专利名称：改善绝缘介电层缺陷及形成双镶嵌结构的方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的制作方法，尤其涉及在铜互连工艺中改善绝缘 介电层缺陷及形成双镶嵌结构的方法。
背景技术：
近年来，随着半导体集成电路制造技术的发展，集成电路中所含器件的 数量不断增加，器件的尺寸也因集成度的提升而不断地缩小，线的宽度也越 来越窄，因此对于良好线路连接的需求也越来越大。
半导体技术向小线宽技术节点迈进的同时，后段的互连技术选用铜和低
介电常数(Low k)材料作为减小0.13pm及其以下技术节点的互连电阻电容 (RC)延迟的关键解决方法，由于铜具有易扩散、难刻蚀等特点，引入了双 镶嵌工艺(Dual Damascene )。因此，相应的开发与双镶嵌工艺兼容的介质材 料，如绝缘介电层材料就成为迫切需要。
现有铜互连双镶嵌工艺 一般用低介电常数的氟硅玻璃(FSG)作为绝缘介 电层材料。如图1所示，首先，在半导体衬底100上形成金属互连层102,金属 互连层102的材料为铜；在金属互连层102上形成蚀刻停止层104,材料为氮化 硅；接着，用物理气相沉积或化学气相沉积法在蚀刻停止层104上形成绝缘介 电层106,所述绝缘介电层106的材料为氟硅玻璃等低介电常数材料；在绝缘 介电层106形成防反射层108,所述防反射层108的材料为氮氧化硅等；用旋涂 法在防反射层108上形成第一光阻层110,经过曝光显影工艺，在第一光阻层 llO上形成接触孔图案lll。
如图2所示，将第一光阻层110作为蚀刻掩^f莫，沿接触孔图案lll蚀刻防反
射层108和绝缘介电层106至露出蚀刻停止层104，形成接触孔112;灰化法去 除第一光阻层110及防反射层108。
如图3所示，在绝缘介电层106上沉积牺牲层114，并将牺牲层114填满接 触孔112;使牺牲层114表面变平坦之后，用旋涂法在牺牲层114上形成第二光 阻层116，经过曝光显影工艺，在第二光阻层116上形成沟槽图案117。
如图4所示，将第二光阻层116作为蚀刻掩才莫，沿沟槽图案117蚀刻牺牲层 114和绝缘介电层106,形成沟槽118,与接触孔112连通；用有#几剥离液去除 第二光阻层116和牺牲层114。
如图5所示，然后，在沟槽118与接触孔112内填充满导电物质，形成双镶 嵌导电插塞120，通过蚀刻停止层104与金属互连层102导通。
在如下中国专利02106882.8还可以发现更多与上述技术方案相关的信息， 在铜互连双镶嵌工艺一般用低介电常数的氟硅玻璃(FSG)作为绝缘介电层材料。
在现有铜互连双镶嵌工艺的制作绝缘介电层过程中，由于人为或机台失 控原因会造成绝缘介电层表面产生缺陷，即绝缘介电层表面产生颗粒或绝缘 介电层厚度超出客户给定的目标值范围，进而导致晶圓报废的后果。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种改善绝缘介电层缺陷及形成双镶嵌结构的 方法，减少绝缘介电层表面产生缺陷而造成晶圆报废。
为解决上述问题，本发明提供一种改善绝缘介电层缺陷的方法，包括下 列步骤提供带有缺陷的第一绝缘介电层的半导体衬底；通过去除部分厚度 或全部厚度的第一绝缘介电层去除缺陷，使第一绝缘介电层的剩余厚度小于
目标厚度；研磨第一绝缘介电层；沉积第二绝缘介电层，使第二绝缘介电层 与研磨后的第一绝缘介电层的厚度之和达到目标厚度。
可选的，去除第一绝缘介电层的缺陷的方法为过蚀刻。所述过蚀刻包括 在控片上沉积一层控片绝缘介电层，材料与第一绝缘介电层一致；对控片绝 缘介电层进行蚀刻至露出控片；将控片绝缘介电层的厚度除以蚀刻时间，得 出蚀刻速率；釆用相同蚀刻方法蚀刻第一绝缘介电层，其中，蚀刻第一绝缘 介电层时间大于第一绝缘介电层初始厚度与目标厚度的厚度差除以蚀刻速 率，小于等于第一绝缘介电层初始厚度除以蚀刻速率。所述过蚀刻是干法蚀 刻法。
