專利名稱：金屬層重工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體產(chǎn)品制造領(lǐng)域，且特別涉及一種應(yīng)用于化學(xué)機(jī)械研磨工藝中的
重工方法。
背景技術(shù)：
互連工藝中第一次采用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)是在A1互連的鎢塞(WPlug)平坦化 工藝中。但是隨著器件尺寸的減小，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，鋁線的缺點(diǎn)越來越明顯，包括響應(yīng)延 遲(用RC表征)增大等。由于銅具有良好的導(dǎo)電性能和優(yōu)異的電遷移特性，銅互連逐漸取 代了鋁互連，同時(shí)銅工藝化學(xué)機(jī)械研磨(CuCMP)逐漸引起業(yè)界重視。 一般來說，銅金屬鑲嵌 結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底，沉積在半導(dǎo)體襯底上電介質(zhì)層，其中電介質(zhì)層蝕刻有多個(gè)凹槽，阻擋 層沉積在上述結(jié)構(gòu)表面，金屬層沉積在阻擋層上。 Cu CMP工藝通常包括三步。在Cu CMP工藝的第一階段(Platenl， Pl)，通過較大 的MRR(Material Removal rate,材料去除率)去除大量的金屬銅以及表面的波形結(jié)構(gòu)形成 初步平坦化；第二階段(Platen2， P2)，通過降低研磨速率的方法用相對(duì)較小的MRR去除剩 余的金屬銅，并通過終點(diǎn)偵測(cè)技術(shù)(Endpoint)以精確控制研磨終點(diǎn)使研磨停在阻擋層上， 在到達(dá)研磨終點(diǎn)時(shí)為了確保所有電介質(zhì)表面上的金屬銅都已經(jīng)被去除而達(dá)到隔離目的，還 要進(jìn)行一定時(shí)間的過度拋光(over polish,OP)處理；最后緩沖(buff)階段(Platen3，P3) 去除阻擋層(Ta/TaN)和一定量的電介質(zhì)以進(jìn)一步提高表面平坦化程度，減少缺陷，并用大 量的去離子水(DIW)清洗研磨墊和晶圓。 在實(shí)際生產(chǎn)中，CMP工藝后會(huì)產(chǎn)生很多缺陷，最常見的是金屬、化學(xué)品、研磨液及微 粒子(particle)殘留，以及金屬表面腐蝕(corrosion)及彈坑(crater)缺陷等。這時(shí)候， 就需要對(duì)其進(jìn)行重工，重工就是重新進(jìn)行加工，即在CMP第二階段以及第三階段再進(jìn)行一 定時(shí)間的研磨或者直接通過清洗工藝去除，其中該研磨時(shí)間的長(zhǎng)短根據(jù)實(shí)際剩下的金屬的 厚度而定?，F(xiàn)有重工技術(shù)在去除上述缺陷時(shí)非常容易造成金屬表面侵蝕和金屬損害，在去 掉原有缺陷的同時(shí)帶來更加多的腐蝕和金屬損害缺陷，所以重工失敗的風(fēng)險(xiǎn)非常大，經(jīng)常 性造成芯片報(bào)廢，效果非常不理想(請(qǐng)參考圖la和圖lb，圖la和圖lb所示為采用現(xiàn)有技 術(shù)的重工方法處理晶片的缺陷效果比較圖)，因此亟需一種能夠?qū)⒅匦录庸ぞ娘L(fēng)險(xiǎn)降 低到最低的重工方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種金屬層重工方法，其能夠大大減少芯片表面缺陷，減少晶片報(bào)廢 量并提高芯片最終良率。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種金屬層重工方法，應(yīng)用于集成電路制造領(lǐng)域， 該方法包括下列步驟 對(duì)所述金屬層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除金屬層表面的波形結(jié)構(gòu)和部分金屬形 成全局平坦化的金屬層；
在上述金屬層上沉積鈍化層； 對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除鈍化層和部分金屬形成平坦化的金屬層。 可選的，所述金屬層為銅金屬層。 可選的，所述鈍化層為氮化硅層或者二氧化硅層。 可選的，所述鈍化層的厚度為200埃 3000埃。 可選的，形成全局平坦化的金屬層的化學(xué)機(jī)械研磨速率為1000埃/分 8800埃 /分，時(shí)間為30秒 300秒。 可選的，去除鈍化層和部分金屬步驟的化學(xué)機(jī)械研磨速率為350埃/分 4500埃 /分，時(shí)間為20秒 300秒。