專利名稱：一種化學(xué)機(jī)械拋光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造中的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)領(lǐng)域，特別涉及一種化學(xué)機(jī)械拋
光裝置。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)，鋁一直是半導(dǎo)體芯片制造的主要連線材料。在一般的亞微米及深亞微 米技術(shù)中，淀積的鋁膜經(jīng)過(guò)光刻、刻蝕后形成的鋁條組成了同一層的金屬布線。相鄰兩層的 鋁條，則由填充鎢的通孔連接。隨著半導(dǎo)體芯片的特征線寬不斷縮小，為降低電阻-電容 延遲(RC delay)，銅取代鋁而成為半導(dǎo)體元件中互連線的導(dǎo)電材料已得到了廣泛應(yīng)用。與 鋁相比，銅的電阻系數(shù)小，熔點(diǎn)高，抗電致遷移(anti electromigration)能力強(qiáng)，且能承 載更高的電流密度。以銅為材料的互連線可以做得更細(xì)，采用銅制程還可降低電容和功耗 (power dissipation),并可提高元件的封裝密度(packing density)。因銅難以被刻蝕，大馬士革(damascene)工藝被普遍使用先在介電層上刻蝕形 成互連線開(kāi)槽；通過(guò)電鍍(electroplating)或化學(xué)鍍?cè)陂_(kāi)槽內(nèi)淀積銅；為防止銅向介電層 的擴(kuò)散，在進(jìn)行銅淀積之前還在介電層(如二氧化硅)上還淀積一層導(dǎo)電性能好的擴(kuò)散阻 擋層(diffusion barrier)，以防止銅向介電層中的擴(kuò)散造成元件短路和漏電，同時(shí)提高 銅與介電層的附著力；利用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)將過(guò)填的銅和未開(kāi)槽區(qū)域的擴(kuò)散阻擋層去 除，使器件表面平整。請(qǐng)參閱圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的化學(xué)機(jī)械拋光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示， 該裝置包括若干拋光墊100 ；拋光臺(tái)101，用于固定所述拋光墊；研磨頭102，用于固定晶片 且其自身可旋轉(zhuǎn)，同時(shí)將晶片的需拋光面壓向所述拋光墊；研磨頭傳送裝置103，其與所述 研磨頭連接，用于將所述研磨頭傳送至所述拋光墊；控制器(圖中未示)，控制所述研磨頭 的拋光速度和力度等參數(shù)條件。拋光墊的數(shù)量依據(jù)不同的工藝制程需要設(shè)置，在用于大馬 士革工藝對(duì)沉積的互連金屬進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)，通常如圖1所示在同一拋光臺(tái)設(shè)置三個(gè) 拋光墊100。每個(gè)拋光墊的結(jié)構(gòu)如圖2所示，每個(gè)拋光墊100的表面具有規(guī)律分布的突起棱 104，所述突起棱104起到對(duì)晶片的研磨作用。每個(gè)拋光墊上使用不同的拋光液，對(duì)應(yīng)進(jìn)行 不同的化學(xué)機(jī)械拋光步驟。請(qǐng)同時(shí)參看圖1和圖3a-圖3d，當(dāng)研磨頭從晶片承載臺(tái)105上拾取到晶片106后， 首先通過(guò)研磨頭傳輸裝置103將研磨頭102移動(dòng)至第一拋光墊處對(duì)晶片進(jìn)行第一次化學(xué)機(jī) 械拋光，第一次化學(xué)機(jī)械拋光采用較高的拋光速度和力度對(duì)位于介電層200之上的金屬敷 層(coating) 202的大部分進(jìn)行平面化和拋光；其次，將研磨頭102移動(dòng)至第二拋光墊處對(duì) 晶片進(jìn)行第二次化學(xué)機(jī)械拋光，第二次化學(xué)機(jī)械拋光去除位于介電層200上剩余的金屬敷 層202，該次化學(xué)機(jī)械拋光采用低于第一次化學(xué)機(jī)械拋光的拋光速度和力度進(jìn)行拋光；最 后，將研磨頭102移動(dòng)至第三拋光墊處對(duì)晶片進(jìn)行第三次化學(xué)機(jī)械拋光，第三次化學(xué)機(jī)械 拋光采用相較前兩次化學(xué)機(jī)械拋光最低的拋光速度和力度去除位于介電層200上的阻擋 層201，從而在開(kāi)槽內(nèi)形成單獨(dú)的金屬線203。
