专利名称：层间介质层的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制程中化学机械抛光领域，尤其涉及化学机械抛光层间
介质层(Iner-LayerDielectric:以下简称ILD)的制作方法。
背景技术：
目前，半导体器件的集成度不断增大，因此其制作工艺也日趋复杂。根据 半导体芯片的类型功能的不同，会引起制作的半导体芯片的器件或布线层数有 所区别。半导体芯片通常包括位于半导体衬底上以及半导体衬底内的器件层、 位于器件层之上的层间介质层以及位于层间介质层内用于连接器件层内的有源 器件和无源器件的布线结构。层间介质层通常由绝缘材料构成，可避免有源器 件或者无源器件以及构成布线结构的连线之间发生短;洛。
传统层间介质层均是采用单一绝缘材料制作。在器件层上制作完层间介质 层之后，需采用化学机械抛光工艺对层间介质层表面进行抛光实现层间介质层 表面的平坦化。传统层间介质层的制作方法请参见
图1，首先在器件层l上制作 厚度为H0的层间介质层2，随后对层间介质层2进行化学机械抛光，抛光完成 之后，层间介质层2的厚度由原H0下降至H1。抛光去除的层间介质层2的厚 度依据抛光速率的不同，通过抛光时间来控制。
如上所述，化学机械抛光去除的层间介质层的厚度主要是通过化学机械抛 光的时间来控制，然而化学机械抛光装置的抛光速率不恒定，易受外界干扰因 素，因此通过控制化学机械抛光时间来控制化学机械抛光去除的层间介质层厚 度会导致不同的晶圆去除的层间介质层厚度不一或不同批次的晶圆之间去除的
层间介质层的厚度相异u
后续制程需在制作的层间介质层内制作接触孔，并在接触孔内制作钨塞， 以实现晶圓器件层与布线层连接。所制作的层间介质层的厚度和钨塞的长度都 等于预制作的接触孔的深度。若层间介质层厚度大于预设接触孔的深度就会导
3致接触孔没有打通层间介质层，即后续制作的钨塞未与器件层进行连接；若层
下的器件层上的硅化物，即增大了后续制作的鴒塞与器件层的接触电阻。若依 据层间介质层的厚度调整制作的接触孔的深度解决布线层与器件层接触问题或 接触孔以下器件层硅化物蚀刻问题，但是接触孔深度的相异会引起各接触孔内 的钨塞长度不等而导致不同芯片的布线层与器件层之间接触电阻均匀性差的问 题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供层间介质层的制作方法，以解决现有方法 制作的层间介质层厚度不均的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明的层间介质层的制作方法，层间介质层制作 在晶圆器件层上，用于制作预设深度的接触孔。层间介质层的制作结合化学机 械抛光制作，该层间介质层的制作方法包括以下步骤a、在器件层表面形成第 一介质层；b、在第一介质层上形成与第一介质层材料相异的第二介质层；c、 主抛光第二介质层，至第二介质层与第一介质层界面；d、过抛光第一介质层， 形成厚度与预设接触孔深度相同的第一介质层作为层间介质层。其中，第一介 质层的厚度大于接触孔的预设深度，并且第 一介质层厚度与接触孔预设深度的 差值为所述步骤d过抛光去除的第一介质层厚度。可选地，第一介质层的材料 为掺磷氧化硅材料，第二介质层的材料为非掺杂氧化硅材料。可选地，步骤a 形成的第一介质层或步骤b形成的第二介质层采用高密度等离子体化学气相沉 积法沉积形成。可选地，步骤a形成的第一介质层或步骤b形成的第二介质层 采用等离子增强化学气相沉积法沉积形成。可选地，步骤a形成的第一介质层 或步骤b形成的第二介质层采用低压化学气相沉积法沉积形成。可选地，步骤a 形成的第一介质层或步骤b形成的第二介质层采用常压化学气相法沉积形成。 可选地，各晶圆器件层表面形成的第一介质层厚度相等。可选地，形成在各晶 圆第 一层介质层表面的第二介质层厚度相等。
与传统的层间介质层制作方法相比，本发明的层间介质层的方法通过制作 第一介质层和第二介质层，利用相异材料的第一介质层和第二介质的界面实现
4主抛光去除第二介质层。进一步，通过过抛光可有效去除主抛光后残留在第一 介质层表面的第二介质层材料。因此，本发明层间介质层制作可有效克服传统 层间介质层的制作方法导致不同晶圆上层间介质层厚度不等的弊端。
