CN112677031B

CN112677031B - 对铜金属层进行cmp处理的方法

Info

Publication number: CN112677031B
Application number: CN202011543432.9A
Authority: CN
Inventors: 许力恒; 夏汇哲; 李松; 宋振伟; 张守龙
Original assignee: Hua Hong Semiconductor Wuxi Co Ltd
Current assignee: Hua Hong Semiconductor Wuxi Co Ltd
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2023-03-10
Anticipated expiration: 2040-12-23
Also published as: CN112677031A

Abstract

本申请公开了一种对铜金属层进行CMP处理的方法，涉及半导体制造领域。该对铜金属层进行CMP处理的方法包括将表面沉积有铜的衬底传送至CMP机台，将所述衬底固定在CMP机台的新研磨头上；对所述衬底表面进行预研磨，令所述衬底边缘区域的铜厚度大于所述衬底中心区域的铜厚度；对所述衬底进行主研磨，对衬底表面的铜金属层进行平坦化处理；解决了目前CMP机台上新的研磨头会导致衬底边缘区域出现铜残留缺陷的问题；达到了减少CMP处理后衬底边缘出现的铜残留缺陷的效果。

Description

对铜金属层进行CMP处理的方法

技术领域

本申请涉及半导体制造领域，具体涉及一种对铜金属层进行CMP处理的方法。

背景技术

CMP(chemical mechanical polishing，化学机械抛光)是目前集成电路制造过程中对晶圆表面进行全局平坦化的工艺。在对晶圆进行CMP处理时，将晶圆固定在研磨头上，将晶圆上待抛光的一面对准研磨垫放置，研磨液不断流入晶圆和研磨垫之间，在抛光时，研磨头向晶圆施加一定压力并带动晶圆旋转，在研磨液和磨粒的作用下实现晶圆表面的平坦化。

CMP制程被广泛应用在集成电路制造的各个阶段，比如，前段制程中的STI-CMP，后段制程中的ILD-CMP、W-CMP、Cu-CMP等。在Cu-CMP阶段，在更换新的研磨头后，新的研磨头容易导致晶圆边缘出现Cu残留。目前，针对这种情况，一般会先用新的研磨头抛光大量裸片来对新的研磨头进行做旧，并且需要对效果进行人工卡控。

发明内容

为了解决相关技术中的问题，本申请提供了一种对铜金属层进行CMP处理的方法。该技术方案如下：

一方面，本申请实施例提供了一种对铜金属层进行利用CMP处理的方法，该方法包括：

将表面沉积有铜的衬底传送至CMP机台，将衬底固定在CMP机台的新研磨头上；

对衬底表面进行预研磨，令衬底边缘区域的铜厚度大于衬底中心区域的铜厚度；

对衬底进行主研磨，对衬底表面的铜金属层进行平坦化处理。

可选的，在预研磨过程中，对衬底边缘区域施加的压力小于对衬底中心区域施加的压力。

可选的，在预研磨过程中，对衬底边缘区域施加的压力为0.9psi至1.1psi，对衬底中心区域施加的压力为1.35psi至1.65psi。

可选的，主研磨过程中对衬底施加的压力大于预研磨过程中对衬底施加的压力。

可选的，在主研磨过程中，通过涡流传感器检测衬底表面铜金属层的涡流电流，根据涡流电流实时监测铜金属层的厚度；

根据铜金属层的厚度和目标厚度，自动调整对衬底施加的压力。

可选的，对衬底表面进行预研磨，令衬底边缘的铜厚度大于衬底中心区域的铜厚度，包括：

对衬底表面进行预研磨，在预研磨过程中通过涡流传感器检测衬底表面铜金属层的涡流电流，根据涡流电流实时监测铜金属层的厚度；

当监测到衬底边缘区域的厚度为预定厚度时，停止预研磨；衬底边缘的铜厚度大于衬底中心区域的铜厚度。

本申请技术方案，至少包括如下优点：

通过对表面沉积有铜衬底进行预研磨，令衬底边缘区域的铜厚度大于衬底中心区域的铜厚度，再对衬底表面进行主研磨，对衬底表面的铜金属层进行平坦化处理，利用预研磨将衬底边缘的厚度调整为预定厚度，在主研磨过程中维持对衬底边缘区域的高压力，实现多衬底边缘区域的多研磨，解决了目前CMP机台上新的研磨头会导致衬底边缘区域出现铜残留缺陷的问题；达到了减少CMP处理后衬底边缘出现的铜残留缺陷的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种对铜金属层进行CMP处理的方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参考图1，其示出了本申请实施例提供的一种对铜金属层进行CMP处理的方法的流程图，该方法应用于CMP机台的第一平台(platen 1)，该方法至少包括如下步骤：

步骤101，将表面沉积有铜的衬底传送至CMP机台，将衬底固定在CMP机台的新研磨头上。

在衬底进行铜金属化工艺后，将衬底传送至CMP机台进行CMP处理。

CMP机台一般包括第一平台(platen 1)、第二平台(platen 2)、第三平台(platen3)，每个平台对衬底进行不同效果的研磨；通过研磨头依次将衬底流转至第一平台、第二平台、第三平台。