采用上述裝置對(duì)金屬大馬士革結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)，由于對(duì)各個(gè)化學(xué)機(jī)械拋 光步驟的拋光速度和力度不好精確掌握，且所使用的棱狀拋光墊對(duì)晶片的拋光研磨力度較 大，拋光時(shí)不可避免會(huì)使圖案出現(xiàn)過(guò)拋、凹陷或使金屬互連線及其之間的介電層出現(xiàn)扭曲 變形等缺陷。為了能確保去掉介電層表面上的所有金屬敷層以使金屬互連線彼此隔離，在 開(kāi)槽內(nèi)的圖案被部分地過(guò)拋，在第三次化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)拋光的速度和力度把握不好的情況 下，往往會(huì)造成過(guò)多的過(guò)拋。同時(shí)，較軟的互連金屬(如Cu，W)通常比擴(kuò)散阻擋層(如Ta， Ti)以及周圍的介電層(如SiO2)磨損得快，因此，在難以把握各個(gè)步驟的拋光速度和力度 的情況下，會(huì)使開(kāi)槽內(nèi)的軟的金屬產(chǎn)生凹陷、過(guò)拋或使金屬互連線及其之間的介電層出現(xiàn) 扭曲變形。以上缺陷都會(huì)影響晶片表面的平整度，降低產(chǎn)品的良率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種化學(xué)機(jī)械拋光裝置，以解決現(xiàn)有的化學(xué)機(jī)械拋光裝置在 對(duì)金屬大馬士革結(jié)構(gòu)進(jìn)行拋光時(shí)會(huì)使圖案出現(xiàn)過(guò)度過(guò)拋、凹陷或扭曲變形等缺陷的問(wèn)題。本發(fā)明的另一目的是提供一種完全與現(xiàn)有技術(shù)不相同的化學(xué)機(jī)械拋光裝置，其可 簡(jiǎn)化化學(xué)機(jī)械拋光裝置的結(jié)構(gòu)，其研磨頭的位置不需移動(dòng)，通過(guò)拋光墊的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同的 拋光步驟。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種化學(xué)機(jī)械拋光裝置，包括拋光墊；拋光墊傳送裝置，包括至少兩個(gè)傳送輪，所述傳送輪的頂端位于同一水平線，所述 拋光墊的兩端纏繞于位于最外側(cè)的兩個(gè)所述傳送輪上；研磨頭，用于固定晶片且其自身可旋轉(zhuǎn)，同時(shí)將晶片的需拋光面壓向所述拋光 墊；控制器，連接所述研磨頭和所述拋光墊傳送裝置，控制所述研磨頭和所述拋光墊 傳送裝置進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光?？蛇x的，所述拋光墊為連續(xù)的帶狀拋光墊，其表面具有陣列式分布的突起點(diǎn)，所述 突起點(diǎn)起到對(duì)晶片的研磨作用?？蛇x的，所述拋光墊上具有區(qū)域劃分，不同區(qū)域?qū)?yīng)進(jìn)行不同的化學(xué)機(jī)械拋光步驟。本發(fā)明還提供一種化學(xué)機(jī)械拋光裝置，包括拋光墊；拋光墊傳送裝置，包括至少兩個(gè)上傳送輪和至少兩個(gè)下傳送輪，所述上傳送輪和 所述下傳送輪的頂端分別位于同一水平線，所述拋光墊繞經(jīng)所述上傳送輪，兩端纏繞于位 于最外側(cè)的兩個(gè)所述下傳送輪上；研磨頭，用于固定晶片且其自身可旋轉(zhuǎn)，同時(shí)將晶片的需拋光面壓向所述拋光 墊；控制器，連接所述研磨頭和所述拋光墊傳送裝置，控制所述研磨頭和所述拋光墊 傳送裝置進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光。?？蛇x的，所述拋光墊為連續(xù)的帶狀拋光墊，其表面具有陣列式分布的突起點(diǎn)，所述 突起點(diǎn)起到對(duì)晶片的研磨作用。
可選的，所述拋光墊上具有區(qū)域劃分，不同區(qū)域?qū)?yīng)進(jìn)行不同的化學(xué)機(jī)械拋光步
