CN110815047A - 化学机械研磨过程中稳定铜研磨速率的方法 - Google Patents

化学机械研磨过程中稳定铜研磨速率的方法 Download PDF

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孙延松
严钧华
王春伟
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Abstract

本发明公开了一种化学机械研磨过程中稳定铜研磨速率的方法，包括：利用电化学镀铜清洗液对研磨垫进行冲洗；对研磨垫进行整理和超纯水冲洗；对晶圆进行铜研磨；晶圆研磨结束后，利用电化学镀铜清洗液对研磨垫进行冲洗，对研磨垫进行整理和超纯水冲洗。本发明在铜研磨之前使用电化学镀铜清洗液对研磨垫进行预冲洗，而且在铜研磨完成后再次使用电化学镀铜清洗液对研磨垫进行冲洗，这样可以提高研磨垫上研磨副产物的去除率，有效地保证研磨垫的持续清洁度，有效地降低铜研磨速率发生异常波动的几率，使铜研磨制程的工艺能力指数稳定度显著提高。

Description

化学机械研磨过程中稳定铜研磨速率的方法
技术领域
本发明涉及微电子及半导体集成电路的制程控制技术，具体属于一种在化学机械研磨过程中稳定铜研磨速率的方法。
背景技术
随着元件尺寸持续缩减，光刻曝光分辨率相对增加，伴随着曝光景深的缩减，对于晶片表面的高低起伏轮廓的容忍要求更为严苛。化学机械研磨方法是目前能提供超大规模集成电路工艺全域性平坦化的技术，它独特的各向异性磨除性质除了用于晶片表面轮廓的平坦化之外，亦可经由金属研磨方式应用于垂直及水平金属导线连接的制作、前段工艺中元件浅沟槽隔离制作及先进元件的制作、微机电系统平坦化和平面显示器制作等。
一般化学机械研磨设备基本上是由一个用来进行芯片研磨的研磨台(PolishingTable)，及一个用来承载被研磨芯片的研磨头(Carrier)所组成。其中研磨头将固定住芯片的背面，然后把芯片的正面压在铺有一层研磨垫(Polishing Pad)的研磨台上。当进行化学机械研磨时，研磨台将顺着一固定方向旋转，且研磨头的运动方向例如是线性移动或是与研磨台一样顺着一固定方向旋转且角速度相同，此外，进行研磨期间还包括加入研磨液(Slurry)，以进行芯片表面研磨。
而目前在超大规模集成电路发展到小于0.13μm的时代，为提高芯片的执行速度，需有效地克服阻抗等所造成的的时间延迟，因此大多采取低介电常数的材料以及使用金属铜作为内连线结构。
传统方法通过研磨垫整理器(Dresser)整理和超纯水(DIW)对研磨垫进行冲洗，但是在这个清洗过程中，化学机械研磨产生的副产物去除率不稳定，容易造成机台自身的监控项目(Offline)及对工程片或产品的监控项目(Inline)的铜研磨速率发生突变，铜研磨制程的安全性及稳定性不够。因此，亟需加强去除铜研磨副产物的手段，从而持续保证研磨垫的清洁度，稳定化学机械研磨机台的铜研磨速率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种化学机械研磨过程中稳定铜研磨速率的方法，可以解决现有化学机械研磨工艺的清洗过程中副产物去除率不稳定而导致铜研磨速率发生突变的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的化学机械研磨过程中稳定铜研磨速率的方法，包括如下步骤：
步骤1，利用电化学镀铜清洗液对研磨垫进行冲洗；
步骤2，对晶圆进行铜研磨；
步骤3，晶圆研磨结束后，利用电化学镀铜清洗液对研磨垫进行冲洗。
较佳地，在步骤1和步骤2之间，对研磨垫进行整理和超纯水冲洗。
较佳地，在步骤3后，对研磨垫进行整理和超纯水冲洗。
较佳地，在步骤1中，利用流量为80mL/min～100mL/min的电化学镀铜清洗液进行冲洗。
优选地，利用流量为90mL/min的电化学镀铜清洗液进行冲洗。
进一步地，冲洗时间为5s～25s。
优选地，冲洗时间为8s。
优选地，在步骤3中，利用流量为200mL/min的电化学镀铜清洗液进行冲洗。
进一步地，在步骤3中，冲洗时间为5s～25s。
优选地，冲洗时间为16s。
与现有技术相比，本发明在铜研磨之前使用电化学镀铜清洗液对研磨垫进行预冲洗，而且在铜研磨完成后再次使用电化学镀铜清洗液对研磨垫进行冲洗，这样可以提高研磨垫上研磨副产物的去除率，有效地保证研磨垫的持续清洁度，有效地降低铜研磨速率发生异常波动的几率，使铜研磨制程的工艺能力指数(Cpk)稳定度显著提高。
附图说明
图1为本发明的实施例一的方法流程图；
图2为本发明的实施例二的方法流程图；
图3为在一个保持环(Retainer Ring)的使用寿命周期里机台自身的监控项目(Offline)铜去除率的形貌分布图；
图4为现有方法与本发明的铜研磨制程的工艺能力指数的对比图。
具体实施方式
下面结合附图通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可以由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明亦可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，本领域技术人员在不背离本发明的精神下可以进行各种类似推广和替换。
实施例一
在本实施例中，化学机械研磨过程中稳定铜研磨速率的方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤1，利用电化学镀铜清洗液(ECP clean)对研磨垫进行冲洗；
步骤2，对晶圆进行铜研磨；
步骤3，晶圆研磨结束后，利用电化学镀铜清洗液对研磨垫进行冲洗。
在步骤1中，利用流量为80mL/min～100mL/min的电化学镀铜清洗液对研磨垫进行冲洗，冲洗时间为5s～25s。优选的，利用流量为90mL/min的电化学镀铜清洗液进行冲洗，冲洗时间为8s。
在步骤3中，利用流量为200mL/min的电化学镀铜清洗液对研磨垫进行冲洗，冲洗时间为5s～25s。优选的，冲洗时间为16s，使得研磨垫得到更加充分和有效的清洗，达到对研磨副产物的高去除率，为研磨下一片晶圆提供清洁的研磨垫条件和稳定的铜研磨去除速率。
本实施例中，通过电化学镀铜清洗液加强对研磨副产物的清除，在铜研磨之前(即将晶圆放置至研磨台之前)使用电化学镀铜清洗液对研磨垫进行预冲洗，而且在铜研磨完成后再次使用电化学镀铜清洗液对研磨垫进行冲洗，如图4所示的铜研磨制程的工艺能力指数对比图以及图3所示的一个保持环的使用寿命周期里铜去除率的离线分布图，这样可以提高研磨垫上研磨副产物的去除率，有效地保证研磨垫的持续清洁度，有效地降低铜研磨速率发生异常波动的几率，使铜研磨制程的工艺能力指数(Cpk)稳定度显著提高，增强制程的安全性和稳定性。
实施例二
在实施例一的基础上，本实施例的化学机械研磨过程中稳定铜研磨速率的方法，如图2所示，包括如下步骤：
步骤1，利用电化学镀铜清洗液对研磨垫进行冲洗；
步骤2，对研磨垫进行整理和超纯水冲洗；
步骤3，对晶圆进行铜研磨；
步骤4，晶圆研磨结束后，利用电化学镀铜清洗液对研磨垫进行冲洗；
步骤5，对研磨垫进行整理和超纯水冲洗。
在步骤1中，利用流量为80mL/min～100mL/min的电化学镀铜清洗液对研磨垫进行冲洗，冲洗时间为5s～25s。优选的，利用流量为90mL/min的电化学镀铜清洗液进行冲洗，冲洗时间为8s。
在步骤4中，利用流量为200mL/min的电化学镀铜清洗液对研磨垫进行冲洗，冲洗时间为5s～25s。优选的，冲洗时间为16s。
同时，在步骤2和步骤5中，利用BKM(Best Known Method，长期验证得到的最佳方案)条件通过研磨垫整理器对研磨垫进行整理和超纯水冲洗。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，该实施例仅仅是本发明的较佳实施例，本发明并不局限于上述实施方式。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员做出的等效置换和改进，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。

