半导体结构的形成方法与流程

专利2025-12-29  9


本发明涉及半导体制造,尤其涉及一种半导体结构的形成方法。


背景技术:

1、在大规模集成电路制造工艺中,化学机械研磨(chemical mechanicalpolishing,缩写为cmp)是一种化学和机械作用相结合的平坦化过程,是芯片表面全局平坦化的主要手段。蝶形缺陷(dishing defect)是化学机械研磨工艺中常见的一种缺陷,主要是由于在抛光过程中金属线与介质层不同的抛光速率导致。

2、随着半导体制造技术的发展,晶圆集成度不断提高,特征尺寸也越来越小,对缺陷尺寸的要求也越来越苛刻。

3、然而,现有的化学机械研磨工艺形成的半导体结构中,蝶形缺陷的尺寸较大,无法满足生产要求。


技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是提供一种半导体结构的形成方法,以提高形成的半导体结构的性能。

2、为解决上述技术问题,本发明技术方案提供一种半导体结构的形成方法,包括:提供衬底;在所述衬底表面形成介质结构,所述介质结构包括介质层;在所述介质结构内形成开口;在所述开口内和所述介质结构表面形成金属材料层;采用第一机械化学研磨工艺平坦化所述金属材料层,直到暴露出所述介质结构表面,以所述金属材料层形成初始导电结构,所述初始导电结构表面具有蝶形缺陷,所述蝶形缺陷使所述初始导电结构表面中心相对边缘凹陷;采用刻蚀工艺刻蚀所述介质结构表面,使所述初始导电结构表面边缘凸出于所述介质结构表面;在所述刻蚀工艺之后,采用第二机械化学研磨工艺平坦化所述初始导电结构和所述介质结构,以所述初始导电结构形成导电结构。

3、可选的,所述刻蚀工艺包括干法刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺中的一者或两者的结合。

4、可选的,所述刻蚀工艺对所述介质结构和所述初始导电结构的刻蚀选择比范围为15至30。

5、可选的,在形成所述金属材料层之前,还包括:在所述开口和所述介质结构表面形成阻挡材料层;在所述第二机械化学研磨工艺之后,还以所述阻挡材料层形成阻挡层。

6、可选的,所述阻挡材料层的厚度与所述金属材料层的厚度的比值范围为10至50。

7、可选的,所述刻蚀工艺对所述介质结构和所述阻挡材料层的刻蚀选择比范围为15至30。

8、可选的,所述蝶形缺陷具有第一深度;所述刻蚀工艺对所述介质结构的减薄量为第一厚度;所述第一深度与所述第一厚度的比值范围为0.5至1。

9、可选的,所述介质结构还包括保护层,所述保护层位于所述介质层表面,所述保护层的材料与所述介质层的材料不同;所述开口位于所述介质层和所述保护层内。

10、可选的,所述导电结构的形成方法还包括:采用第二机械化学研磨工艺平坦化所述初始导电结构和所述保护层,直到暴露出所述介质层表面。

11、可选的,所述保护层的材料包括介电材料包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、氮化铝、氮碳化硅和氮碳氧化硅中的一种或多种的组合。

12、可选的,所述介质层的材料包括介电材料,且所述介电材料的介电常数小于3.9。

13、可选的,所述第二机械化学研磨工艺对所述初始导电结构具有第一研磨速率,对所述介质结构具有第二研磨速率,所述第一研磨速率和所述第二研磨速率的比值范围为2至8。

14、可选的,所述衬底内具有器件结构,所述开口暴露出所述器件结构。

15、可选的,所述介质结构还包括刻蚀停止层,所述刻蚀停止层位于所述介质层和所述衬底之间,且所述刻蚀停止层的材料与所述介质层的材料不同;所述开口还位于所述刻蚀停止层内。

16、可选的,所述开口包括沟槽和位于所述沟槽底部的通孔,所述沟槽位于所述介质层内,所述通孔位于所述介质层和所述刻蚀停止层内,所述沟槽在所述衬底表面具有第一投影,所述通孔在所述衬底表面具有第二投影,所述第二投影位于所述第一投影范围内。