通过机械手将待研磨的衬底送至CMP机台上的装卸平台，利用研磨头抓住衬底并将衬底固定在研磨头的底部，转动研磨头至第一平台，衬底将在第一平台进行研磨。

固定衬底的研磨头为新的研磨头，即使用次数在预定次数以内的研磨头。预定次数根据实际情况确定。

步骤102，对衬底表面进行预研磨，令衬底边缘区域的铜厚度大于衬底中心区域的铜厚度。

目前，由于新研磨头在研磨过程中会导致衬底边缘区域有异常凸起，在第一平台的研磨结束后，凸起也不会消失，在衬底经过第二平台的研磨后，衬底边缘会最终形成铜残留物，成为缺陷源。

通过预研磨过程，将衬底边缘区域的铜厚度调整为预定厚度，令衬底边缘区域的铜厚度大于衬底中心区域的铜厚度。

步骤103，对衬底进行主研磨，对衬底表面的铜金属层进行平坦化处理。

由于经过步骤102后，衬底的边缘区域的厚度大于衬底中心区域的厚度，在进行主研磨时，对衬底边缘区域施加的压力会大于对衬底中心区域施加的压力，实现对衬底边缘区域多研磨的效果，减少衬底边缘区域铜的残留。

主研磨过程中对衬底施加的压力大于预研磨过程中对衬底施加的压力。

在进行预研磨过程中，对衬底边缘区域施加的压力小于对衬底中心区域施加的压力。

在基于图1所述实施例的可选实施例中，上述步骤102，即“对衬底表面进行预研磨，令衬底边缘的铜厚度大于衬底中心区域的铜厚度”，可以由如下方式实现：

对衬底表面进行预研磨，在预研磨过程中通过涡流传感器检测衬底表面铜金属层的涡流电流，根据涡流电流实时监测铜金属层的厚度。

当监测到衬底边缘区域的厚度为预定厚度时，停止预研磨。

预研磨完成后，衬底边缘的铜厚度大于衬底中心区域的铜厚度。

预定厚度是预先设定的。

利用涡流传感器接近铜金属层表面，由涡流电流检测电路获取衬底表面的铜金属层的涡流电流，铜的厚度越厚，涡流电流越大。

根据涡流电流与铜金属层的厚度关系可以实时监测铜金属层的厚度。

在一个例子中，在对衬底进行预研磨时，对衬底边缘区域施加的压力为0.9psi至1.1psi，对衬底中心区域施加的压力为1.35psi至1.65psi，比如：对衬底边缘区域施加的压力为1.0psi，对衬底中心区域施加的压力为1.5psi。

在基于图1所示实施例的可选实施例中，在主研磨过程中，通过涡流传感器检测衬底表面铜金属层的涡流电流，根据涡流电流实时监测铜金属层的厚度；根据铜金属层的厚度和目标厚度，自动调整对衬底施加的压力。

对衬底上的不同区域，厚度越大，施加的压力越大，厚度越小，施加的压力越小。

通过研磨头对衬底施加压力，研磨头上设置有若干加压区，不同加压区对应衬底上的不同区域。

由于经过预研磨后，衬底边缘区域的厚度大于衬底中心区域的厚度，在进行主研磨过程中，实时监测到衬底边缘区域的厚度都会大于衬底中心区域的厚度，在研磨过程中保持对衬底边缘区域的高压力，起到对衬底边缘区域的多研磨效果，减少衬底边缘区域铜残留的几率。

在一个例子中，在主研磨过程中，对衬底边缘区域施加的压力为5.7psi，对衬底中心区域施加的压力为2.1psi。

采用本申请实施例提供的CMP处理方法对表面沉积有铜的衬底进行研磨后，衬底边缘区域的厚度会比经现有方法处理后的衬底边缘区域的厚度小，比如，衬底边缘区域厚度会薄300埃左右。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。

Claims

1.一种对铜金属层进行CMP处理的方法，其特征在于，所述方法包括：

将表面沉积有铜的衬底传送至CMP机台，将所述衬底固定在CMP机台的新研磨头上；

对所述衬底表面进行预研磨，在预研磨过程中通过涡流传感器检测衬底表面铜金属层的涡流电流，根据涡流电流实时监测铜金属层的厚度；

当监测到所述衬底边缘区域的厚度为预定厚度时，停止预研磨；所述衬底边缘的铜厚度大于所述衬底中心区域的铜厚度，其中，对所述衬底边缘区域施加的压力小于对所述衬底中心区域施加的压力；

对所述衬底进行主研磨，对衬底表面的铜金属层进行平坦化处理，其中，主研磨过程中对衬底施加的压力大于预研磨过程中对衬底施加的压力，在主研磨过程中，通过涡流传感器检测衬底表面铜金属层的涡流电流，根据涡流电流实时监测铜金属层的厚度；根据所述铜金属层的厚度和目标厚度，自动调整对衬底施加的压力。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在预研磨过程中，对衬底边缘区域施加的压力为0.9psi至1.1psi，对衬底中心区域施加的压力为1.35psi至1.65psi。