CN102091995B

CN102091995B - 化学机械研磨的方法及系统

Info

Publication number: CN102091995B
Application number: CN2009102011847A
Authority: CN
Inventors: 邓武锋
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2029-12-15
Also published as: CN102091995A

Abstract

本发明提供了一种化学机械研磨的方法及系统，该方法包括步骤：获取研磨基台连续研磨过的晶片数；根据所述研磨基台连续研磨过的晶片数，得到所述研磨基台进行下一次研磨，去掉预定厚度的膜层所需的研磨时间，所述研磨时间随所述基台连续研磨过的晶片数的增加而减少；采用所述研磨时间对晶片表面的所述膜层研磨。本发明可以更精确控制化学机械研磨的停止节点。

Description

化学机械研磨的方法及系统

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种化学机械研磨的方法及系统。

背景技术

随着半导体集成电路制造工艺的日益进步，线宽越做越小，为减小后段互连结构的电容延迟(RC delay)，通常采用低介电常数的介质材料作为介质层，并采用铜金属作为互连线的材料；由于铜金属难以研磨，业界引入镶嵌工艺或双镶嵌工艺制造铜互连线；在铜互连线的制造方法中，首先形成低介电常数的介质层；接着，在该介质层中形成开口；然后，在所述开口中和介质层上沉积金属铜，并通过化学机械研磨进行平坦化，移除所述介质层上的铜，在开口中形成铜互连线。

公开号为CN1931518A的中国专利申请文献中，公开了一种铜化学机械研磨方法。图1至图5为所述的中国专利申请文件公开的铜化学机械研磨方法的示意图。图1为铜化学机械研磨的系统，其中包括第一研磨头10，第二研磨头20，第三研磨头30。如图2所示的剖面示意图，铜金属层110为待研磨层，该铜金属层110覆盖于具有开口102的基底100之上，并填满所述开口102。在所述基底100和铜金属层110之间具有阻挡层104。如图3所示的剖面示意图，进行第一步研磨，第一步研磨是利用第一研磨头10，去除铜金属层110的部分厚度，完成该第一步的研磨后，铜金属层110保留于基底100表面的厚度为2000埃。如图4所示，进行第二步的研磨，第二步研磨是利用第二研磨头20，以完全去除开口102以外的铜金属层，保留于所述开口102中的铜金属层为110a；同时，开口102以外的阻挡层104也可能被去除部分厚度，在第二步研磨中是利用阻挡层作为刻蚀停止层。如图5所示，进行第三步的研磨，第三步研磨是利用第三研磨头30，继续研磨开口102中的铜金属层110a，直到完全去除所述开口102以外的阻挡层104，所述开口102中剩余的铜金属层为112。

上述方法中，第一步研磨和第二步研磨是以阻挡层104作为研磨停止的节点，因此研磨的偏差不大。但第三步研磨通常是以特定的研磨时间做为研磨停止的节点，由于在研磨的过程中研磨速率会发生变化，因此这样造成了不同的晶片在采用相同的研磨时间进行第三步研磨时，可能造成有的晶片在第三步研磨中没有将阻挡层去除干净，而有的晶片阻挡层下的半导体基底被损伤。

除上述的在制作双镶嵌工艺制造铜互连线的机械研磨中存在这种问题之外，在其它的以时间为研磨停止节点的化学机械研磨中，同样存在上述问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是更精确控制化学机械研磨的停止节点。

为了解决上述问题，本发明提供了一种化学机械研磨的方法，包括步骤：

获取当前研磨基台连续研磨过的晶片数；

根据所述研磨基台连续研磨过的晶片数，得到所述研磨基台进行下一次研磨，去掉预定厚度的膜层所需的研磨时间，所述研磨时间随所述基台连续研磨过的晶片数的增加而减少；

采用所述研磨时间对晶片表面的所述膜层研磨。

可选的，还包括步骤：预先对至少两片晶片进行研磨，并进行测试，得到当前研磨基台连续研磨过的晶片数和下一次研磨去掉预定厚度的膜层所需的研磨时间的二元一次方程；

所述根据所述研磨基台连续研磨过的晶片数，得到所述研磨基台进行下一次研磨，具体为：将研磨基台连续研磨过的晶片数带入所述二元一次方程，得到研磨基台进行下一次研磨去掉预定厚度的膜层所需的研磨时间。