Claims (10)

1.一种化学机械研磨过程中稳定铜研磨速率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，利用电化学镀铜清洗液对研磨垫进行冲洗；
步骤2，对晶圆进行铜研磨；
步骤3，晶圆研磨结束后，利用电化学镀铜清洗液对研磨垫进行冲洗。
2.根据权利要求1所述的化学机械研磨过程中稳定铜研磨速率的方法，其特征在于，在步骤1和步骤2之间，对研磨垫进行整理和超纯水冲洗。
3.根据权利要求1所述的化学机械研磨过程中稳定铜研磨速率的方法，其特征在于，在步骤3后，对研磨垫进行整理和超纯水冲洗。
4.根据权利要求1所述的化学机械研磨过程中稳定铜研磨速率的方法，其特征在于，在步骤1中，利用流量为80mL/min～100mL/min的电化学镀铜清洗液进行冲洗。
5.根据权利要求4所述的化学机械研磨过程中稳定铜研磨速率的方法，其特征在于，利用流量为90mL/min的电化学镀铜清洗液进行冲洗。
6.根据权利要求4所述的化学机械研磨过程中稳定铜研磨速率的方法，其特征在于，冲洗时间为5s～25s。
7.根据权利要求6所述的化学机械研磨过程中稳定铜研磨速率的方法，其特征在于，冲洗时间为8s。
8.根据权利要求1所述的化学机械研磨过程中稳定铜研磨速率的方法，其特征在于，在步骤3中，利用流量为200mL/min的电化学镀铜清洗液进行冲洗。
9.根据权利要求8所述的化学机械研磨过程中稳定铜研磨速率的方法，其特征在于，在步骤3中，冲洗时间为5s～25s。
10.根据权利要求9所述的化学机械研磨过程中稳定铜研磨速率的方法，其特征在于，冲洗时间为16s。
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