可选的，所述研磨第一绝缘介电层的方法为化学机械研磨法。沉积第二 绝缘介电层的方法为化学气相沉积或物理气相沉积。
可选的，所述第一绝缘介电层和第二绝缘介电层的材料为氟硅玻璃。 本发明提供一种形成双镶嵌结构的方法，包括下列步骤在半导体衬底 上依次形成金属互连层、蚀刻停止层和第一绝缘介电层，所述第一绝缘介电 层带有缺陷；通过去除部分厚度或全部厚度的第一绝缘介电层去除缺陷，使 第一绝缘介电层的剩余厚度小于目标厚度；研磨第一绝缘介电层；沉积第二 绝缘介电层，使第二绝缘介电层与研磨后的第 一绝缘介电层的厚度之和达到 目标厚度；在第一绝缘介电层和第二绝缘介电层中形成接触孔和沟槽，所述 接触孔与蚀刻停止层连通，沟槽与接触孔连通；在沟槽与接触孔内填充满导 电物质。
可选的，去除第一绝缘介电层的缺陷的方法为过蚀刻。所述过蚀刻包括 在控片上沉积一层控片绝缘介电层，材料与第一绝缘介电层一致；对控片绝 缘介电层进行蚀刻至露出控片；将控片绝缘介电层的厚度除以蚀刻时间，得 出蚀刻速率；采用相同蚀刻方法蚀刻第一绝缘介电层，其中，蚀刻第一绝缘 介电层时间大于第一绝缘介电层初始厚度与目标厚度的厚度差除以蚀刻速 率，小于等于第一绝缘介电层初始厚度除以蚀刻速率。所述过蚀刻是干法蚀 刻法。
可选的，所述研磨第一绝缘介电层的方法为化学机械研磨法。沉积第二 绝缘介电层的方法为化学气相沉积或物理气相沉积。
可选的，所述第 一绝缘介电层和第二绝缘介电层的材料为氟硅玻璃。
与现有技术相比，以上方案具有以下优点去除第一绝缘介电层的缺陷， 第一绝缘介电层的厚度大于等于零小于目标厚度；研磨第一绝缘介电层；沉 积第二绝缘介电层，与研磨后的第一绝缘介电层组合达到目标厚度。使最终 形成的绝缘介电层表面平整度好且表面缺陷少，厚度保证在目标厚度范围内， 使晶圆的成品率提高。
图1至图5是现有形成铜互连双镶嵌结构工艺的示意图； 图6是本发明改善绝缘介电层缺陷工艺的实施方式流程图； 图7是本发明形成双镶嵌结构工艺的实施方式流程图； 图8至图ll是本发明改善绝缘介电层缺陷工艺的第一实施方式示意图； 图12至图14是本发明改善绝缘介电层缺陷工艺的第二实施方式示意图； 图15至图20本发明形成双镶嵌结构工艺的实施方式示意图。
具体实施例方式
本发明去除第一绝缘介电层的缺陷，第一绝缘介电层的厚度大于等于零
小于目标厚度；研磨第一绝缘介电层；沉积第二绝缘介电层，与研磨后的第
一绝缘介电层组合达到目标厚度。使最终形成的绝缘介电层表面平整度好且 表面缺陷少，厚度保证在目标厚度范围内，使晶圓的成品率提高。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。
图6是本发明改善绝缘介电层缺陷工艺的实施方式流程图。如图6所示， 执行步骤S101,提供带有缺陷的第一绝缘介电层的半导体衬底；执行步骤S102，通过去除部分厚度或全部厚度的第一绝缘介电层去除缺陷，使第一绝 缘介电层的剩余厚度小于目标厚度；执行步骤S103，研磨第一绝缘介电层； 执行步骤S104，沉积第二绝缘介电层，使第二绝缘介电层与研磨后的第一绝 缘介电层的厚度之和达到目标厚度。
图7是本发明形成双镶嵌结构工艺的实施方式流程图。如图7所示，执 行步骤S201,在半导体衬底上依次形成金属互连层、蚀刻停止层和第一绝缘 介电层，所述第一绝缘介电层带有缺陷；执行步骤S202,通过去除部分厚度 或全部厚度的第一绝缘介电层去除缺陷，使第一绝缘介电层的剩余厚度小于 目标厚度；执行步骤S203，研磨第一绝缘介电层；执行步骤S204，沉积第二 绝缘介电层，使第二绝缘介电层与研磨后的第 一绝缘介电层的厚度之和达到 目标厚度；执行步骤S205,在第一绝缘介电层和第二绝缘介电层中形成接触 孔和沟槽，所述接触孔与蚀刻停止层连通，沟槽与接触孔连通；执行步骤S206, 在沟槽与接触孔内填充满导电物质。
