專利名稱：半導體器件制造方法
技術領域：
本文中描述的實施例一般而言涉及半導體器件制造方法。
背景技術：
近來，通過使用CMP (化學機械拋光)來形成主要含有Cu的微構圖的鑲嵌互連和接觸插塞(contact plug)。然而，CMP工藝比其他半導體制造步驟更加昂貴。因此，降低 CMP工藝的成本是重要的。特別地，漿液(拋光溶液)占CMP工藝的成本的大部分。減少漿液的供給量是一種降低漿液的成本的方法的實例。然而，如果減少漿液的供給量，則會劣化CMP特性。艮口， 成本降低和CMP特性的改善具有折衷關系。更具體而言，當通過減少漿液供給量而進行CMP時，會發(fā)生以下問題。當通過對薄Cu膜(例如，400nm)進行CMP而形成例如微構圖的鑲嵌互連時，銅凹陷(dishing)、腐蝕、灰塵、劃痕(scratch)、Cu殘留物等等會增加。即，CMP特性劣化。并且，當通過對厚Cu膜(例如，1到3 μ m)進行CMP而形成例如接觸插塞(TSV 硅通孔)時，拋光時間延長。即，即使減少了漿液的供給量，但漿液的使用量增加，從而成本增加。因此，需要一種通過有效使用昂貴的漿液來降低成本并改善CMP特性的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供了一種半導體器件制造方法，其可以在CMP工藝中降低成本并改善CMP特性。根據(jù)一個實施例，公開了一種半導體器件制造方法。所述方法可以包括通過將半導體襯底上的膜壓向拋光墊(polishing pad)來拋光所述膜。拋光所述膜包括進行第一拋光，在所述第一拋光中，所述拋光墊的入口溫度(entrance temperature)被調(diào)整到大于等于40°C且小于等于50°C，并且所述拋光墊的出口溫度(exit temperature)被調(diào)整為比所述入口溫度高5°C或更高。拋光所述膜包括進行第二拋光，在所述第二拋光中，所述入口溫度被調(diào)整到30°C或更低，并且所述出口溫度被調(diào)整到比所述入口溫度高5°C或更高。根據(jù)上述實施例，可以在CMP工藝中降低成本并改善CMP特性。


圖IA為示出了根據(jù)第一實施例的半導體器件制造步驟的截面5
圖IB為示出了在圖IA之后的根據(jù)第一實施例的半導體器件制造步驟的截面圖；圖IC為示出了在圖IB之后的根據(jù)第一實施例的半導體器件制造步驟的截面圖；圖2A為示出了根據(jù)第一實施例的CMP裝置的設置的圖；圖2B為示出了根據(jù)第一實施例的CMP裝置的平面圖；圖3為示出了在進行了 CMP之后的根據(jù)第一實施例的半導體器件的截面圖；圖4為示出了根據(jù)第一實施例的拋光實驗的結(jié)果的圖；圖5為示出了根據(jù)第二實施例的拋光實驗的結(jié)果的圖；圖6為示出了根據(jù)第三實施例的拋光實驗的結(jié)果的圖；圖7為示出了根據(jù)第四實施例的拋光實驗的結(jié)果的圖；圖8A為示出了根據(jù)第五實施例的半導體器件制造步驟的截面圖；圖8B為示出了在圖8A之后的根據(jù)第五實施例的半導體器件制造步驟的截面圖；圖9為示出了根據(jù)第五實施例的拋光實驗的結(jié)果的圖；圖10為示出了根據(jù)第六實施例的CMP裝置的設置的圖；圖11為示出了根據(jù)第六實施例的CMP裝置的平面圖；圖12為根據(jù)第六實施例的頂環(huán)(top ring)的圖；圖13為示出了根據(jù)第六實施例的CMP方法的流程圖；圖14為示出了根據(jù)第六實施例的半導體襯底(被處理膜(film to be processed))的各區(qū)域的圖；圖15A為示出了根據(jù)第六實施例的被處理膜的各區(qū)域的CMP時的膜厚度與拋光時間之間的關系的比較例的圖；圖15B為示出了根據(jù)第六實施例的被處理膜的各區(qū)域的CMP時的膜厚度與拋光時間之間的關系的圖；圖16A為示出了根據(jù)第六實施例及其比較例的W膜的CMP時的拋光速率與拋光載荷之間的關系的圖；以及圖16B為示出了根據(jù)第六實施例及其比較例的Cu膜的CMP時的拋光速率與拋光載荷之間的關系的圖。