可选的，所述膜层为黑钻石材料层，所述预定厚度为1750埃，所述二元一次方程为：研磨时间＝60-0.0564×晶片数，研磨时间的单位为s。

可选的，在所述采用所述研磨时间对晶片表面的所述膜层研磨步骤之前还包括步骤：

提供晶片，所述晶片包括半导体基底，在所述半导体基底上覆盖有阻挡层；在所述半导体基底和所述阻挡层中具有沟槽，在所述沟槽内和所述阻挡层表面覆盖有金属铜；

对所述晶片进行研磨，去除所述阻挡层表面的金属铜；

所述膜层为所述阻挡层。

相应的，本发明还提供了一种化学机械研磨的系统，包括：

获取装置，用于获取当前研磨基台连续研磨过的晶片数；

时间计算装置，用于根据所述研磨基台连续研磨过的晶片数，得到所述研磨基台进行下一次研磨，去掉预定厚度的膜层所需的研磨时间，所述研磨时间随所述基台连续研磨过的晶片数的增加而减少；

研磨基台，采用所述研磨时间对晶片表面的所述膜层研磨。

可选的，还包括：

测试装置，对预先研磨的至少两片晶片研磨去掉的膜层厚度进行测试；

公式计算装置，用于根据所述研磨前研磨基台连续研磨过的晶片数和下一次研磨去掉的膜层厚度，得到当前研磨基台连续研磨过的晶片数和下一次研磨去掉预定厚度的膜层所需的研磨时间的二元一次方程。

可选的，所述晶片包括半导体基底，在所述半导体基底上覆盖有阻挡层；在所述半导体基底和所述阻挡层中具有沟槽，在所述沟槽内覆盖有金属铜；所述膜层为所述阻挡层。

与现有技术相比，本发明主要具有以下优点：

本发明通过获取当前研磨基台连续研磨过的晶片数；并根据所述研磨基台连续研磨过的晶片数，得到所述研磨基台进行下一次研磨，去掉预定厚度的膜层所需的研磨时间，所述研磨时间随所述基台连续研磨过的晶片数的增加而减少，从而避免了采用单一的研磨时间，化学机械研磨的停止节点不精确而造成的有的晶片表面膜层去除不干净，而有的晶片表面膜层下的半导体基底被损伤的问题。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为一种现有的铜化学机械研磨的系统的示意图；

图2至图5为一种现有的铜化学机械研磨方法的示意图；

图6为本发明的化学机械研磨的方法的流程图；

图7至图9为本发明的化学机械研磨的方法一实施例的示意图；

图10为本发明的化学机械研磨的系统一实施例的示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，在镶嵌结构或双镶嵌结构的制造中，采用传统方法进行化学机械研磨时，第三步研磨通常是以特定的研磨时间做为研磨停止的节点，但是由于在研磨的过程中研磨速率会发生变化，因此这样造成了不同的晶片在采用相同的研磨时间进行第三步研磨时，可能造成有的晶片在第三步研磨中没有将表面膜层去除干净，而有的晶片表面膜层下的半导体基底被损伤。本发明的发明人经过大量的实验研究后认为，通常随着基台连续研磨过的晶片数的增加，基台的研磨速率会增快，这样研磨同样厚度的膜层所使用的研磨时间就会减少，因此研磨速率变快，而再采用相同的研磨时间，则会造成阻挡层下的半导体基底被损伤。因此本发明的发明人通过下列方法解决了上述问题，利用获取当前研磨基台连续研磨的晶片数；根据所述研磨基台连续研磨的晶片数，得到研磨基台进行下一次研磨去掉预定厚度的膜层所需的研磨时间，所述研磨时间随所述晶片数的增加而减少；采用所述研磨时间对晶片表面的膜层研磨。

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。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

S10：获取当前研磨基台连续研磨过的晶片数。

通常在研磨基台内部具有存储器件，可以存储基台连续研磨过的晶片数，从而通过读取该存储器件就可以获得当前研磨基台连续研磨过的晶片数。

S20：根据所述研磨基台连续研磨过的晶片数，得到所述研磨基台进行下一次研磨，去掉预定厚度的膜层所需的研磨时间，所述研磨时间随所述基台连续研磨过的晶片数的增加而减少。