17、现有技术相比,本发明实施例的技术方案具有以下有益效果:

18、本发明技术方案提供的半导体结构的形成方法中,采用刻蚀工艺刻蚀所述介质结构表面,使所述初始导电结构表面边缘凸出于所述介质结构表面,由于凸出部分在所述第二机械化学研磨工艺会优先被研磨去除,从而使所述初始导电结构表面边缘相对所述初始导电结构表面中心具有较大研磨速率,利于提高形成的导电结构的表面平整度,减少因蝶形缺陷而导致电路失效的异常概率,提高产品良率。



技术特征:

1.一种半导体结构的形成方法,其特征在于,包括:

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,所述刻蚀工艺包括干法刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺中的一者或两者的结合。

3.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述刻蚀工艺对所述介质结构和所述初始导电结构的刻蚀选择比范围为15至30。

4.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,在形成所述金属材料层之前,还包括:在所述开口和所述介质结构表面形成阻挡材料层;在所述第二机械化学研磨工艺之后,还以所述阻挡材料层形成阻挡层。

5.如权利要求4所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述阻挡材料层的厚度与所述金属材料层的厚度的比值范围为10至50。

6.如权利要求4所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述刻蚀工艺对所述介质结构和所述阻挡材料层的刻蚀选择比范围为15至30。

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,所述蝶形缺陷具有第一深度;所述刻蚀工艺对所述介质结构的减薄量为第一厚度;所述第一深度与所述第一厚度的比值范围为0.5至1。

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,所述介质结构还包括保护层,所述保护层位于所述介质层表面,所述保护层的材料与所述介质层的材料不同;所述开口位于所述介质层和所述保护层内。

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,所述导电结构的形成方法还包括:采用第二机械化学研磨工艺平坦化所述初始导电结构和所述保护层,直到暴露出所述介质层表面。

10.如权利要求8所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述保护层的材料包括介电材料包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、氮化铝、氮碳化硅和氮碳氧化硅中的一种或多种的组合。

11.如权利要求8所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述介质层的材料包括介电材料,且所述介电材料的介电常数小于3.9。

12.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第二机械化学研磨工艺对所述初始导电结构具有第一研磨速率,对所述介质结构具有第二研磨速率,所述第一研磨速率和所述第二研磨速率的比值范围为2至8。

13.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述衬底内具有器件结构,所述开口暴露出所述器件结构。

14.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述介质结构还包括刻蚀停止层,所述刻蚀停止层位于所述介质层和所述衬底之间,且所述刻蚀停止层的材料与所述介质层的材料不同;所述开口还位于所述刻蚀停止层内。

15.如权利要求14所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述开口包括沟槽和位于所述沟槽底部的通孔,所述沟槽位于所述介质层内,所述通孔位于所述介质层和所述刻蚀停止层内,所述沟槽在所述衬底表面具有第一投影,所述通孔在所述衬底表面具有第二投影,所述第二投影位于所述第一投影范围内。


技术总结
一种半导体结构的形成方法,包括:提供衬底;在所述衬底表面形成介质结构,所述介质结构包括介质层;在所述介质结构内形成开口;在所述开口内和所述介质结构表面形成金属材料层;采用第一机械化学研磨工艺平坦化所述金属材料层,直到暴露出所述介质结构表面,以所述金属材料层形成初始导电结构,所述初始导电结构表面具有蝶形缺陷,所述蝶形缺陷使所述初始导电结构表面中心相对边缘凹陷;采用刻蚀工艺刻蚀所述介质结构表面,使所述初始导电结构表面边缘凸出于所述介质结构表面;在所述刻蚀工艺之后,采用第二机械化学研磨工艺平坦化所述初始导电结构和所述介质结构,以所述初始导电结构形成导电结构,利于提高形成的导电结构的表面平整度,减少因蝶形缺陷而导致电路失效的异常概率,提高产品良率。

技术研发人员:周鲁豪,吴永玉,陶然,王江红,陆佳倩,王青青
受保护的技术使用者:浙江创芯集成电路有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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