CN1212919A - 适于高精度平面化的化学机械抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在绝缘层的槽内形成互连层的方法。该方法包含步骤有:在绝缘层的上部分形成槽;在绝缘层的表面上以及槽内沉积一个导电层;且使导电层经受化学机械抛光以对导电层进行抛光,以便只在槽内存留导电层,从而在槽内形成互连,其中通过使用含有聚氨基甲酸乙酯泡沫的具有一个抛光垫板表面的抛光垫板完成化学机械抛光。
Description
本发明涉及一种形成半导体装置的方法，且尤其是涉及一种通过在覆盖在硅基片上的绝缘膜内形成的槽内形成的互连进行抛光金属层的化学机械抛光方法，它适于获得高精度平面。
由于先进的半导体装置进一步缩小的需求增加，形成尽管可能精细的互连的重要性也提高了。为了形成精细的互连，作为互连图型的精细的槽在如层间绝缘体的绝缘膜内形成、用以在绝缘膜的整个表面连续沉积如铝层的金属层以使在对金属层进行化学机械抛光之前将形成在绝缘膜内的精细槽充满金属层，进行化学机械抛光只在精细的槽内留下金属层，从而将存留在精细槽内的金属层用作金属连接。
在日本laid-open专利公布No.6-313164中，揭示了一种常规的化学机械抛光方法，它用以抛光覆盖在具有精细槽的绝缘膜的金属层以在绝缘膜中的精细的槽内形成精细金属互连。图1A是显示常规化学机械抛光方法包含的连续操作中的第一步中覆盖于硅基片上具有精细槽的表面金属层的间层绝缘体的金属层的一段剖视图。图1B是显示常规的化学机械抛光方法包含的连续的操作中的第二步中覆盖于硅基片上的具有精细槽的表面的层间绝缘体的金属层一段剖视图。
参照图1A，通过硅的热氧化方法或化学气相沉积法在硅基片21上形成约1微米厚的层间绝缘体22。随后在层间绝缘体22的表面形成用作互连图形的槽23。通过喷镀方法在具有槽23的层间绝缘体22的整个表面上沉积金属层24，以使槽23完全被金属层24充填且金属层24覆盖层间绝缘体22的表面。
参照图1B，金属层24的表面经受化学机械抛光，其中通过使用按如下制备的抛光物完成这种化学机械抛光方法，用纯净水稀释胶态硅石浆以形成含水的硅石浆，然后将这种含水硅石浆加入由过氧化氢及过硫酸钠或过硫酸钾组成的抛光促进剂，从而制备出用于化学机械抛光的抛光物。也使用一个非编织的纤维抛光垫板作为抛光垫板。对金属层24进行抛光以只有槽23内保留金属层，从而在槽23内形成互连层26,26a和26b。
上述的化学机械抛光方法的优点是高效率且没有产生如刮伤的表面损伤，但缺点在于金属层24的过抛光，在互连层26的具有高密度的区域如半导体芯片的中心区域形成过抛光部分25，而互连层26a和26b的具有低密度的周围区域没有过抛光部分25。
换句话说，上述的常规化学机械抛光方法对于具有高密度的互连26的高密度区域的抛光速率或抛光效率要高于具有低密度的互连层26a和26b的低密度区域的抛光速率或抛光效率，由于这一原因在互连层26的高密度的高密度区域易于出现过抛光，从而具有高密度的互连层26的高密度区域上槽23内的互连层26的上部分也易于过抛光，导致在具有高密度的互连层26的高密度区域形成过抛光部分25。因此，在高密度区域上形成的互连层26比在低密度区域上形成的互连层26a和26b要薄。也就是说，上述常规的化学机械抛光方法由于在半导体芯片上的互连层的密度的变化，引起了在槽内的互连层的厚度的变化。另外，如果金属层的抛光速率和抛光效率的变化取决于互连层的密度的变化，这表示即使在半导体芯片上的互连层的间距保持恒定，金属层的抛光速率和抛光效率主要取决于互连层的宽度的变化。也就是说，互连层的厚度的变化取决于互连层的宽度的变化。假如在半导体芯片上的互连层的宽度发生变化，于是在半导体芯片上的互连层的厚度也发生变化。
在上述情况下，需要研制没有上述缺点的对金属层进行抛光的新的方法，在基片上的绝缘膜内形成的槽内形成互连。
因此，本发明的一个目的在于提供一种用以在基片上的绝缘膜内形成的槽内形成互连的对金属进行抛光的新的化学机械抛光方法，它没有上述的问题。
本发明的又一个目的在于提供一种用以在基片上的绝缘膜内形成的精细槽内形成精细的互连的抛光金属层的新的化学机械抛光方法，以便即使在基片具有较大的互连密度变化时，仍可获得高精度的平面。
本发明的又一个目的在于提供一种用以在基片上的绝缘膜内形成的精细槽内形成精细的互连的抛光金属层的新的化学机械抛光方法，以便即使在基片具有较大的互连间距变化时，仍可获得高精度平面。
本发明的又一个目的在于提供一种用以在基片上的绝缘膜内形成的精细槽内形成精细的互连的抛光金属层的新的化学机械抛光方法，以便即使在基片具有较大的互连宽度变化时，乃可获得高精度平面。
本发明的另一个目的在于提供一种用以在基片上的绝缘膜内形成的精细槽内形成精细的互连的抛光金属层的新的化学机械抛光方法，它提供的绝缘膜没有任何刮伤。
本发明的另一个目的在于提供一种用以在基片上的绝缘膜内形成的精细槽内形成精细的互连的抛光金属层的新的化学机械抛光方法，它即使在基片具有大的互连密度的变化时，在基片的整个区域内该方法仍能保持恒定的抛光速率或抛光效率。
本发明的又一个目的在于提供一种用以在基片上的绝缘膜内形成的槽内形成具有高精确均匀厚度的互连的抛光金属层的新的化学机械抛光方法。
本发明的另一个目的在于提供一种在基片上的绝缘膜内形成的槽内形成互连的的新的方法，它没有上述的问题。
本发明的再一个目的在于提供一种在基片上的绝缘膜内形成的槽内形成具有高精确均匀厚度的互连的新的方法。
本发明的又一个目的在于提供一种在基片上绝缘膜内形成的槽内形成互连的的新的方法，它没有上述的问题。
本发明的又一个目的在于提供一种在基片上绝缘膜内形成的槽内形成具有高精确均匀厚度的互连的新的方法。
本发明提供了一种在绝缘膜的槽内形成互连层的方法。该方法包含的步骤有：在绝缘层的上部分内形成槽；在绝缘层的表面上且在槽内沉积导电层；使导电层经受化学机械抛光以对导电层进行抛光，以便只在槽内保留导电层，从而在槽内形成互连层，其中通过使用含有聚氨基甲酸乙酯泡沫的抛光垫板表面的抛光垫板来完成化学机械抛光。
将通过以下的描述更加深入阐明本发明上述和其它的目的、性能和优点。
下面将参照附图，详细描述本发明的最佳实施例。