具體實施例方式下面將參考附圖解釋各實施例。在附圖中，相同的參考標號表示相同的部分。<第一實施例>下面將參考圖1A、1B、1C、2A、2B、3以及4解釋根據(jù)第一實施例的半導體器件制造方法。[互連結(jié)構制造方法]圖1A、1B以及IC示例了根據(jù)該實施例的制造半導體器件的互連結(jié)構的步驟。首先，如圖IA所示，在其中形成有半導體元件(未示出)的半導體襯底10上形成絕緣膜11。絕緣膜11由例如SiO2構成。在絕緣膜11中形成接觸孔，并且在每個接觸孔中形成的阻擋金屬12上形成接觸插塞13。阻擋金屬12由例如TiN構成。接觸插塞13由例如W構成。以該方式，形成包括絕緣膜U、阻擋金屬12以及接觸插塞13的接觸層。然后，在接觸層上形成絕緣膜14。絕緣膜14由例如S^2構成。在絕緣膜14中形成作為凹部的互連溝槽A。每個互連溝槽A被形成為具有例如20nm的寬度和50%的覆蓋率的微構圖的互連。隨后，通過常規(guī)方法(例如，CVD)在整個表面上形成阻擋金屬15。該阻擋金屬15由例如Ti構成，并具有5nm的厚度。之后，通過常規(guī)方法(例如，CVD)在整個表面上形成作為互連的Cu膜16。在該步驟中，Cu膜16也被形成在互連溝槽A的外部，并具有400nm的厚度。然后，對整個表面進行CMP。在該CMP中，進行㈧拋光和⑶拋光。更具體而言，如圖IB所示，在(A)拋光中去除在互連溝槽A的外部形成的額外的 Cu膜16。從而，在互連溝槽A中掩埋Cu膜16。并且，在互連溝槽A外部暴露阻擋金屬15 的表面。之后，如圖IC所示，在(B)拋光(修飾(touchup))中去除形成在互連溝槽A的外部的阻擋金屬15。結(jié)果，在互連溝槽A的外部暴露絕緣膜14的表面。在該步驟中，絕緣膜 14的表面也被部分去除。此外，必須從互連溝槽A外部的絕緣膜14的表面完全去除Cu殘留物(將在稍后描述)。以該方式，形成包括絕緣膜14、阻擋金屬15以及Cu膜16的互連層。稍后將描述CMP的細節(jié)。[CMP 裝置]圖2A為示出了根據(jù)該實施例的CMP裝置的設置的圖。圖2B為示出了根據(jù)該實施例的CMP裝置的平面圖。如圖2A所示，根據(jù)該實施例的CMP裝置包括轉(zhuǎn)盤20、拋光墊21、頂環(huán)23、漿液供給嘴25、冷卻嘴28以及修整器(dresser) 290用于保持半導體襯底10的頂環(huán)23被壓向貼附(adhere)在轉(zhuǎn)盤20上的拋光墊21。 在半導體襯底10上形成作為被處理膜的金屬膜(在圖IA中示出的Cu膜16)。轉(zhuǎn)盤20可以1到200rpm的速度旋轉(zhuǎn)。頂環(huán)23可以1到200rpm的速度旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)盤20和頂環(huán)23沿相同方向旋轉(zhuǎn)，例如，逆時針方向旋轉(zhuǎn)。并且，轉(zhuǎn)盤20和頂環(huán)23在CMP期間沿預定方向旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)盤20和頂環(huán)23的拋光載荷通常為約50到500hl^。此外，連接到頂環(huán)23的柱構件具有作為紅外輻射溫度計的入口溫度測量器26和出口溫度測量器27。稍后將描述入口溫度測量器沈和出口溫度測量器27的細節(jié)。漿液供給嘴25被設置在拋光墊21上方。漿液供給嘴25可以以50到500cc/分鐘的流速供給作為漿液M的預定液體化學品。漿液供給嘴25被設置在轉(zhuǎn)盤20的中心0 附近，例如如圖2B所示。然而，本發(fā)明不限于此，漿液供給嘴25可以適宜地被定位以將漿液M供給到拋光墊21的整個表面上。此外，用于向拋光墊21噴射壓縮空氣、氮氣等等的冷卻嘴28被設置在拋光墊21 上方。冷卻嘴觀被設置在從作為中心的漿液供給嘴25 (轉(zhuǎn)盤20的旋轉(zhuǎn)軸)開始的拋光墊 21的半徑上方，因此可以在拋光墊21旋轉(zhuǎn)時向拋光墊21的整個表面噴射壓縮空氣等等。 冷卻嘴28以約0到10001/分鐘向拋光墊21噴射壓縮空氣。并且，冷卻嘴28被設置在入口溫度測量器26的沿轉(zhuǎn)盤20的旋轉(zhuǎn)方向的上游。因此，可通過控制冷卻嘴觀而調(diào)整由入口溫度測量器26測量的入口溫度。如圖2B所示，入口溫度測量器沈位于頂環(huán)23 (半導體襯底10)的沿轉(zhuǎn)盤20的旋轉(zhuǎn)方向的上游。因此，入口溫度測量器沈測量在頂環(huán)23的沿轉(zhuǎn)盤20的旋轉(zhuǎn)方向的上游側(cè)的拋光墊21的表面溫度(入口溫度)。