专利名称：Cmp终点检测方法与相变存储器底部接触结构形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种化学机械研磨(CMP)的终点检测方法及相变存储器底部接触结构的形成方法。
背景技术：
化学机械研磨(CMP)是半导体工艺中常用的一种平坦化手段，主要用于减小晶片厚度和表面形貌的起伏程度。在实际生产过程中，采用终点检测来衡量CMP是否已将材料研磨至所需厚度。常用的两种终点检测法为电机电流终点检测法和光学终点检测法。电机电流终点检测法的原理是在抛光表面到达晶片的不同介质材料的界面时，摩擦力会产生明显的变化，为保持抛光转速不变，驱动电机的电流必然会随之发生变化。对这个变化的电机电流信号进行采样，就可以实现CMP终点检测。然而，电机电流终点检测法是基于晶片的摩擦力的变化，同一层上可能具有不同器件区，这也会引起摩擦力的变化，从而导致终点的误判断。光学终点检测法的原理为一束入射光照射到被研磨层的表面时，部分被反射，部分进入该被研磨层之后被反射，该两束反射光因光程差不同，会发生干涉现象。根据干涉条纹的变化可以实现CMP终点检测。该入射光可以采用多种波长的光，如红外、可见和紫外光，虽然可见光和紫外线波长较短，可以实现更高的检测精度，但是由于半导体器件多采用掺杂结构的PN结器件，通常可见光、紫外线容易诱发光生伏特效应，在终点检测中受到了限制，红外线能量较低，并且能够穿透多种介质，然而，对于检测nm级别的薄膜从硬件上会要求较高。基于此，本发明提出一种新的化学机械研磨终点的检测方法，对研磨终点的判断准确，且对硬件的要求低。此外，相变存储器底部接触结构由于尺寸较小，因而，导电的金属层的厚度很薄，基于上述新的化学机械研磨终点的检测方法，本发明还提出一种相变存储器底部接触结构的形成方法，采用该新的研磨终点测方法检测的研磨终点满足相变存储器的性能需求。
发明内容
本发明实现的目的之一是提供一种新的化学机械研磨终点的检测方法，对研磨终点的判断准确，且对硬件的要求低。本发明实现的另一目的是提供一种新的相变存储器底部接触结构的形成方法，采用该新的研磨终点测方法检测的研磨终点满足相变存储器的性能需求。为实现上述目的，本发明提供一种化学机械研磨终点的检测方法，包括:提供待研磨晶片，所述待研磨晶片表面具有第一介电层；在所述第一介电层上淀积第一金属层；在所述第一金属层上淀积第二金属层；
在所述第二金属层上淀积第二介电层；依次研磨所述第二介电层、第二金属层、第一金属层；采用感应电流法检测所述研磨终点。可选地，所述第一金属层与所述第二金属层材质相同。此外，本发明还提供一种相变存储器底部接触结构的形成方法，包括:提供晶片，所述晶片的表面形成有至少两个导电插塞结构；在所述晶片的表面淀积刻蚀终止层；在所述刻蚀终止层上淀积第一介电层； 在所述第一介电层上淀积第二金属层；光刻、刻蚀所述第二金属层、第一介电层与刻蚀终止层形成开口，所述开口的两个相对的侧壁分别落在所述两个导电插塞上；淀积第一金属层，所述第一金属层未填满所述开口 ；去除相邻导电插塞之间的第一金属层；淀积第二介电层，填充所述开口 ；依次研磨所述第二介电层、第一金属层、第二金属层形成相变存储器底部接触结构，所述研磨过程中，采用感应电流法检测研磨终点。可选地，所述第刻蚀终止层与所述第一介电层材质不同。可选地，所述第二介电层与所述第三介电层材质相同。可选地，所述第一金属层与所述第二金属层材质相同。可选地，所述刻蚀终止层的材质为氮化硅。可选地，所述第一介电层的材质为氧化硅，所述第二介电层的材质也为氧化硅。可选地，所述第二金属层的厚度大于所述第一金属层的厚度。可选地，所述第一金属层的材质为TiN、T1、TaN、Ta、TiAl中的至少一种。可选地，所述第一金属层的厚度范围为:20A_200A。可选地，所述第二金属层的材质为TiN、T1、TaN、Ta、TiAl中的至少一种。可选地，所述第二金属层的厚度范围为:50A_500A。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点:在化学机械研磨过程中，最初研磨的为第二介电层，之后研磨金属层，该金属层包括第一金属层与第二金属层，第一金属层的部分结构作为导电结构存留在最终形成的器件结构中，因而第一金属层厚度有限制，此外，该金属层之下为第一介电层，采用感应电流法检测该研磨终点时，只在金属层厚度变化时，该感应电流有变化，由于该第一金属层厚度的限制，因而检测的终点不准确，会出现过研磨与未充分研磨的问题，针对这个问题，本发明通过第二金属层的设置，利用了金属层越厚，研磨该金属层前后时，感应的电流差值越大，因而对研磨终点的判断准确性要高。