图8至图ll是本发明改善绝缘介电层缺陷工艺的第一实施方法示意图。 如图8所示，用化学气相沉积法或物理气相沉积法在半导体衬底200上形成 金属互连层202，金属互连层202的材料为铜或铝等；用化学气相沉积法在金 属互连层202上形成蚀刻停止层204，材料为氮化硅；接着，用物理气相沉积 或化学气相沉积法在蚀刻停止层204上形成第一绝缘介电层206,所述第一绝 缘介电层206的材料为氟硅玻璃等低介电常数材料，第一绝缘介电层206的 实际厚度H超过目标厚度h;用测厚仪测量第 一绝缘介电层206的实际厚度H， 将第一绝缘介电层206的实际厚度H减去第一绝缘介电层的目标厚度h，得 到第 一绝缘介电层206的多余厚度H-h。
如图9所示，用干法蚀刻法对第一绝缘介电层206进行蚀刻至目标厚度 范围内。
本实施例中，干法蚀刻第一绝缘介电层206的步骤包括在控片上沉积一层控片绝缘介电层，材料与半导体衬底200上的第一绝缘介电层206 —致。 然后，将带有控片绝缘介电层的控片放入蚀刻机台内，用干法蚀刻法对控片 绝缘介电层进行蚀刻至露出控片，将控片绝缘介电层的厚度除以蚀刻时间， 得出蚀刻机台的蚀刻速率。接着，将控片从蚀刻机台中取出，将带有第一绝 缘介电层206的半导体衬底200放入蚀刻机台内，将第一绝缘介电层206的 多余厚度H-h除以蚀刻机台的蚀刻速率，得出蚀刻第一绝缘介电层206的多 余厚度H-h所需蚀刻时间，在蚀刻时间内对第一绝缘介电层206进行蚀刻至 目标厚度h。
干法蚀刻采用的气体为氧气。
如图10所示，对第一绝缘介电层206进行过蚀刻，为后续沉积第二绝缘 介电层作准备，使第二绝缘介电层的表面缺陷少；然后，再对第一绝缘介电 层206进行化学机械研磨，使第一绝缘介电层206边缘与中间厚度一致，平 整度好。对第一绝缘介电层206进行过蚀刻及化学机械研磨后，第一绝缘介 电层206的厚度大于等于零小于目标厚度h。
本实施例中，过蚀刻的方法为干法蚀刻法，所用气体是氧气。
所述过蚀刻第一绝缘介电层206与图9所述用干法蚀刻法对第一绝缘介 电层206进行蚀刻在同一机台中进行，同属一个工艺步骤。
如图11所示，用化学气相沉积或物理气相沉积方法在第一绝缘介电层206 上沉积第二绝缘介电层207，使第一绝缘介电层206与第二绝缘介电层207的 共同厚度达到目标厚度h。
所述第一绝缘介电层206与第二绝缘介电层207的材料一样，本实施例 中为氟硅玻璃等低介电常数材料。
图12至图14是本发明改善绝缘介电层缺陷工艺的第二实施方式示意图。
金属互连层302，金属互连层302的材料为铜；用化学气相沉积法在金属互连
层302上形成蚀刻停止层304，材料为氮化硅；接着，用物理气相沉积或化学 气相沉积法在蚀刻停止层304上形成目标厚度的第一绝缘介电层306,所述第 一绝缘介电层306的材料为氟硅玻璃等低介电常数材料，所述第一绝缘介电 层306上带有缺陷颗粒307。
如图13所示，用干法蚀刻法对第一绝缘介电层306进行蚀刻，去除第一 绝缘介电层306上的缺陷颗粒307;对第一绝缘介电层306进行过蚀刻，为后 续沉积第二绝缘介电层作准备，使第二绝缘介电层的表面缺陷少；然后，再 对第一绝缘介电层306进行化学机械研磨，使第一绝缘介电层306边缘与中 间厚度一致，平整度好。对第一绝缘介电层306进行蚀刻、过蚀刻及化学机 械研磨后，第一绝缘介电层306的厚度大于等于零小于目标厚度h。
所述过蚀刻第一绝缘介电层306与所述用干法蚀刻法对第一绝缘介电层 306进行蚀刻在同一机台中进行，同属一个工艺步骤。
如图14所示，用化学气相沉积或物理气相沉积方法在第一绝缘介电层306 上沉积第二绝缘介电层308，使第一绝缘介电层306与第二绝缘介电层308的 共同厚度达到目标厚度h。
