TW506011B - Apparatus and method for reducing recess of copper surface in chemical mechanical polishing process - Google Patents

Description

506011 五、發明說明（1) 本發明是有關於半導體製程技術，且特別是有關於 種在化學機械研磨製程中減少銅凹陷的裝置和方法。 鑲嵌式（damascene)製程有別於傳統先定義金屬圖案 再以介電層填溝的金屬化製程，其方法是先在一平坦的介 電層上餘刻出金屬線的溝槽後，再將金屬層填入，最後將 多餘的金屬移去，而得到一具有金屬鑲嵌於介電層中的平 坦結構。鑲嵌式製程比起傳統的金屬化製程具有以下優點 :(1)可使基底表面隨時保持平坦；（2)可排除傳統製程中 介電材料不易填入金屬導線間隙的缺點；（3)可解決金屬 材料蝕刻不易的問題，特別是銅金屬的蝕刻。 _ 另外，為克服傳統内連線的製程中接觸窗構造與導線 圖案需分別製作，使得整個製程步驟極其繁複的缺點，目 ，，發展出一種雙鑲嵌（dual damascene)製程，其製作過 程是進行兩次選擇性蝕刻，分別將導線介電質（丨丨ne dleiectric)與介層窗介電 f(via dielectric)蝕開後， 二次做完金屬層與插塞的阻障層，並一次將導電金屬填入 w層窗和内連線溝槽，達到簡化製程步驟的效果。 近年來’為配合元件尺寸縮小化的發展以及提高元件 罘作速度的需纟，具有低電阻f數和高電子遷移阻抗的銅 金屬，已逐漸被應用來作為金屬内連線的材質，取代以往參 ^呂金屬製程技術。銅金屬的镶嵌式内連線技術，不僅可 達到内連線的縮小化並且可減少Rc時間延遲，同時也解決 =金屬銅#刻不易的問題，因此已成為現今多重内連線主 要的發展趨勢。 506011 五、發明說明（2) 無論是單鑲 充後都需要進行 除’而目前，通 一般而言，研磨 以提面研磨速率 受到腐蝕且極易 化層，因此，一 形成銅層 上述電化 學反應時 的影響下 重影響到 為解 蝕抑制劑 金屬或其 費大量的 的損耗、 、平坦度 度都會造 有鑑 製程中減 質。 為達 洗製程中 與阻障 學反應 間，在 ，最終 内連線 決上述 ，如苯 合金在 腐蝕抑 縮短其 及均勻 成不良 於此， 少銅表 上述目 減少銅 嵌或雙鑲嵌的銅製程’在完成鋼金屬的填 旦化製程’以將介電層上多餘的金屬去 常藉由化學機械研磨法來達到此—目的。 液通常會添加少量氧化劑（如過氧化氫）; :然而，經長時間觀察，由於銅金屬容易 軋化，而且銅無法像鋁會形成自我保護氧 旦研磨之研漿等殘餘物殘留在晶圓表面， 層間之電解液，便會產生電化學反應，且 :會因伴隨外界光源之照射，而增加電化 受到電化學腐蝕（Galv〇nical eQr_FQsiQn) 的銅導線常常有受到腐蝕的情形，因而嚴 的品質。 問題，現有技術是在研磨過程中添加一腐 基疊氮（benzotriazoU ;BTA)，以避免銅 酸性介質下受到腐蝕。然而，此方法需耗 制劑，更甚者，腐蝕抑制劑會造成研磨墊 可咋。由於研磨墊對晶片研磨之研磨速率 性影響甚鉅，因此該方法對於產能及可靠 的影響。 本發明的目的係提供一種在化學機械研磨《 面凹陷的裝置及方法，以提高銅導線的品 的，本發明提供一種在化學機械研磨及清 表面凹陷的裝置，適用於一鑲嵌式銅製程

^UbUll 五、發明說明（3) 其包括：一遮阻構件，用以完全隔離外界光源；一研磨 ，（Pad); 一研磨平台（polishing platen)，用以承載並 疋轉上述研磨墊；一研磨頭（hea(|er)，固持並旋轉一晶圓 以使上述晶圓表面與上述研磨墊接觸而進行化學機械研 磨製程；以及一清洗裝置，用以進行研磨後的清洗。 、此外’本發明更提供一種在化學機械研磨及清洗製程 中減少銅表面凹陷的方法，適用於一鑲嵌式銅製程，包括 下列步驟：將一化學機械研磨裝置及一清洗裝置設置於一 遮阻構件中，用以完全隔離外界光源；以及對一晶圓進行 化學機械研磨及清洗製程。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下。 圖式之簡單說明： 第1圖為習知化學機械研磨裝置之剖面示意圖。 及生ΓΛ為本發明之較佳實施例中’化學機械研磨裝置 及清洗裝置之剖面示意圖。 [符號之說明] 10〜研磨平台； 20〜研磨墊； 3 0〜半導體晶圓； 4 0〜研磨頭，· 暑 41〜旋轉軸； 5 0〜遮阻構件 6 0〜清洗裝置。 實施例 請參照第1圖 其顯示習知化學她U ^ 自方化予機械研磨裝置之剖面