图1A是显示在常规的化学机械抛光方法中包含的连续操作的第一步中覆盖于硅基片上具有精细槽表面的层间绝缘体的金属层的一段剖视图。
图1B是显示在常规的化学机械抛光方法包含的连续操作中的第二步中覆盖于硅基片具有精度槽表面的层间绝缘体的金属层的一段剖视图。
图2是显示按照本发明的用于新化学机械抛光方法的化学机械抛光系统的示意图。
图3A至图3D显示是包含于本发明在硅基片上的层间绝缘体的上部分形成的槽中形成互连的包含于新的化学机械抛光方法的连续操作中的硅基片的一段剖视图。
图4显示当使用常规的化学机械抛光方法和当使用按本发明的新的化学机械抛光方法时，覆盖在硅基片上的层间绝缘体的上部分形成的槽内的互连层的厚度随互连层的位置而变化的关系曲线图。
图5是显示本发明的不同的互连层宽度的情况下覆盖于硅基片的层间绝缘体的上部分中形成的槽内的互连层的电阻随着被抛光的基片表面在新的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上向下的压力而变化的关系曲线图。
图6是显示本发明中在新的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板上被抛光的基片表面上不同的向下压力的情况下，覆盖于硅基片上的层间绝缘体的上部分内形成槽内的互连层的电阻随互连层的宽度而变化的关系的曲线图。
第一本发明提供的用以抛光表面的化学机械抛光方法包括至少一个导电材料区域和至少一个绝缘材料区域，其中通过使用具有由聚氨基甲酸乙酯制成的抛光垫板表面的一个抛光垫板来完成化学机械抛光方法。
最好是抛光垫板和包含一种包括硅石颗粒的溶液的抛光材料组合在一起使用。
最好是溶液中含有的作为抛光材料的硅石颗粒由胶态硅石颗粒组成以避免使绝缘区域具有任何明显刮伤。
最好是抛光垫板的整个部件由聚氨基甲酸乙酯泡沫组成，以获得被抛光表面的高精确平面化。
最好是抛光垫板包含非编织纤维基层的片层和覆盖于非编织纤维基层上的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面层，以获得被抛光表面的高精确平面化。
为了获得被抛光表面的高精度确平面化，在抛光垫板上的该表面上的向下压力设定为不高于420gwt/cm2。
按照第一本发明，上述新的化学机械抛光方法能对包括至少一个导电材料区域和至少一个绝缘材料区域的表面抛光，以获得高精确的平面化而没有为绝缘层提供任何明显的刮伤。然而，在提供相同的向下压力和相同的抛光材料的情况下，假如导电表面和绝缘表面分别被抛光，导电区域与绝缘区域相比具有较高的抛光速率或抛光效率。尤其是，为了获得绝缘区域没有任何明显刮伤的高精确平面化，最好是在使用含有胶态硅石颗粒的抛光材料，在不高于420gwt/cm2的向下压力下，使抛光垫板的抛光垫板表面与被抛光的表面相接触，因此，即使表面上分布的导电区域具有较大的密度变化，整个表面区域的实际抛光速率或实际抛光效率仍保持恒定。即使表面上分布的导电区域具有较大的密度变化，聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面具有足够的硬度以使表面的整个区域上的实际抛光速率或实际抛光效率保持恒定。足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面防止具有高抛光速率或抛光效率的导电区域的抛光超过绝缘层的抛光。这防止了被抛光的导电区域与被抛光的绝缘区域相比具有一明显低的高度。这还防止了足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面只和绝缘区域相接触。这进一步阻止了由足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面提供的压力集中到绝缘区域。通过对抛光垫板表面上的导电区域和绝缘区域两者施加基本相同的向下压力，使充够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面和导电区域和绝缘区域接触，以避免在导电区域集中存在的区域的任何明显的局部的或部分的过---抛光。
因此，即使分布导电区域的表面具有一较大的密度变化，被抛光的表面施加在抛光垫板表面上的低的向下压力使在表面的整个区域上的实际抛光速率和实际抛光效率保持一致。也就是说，即使在整个表面上分布的导电区域的表面具有一较大的分布或密度上的变化，可获得抛光表面的高精确平面化。因此，与如上描述的已有技术相反，由上述新的化学机械抛光方法抛光的表面没有任何明显的过抛光区域。假如分布的导电区域包含槽内的互连或是包含充入通孔或接触孔内的栓塞，即使在表面具有互连或通孔或接触孔的间距的较大变化，或即使表面具有互连宽度的较大变化，上述新的化学机械抛光方法能获得高精确度平面化。因此，有可能在表面的整个区域上的槽内形成具有高精确相等厚度的互连。
与上述第一本发明相反，假如使用如上描述的常规的化学机械抛光方法，会出现以下问题。假如在提供相同的向下压力和相同的抛光物的情况下，导电区域如金属区域比绝缘区域具有较高的抛光速率或抛光效率。然而，当分布的导电区域的表面具有较大的密度变化时，常规的抛光垫板表面的硬度不足以使在表面的整个区域上的实际抛光速率或实际抛光效率保持恒定。常规的不够硬的抛光垫板表面造成了具有较高抛光速率或抛光效率的导电区域的抛光超过了绝缘层的抛光，因此被抛光的导电区域与被抛光的绝缘区域相比具有明显的低的水平。因此，足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面和绝缘区域接触。这使得由足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面提供的向下压力集中到绝缘区域。这表示常规的不够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面以明显不同的向下压力和被抛光的表面接触，从而造成在导电区域集中存在的区域的明显的局部的或部分的过---抛光。