馬聚ο本發(fā)明提供的化學(xué)機(jī)械拋光裝置的研磨頭位置固定，無(wú)需研磨頭傳送裝置將研磨 頭移動(dòng)至不同的拋光墊處進(jìn)行不同的化學(xué)機(jī)械拋光步驟，本發(fā)明的裝置通過(guò)拋光墊傳送裝 置使拋光墊進(jìn)行傳輸移動(dòng)，使得在進(jìn)行不同步驟的化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)，研磨頭與拋光墊上的 不同區(qū)域進(jìn)行接觸而進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，因此，相較于背景技術(shù)中所述的現(xiàn)有技術(shù)的化學(xué) 機(jī)械拋光裝置，簡(jiǎn)化了化學(xué)機(jī)械拋光裝置的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，采用本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光裝置裝置結(jié)合使用表面具有陣列式分布的突起 點(diǎn)的拋光墊，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)，由于采用該種具有突起點(diǎn)的拋光墊對(duì)晶片產(chǎn)生相對(duì)較 小的拋光力度，因此可有效防止在拋光過(guò)程中使圖案產(chǎn)生凹陷、過(guò)拋或使金屬互連線及其 之間的介電層出現(xiàn)扭曲變形等缺陷，使晶片表面具有更好的平整度，同時(shí)提高晶片的可靠 性和良率。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的化學(xué)機(jī)械拋光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)的化學(xué)機(jī)械拋光裝置采用的拋光墊結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a_3d為現(xiàn)有技術(shù)對(duì)金屬大馬士革結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的方法示意圖；圖4為本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光裝置的另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光裝置所采用的一種拋光墊的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明所述的化學(xué)機(jī)械拋光裝置可廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造進(jìn)程中的多種化學(xué)機(jī) 械拋光工藝中，并且可以利用多種替換方式實(shí)現(xiàn)，下面是通過(guò)較佳的實(shí)施例來(lái)加以說(shuō)明，當(dāng) 然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員所熟知的一般的替換無(wú)疑地 涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為了便于說(shuō) 明，示意圖不依一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定。請(qǐng)首先參閱圖4，圖4為本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示， 本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光裝置包括拋光墊300 ；拋光墊傳送裝置301，包括至少兩個(gè)傳送輪302，所述傳送輪302的頂端位于同一 水平線，所述拋光墊300的兩端纏繞于位于最外側(cè)的兩個(gè)所述傳送輪302上；研磨頭303，用于固定晶片且其自身可旋轉(zhuǎn)，同時(shí)將晶片的需拋光面壓向所述拋光 墊 300 ；控制器304，連接所述研磨頭303和所述拋光墊傳送裝置301，控制所述研磨頭303 和所述拋光墊傳送裝置301進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，如設(shè)置研磨頭拋光速度、力度及所述拋光墊傳送裝置的傳送速度等。