TWI302350B - - Google Patents
Download PDFInfo
- Publication number
- TWI302350B TWI302350B TW092116479A TW92116479A TWI302350B TW I302350 B TWI302350 B TW I302350B TW 092116479 A TW092116479 A TW 092116479A TW 92116479 A TW92116479 A TW 92116479A TW I302350 B TWI302350 B TW I302350B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- polishing
- low dielectric
- dielectric constant
- constant material
- ultrasonic
- Prior art date
Links
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 34
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 32
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 30
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 28
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 14
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 11
- 150000001880 copper compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 claims description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 6
- 239000005749 Copper compound Substances 0.000 claims description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 5
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 3
- BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N copper(I) oxide Inorganic materials [Cu]O[Cu] BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N cuprous oxide Chemical compound [O-2].[Cu+].[Cu+] KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229940112669 cuprous oxide Drugs 0.000 claims 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 210000002784 stomach Anatomy 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
- B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
- B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/32115—Planarisation
- H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
1302350 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、內容、實施方式及圖式簡單說明) 【發明所屬之技術領域】 本發明係與晶圓之研磨拋光技術有關，更詳而言之， 乃是指利用超音波來對晶圓表面進行研磨之一種半導體銅 製程整合極低介電常數材料之拋光方法。 5 【先前技術】 按，習知之CMP(化學機械研磨）拋光方式，可以有較 大之下壓力作用在晶圓上，但對於整合極低介電常數與銅 金屬層之拋光，由於低介電常數材料的強度、硬度、以及 10 韌性，低介電常數即代表低勁度、低破壞韌性、低硬度及 不穩定的材料特性，因此必須使用極低的壓力來進行研磨， 否則將會破壞該晶圓上的金屬導線或介電層及其介面，如 果僅是將下壓力（down force)利用精密控制技術來調降，將 會使得機台製作精度及控制變得非常困難且成本亦提高極 15 多，並且由於在阻障層（barrier layer)上的Ta/TaN(氮化麵） 化學惰性(chemical inert)的關係，無法以極低的應力拋光， 使得此法亦遇到極大的困難；故，傳統之大壓力研磨方式 將難以達成下一世代拋光平坦化的需求。 另外，相對於傳統機械加壓之方式，有一種採取純化 20 學（或電化學）之無應力拋光方式，其雖無應力施加於晶圓 表面，然而其僅能作用於銅金屬層之拋光，當拋光至晶圓 之阻障層時，此種化學拋光方式尚無法獲得可靠的結果。 【發明内容】 續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） -4- 1302350 發明說明續頁 本發明之主要目的即在提供一種半導體鋼製程整合極 低介電常數材料之拋光方法，其可改善傳統機械大壓力拋 光以及無應力電化學拋光方式之缺點，以適用於低介電常 數整合銅金屬製程之拋光技術。 