第二本发明提供一种化学机械抛光方法，用以对绝缘层表面上填充的以及在绝缘层的表面内形成的凹陷处充填的导电层进行抛光，以便只在凹陷处保留导电层，从而在凹陷处形成埋层，其中通过使用具有一个由聚氨基甲酸乙酯制成的抛光垫板表面的抛光垫板来完成化学机械抛光方法。
最好是，将抛光垫板和含有包含硅石颗粒的溶液的抛光物组合在一起使用。
最好是，用作抛光物的包含于溶液中的硅石颗粒含有胶态硅石颗粒，以提供没有任何明显刮伤的绝缘层。
为了获得抛光的表面的高精确平面化，抛光垫板的整个部件最好含有聚氨基甲酸乙酯泡沫。
为了获得抛光表面的高精确平面化，抛光垫板最好是包含由非编织纤维基层和覆盖在非编织纤维基层上的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面层的片层。
为了获得抛光表面的高精确平面化，抛光垫板上的导电层的向下压力设定为不高于420gwt/cm2。
凹陷最好是包含在绝缘层的上部分形成的槽，且导电埋层在槽内形成互连层。
最好是凹陷包含在绝缘层的上部分形成的槽，且导电埋入层在槽内形成电极。
最好是凹陷包含穿透绝缘层的通孔，且导电埋层填充在通孔里面形成拴塞层。
最好是凹陷包含穿透绝缘层的接触孔，且导电埋层填充在接触孔内形成拴塞层。
最好是导电埋层包含金属层。
最好是导电埋层包含难熔金属层。
最好是导电埋层包含合金层。
最好是导电埋层含有包含杂质的聚硅氧烷层。
按照第二本发明，上述新的化学机械抛光方法能对覆盖于具有槽的绝缘层表面的金属层进行抛光，以便获得高精确平面化而提供没有任何明显刮伤的绝缘层。尽管如此，在提供相同的向下压力和相同的抛光物的情况下，假如分别对导电层和绝缘进行抛光，导电层比绝缘层具有高的抛光速率和抛光效率。尤其是，为了获得高精确平面化而提供没有任何刮伤的绝缘层，最好是在不高于420gwt/cm2的向下压力并提供含有胶态硅石颗粒的抛光物使抛光垫板的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面和被抛光表面接触，即使表面在凹陷内的导电埋层的密度具有较大的不同，在表面的整个区域的实际抛光速率和实际抛光效率保持恒定。即使表面在凹陷处的导电埋层上有较大的密度变化，聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面具有足够的硬度以使表面的整个区域的实际抛光速率或实际效率保持恒定。足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面防止具有高抛光速率或抛光效率的导电埋层的抛光超过绝缘层的抛光。这防止了被抛光的导电层比被抛光的绝缘层具有明显低的水平。这还防止了足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面只和绝缘层相接触。这还防止了由足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面提供的向下压力集中到绝缘层。这表示通过抛光垫板表面在导电层和绝缘层上施加基本上相同的向下的压力，使足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面和导电埋层和绝缘层相接触，以避免在导电埋层集中存在的层上出现任何明显的局部的或部分的过抛光。
因此，即使导电埋入层的表面具有较大的密度变化，上述在抛光垫板表面上被抛光的表面上的低的向下压力也使得在表面的整个区域上的实际抛光速率或实际抛光效率保持恒定。也就是说，即使在整个表面上导电埋入层的分布和密度具有较大的变化，可以获得抛光的表面的高精确平面化。因此，与上面描述的已有技术相反，由上述新的化学机械抛光方法抛光的表面没有任何明显的过抛光区域。假如导电埋层包含槽内的互连作为凹陷，即使在互连的表面具有较大的间距变化，或即使互连的表面具有较大的宽度的变化，上述新的化学机械抛光方法能够获得高精确平面化。因此，可以在表面的整个区域上的槽内形成具有高精确相同厚度的互连。
和上述第二本发明相反，假如使用如上描述的常规的化学机械抛光方法，出现了以下问题。在提供相同的向下压力和相同的抛光物的情况下假如对导电埋入层和绝缘层分别抛光，导电层如金属区域与绝缘层相比具有较高的抛光速率或抛光效率。然而，当导电埋层的表面具有较大的密度变化时，常规抛光垫板表面不足以使得表面的整个区域的实际抛光速率或实际抛光效率保持恒定。常规的不足够硬的抛光垫板表面造成了具有较高抛光速率或抛光效率的导电层的抛光超过了绝缘层的抛光，从而被抛光的导电埋入层比被抛光的绝缘层相比具有明显低的水平。因此，足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面只和绝缘层相接触。这造成了由足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面提供的向下压力集中到绝缘层。这意味着常规的不够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面以明显不同的向下压力和被抛光的表面相接触，以在导电埋层集中存在的区域上造成明显的局部的或部分的过抛光。
第三本发明提供一种在绝缘层的槽内形成互连层的方法。该方法包含的步骤有：在绝缘层的上部分形成槽；在绝缘层的整个表面以及在槽内沉积导电层；使导电层经受化学机械抛光以对导电层进行抛光以使只在槽内存留导电层，从而在槽内形成互连，其中化学机械抛光是通过使用具有包含聚氨基甲酸乙酯泡沫的一个抛光垫板表面的抛光垫板而完成的。
最好是，将抛光垫板和含有包含硅石颗粒的溶液的抛光物组合在一起使用。
最好是，用作抛光物的含有的硅石颗粒的溶液含有胶态硅石颗粒，以提供没有任何明显刮伤的绝缘层。
为了获得抛光的表面的高精确平面化，抛光垫板的整个部件最好含有聚氨基甲酸乙酯泡沫。
为了获得抛光表面的高精确平面化，抛光垫板最好是包含非编织纤维基层和覆盖在非编织纤维基层上的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面层的片层。
为了获得抛光表面的高精确平面化，抛光垫板上的导电层的向下压力设定为不高于420gwt/cm2。
每个互连层的一部分最好用作电极。
最好是互连层包含金属层。
