改变浆料中氧化剂的浓度进行化学机械抛光(CMP)的方法

摘要

通过改变抛光端处的氧化剂的浓度来修正在基片(150)的表面处对金属膜(155)的化学机械抛光(CMP)，将浆料前体(201)与氧化剂(202)混合以提供预定氧化剂浓度的浆料(200)，并将所述浆料提供到CMP垫(140)从而对所述膜以预定抛光速率进行抛光。由于减小了抛光速率，因而增强了终止点控制。通过加入另外的氧化或还原剂来变化所述浓度。

说明书

技术领域

本发明一般涉及半导体制造，并且更具体地，涉及金属膜的化学机械抛光(CMP)。

背景技术

在制造超高密度集成电路时，化学机械抛光(CMP)从基片的顶层去除材料。通常，顶层是金属膜，但其它的材料也被去除。在典型的CMP工艺中，顶层暴露于化学物质、压力、速度和温度条件受到控制的研磨介质。传统的研磨介质包括浆料溶液和抛光垫。通过将所谓的前体与氧化剂混合，在使用前的短时间内提供浆料溶液。该前体没有氧化剂，但包括浆料的其它成分(例如研磨介质、催化剂、水)。

要求仅去除预定膜厚度的材料，并防止任何进一步的去除。终止点控制技术用于判定是否达到所需的厚度。抛光速率(即膜厚度随时间的减少)非常重要。当抛光速率过高时，容易错过终止点；当抛光速率过低时，整个CMP处理时间变得过长。

本发明寻求提供一种改进的方法，该方法减轻或避免现有技术的不利之处和限制。

附图说明

图1说明根据本发明的、使用一种方法抛光基片表面处的金属膜的CMP处理工具的简图；

图2说明根据本发明的方法的简化的方法流程图；

图3说明氧化剂浓度对时间关系的简图；

图4说明抛光速率对时间关系的简图；以及

图5说明在图1的工具中可选地使用的多个浆料注射器的简图。

具体实施方式

根据本发明，在抛光期间，但优选地，在抛光停止前改变氧化剂的浓度，从而可以在减小的抛光速率下进行终止点控制。

图1说明CMP处理工具100的简图，该CMP处理工具使用所发明的方法在基片150的表面处抛光金属膜155。基片150具有典型地为单晶硅晶片的基础/底部区。但可以使用其它的半导体基片，如锗、砷化镓、硅锗、绝缘体上硅(SOI)基片、碳化硅基片、外延层、多晶硅基片等。金属膜155可包括单独或互相结合的钨(W)、铝(Al)和铜(Cu)，或其它金属。

在解释本发明的细节之前，先简要介绍工具100。如同所说明的，工具100包括头110、台板120、CMP垫140、驱动组件191和192以及抽气系统195。通常组件191如箭头1所示转动台板120，或如箭头2所示来回往复带动台板120。头110可以是受重力的、自由浮动的托架，或者致动器组件192可以连接到头110上，从而加上轴向运动或转动，分别如箭头3和4所示。在工具100的工作中，基片150设置成膜155接触垫140；在头110和台板120相对移动时，浆料200和垫140通过去除材料对膜155抛光。在操作期间用于固定基片150或用于改变基片的装置在本领域中是公知的，因此未示出。浆料200包含小的研磨颗粒对膜155的表面进行研磨，以及化学物质腐蚀及氧化该表面。抽气系统195去除有害气体。

现在结合符号表示200-203(材料提供配置)、301-303(方法步骤)和对附图的解释来解释本发明。图1中另外的参考数字表示浆料前体201、氧化剂202和还原剂203，以及301表示混合，302表示提供，及303表示阀从而表示改变。符号O₃表示臭氧气体(可选的)。

图2说明本发明的方法300的简化的方法流程图。方法300由以下步骤来说明：301混合前体和药剂以得到浆料，302将浆料提供给垫，303改变药剂浓度，以及可选地，304判定终止点；线309指示方法步骤的重复。

具体地，用于采用工具100在基片150的表面处抛光金属膜155的CMP方法300由以下方式进行：在步骤混合301中，将浆料前体201与氧化剂202混合成浆料200，该浆料具有预定的药剂浓度(见图3中的线402)。在步骤提供302中，将浆料200提供给垫140从而按预定抛光速率(见图4中的线502)抛光膜155。在步骤改变303中，改变药剂浓度以修正所术抛光速率(见图4中的线501、503、504)。

优选地，在把浆料200传送到垫140上之前，通过向浆料200加入另外的氧化剂202来进行改变303氧化剂浓度。可选地通过向垫140上放置另外的氧化剂202来进行改变303氧化剂的浓度，例如，与已经置于垫140上的浆料200进行中间反应。

例如，氧化剂201可以是过氧化氢(H₂O₂，即液体)或臭氧(O₃，即气体)。

在臭氧的情形下，其在垫140上的含量优选地通过抽气系统195来控制，该抽气系统选择性去除更多或更少的臭氧的工具100。

通过加入另外的氧化剂202来改变303氧化剂浓度是方便的，通过加入还原剂202(向浆料202中)能够可选地改变有效药剂浓度。

优选地，还原剂202是氨(NH₃，作为气体)或氢氧化铵(NH₄OH，作为液体形式)。这里提及的作为氧化或还原剂的化学物质只是作为例子。本领域的技术人员可以为相同目的选择类似性质的其它物质。

优选地，方法300在一次仅抛光单个基片150；垫140维持相同的工具100中进行。优选地，步骤改变303与步骤混合301和提供302同时进行。也就是说，浓度被连续调节。

本领域的技术人员能够提供控制前体201的流动、药剂202/203和浆料200的流动的装置，例如通过流量计、蠕动泵等，而不需要在此处进行另外的解释。可选地，对浆料200的pH值和药剂202/203的氧化/还原势也进行控制。

图3说明氧化剂浓度对时间关系的简图400。对浓度可以进行改变(见步骤303)，例如从该图所示的高向低浓度(线402、404)，或者相反(未示出)。例如，改变303氧化剂浓度可以陡然地(线403)或连续地(虚线405)进行。

图4说明抛光速率对时间的简图500。该速率可以按每分钟纳米(nano meters per minute)测量。为简洁起见，没有给出数值。改变303药剂浓度可导致抛光速率的降低(见线502高速率，503降低，和504低速率)。当速率低时(线504)可以采用比高速率时高的精确度来进行终止点的判定304。

图5说明在图1的工具中可选地使用的多个注射器600的简图。注射器600位于垫140上，从而由这些注射器设置另外的氧化剂。

总之，在抛光时抛光速率的调节允许在接近终止点时提高选择性。在膜接近完成时(基于其它的终止点判定技术或定时步骤)，减少浆料200的氧化势，从而减慢(图4，503)抛光速率，以精确地找到终止点。

本发明允许减少不需要的所谓凹形变形。可选地，在判定304终止点之后，分配化学上充分修正的第二浆料，以实现所需的过抛光处理。

尽管在特定结构、装置和方法的情形下描述了本发明，但本领域的技术人员基于本文中的描述将理解不只限于这些例子，本发明的全部范围由权利要求来准确判定。