五、發明說明（4) 示意圖’符號20表示研磨墊（pad)。符號1〇表示研磨平台 (^d1Shing Platen)，用來支撐並緊貼著上述研磨墊“。 符號30為欲進行平坦化之半導體晶圓，其係以研磨頭 (header)40固持（hold)著，並且藉由旋轉軸（spindle)4i 的作用，以便在進行平坦化時帶動晶圓3〇旋 :上：銅金屬容易受到腐餘且極易氧化…銅無法像銘 自我保護氧化層，因…旦研磨之研漿等殘餘物 殘留在晶圓30表面，形成銅層與阻障層間之電解液，便會 ί ί:化學反應，1上述電化學反應’會因伴隨外界光^ =、'射’降低銅金屬氧化還原電位之活化 :解：中電化學反應的產生，致使銅表面產生氧化還原反 應，進而發生凹陷的情形。 讲絡=參照第2圖’其顯示本發明之較佳實施例化學機械 洗裝置之剖面示意圖，上述裝置包括:-遮 P,構件50 ’用以完全隔離外界光源；一研磨墊2〇 ; 一研磨 m用以承載並旋轉上述研磨墊2〇; 一研磨頭4〇，固 垃總紋 日日圓30，以使上述晶圓30表面與上述研磨墊20 匕學機械研磨製程；以及-清洗裝置60，用以 執订化予機械研磨製程後之清洗。 X^ Κ ^例之特徵在於具有一遮阻構件5 0，用以隔離外， 屬蓋二二ί Ϊ上述遮阻構件50的隔離外界光源，提高銅金 ；&沾# ^ η 位之活化能階，降低酸性電解液中電化學反 ，減少銅表面產生氧化還原反應，進而發生凹陷 的W形。

506011 五、發明說明（5) 及方、、I上，述，本發明所提出之改良之化學機械研磨裝置 遮阻椹二：化學機械研磨及清洗製程於完全隔離光源之 提高生產良率。乂心銅表面產生凹陷現象，並藉此 不限=Π更；：2遮阻構件50為-遮罩’惟本發明實 構件，例如遮蔽用之罩幕、膠膜等離卜界光源功用之遮阻 、雖然本發明雖以一較佳實施例揭露如上， 以限定本發明，任何熟習此技藝者 ：2非用 神和範圍β，當可作各種之更動不脫離本發明之精 護範圍當視後附之申請專利範圍;斤

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 i· 一種在化學機械研磨製程中減少銅凹陷的裝置，包 括： 、 一遮阻構件，用以完全隔離外界光源； 一研磨墊，設置於上述遮阻構件中； 用以承載並旋 一研磨平台，設置於上述遮阻構件中 轉上述研磨墊；以及 圓，述遮阻構件中’固持並旋轉-晶 機械研磨製！述研磨塾接觸而進行上述化學 中減2少=:3 ί圍：1中項广+述之/化學機械研磨製程 /的裝置，其中上述之遮阻構件更内 裝置，用以執行上述化學機械研磨製程後之清洗。 ， 中減3 *·、ί! ΐ專利範圍第1項所述之在化學機械研磨製程 學機械研磨製ΐ 對上34晶51表面進行上述化 Φ、^· ΐ申請專利範圍第1 $所述之在化學機械研磨製程 中減少銅凹陷的裝i，上述遮阻構件係一罩幕。 φ，乂. ΐ申請專利範圍第1項所述之在化學機械研磨製程 中減少銅凹陷的裝4，上述遮阻構件係一不透光膠膜。矛 括下列；Ξ在化學機械研磨製程中減少銅凹陷的方法1 (a) 將一化學機械研磨裝置及一清洗裝置設置於 遮阻構件中，用以完全隔離外界光源；以及 (b) 對一晶圓進行化學機械研磨及清洗製程。

   506011 六、申請專利範圍 7 ·如申請專利範圍第6項所述之在化學機械研磨製程 中減少銅凹陷的方法，其中該步驟（a )係將上述化學機 械研磨裝置及清洗裝置設置於由一罩幕構成之遮阻構件 中。 8 ·如申請專利範圍第6項所述之在化學機械研磨製程 中減少銅凹陷的方法，其中上述步驟（a )係將上述化學 機械研磨裝置及清洗裝置設置於由一不透光膠膜構成之遮 阻構件中。 費

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