[發(fā)明專利]晶圓拋光方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280077584.1
• 申請日: 2012-12-10
• 公開（公告）號(hào): CN104838480A
• 公開（公告）日: 2015-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王堅(jiān);金一諾;王暉
• 申請（專利權(quán)）人: 盛美半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/321
• 分類號(hào): H01L21/321;H01L21/304
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 陸勍

本發(fā)明的背景

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，尤其涉及一種晶圓拋光方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體器件的特征尺寸不斷變小，互連結(jié)構(gòu)形成于半導(dǎo)體器件中以將晶體管終端與用于制造半導(dǎo)體器件的晶圓電連接在一起。

為了形成互連結(jié)構(gòu)，晶圓可能需要經(jīng)歷，例如，掩膜，刻蝕，以及沉積等工藝。特別是，多次掩膜和刻蝕步驟的執(zhí)行能夠在晶圓的電介質(zhì)層上形成凹陷區(qū)域。這些凹陷區(qū)域作為溝槽和通孔及其類似結(jié)構(gòu)用來形成互連結(jié)構(gòu)。沉積工藝的執(zhí)行用于在晶圓上沉積一層金屬層。金屬層沉積在晶圓的凹陷區(qū)域及晶圓的非凹陷區(qū)域上。為了隔離互連結(jié)構(gòu)，位于晶圓的非凹陷區(qū)域上的金屬層需要去除。

為了去除位于晶圓的非凹陷區(qū)域上的金屬層，常見的方法是化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)。化學(xué)機(jī)械拋光方法包括如下步驟：提供旋轉(zhuǎn)臺(tái)、位于旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的拋光墊、固定晶圓的晶圓載頭、向晶圓和拋光墊之間提供研磨液的研磨液送料器；施加下壓力在晶圓載頭上以將晶圓按壓在拋光墊上并使晶圓相對于拋光墊旋轉(zhuǎn)。于是，晶圓被拋光。然而，隨著銅和低K電介質(zhì)或超低K電介質(zhì)越來越廣泛的應(yīng)用在半導(dǎo)體器件中，化學(xué)機(jī)械拋光方法已經(jīng)不再適用于制造具有更小特征尺寸的半導(dǎo)體器件。由于銅和低K電介質(zhì)或超低K電介質(zhì)的機(jī)械應(yīng)力較弱，施加在晶圓載頭上的下壓力在化學(xué)機(jī)械拋光過程中會(huì)損壞銅和低K電介質(zhì)或超低K電介質(zhì)。

去除位于晶圓的非凹陷區(qū)域上的金屬層的另一方法是電化學(xué)拋光方法，該方法利用電解液與金屬層之間的化學(xué)反應(yīng)來去除金屬層。在拋光過程中，僅有電解液與金屬層接觸，因此金屬層能夠在沒有機(jī)械應(yīng)力的狀態(tài)下被去除，解決了銅和低K電介質(zhì)或超低K電介質(zhì)的集成問題。由于半導(dǎo)體器件的特征尺寸越來越小，電化學(xué)拋光的拋光均勻性需要不斷提高。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的旨在提供一種能夠提高拋光均勻性的晶圓拋光方法。該方法包括如下步驟：對晶圓上的每個(gè)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)預(yù)設(shè)X軸水平移動(dòng)速度；對晶圓上的每個(gè)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)速度；獲得晶圓上的每個(gè)點(diǎn)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度并生成一個(gè)旋轉(zhuǎn)速度表；將晶圓上的每個(gè)點(diǎn)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度與該點(diǎn)的預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)速度作比較得到該點(diǎn)的轉(zhuǎn)速系數(shù)；根據(jù)晶圓上的每個(gè)點(diǎn)的預(yù)設(shè)X軸水平移動(dòng)速度及晶圓上的每個(gè)點(diǎn)的轉(zhuǎn)速系數(shù)計(jì)算晶圓上的每個(gè)點(diǎn)的實(shí)際X軸水平移動(dòng)速度；當(dāng)晶圓上的一個(gè)特定點(diǎn)位于向晶圓噴射帶電的電解液的噴頭的正上方時(shí)，對晶圓和噴頭施加一個(gè)預(yù)設(shè)電源并驅(qū)動(dòng)晶圓以該點(diǎn)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度和實(shí)際X軸水平移動(dòng)速度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

綜上所述，在電化學(xué)拋光過程中，當(dāng)拋光電源是恒定時(shí)，晶圓的旋轉(zhuǎn)速度和水平移動(dòng)速度越慢，晶圓的金屬層去除率越高；反之，晶圓的旋轉(zhuǎn)速度和水平移動(dòng)速度越快，晶圓的金屬層去除率越低。本發(fā)明中，晶圓上的每個(gè)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)速度和水平移動(dòng)速度均可控，所以能夠精確地控制晶圓上的金屬層的去除率，提高拋光均勻性。

附圖說明

通過閱讀其優(yōu)選實(shí)施例的以下描述并參考所附的附圖，本發(fā)明將為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所顯見，其中：

圖1示出了一代表性實(shí)施例的拋光半導(dǎo)體晶圓的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2示出了半導(dǎo)體晶圓的半徑與半導(dǎo)體晶圓的預(yù)設(shè)X軸水平移動(dòng)速度之間的關(guān)系。

圖3示出了半導(dǎo)體晶圓的半徑與半導(dǎo)體晶圓的預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系。

圖4示出了半導(dǎo)體晶圓的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度與去除厚度之間的關(guān)系。

圖5示出了半導(dǎo)體晶圓上的點(diǎn)與半導(dǎo)體晶圓的去除厚度之間的一一對應(yīng)關(guān)系。

圖6示出了半導(dǎo)體晶圓上的點(diǎn)與半導(dǎo)體晶圓的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度之間的一一對應(yīng)關(guān)系。

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體晶圓拋光方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

參考圖1所示，示出了一代表性實(shí)施例的電化學(xué)拋光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的晶圓拋光方法能夠由該裝置實(shí)現(xiàn)。在介紹本發(fā)明的晶圓拋光方法之前，將首先對其電化學(xué)拋光裝置進(jìn)行簡單介紹。

如圖1所示，該電化學(xué)拋光裝置包括固定晶圓20的晶圓夾盤10、布置在晶圓夾盤10的下方并向晶圓20的待拋光面噴射拋光液40的噴頭30、及與晶圓20和噴頭30電連接的電源50。具體地，電源50的陽極與晶圓20電連接，電源50的陰極與噴頭30電連接以使拋光液40帶電荷。驅(qū)動(dòng)裝置，例如馬達(dá)60，與晶圓夾盤10連接并驅(qū)動(dòng)晶圓夾盤10繞晶圓夾盤10自身的中心軸(Y軸)旋轉(zhuǎn)或者驅(qū)動(dòng)晶圓夾盤10沿X軸水平移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)裝置60受控于運(yùn)動(dòng)控制器。