請(qǐng)參閱圖5，圖5為本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光裝置的另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5 所示，本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光裝置包括拋光墊300 ；拋光墊傳送裝置310，包括至少兩個(gè)上傳送輪311和至少兩個(gè)下傳送輪312，所述 上傳送輪311和所述下傳送輪312的頂端分別位于同一水平線，所述拋光墊300繞經(jīng)所述 上傳送輪311，兩端纏繞于位于最外側(cè)的兩個(gè)所述下傳送輪312上；研磨頭303，用于固定晶片且其自身可旋轉(zhuǎn)，同時(shí)將晶片的需拋光面壓向所述拋光 墊；控制器304，連接所述研磨頭303和所述拋光墊傳送裝置310，控制所述研磨頭303 和所述拋光墊傳送裝置310進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，如設(shè)置研磨頭拋光速度、力度及所述拋光 墊傳送裝置的傳送速度等。請(qǐng)參閱圖6，圖6為本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光裝置所采用的一種拋光墊的結(jié)構(gòu)示意 圖。如圖6所示，拋光墊300為連續(xù)的帶狀拋光墊，其表面具有陣列式分布的突起點(diǎn)400， 當(dāng)晶片旋轉(zhuǎn)著與所述拋光墊300表面接觸時(shí)，所述突起點(diǎn)400起到對(duì)晶片的研磨作用。進(jìn) 一步的，還可對(duì)所述拋光墊300進(jìn)行區(qū)域劃分，如圖6所述，可將其劃分為Pl區(qū)、P2區(qū)和P3 區(qū)，在每個(gè)區(qū)域的拋光墊上使用不同的拋光液，對(duì)應(yīng)進(jìn)行不同的機(jī)械拋光步驟。請(qǐng)同時(shí)參看圖3a_圖3d，本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光裝置在使用時(shí)，當(dāng)所述研磨頭從 晶片承載臺(tái)上拾取到晶片后，首先，轉(zhuǎn)動(dòng)所述拋光墊傳送裝置的傳送輪302(或上傳送輪 311和下傳送輪312)，使拋光墊300上的Pl區(qū)置于所述研磨頭的下方，將所述研磨頭303 壓向所述拋光墊300處的Pl區(qū)對(duì)晶片進(jìn)行第一次化學(xué)機(jī)械拋光，第一次化學(xué)機(jī)械拋光采用 較高的拋光速度和力度對(duì)位于介電層200之上的金屬敷層(coating) 202的大部分進(jìn)行平 面化和拋光；其次，轉(zhuǎn)動(dòng)所述拋光墊300傳送裝置的傳送輪302 (或上傳送輪311和下傳送 輪312)，使拋光墊300上的P2區(qū)置于所述研磨頭303的下方，將所述研磨頭303壓向所述 拋光墊300處的P2區(qū)對(duì)晶片進(jìn)行第二次化學(xué)機(jī)械拋光，第二次化學(xué)機(jī)械拋光去除位于介電 層200上剩余的金屬敷層202，該次化學(xué)機(jī)械拋光采用低于第一次化學(xué)機(jī)械拋光的拋光速 度和力度進(jìn)行拋光；最后，轉(zhuǎn)動(dòng)所述拋光墊傳送裝置的傳送輪302(或上傳送輪311和下傳 送輪312)，使拋光墊300上的P3區(qū)置于所述研磨頭303的下方，將所述研磨頭303壓向所 述拋光墊300處的P3區(qū)對(duì)晶片進(jìn)行第三次化學(xué)機(jī)械拋光，第三次化學(xué)機(jī)械拋光采用相較前 兩次化學(xué)機(jī)械拋光最低的拋光速度和力度去除位于介電層200上的阻擋層201，從而在開(kāi) 槽內(nèi)形成單獨(dú)的金屬線203。