图1是本发明实施一例提供的相变存储器底部接触结构的形成方法的流程图；图2至图9是按图1流程图形成的相变存储器底部接触结构的中间结构示意图；图10是按图1流程图形成的相变存储器底部接触结构的最终结构示意图；图11是用于实施图1流程图中的感应电流检测法的装置示意图12是图11中的研磨时间与信号电压变化关系示意图；图13是实施例二提供的化学机械研磨终点的检测方法的流程图。
具体实施例方式正如背景技术所述，电机电流终点检测法对终点的检测会出现不准确，光学终点检测法对硬件要求较高，因而，本发明提出采用感应电流检测法检测，该检测法在一个导体上缠绕两组线圈，在一组线圈上施加交变驱动电压，该交变电压产生交变磁场，该交变磁场在金属层内部会产生涡流，随着研磨进行，该金属层会变薄，因而，涡流会变化，该变化的涡流也会产生新的交变磁场，新的交变磁场与驱动电压产生的交变磁场方向相反，会抵消部分驱动电压产生的交变磁场，另一组线圈探测该新的交变磁场与驱动电压产生的交变磁场的叠加磁场产生的信号电压。在化学机械研磨过程中，最初研磨的为第二介电层，之后研磨金属层，该金属层包括第一金属层与第二金属层，第一金属层的部分结构作为导电结构存留在最终形成的器件结构中，因而第一金属层厚度有限制，此外，该金属层之下为第一介电层，采用感应电流法检测该研磨终点时，只在金属层厚度变化时，该信号电压有变化，由于该第一金属层厚度的限制，因而检测的终点不准确，会出现过研磨与未充分研磨的问题，针对这个问题，本发明通过第二金属层的设置，利用了金属层越厚，研磨该金属层前后时，信号电压差值越大，因而对研磨终点的判断准确性要高。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。由于本发明重在解释原理，因此，未按比例制图。实施例一图1是本发明实施一例提供的相变存储器底部接触结构的形成方法的流程图。结合图1，以下详细介绍该方法的操作步骤。首先执行步骤S11，提供晶片10，如图2所示，该晶片10的表面形成有两个导电插塞结构12。本步骤中，晶片10为硅片，其上形成有有源层11及导电插塞12。接着执行步骤S12，在晶片10的表面淀积刻蚀终止层13，形成结构截面图如图3所示。导电插塞12之间的绝缘物质一般为氧化硅，本实施例一中，刻蚀终止层13的材质为氮化硅，其硬度比氧化硅的硬度大，在后续形成开口过程中可以起终止刻蚀的作用，该层13还可以防止金属原子扩散入介电材质，导致漏电现象。刻蚀终止层13也可以为其它起该功能的材质，淀积方法为现有工艺。然后执行步骤S13，在刻蚀终止层13上淀积第一介电层14，形成结构截面图如图4所示。本实施例一中，第一介电层14的材质与刻蚀终止层13材质不同，第一介电层14的材质为氧化硅，主要起绝缘作用。第一介电层14的材质也可以为其它材质介电层，淀积方法为现有工艺。之后执行步骤S14，在第一介电层14上淀积第二金属层15，形成结构截面图如图5所示。本实施例一中，第二金属层15的材质为TiN，厚度为100A。需要说明的是，本步骤中的第二金属层在后续研磨步骤中会完全去除，而第一金属层会作为器件中的导电结构保留在最终的器件结构中，同时为了方便观察信号电压变化，因而第二金属层15优选与第一金属层材质相同。其它实施例中，第二金属层15材质也可以与第一金属层不同,例如为T1、TaN、Ta、TiAl中的至少一种。此外，由于后续步骤中，会在第二金属层15中形成开口，为了节省材料及避免大的深宽比的孔洞的形成，此外，由于器件小型化趋势，对第一金属层厚度有要求，而为了精确地控制研磨终点，对研磨的金属需要厚度越大越好，因而，第二金属层15厚度优选大于第一金属层厚度，本发明人发现，第二金属层15的厚度范围为:50A-500A时,可满足上述要求。然后执行步骤S15，光刻、刻蚀第二金属层15、第一介电层14与刻蚀终止层13形成开口 16，该开口 16的两个相对的侧壁分别落在所述两个导电插塞12上，形成结构截面图如图6所示。