5 【實施方式】 為了詳細說明本發明之技術内容及特點所在，兹舉以 下三較佳實施例並配合圖式說明如后： 鲁 請參閱第一圖至第二圖，本發明第一較佳實施例所提 10供之一種半導體銅製程整合極低介電常數材料之拋光方法 主要包含有下列步驟： ’ A·備置一覆有銅質層（11)整合極低介電常數材料(21) 之待拋光晶圓（10)，其中，該銅質層（11)係位於該低介電常 數材料(21)之上方，於該銅質層（11)與該低介電常數材料 15 (21)之間具有一阻障層（31)，該阻障層（31)於本實施例中係 為氮化叙(Ta/TaN)，屬於化性極為鈍化之陶资硬脆材料· B·使該銅質層（11)進行化學反應，使該銅質層（11)表面 馨 產生出具脆性材料性質之極表層生成物（12)，本實施例中 係為一層一價銅化合物，例如，氧化亞銅，其物性較硬脆， 20較易在適當的超音波對脆性材料拋光機制當中，達到均勻 拋光的目的； C.以超音波作用於一研磨墊(51)，藉由該研磨墊(51)運 動時帶動研磨粒運動來對該層具脆性材料性質的極表層生 成物（12)進行拋光，其拋光後之狀態係如第二圖（B)所示； _5· 1302350 發明說明#買Μ ‘〜胃成外用衣一研曆墊（51)，藉由該研磨墊（51) 運動時帶較磨粒勒來對餘障層（31)進行㈣，其抛 光後之狀態則如第二圖（c)所示； 本實施例中，作用於研料(51)上_音波⑽)係可為 檢波或縱波，且研磨墊(51)係與晶圓（10)表面接觸； 為橫波時，係、以平行於晶圓⑽表面的橫向行波或駐 波以研磨φ(51)的表面粗糖度作橢圓運動來帶動研磨液中 的研磨粒來對晶圓（1〇)進行拋光； 10 15 20 為縱波時，係以垂直或與晶圓（10)表面成任一夾角的 縱向駐波或行波以研磨粒為介質做往返衝擊造成晶圓極表 層之脆性破壞而進行拋光；丨外，亦可以平行於晶圓⑽ 表面之縱向駐波或行波以研磨墊(51)的表面粗糙度作往返 運動帶動研磨液中之研磨粒對晶圓（i…進行拋光。 請再參閱第三圖至第四圖，本發明第二較佳實施例所 提供之一種半導體銅製程整合極低介電常數材料之拋光方 法，主要概同於前揭實施例，不同之處在於： 在步驟C·中係以陣列型架構將集束後之超音波(9〇)藉 由掃描的方式以所產生之空腔現象來對該層具脆性材料性 質的極表層生成物（121)施加極表層、極微區域的極大空蚀 壓力，進而使其脆性破壞，達到拋光的效果； D·對該阻障層（31’)施以超音波研磨，本實施例中亦同 樣以陣列型架構之集束超音波(90)來進行超音波研磨，同 樣可達到抛光的效果。 本第二實施例中，僅以超音波所產生的空腔現象來對 -6- 1302350 發明說明,¾胃 晶圓表面拋光，實質上未使用研磨墊。 請再參閱第五圖，本發明第三較佳實施例所提供之一 種半導體鋼製程整合極低介電常數材料之拋光方法，主要 概同於前揭第一實施例，不同之處在於： 5 在步驟C·或D·中之超音波研磨乃是以超音波(9…作用 於一研磨墊(51，，)，藉由該研磨墊(51”)運動時帶動研磨漿 (52’’)流過研磨面，利用剪應力對晶圓（1 〇，，)表面進行研磨拋 光；此種方式在研磨的過程中，研磨墊（51，，)並未與晶圓 (10")表面接觸；其中超音波之作用在於產生液動壓 10 (hydrodynamic pressure)的效應，以降低拋光時增加相對速 率的效應並降低拋光起始壓力（t&eshoW pressure)之作用； 此類型的超音波加工其作用為辅助型態，經由此型態以加 強化學作用，並以此獲得均勻性的效果。 經由上述所揭之三實施例可知，本發明在銅金屬層的 15拋光過程中，其方式不侷限於對脆性表層化合物之超音波 抛光，於傳統銅金屬層上產生較軟的生成物表面，亦可經 由超音波生不同的拋光機制，達到於極低介電常數材料上 的金屬層施以極低應力的均勻抛光结果。 而本發明之技術重點在於利用超音波(9〇)來進行研磨， 20藉由此種技術，可對晶圓（10)表面進行微量研磨，可避免 對晶圓（10)產生機械性的大壓力，亦可有效的對銅質層（li) 以及阻障層（31)進行研磨，在研磨時幾乎無應力之作用， 有效的改進了習用CMP化學機械研磨的壓力難以控制問 題，亦改進了純化學研磨無法對阻障層研磨的問題。 1302350 發明說明®胃 本發明在步驟Β·中由化學反應所生成的化合物，其一 價銅化合物僅係為說明而舉例，並非用以限制本發明之範 圍，其他以化學方式將表層脆化之方式，亦應包含於本發 明之範圍中。 5 综上所述，本發明所提供之半導體銅製程整合極低介 電常數材料之拋光方法，其具有前述優於習用者之各項優 點，實用性及進步性自已毋庸置疑，此外，該種方法從來 未被公開使用或揭露於各種文獻資料，揆諸發明專利要件， 本案應已具備，祈請貴審查委員撥冗詳為審查，並早曰. 10 賜准專利為禱。 -8- 1302350 發明說明續頁 【圖式簡單說明】 第一圖係本發明第一較佳實施例之動作說明圖； 第二圖係本發明第一較佳實施例之晶圓狀態說明圖， 顯示研磨過程中晶圓表面的變化； 5 第三圖係本發明第二較佳實施例之動作說明圖；
第四圖係本發明第二較佳實施例之動作示意圖，顯示 超音波作用在晶圓上之狀態； 第五圖係本發明第三較佳實施例之動作說明圖。 10 【圖式符號說明】 (31)(3Γ)阻障層 (52")研磨漿 (10)(10’)(10”)晶圓 (12)(12’) 一價銅化合物 (21)低介電常數材料 (51)(5Γ)研磨墊
-9-
Claims (1)
1302350 玖、申請專利範圍 1. 一種半導體銅製程整合極低介電常數材料之拋光方 法，包含有下列步驟： A. 備置一覆有銅質層整合極低介電常數材料之待拋光 晶圓，其中，該銅質層係位於該低介電常數材料之上方， 5 於該銅質層與該低介電常數材料之間具有一阻障層； B. 使該銅質層進行化學反應，使該銅質層表面產生 出一層具脆性材料性質之極表層生成物； C·持績對該脆化之化合物施以超音波研磨，藉以對該 脆化之化合物施加快速且斷續的機械力，進而使其脆性破 10 壞，藉以達到拋光的效果； D.對該阻障層施以超音波研磨，達到拋光的效果。 2. 依據申請專利範圍第1項所述之半導體銅製程整合 極低介電常數材料之拋光方法，其中：於步驟B.之脆化之 化合物係為一價銅化合物。 15 3.依據申請專利範圍第2項所述之半導體銅製程整合 極低介電常數材料之拋光方法，其中：該一價銅化合物係 為氧化亞銅。 4. 依據申請專利範圍第1項所述之半導體銅製程整合 極低介電常數材料之拋光方法，其中：該超音波研磨乃是 20 以超音波作用於一研磨墊，藉由該研磨墊運動時帶動研磨 粒運動來對晶圓進行研磨拋光。 5. 依據申請專利範圍第4項所述之半導體銅製程整合 極低介電常數材料之拋光方法，其中：作用研磨墊上的超 音波係橫向之行波或駐波。 D續次頁（申請專利範圍頁不敷使用時，請註記並使用續頁） -10- 1302350 申請專利範圍續頁 6·依據申請專利範圍第1項所述之半導體銅製程整合 極低介電常數材料之拋光方法，其中：該超音波研磨係以 陣列型架構將超音波集束後藉由掃描的方式以所產生之空 腔現象進行研磨拋光。 5 7·依據申請專利範圍第1項所述之半導體銅製程整合 極低介電常數材料之拋光方法，其中：該超音波研磨乃是 以超音波作用於一研磨墊，藉由該研磨墊運動時帶動研磨 漿流過研磨面，利用剪應力對晶圓面進行研磨拋光。 · 8·依據申請專利範圍第7項所述之半導體銅製程整合 10極低介電常數材料之拋光方法，其中：超音波透過研磨墊 對研磨，I：作用產生出液動壓(hydr〇dynaniic pressure)效應， 藉以加速晶圓表面粒子的速度，進而降低拋光時增加相對 速率的效應並降低拋光起始壓力（thresh〇ld pressure)之作用， 並能同時加強化學作用，而呈輔助型態，並以此獲得均勻 15 性的效果。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW092116479A TW200501258A (en) | 2003-06-17 | 2003-06-17 | Method of polishing semiconductor copper interconnect integrated with extremely low dielectric constant material |
| US10/617,679 US20040259481A1 (en) | 2003-06-17 | 2003-07-14 | Method of polishing semiconductor copper interconnect integrated with extremely low dielectric constant material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW092116479A TW200501258A (en) | 2003-06-17 | 2003-06-17 | Method of polishing semiconductor copper interconnect integrated with extremely low dielectric constant material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW200501258A TW200501258A (en) | 2005-01-01 |
| TWI302350B true TWI302350B (zh) | 2008-10-21 |
Family
ID=33516546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW092116479A TW200501258A (en) | 2003-06-17 | 2003-06-17 | Method of polishing semiconductor copper interconnect integrated with extremely low dielectric constant material |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20040259481A1 (zh) |
| TW (1) | TW200501258A (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200846137A (en) * | 2007-05-17 | 2008-12-01 | Nat Univ Chung Cheng | Low-stress polishing apparatus |
| CN112809456B (zh) * | 2021-01-13 | 2023-02-24 | 南京尚吉增材制造研究院有限公司 | 微纳米气泡增强等离子体抛光的方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL163370C (nl) * | 1972-04-28 | 1980-08-15 | Philips Nv | Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleider- inrichting met een geleiderpatroon. |
| US5399234A (en) * | 1993-09-29 | 1995-03-21 | Motorola Inc. | Acoustically regulated polishing process |
| US5688364A (en) * | 1994-12-22 | 1997-11-18 | Sony Corporation | Chemical-mechanical polishing method and apparatus using ultrasound applied to the carrier and platen |