最好是互连层包含难熔金属层。
最好是互连层包含合金层。
最好是互连层含有包含聚硅氧烷层的杂质。
按照第三本发明，上述新的化学机械抛光方法能对覆盖于具有槽的绝缘层表面的金属层进行抛光，以便获得高精确平面化而提供没有任何明显刮伤的绝缘层。尽管如此，在提供相同的向下压力和相同的抛光物的情况下，假如分别对导电层和绝缘进行抛光，导电层比绝缘层具有高的抛光速率和抛光效率。尤其是，为了获得高精确平面化而提供没有任何刮伤的绝缘层，最好是在不高于420gwt/cm2的向下压力并提供含有胶态硅石颗粒的抛光物使抛光垫板的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面和被抛光表面接触，即使槽内互连层的表面具有较大的密度变化，在表面的整个区域中实际抛光速率和实际抛光效率保持恒定。足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面防止具有高抛光速率或抛光效率的互连层的抛光超过绝缘层的抛光。这防止了被抛光的互连层比被抛光的绝缘层具有明显低的水平。这还防止了足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面只和绝缘层相接触。这防止了由足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面提供的向下压力集中到绝缘层。这表示通过抛光垫板表面在导电层和绝缘层上施加基本上相同的向下的压力，使足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面和导电埋层和绝缘层相接触，以避免在导电埋层集中存在的层上出现任何明显的局部的或部分的过抛光。
因此，即使表面上具有一较大的互连层密度变化，被抛光的表面施加在抛光垫板表面上的低的向下压力使在表面的整个区域上的实际抛光速率和实际抛光效率保持一致。也就是说，即使在整个表面上互连层的分布或密度具有一较大的变化，可获得抛光表面的高精确平面化。因此，与如上描述的已有技术相反，由上述新的化学机械抛光方法抛光的表面没有任何明显的过抛光区域。即使表面具有互连间距的较大变化，上述新的化学机械抛光方法能获得高精确度平面化。因此，有可能在表面的整个区域上的槽内形成具有高精确相等厚度的互连。
与上述第三本发明相反，假如使用如上描述的常规的化学机械抛光方法，会出现以下问题。假如在提供相同的向下压力和相同的抛光物的情况下，分别对互连层和绝缘层进行抛光，导电区域如金属区域比绝缘区域具有较高的抛光速率或抛光效率。然而，当表面具有较大的互连层密度变化时，常规的抛光垫板表面的硬度不足以使在表面的整个区域上的实际抛光速率或实际抛光效率保持恒定。常规的不够硬的抛光垫板表面造成了具有较高抛光速率或抛光效率的导电区域的抛光超过了绝缘层的抛光，因此被抛光的导电区域与被抛光的绝缘区域相比具有明显的低的水平。因此，足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面仅和绝缘区域接触。这使得由足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面提供的向下压力集中到绝缘区域。这表示常规的不够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面以明显不同的向下压力和被抛光的表面接触，从而造成在导电区域集中存在的区域的明显的局部的或部分的过---抛光。
第四本发明提供了一种用于化学机械抛光方法的抛光垫板，其中该抛光垫板具有一个由聚氨基甲酸乙酯制成的抛光垫板表面。
最好是，将抛光垫板和含有包含硅石颗粒的溶液的抛光物组合在一起使用。
最好是，抛光垫板是与含有一种包括胶态硅石颗粒的溶液的抛光材料组合在一起使用的，以提供没有任何明显刮伤的绝缘层。
为了获得抛光的表面的高精确平面化，抛光垫板的整个部件最好含有聚氨基甲酸乙酯泡沫。
为了获得抛光表面的高精确平面化，抛光垫板最好包含非编织纤维基层和覆盖在非编织纤维基层上的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面层的片层。
按照第二本发明，上述新的化学机械抛光方法能对覆盖在具有槽的绝缘层表面上的金属层进行抛光，以获得高精确的平面化而没有提供具有任何明显的刮伤的绝缘层。然而，在提供相同的向下压力和相同的抛光材料的情况下，假如导电表面和绝缘表面分别被抛光，导电层与绝缘层相比具有较高的抛光速率或抛光效率。尤其是，为了获得绝缘区域没有任何明显刮伤的高精确平面化，最好是在使用含有胶态硅石颗粒的抛光材料，在不高于420gwt/cm2的向下压力下，使抛光垫板的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面与被抛光的表面相接触，因此，即使表面上的凹陷内导电埋层具有较大的密度变化，整个表面区域的实际抛光速率或实际抛光效率仍保持恒定。即使表面上的凹陷内导电埋层具有较大的密度变化，聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面具有足够的硬度以使表面的整个区域上的实际抛光速率或实际抛光效率保持恒定。足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面防止具有高抛光速率或抛光效率的导电埋层的抛光超过绝缘层的抛光。这防止了被抛光的导电层与被抛光的绝缘区域相比具有一明显低的高度。这还防止了足够硬的氨基甲酸乙酯抛光垫板表面只和绝缘层相接触。这进一步阻止了由足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面提供的压力集中到绝缘区域。通过对抛光垫板表面上的导电埋层和绝缘层两者施加基本相同的向下压力，使充够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面和导电埋层和绝缘层接触，以避免在导电埋层集中存在的区域的任何明显的局部的或部分的过---抛光。
因此，即使分布导电埋层的表面具有一较大的密度变化，被抛光的表面施加在抛光垫板表面上的低的向下压力使在表面的整个区域上的实际抛光速率和实际抛光效率保持一致。也就是说，即使在整个表面上分布的导电埋层具有一较大的分布或密度上的变化，可获得抛光表面的高精确平面化。因此，与如上描述的已有技术相反，由上述新的化学机械抛光方法抛光的表面没有任何明显的过抛光区域。假如分布的导电埋层包含槽内的互连，即使在表面具有互连间距的较大变化，或即使表面具有互连宽度的较大变化，上述新的化学机械抛光方法能获得高精确度平面化。因此，有可能在表面的整个区域上的槽内形成具有高精确相等厚度的互连。
与上述第二本发明相反，假如使用如上描述的常规的化学机械抛光方法，会出现以下问题。假如在提供相同的向下压力和相同的抛光物的情况下，导电层如金属区域比绝缘区域具有较高的抛光速率或抛光效率。然而，当表面具有较大的导电埋层密度变化时，常规的抛光垫板表面的硬度不足以使在表面的整个区域上的实际抛光速率或实际抛光效率保持恒定。常规的不够硬的抛光垫板表面造成了具有较高抛光速率或抛光效率的导电埋层的抛光超过了绝缘层的抛光，因此被抛光的导电埋层与被抛光的绝缘区域相比具有明显的低的水平。因此，足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面只和绝缘区域接触。这使得由足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面提供的向下压力集中到绝缘区域。这表示常规的不够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面以明显不同的向下压力和被抛光的表面接触，从而造成在导电区域集中存在的区域的明显的局部的或部分的过---抛光。
优选实施方案
第一实施方案
将参照图2详细描述按本发明的第一实施例，图2是显示用于按本发明的新的化学机械抛光方法的化学机械抛光系统，新的抛光垫板2固定于台1的表面上。新的抛光垫板2包含聚氨基甲酸乙酯泡沫体。或者，抛光垫板2包含柔软的非编织纤维抛光垫基层聚氨基甲酸乙酯泡沫体表面层的片层。聚氨基甲酸乙酯最好为硬型的。抛光物4通过一供料器3供料至抛光垫板2上。抛光物4包括含有胶态的硅颗粒的溶液。
一反向面垫板6固定于片载体5的表面上。一个半导体片7固定于反向面垫6上，因此，半导体片7通过反向垫板6固定在片载体5上。片载体5与旋转轴相连接以使片载体5旋转。
在抛光过程中，使半导体片7以一预定向下的压力和抛光垫板2的聚氨基甲酸乙酯泡沫垫板表面相接触。将抛光物4提供到抛光垫板2的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上。具有抛光垫板2的台1和片载体5分别以预定的旋转速率旋转，以具有表面涂布有含抛光物4的胶态硅颗粒抛光垫板2的聚氨基甲酸乙酯泡沫体抛光垫板对片的表面进行抛光。
图3A至3D是显示通过使用按本发明的新的化学机械抛光方法在硅基片上覆盖的层间绝缘体的上部分形成的槽内形成互连层的新的方法包含的连续操作中的硅基片的剖视图。
参照图3A，通过硅的热氧化方法且随后的氧化硅的化学气相沉积而在硅基片8上形成具有厚度约为1微米的层间绝缘体9。
参照图3B，在层间绝缘体9的上部分通过活性离子刻蚀法形成槽10用作互连图形。
参考图3C，由铝-铜合金制成的金属层11在高温下通过喷镀方法沉积于具有槽10的层间绝缘体9的整个表面上，因此槽10完全被金属层11充填且金属层11覆盖在层间绝缘体9的表面上。
参考图3D，金属层11的表面经受上述新型化学机械抛光，因此通过使用聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板和具有直径不大于50毫微米的胶态硅石颗粒的胶态硅石浆以一不高于420gwt/cm2的预定的向下压力完成这种新的化学机械抛光方法。也使用了编织的纤维抛光垫板作为抛光垫板。将金属层11抛光至仅保留在槽10内，因此在槽10内形成互连层12,12a和12b。
图4是显示了按常规的化学机械抛光方法和按本发明的化学机械抛光方法的覆盖了硅基片8的层间绝缘体9的上部分内形成的槽10内的互连层12,12a和12b的厚度变化与互连层12,12a和12b的位置的关系曲线图。每个互连层12,12a和12b具有0.5微米的均匀宽度，每个互连层12,12a和12b在恒定的0.5微米的距离布线。实线代表当使用本发明的新的化学机械抛光方法时互连层12,12a和12b相对于位置的厚度的变化，虚线表示当使用常规的化学机械抛光方法时互连层12,12a和12b相对于位置的厚度的变化。
当使用常规的化学机械抛光方法时，在芯片的中心位置的互连层12的厚度为280毫微米，而位于芯片的外围区域的互连层12a和12b约为400毫微米。互连层12,12a和12b相对于片的位置具有一较大的厚度变化。
相反，当使用本发明提供的化学机械抛光方法时，相对于芯片的位置的互连层12的厚度在约510毫微米保持不变。相对芯片的位置的互连层12,12a和12b的厚度没有明显变化。
图5是显示在不同的互连层宽度的情况下，覆盖于硅基片的层间绝缘体的上部分形成的槽内的互连层电阻随本发明新的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上的被抛光的基片表面的向下压力而变化的曲线。对使用上述的化学机械抛光方法而形成的具有不同厚度，如0.5微米，1微米和2微米的三种不同的互连层进行电阻测量。这三种不同的互连层的宽度相对于线间距或距离具有一恒定的比率。第一互连层具有一0.5微米的均匀宽度且以一恒定的0.5微米的线间距或距离布线。第二互连层具有1微米的均匀宽度且以1微米的恒定线间距或距离布线。第三互连层具有2微米的均匀宽度且以2微米的线间距或距离布线。○表示测得的本发明的具有0.5微米均匀宽度且以0.5微米的线间距或距离布线的第一互连层的电阻随新的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上的基片表面的向下压力变化的曲线。