以下结合附图和具体实施例对本发明的层间介质层的制作方法作进一步详 细具体的描述。
图l是传统层间介质层制作时化学机械抛光示意图。
图2是层间介质层上制作接触孔示意图。 图3是本发明层间介质层的制作方法步骤a示意图。 图4是本发明层间介质层的制作方法步骤b示意图。 图5是本发明层间介质层的制作方法步骤c示意图。 图6是本发明层间介质层的制作方法步骤d示意图。
具体实施例方式
本发明的层间介质层的制作方法，请参见图2，层间介质层制作在晶圆器件 层1 (晶圆器件层指的是半导体衬底以及形成的有源器件和无源器件)上，厚度 为Hl的层间介质层用于制作预设深度为Hl的接触孔3。
本发明的层间介质层的制作结合化学机械抛光进行制作，该制作方法包括 以下步骤请参阅图3所示步骤a、在器件层1表面形成第一介质层21。第一 介质层采用绝缘介质材料，例如掺磷氧化硅材料、掺磷掺硼氧化硅材料和非掺 杂氧化硅材料。为使层间介质层的制作与原层间介质层的制作工艺兼容，第一 介质层材料仍采用传统层间介质层材料一掺磷氧化硅材料。
请参阅图4所示步骤b、在图3所示的第一介质层21上形成与第一介质层 材料相异的第二介质层22;第二介质层采用绝缘介质材料，例如非掺杂氧化硅 材料、掺磷氧化硅材料和掺磷掺硼氧化硅材料。只要第二介质层采用的材料与 图3所示第一层介质材料相异就可。针对，本实施例中第一介质层材料采用掺 磷氧化硅材料，第二介质层优选采用非掺杂氧化硅材料。
图3和图4所示的步骤a和步骤b分别形成两层不同材料的介质层。步骤a形成的第一介质层或步骤b形成的第二介质层采用等离子增强化学气相沉积法
沉积形成。或者，步骤a形成的第一介质层或步骤b形成的第二介质层采用4氐 压化学气相沉积法沉积形成。或者，步骤a形成的第一介质层或步骤b形成的 第二介质层采用常压化学气相法沉积形成。本实施例中，步骤a形成的第一介
质层和步骤b形成的第二介质层均是采用常压化学气相沉积形成。
请参阅图5所示步骤c、主抛光图4中所示的第二介质层22,当探测到第 二介质层与第一介质层界面时完成主抛光。主抛光完成后，此时剩余介质层表 面的平坦度与第二介质层的厚度相关。主抛光去除的第二介质层越厚，余下介 质层表面的平坦度就越高。因此，步骤b制作的第二介质层的厚度可依据层间 介质层的平坦度要求而确定。
步骤c中探测第二介质层与第一介质层的界面可采用化学机械抛光装置界 面探测控制抛光的模块进行探测，当探测到相异材料的界面时就可结束当前抛 光。例如，化学机械抛光装置的抛光终点(CMPendpoint)模块就可实现当探测 到相异材料的界面时结束当前执行的抛光。因此，即使各晶圆器件层表面形成 的第二介质层厚度不等，只要第一介质层厚度相同，那么经过主抛光后各晶圓
上剩余介质层(第一介质层)厚度均是相等的。为使得不同批次的晶圆可同时 进行相同时间的主抛光，同时使步骤b能批量在各晶圆第一介质层表面形成相 同厚度的第二介质层提高层间介质层的制作效率，本实施例优选方案是各晶圆 第一介质层表面形成的第二介质层厚度相等。各晶圓上制作的相同厚度介质层 的技术是本领域人员熟知的，因此不在这赘述。本发明的层间介质层的主抛光 可有效克服传统层间介质层抛光时控制抛光时间易导致各晶圆上层间介质层厚 度不等的弊端。
请参阅图6所示步骤d、过抛光图5所示的第一介质层21，形成厚度H1与 预设接触孔3深度相同的层间介质层。过抛光是相对主抛光更为精细的一种抛 光，抛光持续时间短且抛光去除介质的量较少，可进一步提高被抛光介质层表 面平坦化程度。过抛光是在相同材料层上抛光，即第一介质层材料上进行抛光， 因此过抛光仍然是利用抛光时间控制过抛光介质层去除量。由于过抛光的抛光 持续时间较短，过抛光不易受抛光速率波动影响。
经过步骤c的主抛光后，余下介质层表面的平坦度会达到较高平坦度，因此，步骤d过抛光的负荷相对步骤c主抛光要小。考虑本发明步骤b形成的两 介质层的界面，在高倍率放大显微镜下观察，其实际上是凹凸不平的。因此， 步骤c主抛光后，最低界面处的第二介质层材料未完全去除。为防止主抛光时 第二介质层与第一介质层相接的最低界面处以上第二介质层材料未被去除干净
和过抛光后形成的层间介质层(第一介质层)的厚度小于预设接触孔深度，第 一介质层的厚度略大于接触孔的预设深度。这样过抛光去除第一介质层厚度与 预设接触孔深度差值的之后，形成的第 一介质层的厚度刚好等于预设接触孔深 度。