图15至图20本发明形成双镶嵌结构的实施例示意图。首先如图15所示， 用化学气相沉积法或物理气相沉积法在半导体衬底400上形成的金属互连层 402,金属互连层402的材料为铜；用化学气相沉积法在金属互连层402上形 成蚀刻停止层404,材料为氮化硅；接着，用物理气相沉积或化学气相沉积法 在蚀刻停止层404上形成第一绝缘介电层406,所述第一绝缘介电层406的材 料为氟硅玻璃等低介电常数材料。
其中，如果第一绝缘介电层406的实际厚度比目标厚度厚，先用干法蚀 刻法对第 一绝缘介电层406进行蚀刻至目标厚度范围内；然后，对第 一绝缘 介电层406进行过蚀刻，为后续沉积第二绝缘介电层作准备，使第二绝缘介 电层的表面缺陷少；然后，再对第一绝缘介电层406进行化学机械研磨，使
第一绝缘介电层406边缘与中间厚度一致，平整度好。对第一绝缘介电层406 进行过蚀刻及化学机械研磨后，第一绝缘介电层406的厚度小于目标厚度； 用化学气相沉积或物理气相沉积方法在第一绝缘介电层406上沉积第二绝缘 介电层408,使第一绝缘介电层406与第二绝缘介电层408的共同厚度达到目 标厚度h。
如果第一绝缘介电层406的实际厚度等于目标厚度，但是第一绝缘介电 层406上带有缺陷颗粒；先用干法蚀刻法对第一绝缘介电层406进行蚀刻， 去除缺陷颗粒；对第一绝缘介电层406进行过蚀刻，为后续沉积第二绝缘介 电层作准备，使第二绝缘介电层的表面缺陷少；然后，再对第一绝缘介电层 406进行化学机械研磨，使第一绝缘介电层406边缘与中间厚度一致，平整度 好；对第一绝缘介电层406进行蚀刻、过蚀刻及化学机械研磨后，第一绝缘 介电层406的厚度大于等于零小于目标厚度；用化学气相沉积或物理气相沉 积方法在第一绝缘介电层406上沉积第二绝缘介电层408,使第一绝缘介电层 406与第二绝缘介电层408的共同厚度达到目标厚度h。
如图16所示，用化学气相沉积法或物理气相沉积法在第二绝缘介电层408 形成防反射层409,所述防反射层409的材料氮氧化硅等；用旋涂法在防反射 层409上形成第一光阻层410，经过曝光显影工艺，在第一光阻层410上形成 接触孔图案411。
如图17所示，将第一光阻层410作为蚀刻掩模，沿接触孔图案411用干法 蚀刻法蚀刻方法蚀刻防反射层409、第二绝缘介电层408和第一绝缘介电层406 至露出蚀刻停止层404,形成接触孔412;灰化法去除第一光阻层410及防反射 层409。
如图18所示，在第二绝缘介电层408上沉积牺牲层414，并将牺牲层414填 满接触孔412,所述牺牲层414的材料为底部防反射涂层材料；使牺牲层414表 面变平坦之后，用4t涂法在牺牲层414上形成第二光阻层416,经过曝光显影工艺，在第二光阻层416上形成沟槽图案417。
如图19所示，将第二光阻层416作为蚀刻掩^t,沿沟槽图案417用干法蚀 刻法蚀刻方法蚀刻牺牲层414、第二绝缘介电层408和第一绝缘介电层406，形 成沟槽418，与接触孔412连通；用有机剥离液去除第二光阻层416和牺牲层 414。
所述有机剥离液可以是CLK888等。
如图20所示，然后，在沟槽418与接触孔412内填充满导电物质，形成双 镶嵌导电插塞420,通过蚀刻停止层404与金属互连层402导通。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何 本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和 修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种改善绝缘介电层缺陷的方法，其特征在于，包括下列步骤提供带有缺陷的第一绝缘介电层的半导体衬底；通过去除部分厚度或全部厚度的第一绝缘介电层去除缺陷，使第一绝缘介电层的剩余厚度小于目标厚度；研磨第一绝缘介电层；沉积第二绝缘介电层，使第二绝缘介电层与研磨后的第一绝缘介电层的厚度之和达到目标厚度。
