本发明专利技术提供一种制造半导体器件的方法、抛光方法及抛光装置，其包括衬底的抛光工艺，其中抛光工艺包括步骤：在使用浆液的同时将化学机械抛光工艺应用到抛光垫上的衬垫，和修整抛光垫的表面，修整步骤包括通过分别具有不同表面状态的至少第一和第二修整盘研磨所述抛光垫的所述表面的步骤。使用本发明专利技术，在确保有效的抛光速率的同时，可以实现对将要被处理的衬底表面的极好的平面化，并减少将要被处理的衬底表面的刮痕的出现。
【技术实现步骤摘要】
本申请是基于分别在2005年3月30日和2005年5月11日申请的日本专利申请No.2005-099890和2005-138705的优先权，其全部内容包含于此以供参考。
技术介绍
本专利技术通常涉及CMP(化学机械抛光)技术，尤其涉及包括由CMP技术处理的抛光工艺的半导体器件的制造工艺。在半导体器件的生产中，CMP(化学机械抛光)技术广泛用于平面化衬底或者除去绝缘膜或导电膜。特别地，在形成使用低电阻金属例如铜作为互联层的多层互联结构的工艺中，CMP工艺是重要的。而且，CMP工艺不仅对于硅晶片和磁盘的表面处理而且对于抛光光学元件例如透镜都是重要的。图1A-1E示出包括铜镶嵌工艺的传统半导体器件的制造工艺。参考图1A，SiO2、SiOC、SiON、SiN、BPSG等类似物的绝缘膜21在半导体衬底(未示出)上形成，以便覆盖有源器件例如未示出的晶体管。绝缘膜21可以直接在半导体衬底上形成，或者在形成于半导体衬底上的绝缘膜上形成。接着，在图1B的步骤中，与期望的互联相对应的互联沟槽21G通过蚀刻形成在绝缘膜21中。在双镶嵌工艺的情况下，通孔形成在互联沟槽21G中，以便暴露位于绝缘膜21下面的导电层。而且，在图1C的步骤中，绝缘膜21的表面包括互联沟槽21G的侧表面和下表面，均由钽(Ta)、钛(Ti)或其氮化物(TaN，TiN)的阻挡金属膜22所覆盖。接着，在图1D的步骤中，铜膜23在阻挡金属膜22上形成，使得铜膜23充填互联沟槽21G，其中铜膜23的这种形成通过溅射工艺或者电镀工艺或二者的结合来完成。而且，在图1E的步骤中，使用CMP装置将铜膜23与阻挡金属膜23从绝缘膜21的表面除去，从而获得铜图案23G经由阻挡金属膜22埋入到互联沟槽21G中的互联结构。参考文献专利参考文件1日本公开专利申请2003-165048专利参考文件2日本公开专利申请2001-127017专利参考文件3日本公开专利申请2000-248263专利参考文件4日本公开专利申请2000-252242专利参考文件5日本公开专利申请2000-252243专利参考文件6日本公开专利申请2001-28437
技术实现思路
图2示出用于图1E的工艺中的典型的CMP装置10的结构。参考图2，CMP装置10包括通过未示出的驱动力而转动的台板11，并且抛光垫(polishing pad)12固定于台板11上。而且，半导体衬底14被通过另一个驱动力转动的承载器(carrier)13抓牢，并且在预定的抛光压力作用下被推向台板11上的抛光垫12。而且，将浆液16滴在抛光垫12上，并且使用抛光垫12上保持的浆液进行化学机械抛光来抛光半导体衬底的表面。使用这种化学机械抛光，衬底上的绝缘膜和导电膜被单独或同时抛光。使用这种CMP装置10，通过使用修整盘15(其上固定有研磨颗粒例如金刚石或者陶瓷且通过与转动台板11的驱动力不同的驱动力而转动)，抛光垫12的表面经受研磨，换句话说就是经受“修整”，用来均匀且有效地抛光。通常，在半导体晶片的抛光工艺期间或者在完成抛光之后，进行抛光垫的这种修整，也称为打磨(dressing)。使用这种修整，刮掉抛光垫的表面并且暴露出新垫表面。图3示出常用于传统的CMP工艺中的封闭式多孔状泡沫体结构(closedcellular foam structure)的抛光垫的截面图。