△表示测得的具有1微米的均匀宽度且以1微米的线间距或距离布线的第二互连层的电阻随本发明的新的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上的基片表面的向下压力的变化曲线。□表示测得的具有2微米的均匀厚度且以2微米的恒定的线间距或距离布线的第一互连层的阻力随新的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上的基片表面的向下压力的变化曲线。假如新型聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上的基片表面的向下压力提高到420gwt/cm2，第一互连层的电阻稍微或逐渐增高。假如新的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上的基片表面的向下压力由420gwt/cm2提高到560gwt/cm2，第一互连层的电阻很大的且迅速地增长。也就是说，假如新的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上的基片表面的向下压力不高于420gwt/cm2，第一互连层的电阻在低水平基本上保持不变。假如新的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上的基片表面上的向下压力高于420gwt/cm2，第一互连层的电阻变化很大。同样地，假如新的聚氨甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上基片表面的向下压力提高到420gwt/cm2，第二互连层的电阻轻微地或逐渐增加。假如新的聚氨基甲酸乙酯的抛光垫板表面上的基片表面的向下压力由420gwt/cm2提高到560gwt/cm2，第二互连层的电阻大且增加迅速。也就是说，假如新的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上的基片表面的向下压力不高于420gwt/cm2。第二互连层的电阻在低水平上基本上保持不变，且第一和第二互连层之间的电阻差别。假如新的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上的基片表面的向下压力高于420gwt/cm2，第二互连层的电阻变化较大且第一和第二互连层之间的电阻差别。另外，同样地，假如新型聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上的基片表面的向下压力提高到420gwt/cm2，第三互连层的电阻轻微地或逐渐地增加。假如新的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上的基片表面的向下压力由420gwt/cm2提同到560gwt/cm2，第三互连层的电阻很大且迅速增加。也就是说，假如新的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上的基片表面的向下压力不高于420gwt/cm2，第二互连层的阻力基本上在低水平基本保持不变，且第一或第二和第三互连层之间的电阻差别小。假如新的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上的基片表面的向下压力高于420gwt/cm2，第二互连层的电阻变化较大且第一或第二和第三互连层之间的电阻差别大。
因而，420gwt/cm2的向下压力是抛光速率相对于互连图形密度的或效率依赖性或独立性的共同临界值。假如上述新的化学和机械抛光在高于420gwt/cm2的向下压力下进行，互连层的电阻增加迅速，且第一、第二和第三互连层之间的差别大且显著。这意味着，假如上述新的化学和机械抛光在高于420gwt/cm2的向下压力下进行，抛光速率或效率或抛光的金属层的量很可能主要取决于互连图形密度。相反，假如上述新的化学和机械抛光在不高于420gwt/cm2的向下压力下进行，互连层的电阻在低水平基本上保持不变，且第一、第二和第三互连层之间的差别小且轻微，这意味着，假如上述新的化学和机械抛光在不高420gwt/cm2的向下压力下进行，抛光速率或效率或抛光的金属层的量看来与互连图型密度无关。最好是，尤其当芯片相对于芯片的位置互连图形具有大的密度差或变化时，上述新的化学和机械抛光在不高于420gwt/cm2的向下压力下进行。
图6是显示本发明在互连层厚度变化的情况下，覆盖于硅基片上的层间绝缘体的上部分形成的槽内的互连层的电阻随新的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上的被抛光的基片表面的向下压力而变化的曲线图。对通过使用上述的化学机械抛光方法而形成的具有不同厚度，如0.5微米，1微米和2微米的三种互连层的电阻进行测量。这三种不同的互连层的宽度相对于线间距或距离具有一恒定的比率。第一互连层具有0.5微米的均匀宽度且以恒定的0.5微米的线间距或距离布线。第二互连层具有1微米的均匀宽度且以1微米的恒定线间距或距离布线。第三互连层具有2微米的均匀宽度且以2微米的线间距或距离校准。○表示测得的第一、第二和第三互连层的电阻的变化，这些互连层是在新的聚氨基甲酸乙酯表面上的基片表面上为350gwt/cm2向下压力下按新的化学机械抛光方法而形成的。●表示测得的第一、第二和第三互连层电阻变化，这些互连层是在新的聚氨基甲酸乙酯表面上的向下压力为350gwt/cm2时，按新的化学机械抛光方法而形成的。假如新型聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上的基片表面的向下压力为低的350gwt/cm2，互连层的电阻相对于互连图形的宽度几乎保持不变。也就是说，假如上述的新的化学机械抛光方法是在低的350gwt/cm2向下压力进行的，互连层的电阻看来与互连层图形宽度无关。假如在新的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面上的基底表面的压力设定为560gwt/cm2，互连层的电阻随互连图形的宽度变化很大。当互连层的宽度减小时，互连层的电阻增加。也就是说假如在560gwt/cm2高的向下压力下完成上述新的化学机械抛光方法，互连层的电阻看来和互连宽度关系很大。