2. 根据权利要求1所述改善绝缘介电层缺陷的方法，其特征在于去除第一 绝缘介电层的缺陷的方法为过蚀刻。
3. 根据权利要求2所述改善绝缘介电层缺陷的方法，其特征在于所述过蚀 刻包括在控片上沉积一层控片绝缘介电层，材料与第一绝缘介电层一致； 对控片绝缘介电层进行蚀刻至露出控片； 将控片绝缘介电层的厚度除以蚀刻时间，得出蚀刻速率； 采用相同蚀刻方法蚀刻第一绝缘介电层，其中，蚀刻第一绝缘介电层时间大于第一绝缘介电层初始厚度与目标厚度的厚度差除以蚀刻速率，小于等于第一绝缘介电层初始厚度除以蚀刻速率。
4. 根据权利要求3所述改善绝缘介电层缺陷的方法，其特征在于所述过蚀 刻是干法蚀刻法。
5. 根据权利要求2所述改善绝缘介电层缺陷的方法，其特征在于所述研磨 第 一 绝缘介电层的方法为化学机械研磨法。
6. 根据权利要求5所述改善绝缘介电层缺陷的方法，其特征在于沉积第二 绝缘介电层的方法为化学气相沉积或物理气相沉积。
7. 根据权利要求1至6任一项所述改善绝缘介电层缺陷的方法，其特征在于 所述第一绝缘介电层和第二绝缘介电层的材料为氟硅玻璃。
8. —种形成双镶嵌结构的方法，其特征在于，包括下列步骤 在半导体村底上依次形成金属互连层、蚀刻停止层和第一绝缘介电层，所述第一绝缘介电层带有缺陷；通过去除部分厚度或全部厚度的第一绝缘介电层去除缺陷，使第一绝缘介电层的剩余厚度小于目标厚度；研磨第一绝缘介电层；沉积第二绝缘介电层，使第二绝缘介电层与研磨后的第一绝缘介电层的厚 度之和达到目标厚度。在第一绝缘介电层和第二绝缘介电层中形成接触孔和沟槽，所述接触孔与 蚀刻停止层连通，沟槽与接触孔连通； 在沟槽与接触孔内填充满导电物质。
9. 根据权利要求8所述形成双镶嵌结构的方法，其特征在于去除第一绝缘 介电层的缺陷的方法为过蚀刻。
10. 根据权利要求9所述形成双镶嵌结构的方法，其特征在于所述过蚀刻包 括在控片上沉积一层控片绝缘介电层，材料与第一绝缘介电层一致；对控片绝缘介电层进行蚀刻至露出控片；将控片绝缘介电层的厚度除以蚀刻时间，得出蚀刻速率；采用相同蚀刻方法蚀刻第一绝缘介电层，其中，蚀刻第一绝缘介电层时间大于第一绝缘介电层初始厚度与目标厚度的厚度差除以蚀刻速率，小于等于第一绝缘介电层初始厚度除以蚀刻速率。
11. 根据权利要求IO所述形成双镶嵌结构的方法，其特征在于所述过蚀刻是 干法蚀刻法。
12. 根据权利要求9所述形成双镶嵌结构的方法，其特征在于所述研磨第一绝缘介电层的方法为化学机械研磨法。
13. 根据权利要求12所述形成双镶嵌结构的方法，其特征在于沉积第二绝缘 介电层的方法为化学气相沉积或物理气相沉积。
14. 根据权利要求8至13任一项所述形成双镶嵌结构的方法，其特征在于所 述第一缘介电层和第二绝缘介电层的材料为氟硅玻璃。
全文摘要
一种改善绝缘介电层缺陷的方法，包括下列步骤提供带有缺陷的第一绝缘介电层的半导体衬底；通过去除部分厚度或全部厚度的第一绝缘介电层去除缺陷，使第一绝缘介电层的剩余厚度小于目标厚度；研磨第一绝缘介电层；沉积第二绝缘介电层，使第二绝缘介电层与研磨后的第一绝缘介电层的厚度之和达到目标厚度。本发明还提供一种形成双镶嵌结构的方法。使最终形成的绝缘介电层表面平整度好且表面缺陷少，厚度保证是目标厚度，使晶圆的成品率提高。
文档编号H01L21/768GK101369535SQ20071004501
公开日2009年2月18日 申请日期2007年8月17日 优先权日2007年8月17日
发明者张文锋, 亮 徐, 曹涯路, 李芬芳, 阙凤森 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司