发明人在研究中发现随着基台连续研磨过的晶片数的增加，基台的研磨速率会增快，因此研磨同样厚度的膜层所需要的研磨时间就会减少。所以在该步骤中，根据当前研磨基台连续研磨过的晶片数，来确定研磨基台进行下一次研磨去掉晶片预定厚度的研磨时间，可以更精确的控制化学机械研磨的停止节点。

在本实施例的一个优选实施方式中，可以包括下列步骤：

预先对至少两片晶片进行研磨，并进行测试，得到当前研磨基台连续研磨过的晶片数和下一次研磨去掉预定厚度的膜层所需要的研磨时间的二元一次方程。

具体的，例如提供5片待研磨的晶片，依次在研磨基台上进行研磨，在每一片晶片研磨之前先从基台的存储器件中获取当前研磨基台连续研磨过的晶片数，例如0片、1片、2片、3片、4片。在研磨之后测试晶片表面研磨掉的膜层的厚度，例如在第一片研磨后研磨掉的膜层厚度为1000埃，第二片研磨后研磨掉的膜层厚度为1010埃，第三片研磨后研磨掉的膜层厚度为1020埃等等。从而可以得到研磨掉预定厚度的膜层(研磨第一片、第二片......的时候去掉预定厚度的膜层，例如1750埃)，所需要的研磨时间。然后，再对5片晶片进行完研磨及测试之后，就可以得到当前研磨基台连续研磨过的晶片数和下一次研磨去掉预定厚度的膜层所需要的研磨时间的二元一次方程。例如可以根据5片晶片的研磨，绘制当前研磨基台连续研磨过的晶片数和下一次研磨去掉预定厚度膜层所需要的研磨时间的直线，该直线即为表示二元一次方程的直线。另外也可以提供4片或者3片待研磨的晶片，依次在研磨基台上进行研磨，并进行测试。

例如在本实施例中，所述化学机械研磨的具体参数为：选用SiO₂抛光液，抛光液的PH值为10至11.5，抛光液的流量为120毫升每分钟至170毫升每分钟，抛光工艺中研磨垫的转速为65转每分钟至80转每分钟，研磨头的转速为55转每分钟至70转每分钟，抛光工艺的压力为200帕至350帕。具体的，所述膜层为黑钻石材料(BD)层，对BD层研磨，预定厚度为1750埃，则得到的二元一次方程为：研磨时间＝60-0.0564×晶片数，研磨时间的单位为s。

在得到二元一次方程后，在开始下一次研磨晶片之前就可以将获取的当前研磨基台连续研磨过的晶片数带入所述二元一次方程，得到研磨基台进行下一次研磨去掉预定厚度膜层的研磨时间。例如本实施例中，基台连续研磨过的晶片数为10，则研磨时间为59.436s。

优选的，本发明应用在镶嵌结构或双镶嵌结构的制造工艺中，因此参考图7，在该步骤后还可以包括步骤：

提供晶片210，所述晶片210包括半导体基底211，在所述半导体基底211上覆盖有阻挡层212；在所述半导体基底211和所述阻挡层212中具有沟槽213，在所述沟槽213内和所述阻挡层212表面覆盖有金属铜214，所述阻挡层212即为所述膜层。

如图8所示，对所述晶片210进行研磨，去除所述阻挡层212表面的金属铜214。

除此之外，本发明也可以用在STI的制造工艺中。

S30：采用所述研磨时间对晶片表面的所述膜层研磨。

在本实施例中，如图9所示，采用所述研磨时间，例如59.436s，对晶片表面膜层，即阻挡层212研磨。

所述化学机械研磨的具体参数为：选用SiO₂抛光液，抛光液的PH值为10至11.5，抛光液的流量为120毫升每分钟至170毫升每分钟，抛光工艺中研磨垫的转速为65转每分钟至80转每分钟，研磨头的转速为55转每分钟至70转每分钟，抛光工艺的压力为200帕至350帕。

因为研磨基台的研磨速率会随着连续研磨过的晶片数的增加而增加，因此在本发明中对不同的晶片进行研磨的时间不是采用固定的时间，而是每一次研磨前都根据当前研磨基台的情况，如研磨基台连续研磨过的晶片数，重新设定研磨时间，从而避免了采用固定的研磨时间，使化学机械研磨的停止节点不精确，而造成的有的晶片表面膜层去除不干净，而有的晶片表面膜层下的半导体基底被损伤的问题。