本步骤中，光刻为现有工艺中的将掩膜板图案转移到光刻胶上的步骤，刻蚀为以图案化的光刻胶为掩膜，刻蚀第二金属层15、第一介电层14与刻蚀终止层13，最终形成开口 16的步骤，都为现有工艺。再接着执行步骤S16，淀积第一金属层17，第一金属层17未填满该开口 16，形成结构截面图如图7所示。第一金属层17的材质需根据相变存储器的材质及与底部接触结构接触的导电插塞12的材质选择,本实施例一中，第一金属层17的材质为TiN。其它实施例中，也可以为T1、TaN、Ta、TiAl 中的至少一种。由于器件的小型化，因而第一金属层17在保证导电的前提下，不易过厚，本发明人发现，第一金属层17的厚度范围为:20A-200A时，可以满足上述需求。之后执行步骤S17，去除相邻导电插塞12之间的第一金属层17的至少部分，形成结构截面图如图8所示。本步骤的目的是使得导电插塞12与第一金属层17形成电互连结构，去除的多少可以根据互连结构的导电性需要进行选择，其中的去除可以采用光刻、刻蚀步骤。该两步骤为现有工艺。然后执行步骤S18，淀积第二介电层18，填充所述开口 16，形成结构截面图如图9所示。本步骤中，第二介电层18的材质也为氧化硅，与第一介电层14材质相同，主要起绝缘作用。最后执行步骤S19,依次研磨第二介电层18、第一金属层17、第二金属层15形成相变存储器底部接触结构，形成结构截面图如图10所示。所述研磨过程中，采用感应电流法检测研磨终点。这里的感应电流法是以非接触式对金属层施加交变磁场，使该金属层内部产生涡流；检测变化的涡流产生的交变磁场与所施加的交变磁场叠加产生的信号电压；根据信号电压的变化情况控制CMP的终止。如图11所示，本步骤中的感应电流检测法在一个导体上缠绕两组线圈，在一组线圈上施加交变驱动电压，该交变电压产生交变磁场，该交变磁场在金属层(未标不)内部会产生涡流。随着研磨进行，该金属层会变薄，因而，涡流会变化，该变化的涡流也会产生新的交变磁场，新的交变磁场与驱动电压产生的交变磁场方向相反，会抵消部分驱动电压产生的交变磁场，另一组线圈，也称探测线圈，探测该新的交变磁场与驱动电压产生的交变磁场的叠加磁场产生的信号电压。研磨过程中随时间推移，信号电压变化如图12所示，其中，a点对应的为第二介电层18研磨完,第一金属层17开始研磨时,此时金属层(由第一金属层17与第二金属层15构成)由于较厚，因而交变驱动电压对应的涡流较大，该变化的涡流所产生的新的交变磁场也较大，探测线圈探测到的该新的交变磁场与驱动电压产生的交变磁场的叠加磁场产生的信号电压较小。随着研磨进行，金属层越来越薄，驱动电压对应的涡流越来越小，探测线圈探测到的叠加磁场产生的信号电压越来越大，直到b点时，对应的为第二金属层15研磨完，探测线圈探测到的叠加磁场产生的信号电压最大，此时为终点。综上，在化学机械研磨过程中，最初研磨的为氧化物，之后研磨金属层，该金属层包括第一金属层15与第二金属层17，第一金属层15的部分结构作为导电结构存留在最终形成的器件结构中，因而第一金属层15厚度有限制，此外，该金属层之下为另一层氧化物，采用感应电流法检测该研磨终点时，只在金属层厚度变化时，该信号电压有变化，由于该第一金属层15厚度的限制，因而检测的终点不准确，会出现过研磨与未充分研磨的问题，针对这个问题，本发明通过第二金属层17的设置，利用了金属层越厚，研磨该金属层前后时，信号电压差值越大，因而对研磨终点的判断准确性要高。实施例二实施例一提供的相变存储器底部接触结构的形成方法采用感应电流法检测研磨终点，除了在相变存储器底部接触结构的形成方法中使用该终点检测方法，事实上，只要在金属层上下都形成有介电层，都可以在金属层上形成另外一层金属层，以使得感应电流的变化明显，从而利用该感应电流变化曲线的拐点判断研磨终点。据此，本实施例二提供的化学机械研磨终点的检测方法，该方法的流程图如图13所示。结合图13，以下介绍该方法的操作步骤。首先执行步骤S21，提供待研磨晶片，所述待研磨晶片表面具有第一介电层。在具体实施过程中，该晶片表面形成有器件区，该第一介电层中有金属结构用以与后续工艺中形成的部分第一金属层形成互连结构。接着执行步骤S22，在所述第一介电层上淀积第一金属层。本实施例二中，该第一金属层目的是与第一介电层中的金属结构形成电互连结构。然后执行步骤S23，在所述第一金属层上淀积第二金属层。之后执行步骤S24，在所述第二金属层上淀积第二介电层。