晶圓拋光方法
【專利說(shuō)明】
[0001]本發(fā)明的背景
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]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)】
[0003]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。
[0004]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(lái)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。
[0005]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)?；瘜W(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(duì)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(lái)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(guò)程中會(huì)損壞銅和低K電介質(zhì)或超低K電介質(zhì)。
[0006]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(lái)去除金屬層。在拋光過(guò)程中，僅有電解液與金屬層接觸，因此金屬層能夠在沒(méi)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(wèn)題。由于半導(dǎo)體器件的特征尺寸越來(lái)越小，電化學(xué)拋光的拋光均勻性需要不斷

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]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(duì)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(duì)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(duì)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)。
[0008]綜上所述，在電化學(xué)拋光過(guò)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(shuō)明】
[0009]通過(guò)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:
[0010]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。
[0011]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O
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0015]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(duì)應(yīng)關(guān)系O
[0016]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】
[0017]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(duì)其電化學(xué)拋光裝置進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
[0018]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(yáng)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。
[0019]參考圖2至圖7，示出了使用上述拋光裝置的一實(shí)施例的晶圓拋光方法。眾所周知，在電化學(xué)拋光工藝中，如果電源50提供的電流或電壓是恒定的，則去除厚度和電化學(xué)拋光均勻性與晶圓20的運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)，尤其與晶圓20的旋轉(zhuǎn)速度和X軸水平移動(dòng)速度相關(guān)。
[0020]首先，步驟100，對(duì)晶圓20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。馬達(dá)60驅(qū)動(dòng)固定有晶圓20的晶圓夾盤10沿X軸水平移動(dòng)的速度定義為晶圓X軸水平移動(dòng)速度(X-Speed)。晶圓20上的所有點(diǎn)可以設(shè)置同一個(gè)預(yù)設(shè)X軸水平移動(dòng)速度，從而，晶圓20上同一半徑上的點(diǎn)具有相同的預(yù)設(shè)X軸水平移動(dòng)速度。顯然，晶圓20上的所有點(diǎn)也可以設(shè)置不同的預(yù)設(shè)X軸水平移動(dòng)速度。
[0021]步驟200，對(duì)晶圓20上的每個(gè)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)速度。馬達(dá)60驅(qū)動(dòng)固定有晶圓20的晶圓夾盤10繞晶圓夾盤10自身的中心軸旋轉(zhuǎn)的速度定義為晶圓旋轉(zhuǎn)速度。晶圓20上的所有點(diǎn)可以設(shè)置同一個(gè)預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)速度或不同的預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)速度。
[0022]步驟300，獲得晶圓20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。旋轉(zhuǎn)速度表顯示了晶圓20上的每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度，如圖6所示。旋轉(zhuǎn)速度表的生成方法包括如下步驟:
[0023]首先，獲得晶圓的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度與去除厚度之間的線性函數(shù)模型。如圖4所示，根據(jù)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立晶圓的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度與去除厚度之間的線性函數(shù)模型，基于該線性函數(shù)模型，能夠得到實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度與去除厚度的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0024]然后，測(cè)量晶圓上若干點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的去除厚度。例如，可以使用厚度計(jì)測(cè)量晶圓20全局上49至625個(gè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的去除厚度。測(cè)量點(diǎn)在晶圓20上的分布如以下公式所示: