化学机械研磨金属的方法技术

本发明专利技术提供了一种化学机械研磨金属的方法，包括在三个研磨台上进行研磨的步骤，在第三研磨台上进行研磨时，该方法包括：预先设定第一研磨时间和第二研磨时间，所述第一研磨时间内在第三研磨台上进行第一步研磨，所述第二研磨时间内在第三研磨台上进行第二步研磨；采用对氧化层和金属的研磨选择比大于1的研磨液对氧化层和金属进行研磨，在达到预定第一研磨时间时，采用对氧化层和金属的研磨选择比不大于1的研磨液对氧化层和金属进行研磨，在达到预定第二研磨时间时，金属达到预定厚度，并且保持与氧化层高度相同。本发明专利技术大大提高了金属在化学机械研磨过程中的平坦化程度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种。
技术介绍
目前，随着电子设备的广泛应用，半导体的制造工艺得到了飞速的发展，在半导体的制造流程中，涉及化学机械研磨工艺(CMP)。后段工艺互连层的金属互连线一般采用铜， 所以需要对铜进行化学机械研磨。现有技术中研磨金属铜层主要通过三个研磨台来实现，每个研磨台分别执行一个研磨工序，下面具体说明化学机械研磨金属铜的方法。图1为现有技术中化学机械研磨方法的第一工序的剖面示意图。在第一研磨台 (Platen 1)上执行第一工序，如图1所示，采用较大的研磨速率(RemoveRate)对金属铜进行研磨，去除沟槽上方绝大部分的金属铜，也称为主研磨。第一工序的执行时间由实时工艺控制(RTPC，Real Time Process Control)功能来控制，第一工序结束之后要求沟槽上方金属铜的厚度具有一定的残留值。图2为现有技术中化学机械研磨方法的第二工序的剖面示意图。在第二研磨台上 (Platen 2)执行第二工序，如图2所示，通过反射率的变化来实时探测研磨终点，本工序采用较小的研磨速率(Remove Rate)去除沟槽上方剩余的金属铜，当探测到完全去除沟槽上方剩余的金属铜后，结束第二工序。具体来说，实时探测研磨终点的方法为在研磨机台的下方安装有激光发生器和传感器，激光发生器实时发出激光束，并将激光束投向晶圆(机台对晶圆上的金属铜同时进行研磨)，同时，传感器实时接收来自晶圆的反射强度数据，并根据不同材质对激光的不同反射强度，通过分析反射强度数据确定研磨终点。图3为现有技术中化学机械研磨方法的第三工序的剖面示意图。在第三研磨台上 (Platen 3)执行第三工序，如图3所示，预先设置研磨时间，去除沟槽外的阻挡层和少量的氧化层，以确保沟槽上方剩余的金属铜全部被去除而达到隔离的目的。具体来说，首先选择一片需要金属研磨的测试晶片(wafer)，该wafer上形成有与产品晶片相同的金属互连层研磨结构。其中，产品晶片为其上已经分布了器件的晶片，最终可以经过多道工序成为成品；而测试晶片虽然测试结构与产品晶片相同，但在测试之后被废弃。测试晶片在研磨台上进行多次试验，每次预先设定研磨时间进行研磨，并将研磨后的 wafer置入厚度测量机台进行厚度测量，或者在原子粒显微镜下进行形貌观察，将最终达到图3所示时的研磨时间，作为同批wafer在第三研磨台上进行研磨的预定研磨时间。在图2中，通常在探测到研磨终点时仍然继续研磨，以确保完全去除沟槽上方剩余的金属铜，因此在完成第二研磨台上的研磨时，往往沟槽内的部分金属铜已经被研磨掉， 形成具有铜凹陷的结构，如图加所示，图加为经过第二研磨台后研磨金属铜的缺陷剖面示意图，而无法得到如图2所示的理想结构。为了消除这种缺陷，现有的一种方法为在经过第三研磨台时，采用对氧化层和金属铜的研磨选择比大于1的研磨液，对金属铜进行研磨。研磨液包含研磨颗粒和化学助剂，通过将研磨液不断喷洒在研磨台上，同时具有氧化层和金属铜的待研磨部分相对研磨台运动，实现氧化层和金属铜的研磨。研磨液成分的不同，决定研磨去除氧化层和金属铜的速率不同，即研磨选择比不同。经过研究发现，该方法虽然消除了图加中的凹陷结构缺陷，但金属铜在经过第三研磨台后要求达到一定的方块电阻值(Rs)，即要求图3中沟槽内的金属铜具有预定的高度 (在厚度测量机台上测量得到)，所以当研磨金属铜达到要求的高度时，金属铜往往比氧化层要突出。这是因为此过程中研磨氧化层要比研磨金属铜快，并且一直保持上述状态，某一时刻，由原来的铜凹陷结构研磨到氧化层和金属铜相持平，而此时金属铜还未达到要求的高度，所以继续研磨到达第三工序的研磨终点时，金属铜往往变得比氧化层要突出，如图3a 所示，图3a为经过第三研磨台后研磨金属铜的缺陷剖面示意图。也就是说，这种在第三工序中所采用的方法是不足以彻底解决金属铜在研磨过程中出现的缺陷，即无法实现图3中的理想结构。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术解决的技术问题是提高金属在化学机械研磨过程中的平坦化程度。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体是这样实现的本专利技术公开了一种，包括在第一研磨台上进行主研磨、 在第二研磨台上研磨去除沟槽上方剩余的金属以及在第三研磨台上研磨金属达到预定高度，同时去除阻挡层和预定厚度氧化层保持与金属高度相同的步骤，在第三研磨台上进行研磨时，该方法包括预先设定第一研磨时间和第二研磨时间，所述第一研磨时间内在第三研磨台上进行第一步研磨，所述第二研磨时间内在第三研磨台上进行第二步研磨；采用对氧化层和金属的研磨选择比大于1的研磨液对氧化层和金属进行研磨，在达到预定第一研磨时间时，采用对氧化层和金属的研磨选择比不大于1的研磨液对氧化层和金属进行研磨，在达到预定第二研磨时间时，金属达到预定厚度，并且保持与氧化层高度相同。所述研磨在达到预定第一研磨时间时，金属和氧化层的高度相平；在所述预定第二研磨时间内，采用对氧化层和金属的研磨选择比等于1的研磨液对氧化层和金属进行研磨。第一研磨时间的确定方法为将测试晶片在第三研磨台上采用对氧化层和金属的研磨选择比大于1的研磨液进行研磨，当测量到金属和氧化层的高度相平时，将所用的时间确定为第一研磨时间；所述测试晶片与产品晶片具有相同的研磨结构；第二研磨时间的确定方法为将测试晶片在第三研磨台上采用对氧化层和金属的研磨选择比等于1的研磨液进行研磨，当测量到金属达到预定高度，且与氧化层高度相平时，将所用的时间确定为第二研磨时间。所述研磨在达到预定第一研磨时间时，金属的高度高于氧化层的高度；在所述预定第二研磨时间内，采用对氧化层和金属的研磨选择比小于1的研磨液对氧化层和金属进行研磨。4第一研磨时间的确定方法为将测试晶片在第三研磨台上采用对氧化层和金属的研磨选择比大于1的研磨液进行研磨，当测量到金属的高度高于氧化层的高度时，将所用的时间确定为第一研磨时间；所述测试晶片与产品晶片具有相同的研磨结构；第二研磨时间的确定方法为将测试晶片在第三研磨台上采用对氧化层和金属的研磨选择比小于1的研磨液进行研磨，当测量到金属达到预定高度，且与氧化层高度相平时，将所用的时间确定为第二研磨时间。当所述金属为铜时，所述对氧化层和金属铜的研磨选择比大于1的研磨液的选择比为大于1. 2。由上述的技术方案可见，本专利技术的，由于金属互连层的研磨在经过第二研磨台后，会出现金属凹陷的结构，所以本专利技术在第三研磨台上进行的第一步采用对氧化层和金属的研磨选择比大于1的研磨液对氧化层和金属进行研磨，第二步采用对氧化层和金属的研磨选择比不大于1的研磨液对氧化层和金属进行研磨，最终使得金属的Rs值达到所要求的值，并且得到理想的平坦化结构。本专利技术的方法在第三研磨台上分为两步进行研磨，克服了现有技术中在第三研磨台上得到金属突出的结构缺陷，较好地实现了研磨平坦化。附图说明图1为现有技术中化学机械研磨方法的第一工序的剖面示意图。图2为现有技术中化学机械研磨方法的第二工序的剖面示意图。图3为现有技术中化学机械研磨方法的第三工序的剖面示意图。图加为经过第二研磨台后研磨金属铜的缺陷剖面示意图。图3a为经过第三研磨台后研磨金属铜的缺陷剖面示意图。图4为本专利技术第一实施例在第三研磨台上进行金属铜研磨的方法的剖面示意图。图5为本专利技术第二实本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种化学机械研磨金属的方法，包括在第一研磨台上进行主研磨、在第二研磨台上研磨去除沟槽上方剩余的金属以及在第三研磨台上研磨金属达到预定高度，同时去除阻挡层和预定厚度氧化层保持与金属高度相同的步骤，其特征在于，在第三研磨台上进行研磨时，该方法包括：预先设定第一研磨时间和第二研磨时间，所述第一研磨时间内在第三研磨台上进行第一步研磨，所述第二研磨时间内在第三研磨台上进行第二步研磨；采用对氧化层和金属的研磨选择比大于１的研磨液对氧化层和金属进行研磨，在达到预定第一研磨时间时，采用对氧化层和金属的研磨选择比不大于１的研磨液对氧化层和金属进行研磨，在达到预定第二研磨时间时，金属达到预定厚度，并且保持与氧化层高度相同。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓武锋，江志琴，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31