因而，可能低的向下压力适于使得互连层的电阻与互连层的宽度无关。假如上述的新的化学机械抛光在高的560gwt/cm2向下压力下进行，互连层的电阻相对于互连图形宽度变化很大，且第一、第二和第三互连层之间的差别大且显著。这意味着，假如上述新的化学和机械抛光在560gwt/cm2高的向下压力下进行，抛光速率或效率或抛光的金属层的量主要取决于互连图形密度。相反，假如上述新的化学和机械抛光在低的350gwt/cm2向下压力下进行，互连层电阻相对于互连图形的宽度在低水平基本上保持不变，且第一、第二和第三互连层之间的差别小且轻微，这意味着，假如上述新的化学和机械抛光在350gwt/cm2低的向下压力下进行，抛光速率或效率或抛光的金属层的量看来与互连图形密度无关。最好是，尤其当芯片相对于芯片的位置具有一互连图形的大的宽度差别或变化时，上述新的化学和机械抛光在尽可能低的向下压力下进行。
另外，包含胶态硅石颗粒的抛光物的使层间绝缘体9不产生任何刮伤。
按照上述本发明，新的化学机械抛光方法能对覆盖于带有槽的层间绝缘体表面的金属层进行抛光，以获得高精确的平面化而没有提供绝缘层的任何明显的刮伤。尤其是，为了获得层间绝缘体没有任何明显刮伤的高精确平面化，最好是在使用含有胶态硅石颗粒的抛光材料，在不高于420gwt/cm2的上述临界向下压力下，使抛光垫板的抛光垫板表面与被抛光的表面相接触，因此，即使表面上分布的互连层具有较大的密度变化，整个表面区域的实际抛光速率或实际抛光效率仍保持恒定。即使表面上分布的互连层具有较大的密度变化，聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面具有足够的硬度以使表面的整个区域上的实际抛光速率或实际抛光效率保持恒定。足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面防止具有高抛光速率或抛光效率的互连层的抛光超过绝缘层的抛光。这防止了被抛光的互连层与被抛光的夹层绝缘体相比具有一明显低的高度。这还防止了足够硬的氨基甲酸乙酯抛光垫板表面只和夹层绝缘体相接触。这进一步阻止了由足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面提供的压力集中到夹层绝缘体。通过对抛光垫板表面上的互连层和夹层绝缘体两者施加基本相同的向下压力，使充够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面和互连层和夹层绝缘体接触，以避免在互连层集中存在的区域的任何明显的局部的或部分的过---抛光。
因此，即使分布互连层的表面具有一较大的密度变化，被抛光的表面施加在抛光垫板表面上的低的向下压力使在表面的整个区域上的实际抛光速率和实际抛光效率保持一致。也就是说，即使在整个表面上分布的互连层的表面具有一较大的分布或密度上的变化，可获得抛光表面的高精确平面化。因此，与如上描述的已有技术相反，由上述新的化学机械抛光方法抛光的表面没有任何明显的抛光区域。假如表面具有互连宽度的较大变化，上述新的化学机械抛光方法能获得高精确度平面化。因此，有可能在表面的整个区域上的槽内形成具有高精确相等厚度的互连。
与上述第三本发明相反，假如使用如上描述的常规的化学机械抛光方法，会出现以下问题。假如在提供相同的向下压力和相同的抛光物的情况下，互连层如金属区域比夹层绝缘体具有较高的抛光速率或抛光效率。然而，当分布的互连层的表面具有较大的密度变化时，常规的抛光垫板表面的硬度不足以使在表面的整个区域上的实际抛光速率或实际抛光效率保持恒定。常规的不够硬的抛光垫板表面造成了具有较高抛光速率或抛光效率的互连层的抛光超过了绝缘层的抛光，因此被抛光的互连层与被抛光的夹层绝缘体相比具有明显的低的水平。因此，足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面和夹层绝缘体接触。这使得由足够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面提供的向下压力集中到夹层绝缘体。这表示常规的不够硬的聚氨基甲酸乙酯抛光垫板表面以明显不同的向下压力和被抛光的表面接触，从而造成在互连层集中存在的区域的明显的局部的或部分的过---抛光。
使用的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板可通过使用宝石含有物制成的板或杆进行修饰处理。宝石含有物的装饰板或杆片载体5上的反向垫板6的半导体片7的位置上，以使在向下压力约为20gwt/cm2情况下，修饰板或杆和使用的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板相接触，以便不仅从使用的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板的表面上除去灰尘，而且还对使用的聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板的表面层进行抛光，从而显示了聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板的新的抛光表面。
作为对上述第一实施例的修改，上述新的化学机械抛光方法不仅适用于铝-铜合金互连层，而且适用于由铝、铜、钨、钛和含杂质的聚硅氧烷制成的互连层。
作为对上述第一实施例的进一步的修改，上述新的化学机械抛光方法不仅适用于第一级互连层还适用于第二或第三级互连层。
作为对上述另一实施例的更一步的修改，上述新的化学机械抛光方法不仅适用于互连层而且还适用于填充在接触孔和通孔的金属栓塞。
这里对本领域的普通技术人员来说，本发明的修改是显而易见的。这里我所描述的实施例只是说明本发明所采取的一种方式而并非对其限制，相应地，权利要求可以涵盖全部符合本发明的宗旨和范围的变化。
Claims (36)
1、一种用以抛光一个包括至少一个导电材料区域和至少一个绝缘材料区域的表面的化学机械抛光方法，