本發(fā)明提供的化學(xué)機(jī)械拋光裝置的研磨頭位置固定，無(wú)需研磨頭傳送裝置將研磨 頭移動(dòng)至不同的拋光墊處進(jìn)行不同的化學(xué)機(jī)械拋光步驟，本發(fā)明的裝置通過(guò)拋光墊傳送裝 置使拋光墊進(jìn)行傳輸移動(dòng)，使得在進(jìn)行不同步驟的化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)，研磨頭與拋光墊上的 不同區(qū)域進(jìn)行接觸拋光，因此，相較于背景技術(shù)中所述的現(xiàn)有技術(shù)的化學(xué)機(jī)械拋光裝置，簡(jiǎn) 化了化學(xué)機(jī)械拋光裝置的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，采用本發(fā)明的裝置結(jié)合使用表面具有陣列式分布的 突起點(diǎn)的拋光墊進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)，由于采用該種具有突起點(diǎn)的拋光墊對(duì)晶片產(chǎn)生相對(duì) 較小的拋光力度，因此可有效防止在拋光過(guò)程中使圖案產(chǎn)生凹陷、過(guò)拋或使金屬互連線及 其之間的介電層出現(xiàn)扭曲變形等缺陷，使晶片表面具有更好的平整度，同時(shí)提高晶片的可靠性和良率。 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械拋光裝置，包括拋光墊；拋光墊傳送裝置，包括至少兩個(gè)傳送輪，所述傳送輪的頂端位于同一水平線，所述拋光 墊的兩端纏繞于位于最外側(cè)的兩個(gè)所述傳送輪上；研磨頭，用于固定晶片且其自身可旋轉(zhuǎn)，同時(shí)將晶片的需拋光面壓向所述拋光墊；控制器，連接所述研磨頭和所述拋光墊傳送裝置，控制所述研磨頭和所述拋光墊傳送 裝置進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光。
2.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光裝置，其特征在于，所述拋光墊為連續(xù)的帶狀拋 光墊，其表面具有陣列式分布的突起點(diǎn)，所述突起點(diǎn)起到對(duì)晶片的研磨作用。
3.如權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械拋光裝置，其特征在于，所述拋光墊上具有區(qū)域劃分， 不同區(qū)域?qū)?yīng)進(jìn)行不同的化學(xué)機(jī)械拋光步驟。
4.一種化學(xué)機(jī)械拋光裝置，包括拋光墊；拋光墊傳送裝置，包括至少兩個(gè)上傳送輪和至少兩個(gè)下傳送輪，所述上傳送輪和所述 下傳送輪的頂端分別位于同一水平線，所述拋光墊繞經(jīng)所述上傳送輪，兩端纏繞于位于最 外側(cè)的兩個(gè)所述下傳送輪上；研磨頭，用于固定晶片且其自身可旋轉(zhuǎn)，同時(shí)將晶片的需拋光面壓向所述拋光墊；控制器，連接所述研磨頭和所述拋光墊傳送裝置，控制所述研磨頭和所述拋光墊傳送 裝置進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光。
5.如權(quán)利要求4所述的化學(xué)機(jī)械拋光裝置，其特征在于，所述拋光墊為連續(xù)的帶狀拋 光墊，其表面具有陣列式分布的突起點(diǎn)，所述突起點(diǎn)起到對(duì)晶片的研磨作用。
6.如權(quán)利要求5所述的化學(xué)機(jī)械拋光裝置，其特征在于，所述拋光墊上具有區(qū)域劃分， 不同區(qū)域?qū)?yīng)進(jìn)行不同的化學(xué)機(jī)械拋光步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種化學(xué)機(jī)械拋光裝置包括拋光墊；拋光墊傳送裝置，包括至少兩個(gè)傳送輪，所述傳送輪的軸心位于同一水平線，所述拋光墊的兩端纏繞于位于最外側(cè)的兩個(gè)所述傳送輪上；研磨頭，用于固定晶片且其自身可旋轉(zhuǎn)，同時(shí)將晶片的需拋光面壓向所述拋光墊；控制器，連接所述研磨頭和所述拋光墊傳送裝置，控制所述研磨頭和所述拋光墊傳送裝置的各種操作參數(shù)。本發(fā)明提供的化學(xué)機(jī)械拋光裝置簡(jiǎn)化了化學(xué)機(jī)械拋光裝置的結(jié)構(gòu)。同時(shí)可有效防止在拋光過(guò)程中使圖案產(chǎn)生凹陷、過(guò)拋或使金屬互連線及其之間的介電層出現(xiàn)扭曲變形等缺陷，使晶片表面具有更好的平整度，同時(shí)提高晶片的可靠性和良率。
文檔編號(hào)H01L21/304GK102107390SQ20091024742
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者楊濤, 鄧武鋒 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司