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明更提出一種應(yīng)用于金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)化學(xué)機(jī)械研磨工藝中 的金屬層重工方法，所述金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底，電介質(zhì)層沉積在所述半導(dǎo)體襯底 上，所述電介質(zhì)層蝕刻有多個(gè)凹槽，阻擋層沉積在上述結(jié)構(gòu)表面，金屬層沉積在所述阻擋層 上，其中該金屬層重工方法包括下列步驟 對(duì)所述金屬層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除金屬層表面的波形結(jié)構(gòu)和部分金屬形 成全局平坦化的金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)； 在經(jīng)過上述處理的金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)上沉積鈍化層； 對(duì)上述結(jié)構(gòu)再次進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除鈍化層和部分金屬形成平坦化的金 屬鑲嵌結(jié)構(gòu)。 可選的，所述金屬層為銅金屬層。 可選的，所述鈍化層為氮化硅層或者二氧化硅層。 可選的，所述鈍化層的厚度為200埃 3000埃。 可選的，形成全局平坦化的金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨速率為1000埃/分 8800埃/分，時(shí)間為30秒 300秒。 可選的，去除鈍化層和部分金屬步驟的化學(xué)機(jī)械研磨速率為350埃/分 4500埃 /分，時(shí)間為20秒 300秒。 本發(fā)明提出的金屬層重工方法，在全局平坦化的金屬層上沉積鈍化層，之后進(jìn)行 化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除鈍化層和部分金屬而形成平坦化的金屬層。該方法能夠大大減少 正常的化學(xué)機(jī)械研磨工藝后可能造成的表面缺陷包括金屬、化學(xué)品、研磨液及微粒子殘留 等缺陷甚至金屬表面腐蝕及彈坑缺陷，可以顯著改善化學(xué)機(jī)械研磨工藝后的缺陷，提高芯 片最終良率。 本發(fā)明的重工方法首先對(duì)晶片上的銅金屬層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，形成全局平 坦化，然后在銅金屬層上沉積氮化硅層或者二氧化硅層后增加化學(xué)機(jī)械研磨第三階段的研 磨時(shí)間，其中氮化硅層或者二氧化硅層在后續(xù)研磨制程中作為鈍化層使用。先去掉氮化硅 或者二氧化硅薄膜然后再研磨掉一部分銅金屬層，金屬殘留物因?yàn)槭峭怀鰻?，比銅金屬層 表面高且被氮化硅或者二氧化硅薄膜包裹著，因此金屬殘余物會(huì)與氮化硅或者二氧化硅薄 膜一起被去除，在去除氮化硅層和部分溝槽內(nèi)銅金屬的過程中，金屬/化學(xué)品/研磨液或者 微粒子殘留等缺陷，甚至金屬表面腐蝕及彈坑缺陷都可以一起被去除，由于表面有鈍化層 氮化硅薄膜的保護(hù)，從而不會(huì)導(dǎo)致侵蝕或者金屬損害情況的發(fā)生。


圖la和圖lb所示為采用現(xiàn)有重工方法處理晶片的缺陷效果比較圖。
圖2所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例金屬層重工方法的流程圖。 圖3所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的應(yīng)用于金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)化學(xué)機(jī)械研磨工藝中的金 屬層重工方法的流程圖。 圖4a和圖4b所示為采用本發(fā)明的重工方法處理晶片的缺陷效果比較圖。
具體實(shí)施例方式
為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所

如下。 本發(fā)明提出一種金屬層重工方法，其能夠大大減少金屬殘余物缺陷，提高晶片產(chǎn)
量并且減少晶片報(bào)廢量。 請(qǐng)參考圖2，圖2所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例金屬層重工方法的流程圖。從圖2中可 以看出，本發(fā)明提出一種金屬層重工方法，其包括下列步驟 步驟S10 :對(duì)所述金屬層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除金屬層表面的波形結(jié)構(gòu)和
部分金屬形成全局平坦化的金屬層； 步驟S20 :在上述金屬層上沉積鈍化層； 步驟S30 :對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除鈍化層和部分金屬形成平坦 化的金屬層。 再請(qǐng)參考圖3，圖3所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的應(yīng)用于金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)化學(xué)機(jī)械研
磨工藝中的金屬層重工方法的流程圖。從圖3中可以看出，本發(fā)明更提出一種應(yīng)用于金屬
鑲嵌結(jié)構(gòu)化學(xué)機(jī)械研磨工藝中的金屬層重工方法，所述金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底，電