| US6051500A (en) * | 1998-05-19 | 2000-04-18 | Lucent Technologies Inc. | Device and method for polishing a semiconductor substrate |
| US6656842B2 (en) * | 1999-09-22 | 2003-12-02 | Applied Materials, Inc. | Barrier layer buffing after Cu CMP |
| US6682396B1 (en) * | 2000-04-11 | 2004-01-27 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd | Apparatus and method for linear polishing |
-
2003
- 2003-06-17 TW TW092116479A patent/TW200501258A/zh not_active IP Right Cessation
- 2003-07-14 US US10/617,679 patent/US20040259481A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20040259481A1 (en) | 2004-12-23 |
| TW200501258A (en) | 2005-01-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liang et al. | Experimental study on brittle–ductile transition in elliptical ultrasonic assisted grinding (EUAG) of monocrystal sapphire using single diamond abrasive grain | |
| CN1213834C (zh) | 化学机械抛光的方法 | |
| TW460968B (en) | Barrier layer buffing after Cu CMP | |
| TWI222125B (en) | A thin semiconductor chip and method of manufacturing the same | |
| TW201117308A (en) | Simplified copper-copper bonding | |
| TW200817132A (en) | Polishing pad | |
| JP2021027359A (ja) | 陽極酸化を援用した研磨方法 | |
| KR20130066561A (ko) | 구리 웨이퍼 폴리싱의 화학적 평탄화 | |
| TW201104737A (en) | Method for polishing semiconductor wafer and polish pad shaping tool | |
| US10857651B2 (en) | Apparatus of chemical mechanical polishing and operating method thereof | |
| TWI302350B (zh) | ||
| TW593610B (en) | The solution for ruthenium chemical mechanical planarization | |
| US20010041446A1 (en) | Precision polishing apparatus for polishing semiconductor substrate | |
| TW200906541A (en) | Substrate processing method | |
| JP2008084930A (ja) | 半導体ウェーハの加工方法 | |
| JP5452175B2 (ja) | ラップ加工方法 | |
| JP4688456B2 (ja) | 化学的機械的研磨装置 | |
| JP4155872B2 (ja) | ラップ盤の製造方法 | |
| JP5286700B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置とその製造方法 | |
| Suzuki et al. | Development of a new mechanochemical polishing method with a polishing film for ceramic round bars | |
| JP2009016484A (ja) | Ｃｍｐ用ドレッサおよび半導体装置の製造方法 | |
| JP2008188678A (ja) | 両面研磨装置 | |
| JPS60249568A (ja) | 半導体ウエハの研磨方法 | |
| TW200412277A (en) | Cutting tool for processing soft material | |
| Wu et al. | Performance improvement of chemo-mechanical grinding in single crystal silicon machining by the assistance of elliptical ultrasonic vibration |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MK4A | Expiration of patent term of an invention patent |