第一介质层厚度高出层间介质层预期高度(接触孔的预设深度)具体值依 据制作的器件和制作工艺的不同而有差别。本发明中，第一介质层的厚度与接 触孔的预设深度的差值为50-150埃。若形成的第一介质层表面平坦度较好，制 作的第一介质层高度只需高出预期制作的层间介质层高度50埃即可；若形成的 第一介质层表面平坦度较差，制作的第一介质层需高出层间介质层高度150埃。 本实施例中，依据步骤a形成的第一介质层表面状况，第一介质层高度高出预 期制作层间介质层高度100埃。
根据第一介质层的厚度H2略高出接触孔3预设深度Hl的具体值100埃和 化学抛光装置的抛光速率设定好过抛光时间即可。这样过抛光后就可形成厚度 为Hl的第一介质层作为层间介质层。为使得能批量完成晶圆器件层表面第一介 质层的过抛光，提高过抛光效率，本实施例优选方案是各晶圆器件层表面形成 的第一介质层厚度相等。这样过抛光时间相同，可同时抛光多片晶圆上第一介 质层，批量晶圆之间的第 一介质层的过抛光无需重新设定过抛光时间。
本发明的层间介质层的制作方法，通过制作两层相异材料的介质层，利用 相异材料的界面实现主抛光去除第二介质层，可有效克服传统层间介质层的制 作时利用较长抛光时间控制单一材料的介质层抛光量易导致的各晶圆上层间介 质层厚度不等的弊端。本发明通过过抛光可有效去除主抛光后残留在第一介质 层上的第二介质层材料，同时可进一步提高制作的第一介质层，即层间介质层， 的平坦化程度。
权利要求
1、一种层间介质层的制作方法，所述层间介质层内欲形成预设深度的接触孔，其特征在于，包括以下步骤a、在所述的器件层表面形成第一介质层；b、在所述的第一介质层上形成与所述第一介质层材料相异的第二介质层；c、主抛光第二介质层，至第二介质层与第一介质层的界面；d、过抛光第一介质层，形成厚度与预设接触孔深度相同的层间介质层。
2、 如权利要求1所述层间介质层的制作方法，其特征在于，所述第一介质层的 厚度大于所述接触孔的预设深度，并且第一介质层厚度与接触孔预设深度的差 值为所述步骤d过抛光去除的第一介质层厚度。
3、 如权利要求1所述层间介质层的制作方法，其特征在于，所述第一介质层的 材料为摻磷氧化硅，所述第二介质层的材料为非掺杂氧化硅。
4、 如权利要求1所述层间介质层的制作方法，其特征在于，所述步骤a形成的 第一介质层或步骤b形成的第二介质层采用高密度等离子体化学气相沉积法沉 积形成。
5、 如权利要求l所述层间介质层的制作方法，其特征在于，所述步骤a形成的 第一介质层或步骤b形成的第二介质层采用等离子增强化学气相沉积法沉积形 成。
6、 如权利要求1所述层间介质层的制作方法，其特征在于，所述步骤a形成的 第一介质层或步骤b形成的第二介质层采用低压化学气相沉积法沉积形成。
7、 如权利要求1所述层间介质层的制作方法，其特征在于，所述步骤a形成的 第一介质层或步骤b形成的第二介质层采用常压化学气相法沉积形成。
8、 如权利要求1所述层间介质层的制作方法，其特征在于，所述各晶圆器件层 表面形成的第一介质层厚度相等。
9、 如权利要求1所述层间介质层的制作方法，其特征在于，所述形成在各晶圆 第 一层介质层表面的第二介质层厚度相等。 '
全文摘要
本发明涉及一种层间介质层的制作方法，层间介质层制作在晶圆器件层表面上，结合化学机械抛光制作。本发明层间介质层的制作方法包括以下步骤a.在器件层表面形成第一介质层；b.在第一介质层上形成与第一介质层材料相异的第二介质层；c.主抛光第二介质层，至第二介质层与第一介质层界面；d.过抛光第一介质层，形成厚度与预设接触孔深度相同的层间介质层。本发明通过制作两层相异材料的介质层，利用相异材料的界面实现主抛光去除第二介质层，可有效克服传统层间介质层的制作时利用较长抛光时间控制单一材料的介质层抛光量易导致的各晶圆上层间介质层厚度不等的弊端。
文档编号H01L21/70GK101645411SQ20081004136
公开日2010年2月10日 申请日期2008年8月4日 优先权日2008年8月4日
发明者邓永平 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司