最后执行步骤S25，依次研磨所述第二介电层、第二金属层、第一金属层；采用感应电流法检测所述研磨终点。本实施例二中，为了使得曲线均匀变化，以防金属层的硬度不同导致的感应电流曲线在两金属层研磨过程中有拐点，所述第一金属层与所述第二金属层材质优选相同。本发明虽然已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，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.一种化学机械研磨终点的检测方法，其特征在于，包括: 提供待研磨晶片，所述待研磨晶片表面具有第一介电层； 在所述第一介电层上淀积第一金属层； 在所述第一金属层上淀积第二金属层； 在所述第二金属层上淀积第二介电层； 依次研磨所述第二介电层、第二金属层、第一金属层；采用感应电流法检测所述研磨终点。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨终点的检测方法，其特征在于，所述第一金属层与所述第二金属层材质相同。
3.一种相变存储器底部接触结构的形成方法，其特征在于，包括: 提供晶片，所述晶片的表面形成有至少两个导电插塞结构； 在所述晶片的表面淀积刻蚀终止层； 在所述刻蚀终止层上淀积第一介电层； 在所述第一介电层上淀积第二金属层； 光刻、刻蚀所述第二金属层、第一介电层与刻蚀终止层形成开口，所述开口的两个相对的侧壁分别落在所述两个导 电插塞上； 淀积第一金属层，所述第一金属层未填满所述开口 ； 去除相邻导电插塞之间的第一金属层的至少部分； 淀积第二介电层，填充所述开口 ； 依次研磨所述第二介电层、第一金属层、第二金属层形成相变存储器底部接触结构，所述研磨过程中，采用感应电流法检测研磨终点。
4.如权利要求3所述的相变存储器底部接触结构的形成方法，其特征在于，所述刻蚀终止层与所述第一介电层材质不同。
5.如权利要求3所述的相变存储器底部接触结构的形成方法，其特征在于，所述第一介电层与所述第二介电层材质相同。
6.如权利要求3所述的相变存储器底部接触结构的形成方法，其特征在于，所述第一金属层与所述第二金属层材质相同。
7.如权利要求3所述的相变存储器底部接触结构的形成方法，其特征在于，所述刻蚀终止层的材质为氮化硅。
8.如权利要求3所述的相变存储器底部接触结构的形成方法，其特征在于，所述第一介电层的材质为氧化硅，所述第二介电层的材质也为氧化硅。
9.如权利要求3所述的相变存储器底部接触结构的形成方法，其特征在于，所述第二金属层的厚度大于所述第一金属层的厚度。
10.如权利要求3所述的相变存储器底部接触结构的形成方法，其特征在于，所述第一金属层的材质为TiN、T1、TaN、Ta、TiAl中的至少一种。
11.如权利要求10所述的相变存储器底部接触结构的形成方法，其特征在于，所述第一金属层的厚度范围为:20A-200A。
12.如权利要求3所述的相变存储器底部接触结构的形成方法，其特征在于，所述第二金属层的材质为TiN、T1、TaN、Ta、TiAl中的至少一种。
13.如权利要求12所述的相变存储器底部接触结构的形成方法，其特征在于，所述第二金属层的厚度范围为:50A-5 00A。
全文摘要
本发明提供一种相变存储器底部接触结构的形成方法，包括提供表面形成有至少两个导电插塞结构的晶片；在该晶片的表面依次淀积刻蚀终止层、第一介电层、第二金属层；光刻、刻蚀第二金属层、第一介电层与刻蚀终止层形成开口，该开口的两个相对的侧壁分别落在两个导电插塞上；淀积第一金属层；去除相邻导电插塞之间的第一金属层；淀积第二介电层，填充所述开口；依次研磨第二介电层、第一金属层、第二金属层形成相变存储器底部接触结构，所述研磨过程中，采用感应电流法检测研磨终点。本发明还提供一种化学机械研磨终点的检测方法，不限于相变存储器底部接触结构的制作。采用本发明的技术方案，对研磨终点的判断准确，且对硬件的要求低。
文档编号H01L21/66GK103187328SQ20111044609
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者朱普磊, 蒋莉, 黎铭琦, 曹均助 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司