專利名稱：銅化學機械研磨方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種化學機械研磨方法(Chemical Mechanical Polishing，CMP)，特別是涉及一種銅化學機械研磨方法。
背景技術：
隨著元件尺寸持續(xù)縮減，光刻曝光分辨率相對增加，伴隨著曝光景深的縮減，對于晶片表面的高低起伏輪廓的容忍要求更為嚴苛?；瘜W機械研磨方法是目前能提供超大規(guī)模集成電路工藝全域性平坦化(Global Planarization)的技術，它獨特的各向異性磨除性質(zhì)除了用于晶片表面輪廓的平坦化之外，亦可經(jīng)由金屬研磨方式應用于垂直及水平金屬導線連接(Interconnects)的制作、前段工藝中元件淺溝渠隔離制作及先進元件的制作、微機電系統(tǒng)平坦化和平面顯示器制作等。
一般化學機械研磨設備基本上是由一個用來進行芯片研磨的研磨臺(Polishing Table)，及一個用來承載被研磨芯片的研磨頭(Carrier)所組成。其中研磨頭將固定住芯片的背面，然后把芯片的正面壓在鋪有一層研磨墊(Polish Pad)的研磨臺上。當進行化學機械研磨時，研磨臺將順著一固定方向旋轉，且研磨頭的運動方向例如是線性移動或是與研磨臺一樣順著一固定方向旋轉且角速度相同，此外，進行研磨期間還包括加入研磨液(Slurry)，以進行芯片表面研磨。
而目前在超大規(guī)模集成電路(Ultra Large Scale Integration)發(fā)展到小于0.13μm的世代時，為提高芯片的執(zhí)行速度，需有效地克服阻抗等所造成的時間延遲，因此大多采取低介電常數(shù)的材料及使用金屬銅作為內(nèi)連線結構。因此，關于金屬銅的化學機械研磨方法也在如火如荼地發(fā)展中。然而，目前的銅化學機械研磨方法常有研磨后的銅缺漏(missing)情形亟待解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是在提供一種銅化學機械研磨方法，可避免在化學機械研磨方法后有銅金屬層缺漏的情形發(fā)生。
本發(fā)明的再一目的是提供一種銅化學機械研磨方法，可選擇在不同研磨墊上進行不同階段研磨，以避免在化學機械研磨方法后有銅金屬層缺漏的情形發(fā)生。
本發(fā)明提出一種銅化學機械研磨方法，適于平坦化一銅金屬層，這層銅金屬層覆蓋在具有一開口的一基底上并填滿開口。這種方法包括先進行一第一階段研磨，以去除銅金屬層的部分厚度，其中于第一階段研磨后，銅金屬層殘留于基底表面的厚度在500～4000埃之間。然后再進行一第二階段研磨，以完全去除開口以外的銅金屬層。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所述的銅化學機械研磨方法，上述的第一與第二階段研磨的研磨速率可以相同，或是第一與第二階段研磨的研磨速率是不同的。
本發(fā)明還提出一種銅化學機械研磨方法，適于平坦化一銅金屬層，這層銅金屬層覆蓋在具有一開口的一基底上并填滿開口。這種方法包括先提供一第一研磨墊，再于第一研磨墊上進行一第一階段研磨，以去除銅金屬層的部分厚度，其中于第一階段研磨后，銅金屬層殘留于基底表面的厚度在500～4000埃之間。接著，提供一第二研磨墊，再于第二研磨墊上進行一第二階段研磨，以完全去除開口以外的銅金屬層。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所述的銅化學機械研磨方法，上述的第一與第二階段研磨的研磨速率可以相同，或是第一與第二階段研磨的研磨速率是不同的。
