[發(fā)明專利]化學(xué)機械研磨方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810042589.6
• 申請日: 2008-09-05
• 公開（公告）號: CN101664899A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 檀廣節(jié);李強
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: B24B37/04
• 分類號: B24B37/04;B24B29/02;B24B7/22;H01L21/304
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所（普通合伙）
• 代理人: 屈 蘅;李時云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)機械研磨(CMP)領(lǐng)域，特別是涉及多研磨站(Multi-Platen)的CMP系統(tǒng)中的化學(xué)機械研磨的方法。?

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體行業(yè)的飛速發(fā)展，集成電路的集成度日趨增加，平面布線已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足集成電路晶體管之間的連接要求，取而代之的是獨立布線與多層布線。然而層與層之間的平坦度直接影響著器件的性能，于是平坦化工藝隨之快速發(fā)展起來。化學(xué)機械研磨(CMP)技術(shù)以其全局平坦化優(yōu)勢快速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于深槽填充的平面化、接觸孔和過孔中的金屬接頭的平面化以及生產(chǎn)中間步驟中氧化層和金屬間電介層的平面化等眾多領(lǐng)域。?

然而業(yè)界對于器件高性能、低成本與高成品率的追求是不會間斷的，對其有直接影響的CMP技術(shù)也在不斷的改進(jìn)中。許多提高CMP效率與平坦度的設(shè)備與方法不斷涌現(xiàn)。例如，應(yīng)用材料公司的Mirra?Mesa?Cu?CMP設(shè)備(請參考圖1)，其具有多研磨站(Multi-Platen)的結(jié)構(gòu)，如圖1所示：?

該CMP設(shè)備包括基座100與傳送盤200。其中基座100上設(shè)置有中轉(zhuǎn)站110以及多個研磨站120a，120b和120c，而每個研磨站上均設(shè)置有旋轉(zhuǎn)平臺121，研磨墊122位于旋轉(zhuǎn)平臺121之上，以在其帶動下旋轉(zhuǎn)，而漿料分配器123用來提供研磨漿料。傳送盤200可繞著中心柱300旋轉(zhuǎn)，其上設(shè)置有晶片保持器210。通常，傳送盤200上形成有狹縫220，晶片保持器210便可在各自的馬達(dá)230驅(qū)動下，在狹縫220中獨立的旋轉(zhuǎn)以及前后振蕩，以便于均勻的研磨晶片表面。在操作中，晶片從中轉(zhuǎn)站110被送至晶片保持器210中；而后通過傳送盤200的旋轉(zhuǎn)將晶片依次經(jīng)過各個研磨站120a，120b和120c；在每個研磨站的停留期間，即研磨期間，晶片保持器210旋轉(zhuǎn)晶片以將其壓靠于研磨站的研磨墊122上。通常晶片保持器210與旋轉(zhuǎn)平臺121相對逆著旋轉(zhuǎn)，即晶片與研磨墊?122之間相對逆著旋轉(zhuǎn)，同時在研磨漿料的作用下，實現(xiàn)對晶片的平坦化處理。?

通常，晶片的化學(xué)機械研磨包含多次研磨步驟，而以上CMP設(shè)備具有多個研磨站，從而可實現(xiàn)多個晶片的同時研磨，以下便給出了現(xiàn)有的晶片研磨步驟：請參考圖2，其為現(xiàn)有晶片研磨過程中某一晶片的部分截面示意圖。如圖，其包括襯底10，擴散阻擋層20以及金屬層30(通常為銅層)。圖中(1)顯示了未經(jīng)研磨處理的晶片，其被送至中轉(zhuǎn)站110后，被傳送盤200的晶片保持器210所夾持后送至研磨站120a；而后以較高的研磨速率于研磨站120a上進(jìn)行粗研磨，以大體上降低金屬層30的高度，得到如(2)所示的晶片；而后將晶片送至研磨站120b，以較低的研磨速率于研磨站120b上進(jìn)行細(xì)研磨，以去除擴散阻擋層以上的金屬層30，得到如(3)所示的晶片；最后將晶片送至研磨站120c，利用高選擇性的研磨漿料于研磨站120c上進(jìn)行研磨，以去除擴散阻擋層20；得到如(4)所示的平坦化的晶片以制作下一層金屬連線結(jié)構(gòu)。然而，由于最終的平坦度要求以及研磨條件的不同，以上每個研磨步驟的研磨時間不平衡，例如，研磨站120a的研磨時間通常為60s，研磨站120b的研磨時間通常為120s。于是，常常導(dǎo)致研磨站120a和120c閑置等待研磨站120b的情況出現(xiàn)。如此，便降低了CMP的效率，從而影響了半導(dǎo)體器件的出廠效率。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提高化學(xué)機械研磨(CMP)的效率，尤其是改善多研磨站(Multi-Platen)的CMP系統(tǒng)的研磨效率。?

為此，本發(fā)明提供一種化學(xué)機械研磨方法，用以在包括一個以上研磨站的化學(xué)機械研磨系統(tǒng)中研磨晶片表面的金屬層，該方法包括：于第一研磨站，以第一研磨速率對上述金屬層進(jìn)行第一次研磨處理；于第一研磨站，以第二研磨速率對上述金屬層進(jìn)行第二次研磨處理，其中于該第一研磨站共去除半數(shù)以上的上述金屬層；于第二研磨站，以第三研磨速率對上述金屬層進(jìn)行第三次研磨處理，以去除剩余金屬層，其中上述第二研磨速率與第三研磨速率小于上述第一研磨速率。?

進(jìn)一步的，在所述第一研磨站去除的金屬層中，以第一研磨速率去除60％-90％，以第二研磨速率去除40％-10％。

進(jìn)一步的，所述第一研磨速率為6000a/min±30，且第二研磨速率為2000a/min±30。?

進(jìn)一步的，所述第三研磨速率為2000a/min±30。?

進(jìn)一步的，所述的化學(xué)機械研磨方法還包括：于第一研磨站，預(yù)置上述第二次研磨處理后剩余金屬層的厚度，以精確控制第二次研磨處理的終點。?