述研磨粒子具有胶体态，所述胶体态表示所述研磨粒子的表面为圆润，不具有尖锐边角，以消除刮伤来源；所述研磨粒子在所述研磨液中的磨料固态含量介于0.17～0.5％体积百分比，以减少刮伤缺陷来源的因子；在第一次化学机械研磨后，以清洗液清洁所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面，所述清洗液包含质量百分比介于0.01～0.1％的氢氧化四甲基氨，通过控制清洗液的成分实现减少第一氧化层化学机械研磨所使用的清洗液对第一氧化层的侵蚀；形成多个栓塞孔于所述第一氧化层中；进行第一次金属沉积，沉积第一金属层于所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面上，所述第一金属层填入所述栓塞孔中；
对所述第一金属层进行第二次化学机械研磨，以移除在所述第一氧化层上的所述第一金属层，使填入所述栓塞孔中的所述第一金属层形成为多个金属栓塞并显露出所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面，所述第二次化学机械研磨工序中，进一步移除所述第一氧化层；
在所述第二次化学机械研磨工序后，沉积第二氧化层于所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面上；
图案化刻蚀所述第二氧化层，以形成线路凹槽，所述线路凹槽中显露所述金属栓塞的端面；
进行第二次金属沉积，沉积第二金属层于所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面上，所述第二金属层填入所述线路凹槽中；以及，对所述第二金属层进行第三次化学机械研磨，以移除在所述第一氧化层的第二次化学机械研磨后表面上的所述第二金属层，使填入所述线路凹槽中的所述第二金属层形成为多个个别的金属线路。
14.根据权利要求13所述的用于改善铜线短路的制程工艺，其特征在于，所述第二金属层的材料包含铜。
15.根据权利要求13所述的用于改善铜线短路的制程工艺，其特征在于，所述第一氧化层的材料包含氧化硅。
16.根据权利要求13-15任一所述的用于改善铜线短路的制程工艺，其特征在于，在清洁所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面的步骤中同时侵蚀所述第一氧化层的第一次化学机械研磨后表面的厚度在10～50埃。
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