其中通过使用具有由聚氨基甲酸乙酯制成的抛光垫板表面的抛光垫来完成化学机械抛光方法。
2、按照权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，其中所说的抛光垫板是和含有包括硅石颗粒的溶液的抛光物组合在一起使用的。
3、按照权利要求2所述的化学机械抛光方法，其特征在于，其中用作所说的抛光物的所说的溶液中包括的所说的硅石颗粒包含胶态硅石颗粒。
4、按照权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，其中所说的抛光垫板的整个部件包含一种聚氨基甲酸乙酯泡沫。
5、按照权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，其中所说的抛光垫板包含一种非编织纤维基层和覆盖于所说的非编织纤维基层上的一种聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面层的片层。
6、按照权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，其中所说的抛光垫板上的所说的表面的向下压力设定不高于420gwt/cm2。
7、一种用以抛光覆盖在绝缘层表面，且充填所说的绝缘层的所说的平面中形成的凹陷导电层，以仅在所说的凹陷内保留所说的导电层，从而在所说的凹陷中形成导电埋层的化学机械抛光方法，
其中通过使用一个具有由聚氨基甲酸乙酯制成的抛光垫板表面的抛光垫板来完成所说的化学机械抛光方法。
8、按照权利要求7所述的化学机械抛光方法，其特征在于，其中所说的抛光垫板和包含含有硅石颗粒的溶液的抛光物组合使用。
9、按照权利要求7所述的化学机械抛光方法，其特征在于，其中用作所说的抛光物的在所说的溶液中包括的所说的硅石颗粒包含胶态硅石颗粒。
10、按照权利要求7所述的化学机械抛光方法，其特征在于，其中所说的抛光垫板的整个部件包含有聚氨基甲酸乙酯泡沫。
11、按照权利要求7所述的化学机械抛光方法，其特征在于，其中所说的抛光垫板包含一种非编织纤维基层和覆盖于所说的非编织纤维基层上的一种聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面层的片层。
12、按照权利要求7所述的化学机械抛光方法，其特征在于，其中所说的抛光垫板上的所说的导电层的向下压力设定为不高于420gwt/cm2。
13、按照权利要求7所述的化学机械抛光方法，其特征在于，其中所说的凹陷包含在所说的绝缘层的上部分形成的槽，且所说的导电埋层在所说的槽内形成互连层。
14、按照权利要求7所述的化学机械抛光方法，其特征在于，其中所说的凹陷包含在所说的绝缘层上部分形成的槽，且所说的导电埋层在所说的槽内形成电极。
15、按照权利要求7所述的化学机械抛光方法，其特征在于，其中所说的凹陷包含穿透所说的绝缘层的通孔，且所说的导电埋层填充在所说的通孔内形成栓塞层。
16、按照权利要求7所述的化学机械抛光方法，其特征在于，其中所说的凹陷包含穿透所说的绝缘层的接触孔，且所说的导电埋层充填在所说的接触孔内形成栓塞层。
17、按照权利要求7所述的化学机械抛光方法，其特征在于，其中所说的导电埋层包含金属层。
18、按照权利要求7所述的化学机械抛光方法，其特征在于，其中所说的导电埋层包含难熔的金属层。
19、按照权利要求7所述的化学机械抛光方法，其特征在于，其中所说的导电埋层包含合金层。
20、按照权利要求7所述的化学机械抛光方法，其特征在于，其中导电埋层含有杂质的聚硅氧烷。
21、一种在绝缘层的槽内形成互连层的方法，其特征在于，所说的方法包含步骤有：
在绝缘层的上部分形成槽；
在所说的绝缘层表面上和所说的槽内沉积一导电层；且
使所说的导电层经受化学机械抛光以对所说的导电层进行抛光，以只在所说的槽内保留所说的导电层，从而在所说的槽内形成互连。
其中所说的化学机械抛光方法是通过使用包含聚氨基甲酸乙酯泡沫的具有一个抛光垫板表面的抛光垫板完成的。
22、按照权利要求21所述的方法，其特征在于，其中所说的抛光垫板是和含有包括硅石颗粒的溶液的抛光物组合在一起使用的。
23、按照权利要求22所述的方法，其特征在于，其中用作所说的抛光物的所说的溶液中包括的所说的硅石颗粒包含胶态硅石颗粒。
24、按照权利要求21所述的方法，其特征在于，其中所说的抛光垫板的整个部件包含一种聚氨基甲酸乙酯泡沫。
25、按照权利要求21所述的方法，其特征在于，其中所说的抛光垫板包含一种非编织纤维基层和覆盖于所说的非编织纤维基层上的一种聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面层的片层。
26、按照权利要求21所述的方法，其特征在于，其中所说的抛光垫板上的所说的导电层的向下压力设定为不高于420gwt/cm2。
27、按照权利要求21所述的方法，其特征在于，其中每个所说的互连层的一部分用作电极。
28、按照权利要求21所述的方法，其特征在于，其中所说的互连层包含金属层。
29、按照权利要求21所述的方法，其特征在于，其中所说的互连层包含难熔的金属层。
30、按照权利要求21所述的方法，其特征在于，其中所说的互连层包含合金层。
31、按照权利要求29所述的方法，其特征在于，其中所说的互连层含有包含杂质的聚硅氧烷。
32、一种用于化学机械抛光方法的抛光垫板，其特征在于，其中所说的抛光垫板具有一个由聚氨基甲酸乙酯制成的抛光垫板表面。
33、按照权利要求32所述的抛光垫板，其特征在于，其中所说的抛光垫板和包含含有硅石颗粒的溶液的抛光物组合使用。
34、按照权利要求33所述的抛光垫板，其特征在于，其中所说的抛光垫板和包含含有胶态硅石颗粒的溶液的抛光物组合使用。
35、按照权利要求32所述的抛光垫板，其特征在于，其中所说的抛光垫板的整个部件包含有聚氨基甲酸乙酯泡沫。
36、按照权利要求32所述的抛光垫板，其特征在于，其中所说的抛光垫板包含一种非编织纤维基层和覆盖于所说的非编织纤维基层上的一种聚氨基甲酸乙酯泡沫抛光垫板表面层的片层。
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