介質(zhì)層沉積在所述半導(dǎo)體襯底上，所述電介質(zhì)層蝕刻有多個(gè)凹槽，阻擋層沉積在上述結(jié)構(gòu)
表面，金屬層沉積在所述阻擋層上，其中該金屬層重工方法包括下列步驟 步驟S100 :對(duì)所述金屬層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除金屬層表面的波形結(jié)構(gòu)和
部分金屬形成全局平坦化的金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)； 步驟S200 :在經(jīng)過上述處理的金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)上沉積鈍化層； 步驟S300 :對(duì)上述結(jié)構(gòu)再次進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除鈍化層和部分金屬形成 平坦化的金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)。 根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例，所述金屬層為銅金屬層，所述鈍化層可為氮化硅層、二氧 化硅層或者氟化二氧化硅層，而鈍化層的厚度為200埃 3000埃。 以針對(duì)銅金屬層的化學(xué)機(jī)械研磨處理(Cu CMP)為例，在實(shí)際操作工程中，當(dāng)欲對(duì) 電鍍有銅金屬層的晶片進(jìn)行化學(xué)研磨處理時(shí)，保留先前技術(shù)中的Cu CMP工藝的第一階段 (Platenl，PI)，通過較大的MRR(Material Removal rate，材料去除率)去除大量的銅以及 表面的波形結(jié)構(gòu)形成全局平坦化的金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)，其中研磨速率可為1000埃/分 8800 埃/分之間，時(shí)間為30秒 300秒；然后在全局平坦化的金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)上沉積鈍化層，本 實(shí)施例以氮化硅層為例進(jìn)行說明，所沉積的氮化硅層的厚度為200埃 3000埃，并以500 埃的厚度為佳，氮化硅層在后續(xù)研磨制程中作為鈍化層使用；之后對(duì)上述沉積有氮化硅層 的晶片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，通過降低研磨速 的方法用相對(duì)較小的MRR去除氮化硅層和部分銅金屬形成平坦化的金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)，其中研磨速率為350埃/分 4500埃/分，時(shí) 間為20秒 300秒，金屬殘留物因?yàn)槭峭怀鰻?，比銅金屬層表面高且被氮化硅薄膜包裹著， 因此金屬殘余物會(huì)與氮化硅薄膜一起被去除，在去除氮化硅層和部分溝槽內(nèi)銅金屬的過程 中，金屬/化學(xué)品/研磨液或者微粒子殘留等缺陷，甚至金屬表面腐蝕及彈坑缺陷都可以一 起被去除，由于表面有鈍化層氮化硅薄膜的保護(hù)，從而不會(huì)導(dǎo)致侵蝕或者金屬損害情況的 發(fā)生。最后用大量的去離子水(DIW)清洗研磨墊和晶片，完成針對(duì)銅金屬層的化學(xué)機(jī)械研 磨處理。 再請(qǐng)參考圖4a和圖4b，圖4a和圖4b所示為采用本發(fā)明的重工方法處理晶片的缺 陷效果比較圖。從圖4a和圖4b中可以看出，采用本發(fā)明的應(yīng)用于化學(xué)機(jī)械研磨工藝中的重 工方法處理后，晶片上的金屬殘留物比處理前大大減少，可見本發(fā)明具有良好的技術(shù)效果。
綜上所述，本發(fā)明提出的應(yīng)用于化學(xué)機(jī)械研磨工藝中的重工方法，在全局平坦化 的金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)上沉積鈍化層，之后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除鈍化層和部分金屬形成 平坦化的金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)。該方法能夠大大減少正常的化學(xué)機(jī)械研磨工藝后可能造成的表面 缺陷包括金屬，化學(xué)品，研磨液以及微粒子殘留等缺陷甚至金屬表面腐蝕及彈坑缺陷，可 以顯著改善化學(xué)機(jī)械研磨工藝后的缺陷，提高芯片最終良率。 