本發(fā)明因為兩階段研磨步驟，所以可避免在化學機械研磨方法后有銅金屬層缺漏的情形發(fā)生。此外，前述兩階段研磨步驟可選擇在不同研磨墊上進行，因此更大大降低因第一階段研磨后殘留在研磨墊上的碎片而致使銅金屬層表面發(fā)生缺漏的情形。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下配合附圖以及優(yōu)選實施例，以更詳細地說明本發(fā)明。


圖1A至圖1D是利用依照本發(fā)明的第一實施例的銅化學機械研磨方法對一金屬銅層進行平坦化的工藝剖面示意圖。
圖2是依照本發(fā)明的第二實施例的銅化學機械研磨方法的步驟流程圖。
圖3是依照本發(fā)明的第三實施例的銅化學機械研磨方法的步驟流程圖。
圖4是依照本發(fā)明的第四實施例的銅化學機械研磨方法的步驟流程圖。簡單符號說明100基底102開口104阻障層106、108凹陷110、110a銅金屬層112雙重金屬鑲嵌200～230、300～310、400～410步驟具體實施方式
本發(fā)明的概念為在利用不同階段的研磨步驟，來降低銅金屬層發(fā)生缺漏的機率。因此，下面詳細描述本發(fā)明的范例的實施例僅作為舉例之用，而非用以限定本發(fā)明的應用范圍。
第一實施例圖1A至圖1D是利用依照本發(fā)明的第一實施例的銅化學機械研磨方法對一金屬銅層進行平坦化的工藝剖面示意圖。
請先參照圖1A，本實施例是以一層銅金屬層110作為待研磨層，且這一層銅金屬層110是覆蓋在具有如雙重金屬鑲嵌開口的開口102的基底100上并填滿開口102。其中，在基底100與銅金屬層110之間可形成有一層阻障層104，其材料例如是選自包括氮化鈦、鈦、鉭、氮化鉭與氮化鎢所組成的群組。而基底100通?？梢园ň?、晶片上的各種半導體元件以及覆蓋半導體元件的介電層等，因此于圖中不再詳細描繪。
之后，請參照圖1B，進行一第一階段研磨，以去除銅金屬層110的部分厚度，其中于第一階段研磨后，銅金屬層110殘留于基底100表面的厚度T例如是在500～4000埃之間，抑或根據(jù)銅金屬層110實際厚度及經(jīng)驗法則選擇適當?shù)臍埩艉穸取４藭r，銅金屬層110表面會有較為嚴重的缺漏現(xiàn)象，如圖中所標示的凹陷106。
然后，請參照圖1C，進行一第二階段研磨，以完全去除開口102以外的銅金屬層110。在此同時，開口102以外的阻障層104也有可能被去除部分厚度，甚至是被完全去除。
此外，假使于開口102內(nèi)剩下的銅金屬層110a還可能有少數(shù)部位有缺漏現(xiàn)象，如圖1C中所標示的凹陷108，則可選擇參照圖1D，進行一第三階段研磨，以完全去除開口102以外的阻障層104，并持續(xù)研磨銅金屬層110a，以形成如雙重金屬鑲嵌112的內(nèi)連線。其中，第三階段研磨與圖1B所示的第二階段研磨的研磨速率可以是不同的；或者，第二與第三階段研磨均采取相同研磨速率，而將其合并成同一個階段研磨步驟。再者，在本圖所示的階段研磨期間更可去除位于開口102以外的阻障層102底下的部分基底100。
第二實施例圖2是依照本發(fā)明的第二實施例的銅化學機械研磨方法的步驟流程圖，其以第一實施例中覆蓋在具有開口的基底上并填滿開口的銅金屬層作為待研磨層。