参考图3，具有封闭式多孔状泡沫体结构的抛光垫在其垫表面上和其内部包括相互独立的直径在几微米到几十微米的称为孔(pore)的细小泡沫体12P，中具有，并且浆液容纳在由垫表面上的这些细孔所形成的凹陷(depression)12U内。由于这些细孔相互独立，因此在抛光垫表面上的浆液不会渗透到其内部，并且由于这个原因，与具有开放式多孔状结构的抛光垫相比，可以减少浆液的损耗，而后者会发生浆液渗透到抛光垫内的渗透。对于浆液来说，通常使用加入pH调整剂的纯水，其中通常还往那里混入研磨颗粒(abrasive particles)，用来增加抛光速率。在近来的半导体器件中，使用铜作为低电阻互联材料，并且CMP工艺现在已经变成独立的处理工艺，用来使用镶嵌工艺形成因此的铜互联图案。另一方面，使用具有因此的封闭式多孔状泡沫体结构的抛光垫，容易发生这种问题，即，作为抛光或者反应产物的结果，灰尘会滞留在该垫的泡沫体结构中，引起抛光垫表面的堵塞。当发生因此的堵塞时，抛光速率会降低且抛光变得不稳定。因此，抛光的均匀性恶化。因此，在传统中已经实践过这种方式，即，每次当使用了抛光垫预定时间时，使用图2所示的修整盘15修整抛光垫表面，以便将抛光垫表面与图4中由附图标记12X表示的处理灰尘一起刮掉。传统上，图4所示的具有封闭式多孔状泡沫体结构的抛光垫通常使用在微型半导体器件的生产中，而这种类型的抛光垫以泡沫体12P为基础，因此，不能避免由于垫的制造工艺引起的垫特性发生一些变化。在目前超细半导体器件制造中，抛光垫的这些变化会引起各种问题，例如，抛光速率的变化，抛光均匀性的恶化，抛光时间的增加等等。而且，当试图使用化学机械抛光工艺平面化表面的台阶结构时，抛光垫中的柔软的泡沫体12P容易随着将要被平面化的台阶的形状变形，从而不能获得满意的平面化。正如在目前的半导体器件的情况中那样，这个问题在抛光超小型结构的情况中尤其严重。而且，在抛光平面结构的情况下，也存在由于抛光垫的柔软性而在抛光表面引起的凹坑(dishing)的可能性。因此，鉴于上述各种问题，目前有人提出使用图5所示的无泡沫体结构的抛光垫。参考图5，与传统的具有开放式多孔状泡沫体结构的抛光垫相似的是，无泡沫体结构的抛光垫由例如聚氨酯等类似物的材料形成，除了该抛光垫内部不包括泡沫体。由于这种无泡沫体结构，本专利技术有可能生产抛光垫同时抑制产品之间的变化，并且这种类型的抛光垫具有均匀性特性。而且，由于在抛光时不具有作为机械缓冲器部分的泡沫体，因此无泡沫体的抛光垫的硬度比有泡沫体的抛光垫大，因此，当使用抛光垫来抛光带有台阶结构的表面时，有可能有效地平面化被抛光表面的台阶结构。而且，也可以抑制抛光表面的凹坑，并且使用这种无泡沫体结构的抛光垫有可能便于平面化衬底表面。另一方面，无泡沫体的抛光垫不具有图2所示的泡沫部分12P，因此，相对于有泡沫体结构的抛光垫，会有该垫中的浆液保持力较弱的问题。因此，不能获得期望的抛光速率。图6示出使用图2中CMP装置中的无泡沫体结构的抛光垫来抛光在硅晶片上形成的等离子体氧化膜的情况时抛光速率，用于与使用开放式孔状泡沫体结构的抛光垫时的情况相比。在图6的实验中，当将抛光压力设定为4psi，抛光承载器13和抛光台板11的转动速度分别设定为90rpm和80rpm，以及提供流动速率为200ml/min的浆液的时候，进行抛光。正如从图6所看到的，与使用泡沫体的抛光垫相比，在使用无泡沫体结构的抛光垫的情况时抛光速率下降了大约16％。在图6的实验中，在浆液中研磨颗粒的浓度是相对高的浓度即大约15％，且可以相信，由于这个原因，对于使用无泡沫体结构的抛光垫的情况，抛光速率下降的幅度已被抑制在大约16％的范围内。否则，抛光速率应该会下降得更多。而且，在CMP
中，在本工艺中出现的刮痕特性是个大问题。传统上，通过降低浆液中研磨颗粒的浓度可以有效地降低刮痕本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制造半导体器件的方法，包括衬底的抛光工艺，所述抛光工艺包括步骤：在使用浆液的同时，将化学机械抛光工艺应用到抛光垫上的所述衬垫；和修整所述抛光垫的表面，所述修整步骤包括通过分别具有不同表面状态的至少第一和第二修整盘研磨所述抛光垫的所述表面的步骤。
【技术特征摘要】
JP 2005-3-30 2005-099890;JP 2005-5-11 2005-1387051.一种制造半导体器件的方法，包括衬底的抛光工艺，所述抛光工艺包括步骤在使用浆液的同时，将化学机械抛光工艺应用到抛光垫上的所述衬垫；和修整所述抛光垫的表面，所述修整步骤包括通过分别具有不同表面状态的至少第一和第二修整盘研磨所述抛光垫的所述表面的步骤。2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二修整盘分别在所述抛光垫的所述表面上形成第一和第二表面粗糙度，使所述第一表面粗糙度比所述第二表面粗糙度大。3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二修整盘分别以第一和第二研磨速率来研磨所述抛光垫的所述表面，使所述第一研磨速率比所述第二研磨速率大。4.如权利要求1所述的方法，其中在每次抛光所述衬底时所述第二修整盘研磨所述抛光垫的所述表面，其中所述第一修整盘间歇地研磨所述抛光垫的所述表面。5.如权利要求4所述的方法，其中所述第一修整盘与第二修整盘同时研磨所述抛光垫的所述表面。6.如权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二修整盘交替地研磨所述抛光垫的所述表面。7.如权利要求1所述的方法，其中在对所述衬底进行所述化学机械抛光同时，所述第二修整盘研磨所述抛光垫的所述表面。8.如权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二修整盘每个包括基底和通过固定层安装在所述基底上的研磨颗粒，所述第一修整盘上的所述研磨颗粒的形状通常与所述第二修整盘上的所述研磨颗粒的形状不同。9.如权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二修整盘每个包括基底和通过固定层安装在所述基底上的研磨颗粒，所述第一修整盘上的所述研磨颗粒的颗粒尺寸比所述第二修整盘上的所述研磨颗粒的颗粒尺寸大。10.如权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二修整盘每个包括基底和构成通过固定层安装在所述基底上的研磨颗粒的晶体，所述第一修整盘上的所述晶体的晶体取向与所述第二修整盘上的所述晶体的晶体取向不同。11.如权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二修整盘每个包括基底和通过固定层安装在所述基底上的研磨颗粒，所述第一修整盘的所述研磨颗粒的密度与所述第二修整盘的所述研磨颗粒的密度不同。12.如权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二修整盘每个包括基底和通过固定层安装在所述基底上的研磨颗粒，所述第一修整盘上的所述研磨颗粒的突起高度通常与所述第二修整盘上的所述研磨颗粒的突起高度不同。13.如权利要求12所述的方法，其中在所述第一修整盘所述突起高度等于或者大于100μm，在所述第二修整盘所述突起高度小于100μm。14.如权利要求1所述的方法，其中所述抛光垫是无泡沫体结构。15.如权利要求1所述的方法，其中所述浆液包含浓度为10wt％或更...
【专利技术属性】
技术研发人员：白数哲哉，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[]
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