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技 術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因 此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種金屬層重工方法，應(yīng)用于集成電路制造領(lǐng)域，其特征在于該方法包括下列步驟對(duì)所述金屬層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除金屬層表面的波形結(jié)構(gòu)和部分金屬形成全局平坦化的金屬層；在上述金屬層上沉積鈍化層；對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除鈍化層和部分金屬形成平坦化的金屬層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬層重工方法，其特征在于所述金屬層為銅金屬層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬層重工方法，其特征在于所述鈍化層為氮化硅層或者二 氧化硅層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬層重工方法，其特征在于所述鈍化層的厚度為200埃 3000埃。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬層重工方法，其特征在于形成全局平坦化的金屬層的化 學(xué)機(jī)械研磨速率為1000埃/分 8800埃/分，時(shí)間為30秒 300秒。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬層重工方法，其特征在于去除鈍化層和部分金屬步驟的 化學(xué)機(jī)械研磨速率為350埃/分 4500埃/分，時(shí)間為20秒 300秒。
7. —種應(yīng)用于金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)化學(xué)機(jī)械研磨工藝中的金屬層重工方法，所述金屬鑲嵌結(jié) 構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底，電介質(zhì)層沉積在所述半導(dǎo)體襯底上，所述電介質(zhì)層蝕刻有多個(gè)凹槽，阻 擋層沉積在上述結(jié)構(gòu)表面，金屬層沉積在所述阻擋層上，其特征在于該金屬層重工方法包 括下列步驟對(duì)所述金屬層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除金屬層表面的波形結(jié)構(gòu)和部分金屬形成全 局平坦化的金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)；在經(jīng)過上述處理的金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)上沉積鈍化層；對(duì)上述結(jié)構(gòu)再次進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除鈍化層和部分金屬形成平坦化的金屬鑲 嵌結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬層重工方法，其特征在于所述金屬層為銅金屬層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬層重工方法，其特征在于所述鈍化層為氮化硅層或者二 氧化硅層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬層重工方法，其特征在于所述鈍化層的厚度為200埃 3000埃。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬層重工方法，其特征在于形成全局平坦化的金屬鑲嵌 結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨速率為1000埃/分 8800埃/分，時(shí)間為30秒 300秒。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬層重工方法，其特征在于去除鈍化層和部分金屬步驟 的化學(xué)機(jī)械研磨速率為350埃/分 4500埃/分，時(shí)間為20秒 300秒。
全文摘要
本發(fā)明提出一種金屬層重工方法，應(yīng)用于集成電路制造領(lǐng)域，該方法包括下列步驟對(duì)所述金屬層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除金屬層表面的波形結(jié)構(gòu)和部分金屬形成全局平坦化的金屬層；在上述金屬層上沉積鈍化層；對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理，去除鈍化層和部分金屬形成平坦化的金屬層。本發(fā)明提出的金屬層重工方法，能夠大大減少正常的化學(xué)機(jī)械研磨工藝后可能造成的表面缺陷包括金屬，化學(xué)品，研磨液以及微粒子殘留等缺陷甚至金屬表面腐蝕及彈坑缺陷，可以顯著改善化學(xué)機(jī)械研磨工藝后的缺陷，提高芯片最終良率。
文檔編號(hào)H01L21/3105GK101783292SQ20091004559
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者李佩, 黃軍平 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司