請參照圖2，于步驟200中，提供一第一研磨墊，而研磨墊的種類、材料均可依所需作變化。然后，于步驟210中，于第一研磨墊上進行第一階段研磨，以去除銅金屬層的部分厚度，且在此步驟后，銅金屬層殘留于基底表面的厚度例如是在500～4000埃之間，抑或根據(jù)銅金屬層實際厚度及經(jīng)驗法則選擇適當?shù)臍埩艉穸取?br> 接著，于步驟220中，提供一第二研磨墊，其可以是與第一研磨墊具有相同或不同的種類與材料，而兩者最大差異是第一研磨墊已經(jīng)進行過第一階段研磨，而第二研磨墊則是沒用過的研磨墊或經(jīng)調(diào)節(jié)過的研磨墊(conditionedpolishing pad)，所以之后被研磨的銅金屬層表面將不會受到第一階段研磨后殘留在第一研磨墊上的碎片破壞。再者，不同的研磨墊可裝在不同的研磨臺上。
之后，于步驟230中，于第二研磨墊上進行第二階段研磨，以完全去除開口以外的銅金屬層。此外，可參考第一實施例的圖1D，另外進行一道第三階段研磨，以去除開口以外的阻障層，甚至是其下的基底。而這道選擇性增加的第三階段研磨可以在一第三研磨墊上進行。
第三實施例圖3是依照本發(fā)明的第三實施例的銅化學機械研磨方法的步驟流程圖，其以第一實施例中覆蓋在具有開口的基底上并填滿開口的銅金屬層作為待研磨層。
請參照圖3，于步驟300中，于第一研磨速率下進行第一階段研磨，以去除銅金屬層的部分厚度，且在此步驟后，銅金屬層殘留于基底表面的厚度例如是在500～4000埃之間，抑或根據(jù)銅金屬層實際厚度及經(jīng)驗法則選擇適當?shù)臍埩艉穸取?br> 接著，于步驟310中，于第二研磨速率下進行第二階段研磨，以完全去除開口以外的銅金屬層，其中第二階段研磨可選擇繼續(xù)研磨，以去除開口以外的阻障層，更甚者是研磨掉其底下的部分基底。此外，可參考第一實施例的圖1D，另外進行一道第三階段研磨，以去除開口以外的阻障層，甚至是其下的基底。
而于第三實施例中，可以在步驟300與310中分別使用兩個研磨墊進行，甚至是用第三個研磨墊進行選擇性增加的第三階段研磨。
第四實施例圖4是依照本發(fā)明的第四實施例的銅化學機械研磨方法的步驟流程圖，其以第一實施例所述的銅金屬層作為待研磨層。
請參照圖4，于步驟400中，于一研磨速率下進行第一階段研磨，以去除銅金屬層的部分厚度，且在此步驟后，銅金屬層殘留于基底表面的厚度例如是在500～4000埃之間，抑或根據(jù)銅金屬層實際厚度及經(jīng)驗法則選擇適當?shù)臍埩艉穸取?br> 接著，于步驟410中，于同一研磨速率下進行第二階段研磨，以完全去除開口以外的銅金屬層，其中第二階段研磨可選擇繼續(xù)研磨，以去除開口以外的阻障層，或持續(xù)研磨掉其底下的部分基底。另外，如第一實施例的圖1D所示，本實施例可再進行一道第三階段研磨，以去除開口以外的阻障層，甚至是其下的基底。
而于第四實施例中，可以在步驟400與410中分別使用兩個研磨墊進行，甚至是用第三個研磨墊進行選擇性增加的第三階段研磨。
綜上所述，本發(fā)明的特點是通過兩階段研磨步驟，所以可避免在化學機械研磨方法后有銅金屬層缺漏的情形發(fā)生。此外，前述兩階段研磨步驟可選擇在不同研磨墊上進行，以更進一步降低因第一階段研磨后殘留在研磨墊上的碎片而致使銅金屬層表面發(fā)生缺漏的情形。另外，兩階段研磨步驟的工藝參數(shù)還可作些變更，以便達到最佳研磨效果。
雖然本發(fā)明以優(yōu)選實施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領域的技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應當以后附的權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種銅化學機械研磨方法，適于平坦化一銅金屬層，該銅金屬層覆蓋在具有一開口的一基底上并填滿該開口，其步驟包括進行一第一階段研磨，以去除該銅金屬層的部分厚度，其中于該第一階段研磨后，該銅金屬層殘留于該基底表面的厚度在500～4000埃之間；以及進行一第二階段研磨，以完全去除該開口以外的該銅金屬層。
