铜化学机械研磨终点检测装置及方法制造方法及图纸

一种铜化学机械研磨终点检测方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面形成有待研磨结构，所述结构的材料含有铜；对所述待研磨结构进行化学机械研磨，并产生研磨副产品；混合所述研磨副产品与显色剂，并测量所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度；根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量，并通过所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量检测是否到达研磨终点。相应地，本发明专利技术还提供一种铜化学机械研磨终点检测装置，以及铜化学机械研磨方法。通过本发明专利技术可以精确检测铜化学机械研磨的终点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体领域，特别涉及铜化学机械研磨終点检测装置及方法，铜化学机械研磨方法。
技术介绍
化学机械研磨(CMP)的机理是被研磨晶片的表面材料与研浆发生化学反应生成一层相对容易去除的表面层，所述表面层通过研浆中的研磨剂以及施加在被研磨晶片上的研磨压力，在与研磨垫的相对运动中被机械地磨去。特别地，在对金属材料进行CMP时，研浆与金属表面接触并产生金属氧化物，并通过研磨去除所述金属氧化物以达到研磨的效果。 在公开号为CN1471141A的中国专利申请中公开了ー种化学机械研磨设备。如图2所示，现有的化学机械研磨设备包括一个自动旋转的研磨盘102以及ー个晶圆握把104，通常研磨盘102会被设计成ー种圆形板以方便跟安装在研磨盘102上的研磨垫106 —起旋转，提供的晶圆110会被晶圆握把104抓住，而晶圆握把104的位置是可以调节的，晶圆握把104可以施カ在晶圆110上，在研磨期间，晶圆握把104会确定晶圆110有接触到研磨垫106。在研磨盘102上方放置有一个研浆供应路线108，可以提供研磨用的研浆112，所述研浆112包含反应物和研磨剂，反应物用于与被研磨晶圆110的表面材料发生反应生成相对容易磨去的材料，研磨剂用于研磨垫106与晶圆110之间的机械研磨，在CMP设备中通常会有一个调节器114来调节研磨垫。CMP的一个难题在于检测研磨終点，即判断研磨是否完成，是否已将衬底层平坦化成期望的平坦度或厚度。过度研磨(overpolish)导体层或者薄膜会増加电路阻杭。另ー方面，研磨不足(underpolish)会导致短路。现行的两种最常用的原位終点检测方法为电机电流终点检测法和光学终点检测法。电机电流終点检测法通过检测研磨头或者研磨盘电机中的电流量监控平坦化速率。平坦化量的变化(及电机负载)会导致电机电流量的变化，由于研磨头是匀速旋转的，为了补偿电机负载的变化，电机电流会有相应变化，即电机电流对晶圆表面粗糙程度的变化是敏感的。由此，通过检测电机电流量的变化可实现平坦化程度的检测。更多详细信息请參考公开号为CN1670923A的中国专利申请。光学终点检测法是一种基于光反射原理的终点检测方法，光从膜层上反射，不同的反射率与膜层材料和膜层厚度相关，若膜层材料或厚度发生变化，光学终点检测可测量从平坦化膜层反射的紫外光或可见光之间的干渉，利用干渉信号处理算法连续地測量平坦化中膜层厚度的变化，可測定平坦化速率。与此同时，铜作为ー种重要的导电材料越来越广泛地应用于半导体器件中，比如用于互连结构中。所以在对铜进行CMP处理时，精确检测研磨終点非常重要
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供ー种铜化学机械研磨終点检测装置及方法，以精确检测铜研磨終点。为解决上述问题，本专利技术提供ー种铜化学机械研磨終点检测方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底表面形成有待研磨结构，所述结构的材料含有铜；对所述待研磨结构进行化学机械研磨，并产生研磨副产品；其特征在于，还包括混合所述研磨副产品与显色剂，并测量所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度；根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量，并通过所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量检测是否到达研磨終点。 可选地，所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度指的是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度。可选地，根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量的方法包括在研磨所使用的研浆确定的情况下，计算吸光度之比的差AAr，所述 AAr — A607rmi/A548rmi_A 6C|7nm/A 548nm，其中，A6tl7nm 和 A548nm 分力U 疋所述研磨副广 ロロ与研浆以及显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度，A*6(l7nm和A*548nm是研浆与显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度；根据AAr = PXCffl+Q计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中的铜的含量，其中，P、Q是回归常数，Cm是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中的铜的含量。可选地，在所述研浆与显色剂的混合物中，显色剂的浓度是0.002mmol/L-0. 004mmol/Lo可选地，其特征在于所述显色剂是ニ溴茜素紫。相应地，本专利技术还提供ー种铜化学机械研磨終点检测装置，包括研磨盘；安装在所述研磨盘上的研磨垫；与所述研磨垫相对设置的晶圆握把、所述晶圆握把固定半导体衬底，所述半导体衬底表面具有待研磨的结构，所述结构的材料包括铜；研浆供应路线，所述研浆供应路线提供显色剂以及研磨所需要的研浆；吸收光谱探測器，所述吸收光谱探测器用于测量研磨过程中产生的研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度。可选地，吸收光谱探測器包括入射光源和吸收光谱采集部件。可选地，所述研浆供应路线所提供研磨所需要的研浆以及显色剂中，显色剂的含量是 0. 