相应的，如图10所示，本发明还提供了一种化学机械研磨的系统，包括：获取装置310，用于获取当前研磨基台连续研磨过的晶片数；时间计算装置320，用于根据所述研磨基台连续研磨过的晶片数，得到所述研磨基台进行下一次研磨，去掉预定厚度的膜层所需的研磨时间，所述研磨时间随所述基台连续研磨过的晶片数的增加而减少；研磨基台330，采用所述研磨时间对晶片表面的所述膜层研磨。

优选的，还包括：测试装置340，对预先研磨的至少两片晶片研磨去掉的膜层厚度进行测试；公式计算装置350，用于根据所述研磨前研磨基台连续研磨过的晶片数和下一次研磨去掉的膜层厚度，得到当前研磨基台连续研磨过的晶片数和下一次研磨去掉预定厚度的膜层所需的研磨时间的二元一次方程。

优选的，所述膜层为BD，所述预定厚度为1750埃，所述二元一次方程为：研磨时间＝60-0.0564×晶片数，研磨时间的单位为s。

优选的，所述晶片包括半导体基底，在所述半导体基底上覆盖有阻挡层；在所述半导体基底和所述阻挡层中具有沟槽，在所述沟槽内覆盖有金属铜；所述膜层为所述阻挡层。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。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做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种化学机械研磨的方法，其特征在于，包括步骤：

获取当前研磨基台连续研磨过的晶片数；

根据所述研磨基台连续研磨过的晶片数，得到所述研磨基台进行下一次研磨去掉预定厚度的膜层所需的研磨时间，具体为：将研磨基台连续研磨过的晶片数代入二元一次方程，得到研磨基台进行下一次研磨去掉预定厚度的膜层所需的研磨时间，所述研磨时间随所述基台连续研磨过的晶片数的增加而减少，所述二元一次方程的获取方式为：预先对至少两片晶片进行研磨，并进行测试，得到当前研磨基台连续研磨过的晶片数和下一次研磨去掉预定厚度的膜层所需的研磨时间的二元一次方程；

采用所述研磨时间对晶片表面的所述膜层研磨。

2.根据权利要求1所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，所述膜层为黑钻石材料层，所述预定厚度为1750埃，所述二元一次方程为：研磨时间=60-0.0564×晶片数，研磨时间的单位为s。

3.根据权利要求1所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，在所述采用所述研磨时间对晶片表面的所述膜层研磨步骤之前还包括步骤：

对所述晶片进行研磨，去除所述阻挡层表面的金属铜；

所述膜层为所述阻挡层。

4.一种化学机械研磨的系统，其特征在于，包括：

获取装置，用于获取当前研磨基台连续研磨过的晶片数；

时间计算装置，用于根据所述研磨基台连续研磨过的晶片数，得到所述研磨基台进行下一次研磨去掉预定厚度的膜层所需的研磨时间，所述研磨时间的获取方式为：将研磨基台连续研磨过的晶片数代入二元一次方程，得到研磨基台进行下一次研磨去掉预定厚度的膜层所需的研磨时间，所述研磨时间随所述基台连续研磨过的晶片数的增加而减少，所述二元一次方程的获取方式为：利用测试装置对预先研磨的至少两片晶片研磨去掉的膜层厚度进行测试；利用公式计算装置根据所述研磨前研磨基台连续研磨过的晶片数和下一次研磨去掉的膜层厚度，得到当前研磨基台连续研磨过的晶片数和下一次研磨去掉预定厚度的膜层所需的研磨时间的二元一次方程；

研磨基台，采用所述研磨时间对晶片表面的所述膜层研磨。

5.根据权利要求4所述的化学机械研磨的系统，其特征在于，所述膜层为黑钻石材料层，所述预定厚度为1750埃，所述二元一次方程为：研磨时间=60-0.0564×晶片数，研磨时间的单位为s。

6.根据权利要求4所述的化学机械研磨的系统，其特征在于，所述晶片包括半导体基底，在所述半导体基底上覆盖有阻挡层；在所述半导体基底和所述阻挡层中具有沟槽，在所述沟槽内覆盖有金属铜；所述膜层为所述阻挡层。