2.如權利要求1所述的銅化學機械研磨方法，其中該第一階段研磨與該第二階段研磨的研磨速率相同。
3.如權利要求1所述的銅化學機械研磨方法，其中該第一階段研磨與該第二階段研磨的研磨速率不同。
4.如權利要求1所述的銅化學機械研磨方法，其中當該基底與該銅金屬層之間具有一阻障層時，于該第二階段研磨期間還包括去除該開口以外的該阻障層。
5.如權利要求4所述的銅化學機械研磨方法，其中該第二階段研磨期間還包括去除該開口以外的該阻障層底下的部分該基底。
6.如權利要求1所述的銅化學機械研磨方法，其中當該基底與該銅金屬層之間具有一阻障層時，于該第二階段研磨之后，還包括進行一第三階段研磨，以去除該開口以外的該阻障層，其中該第三階段研磨與該第二階段研磨的研磨速率不同。
7.如權利要求6所述的銅化學機械研磨方法，其中該第三階段研磨還包括去除該開口以外的該阻障層底下的部分該基底。
8.一種銅化學機械研磨方法，適于平坦化一銅金屬層，該銅金屬層覆蓋在具有一開口的一基底上并填滿該開口，其步驟包括提供一第一研磨墊；于該第一研磨墊上進行一第一階段研磨，以去除該銅金屬層的部分厚度，其中于該第一階段研磨后，該銅金屬層殘留于該基底表面的厚度在500～4000埃之間；提供一第二研磨墊；以及于該第二研磨墊上進行一第二階段研磨，以完全去除該開口以外的該銅金屬層。
9.如權利要求8所述的銅化學機械研磨方法，其中該第一階段研磨與該第二階段研磨的研磨速率相同。
10.如權利要求8所述的銅化學機械研磨方法，其中該第一階段研磨與該第二階段研磨的研磨速率不同。
11.如權利要求8所述的銅化學機械研磨方法，其中當該基底與該銅金屬層之間具有一阻障層時，于該第二階段研磨期間還包括去除該開口以外的該阻障層。
12.如權利要求11所述的銅化學機械研磨方法，其中該第二階段研磨期間更包括去除該開口以外的該阻障層底下的部分該基底。
13.如權利要求8所述的銅化學機械研磨方法，其中當該基底與該銅金屬層之間具有一阻障層時，于該第二階段研磨之后，還包括進行一第三階段研磨，以去除該開口以外的該阻障層，其中該第三階段研磨與該第二階段研磨的研磨速率不同。
14.如權利要求13所述的銅化學機械研磨方法，其中該第三階段研磨更包括去除該開口以外的該阻障層底下的部分該基底。
15.如權利要求13所述的銅化學機械研磨方法，其中該第三階段研磨包括于一第三研磨墊上進行。
全文摘要
一種銅化學機械研磨方法，適于平坦化形成于基底上的一銅金屬層，且此銅金屬層通常用來填滿基底中的開口。這種方法是先進行第一階段研磨，以去除銅金屬層的部分厚度，其中于第一階段研磨后，銅金屬層殘留于基底表面的厚度在500～4000埃之間。然后，進行第二階段研磨，以完全去除開口以外的銅金屬層。其中，可選擇在不同研磨墊上進行不同階段研磨。由于兩階段研磨步驟的關系，本發(fā)明可避免在化學機械研磨方法后有銅金屬層缺漏的情形發(fā)生。
文檔編號B24B1/00GK1931518SQ200510099539
公開日2007年3月21日 申請日期2005年9月13日 優(yōu)先權日2005年9月13日
發(fā)明者李志嶽, 魏詠宗, 童宇誠, 林俊賢, 吳俊元 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司