002mmol/L-0. 004mmol/L。可选地，所述显色剂是ニ溴茜素紫。相应地，本专利技术还提供ー种铜化学机械研磨方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底上具有待研磨的结构，所述结构的材料包括铜；将所述半导体衬底固定于晶圆握把，并对所述待研磨结构进行研磨；研磨过程中，研浆供应路线提供研磨所需要的研浆以及显色剂；吸收光谱探测器测量研磨过程中产生的研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度；根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量，如果所述铜含量达到预定的值，则停止研磨，如果所述铜含量未达到预定的值，则继续研磨。可选地，根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨畐IJ产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量的方法是，在研磨所使用的研浆确定的情况下，计算吸光度之比的差AAr,所述AAr =^-60711111/^-54811111 A 607nmZA 548nm， 其中， ^-607nm 和A548nm分别是所述研磨副产品与研衆以及显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度，A*6(l7nm和W548nm是研浆与显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度；根据AAr = PXCm+Q计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中的铜的含量，其中，P、Q是回归常数，Cffl是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中的铜的含量。可选地，所述显色剂是ニ溴茜素紫。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点·本专利技术利用显色剂与含铜溶液混合后，吸光度会发生变化，并且吸光度的变化与混合液中铜的含量相关，通过检测在研磨过程中，显色剂与研磨副产品以及研浆的混合物的吸光度的变化，检测混合物中铜的含量的变化，提供了ー种快速、便捷、准确地检测铜研磨終点的装置和方法，同时提供了一种可以精确控制的铜化学机械研磨方法；进ー步，本专利技术的实施例所提供的检测铜研磨終点的装置，通过研浆供应路线在被研磨结构表面提供显色剂，作为一个实施例，所采用的显色剂是ニ溴茜素紫，研磨产生研磨副产品后，研磨副产品即可与显本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜化学机械研磨终点检测方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面形成有待研磨结构，所述结构的材料含有铜；对所述待研磨结构进行化学机械研磨，并产生研磨副产品；其特征在于，还包括：混合所述研磨副产品与显色剂，并测量所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度；根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量，并通过所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量检测是否到达研磨终点。

【技术特征摘要】
1.ー种铜化学机械研磨終点检测方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底表面形成有待研磨结构，所述结构的材料含有铜；对所述待研磨结构进行化学机械研磨，并产生研磨副产品；其特征在于，还包括 混合所述研磨副产品与显色剂，并测量所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度； 根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量，并通过所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量检测是否到达研磨終点。2.依据权利要求I所述的铜化学机械研磨終点检测方法，其特征在于，所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度指的是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度。3.依据权利要求2所述的铜化学机械研磨終点检测方法，其特征在于，根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量的方法包括 在研磨所使用的研浆确定的情况下，计算吸光度之比的差AAr, 所述AAr = A6ci7mZA548nm-A^ci7miZf548nm，其中，A6tl7nm和A548nm分别是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度，A*6(l7nm和A*548nm是研浆与显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度； 根据AAr = PXCm+Q计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中的铜的含量，其中，P、Q是回归常数，Cffl是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中的铜的含量。4.依据权利要求2所述的铜化学机械研磨終点检测方法，其特征在于，所述研浆供应路线所提供的研磨所需要的研衆以及显色剂中，显色剂的浓度是0. 002mmol/L-0. 004mmol/し5.依据权利要求I至4中任意ー项所述的铜化学机械研磨終点检测方法，其特征在于所述显色剂是ニ溴茜素紫。6.ー种铜化学机械研磨終点检测装置，包括研磨盘；安装在所述研磨盘上的研磨垫；与所述研磨垫相对设置的晶圆握把、所述晶圆握把固定半导体衬底，所述半导体衬底表面具有待研磨的结构，所述结构的材料包括铜...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓武锋，洪中山，
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：