即，入口溫度測量器沈測量在拋光墊21接觸頂環(huán)23之前的拋光墊21的表面溫度。另一方面，出口溫度測量器27位于頂環(huán)23的沿轉(zhuǎn)盤20的旋轉(zhuǎn)方向的下游。因此，出口溫度測量器27測量在頂環(huán)23的沿轉(zhuǎn)盤20的旋轉(zhuǎn)方向的下游側(cè)的拋光墊21的表面溫度(出口溫度)。即，出口溫度測量器27測量在拋光墊21接觸頂環(huán)23之后的拋光墊 21的表面溫度(出口溫度)。入口溫度測量器沈和出口溫度測量器27各自測量在圓形軌道X上的拋光墊21 的溫度，該圓形軌道X通過頂環(huán)23的中心0’并具有距轉(zhuǎn)盤20的中心0(旋轉(zhuǎn)軸)的預定距離。這是由于半導體襯底10和拋光墊21在圓形軌道X上彼此長時間接觸，因此可以測
量最高溫度。在頂環(huán)23的邊緣附近，漿液M撞上頂環(huán)23并升高。如果在頂環(huán)23的邊緣附近測量溫度，因此入口溫度測量器沈和出口溫度測量器27會錯誤地測量漿液的溫度，而不是拋光墊21的表面溫度。為了測量拋光墊21的表面溫度，入口溫度測量器沈希望地測量在入口溫度測量點26A處的溫度，該入口溫度測量點26A位于圓形軌道X上并與頂環(huán)23相距距離^B(例如，IOnm)。相似地，出口溫度測量器27希望地測量在出口溫度測量點27A處的溫度，該出口溫度測量點27A位于圓形軌道X上并與頂環(huán)23相距距離27B (例如，IOnm)。注意，圖2A示出了用于調(diào)整拋光墊21的表面的修整器四。修整器四通常以1到 200rpm的速度旋轉(zhuǎn)，并以50到500hl^的載荷壓向拋光墊21。[CMP 條件]該實施例的CMP條件適用于例如這樣的情況，其中當形成互連結(jié)構時，沉積約5nm 的由Ti構成的阻擋金屬，并沉積約400nm的作為互連的Cu膜。更具體而言，當在例如存儲器中形成微構圖的鑲嵌互連時應用所述CMP條件。注意，阻擋金屬不限于Ti，也可以為Ta、 V、Nb、Ru、Co、Mo或W、或這些元素的化合物或多層膜。還應注意，互連不限于Cu膜，也可以為主要包含Cu的合金。在根據(jù)該實施例的CMP中，在使其上貼附有拋光墊21的轉(zhuǎn)盤20以IOOrpm的速度旋轉(zhuǎn)時，用于保持具有300mm的直徑的半導體襯底10的頂環(huán)23被以320gf/cm2的拋光載荷壓向拋光墊21。在該步驟中，使頂環(huán)23以102rpm的速度旋轉(zhuǎn)。此外，漿液供給嘴25以 150cc/分鐘的流速將漿液M供給到拋光墊21上。注意，該實施例的320gf/cm2的拋光載荷高于通常CMP條件的拋光載荷(180gf/ cm2)。還應注意，該實施例的漿液對的150cc/分鐘的流速小于通常CMP條件的流速(300cc/ 分鐘)。150cc/分鐘的流速為CMP特性劣化時的流速。在該實施例中，通過調(diào)整由入口溫度測量器沈和出口溫度測量器27測量的拋光墊21的入口溫度和出口溫度來進行CMP。更具體而言，進行調(diào)整，以便入口溫度小于等于 30°C，且出口溫度比入口溫度高5°C或更高。通過控制冷卻嘴觀來調(diào)整入口溫度。即，拋光墊21的溫度在CMP期間由于摩擦等等而傾向于升高，但可以通過使用冷卻嘴28冷卻拋光墊21來使入口溫度保持恒定。并且，通過控制拋光載荷和流速來調(diào)整出口溫度。例如，當增加拋光載荷時出口溫度升高。S卩，在該實施例中，通過控制冷卻嘴觀來將入口溫度調(diào)整為小于等于30°C，并通過將拋光載荷控制到320gf/cm2和將流速控制到150cc/分鐘而將出口溫度調(diào)整到比入口溫度高5°C或更高。注意，從生產(chǎn)率的觀點出發(fā)，希望拋光載荷盡可能地高，并且希望將出口溫度調(diào)整到比入口溫度高10°c或更高。該實施例的CMP條件適用于CMP的㈧拋光。在(A)拋光時，通過過硫酸銨O重量％)、包含化學地形成Cu膜表面上的將被拋光的膜的成分的CMS7501、以及包含機械地去除將被拋光的膜的硅石(silica)的 CMS7552 (從JSR可得)的溶液混合物，來獲得漿液24。注意，該實施例的CMP條件不僅適用于(A)拋光，還適用于(B)拋光。[拋光實驗]下面將描述作為該實施例的CMP條件的基礎的拋光實驗。對于所形成的約400nm的Cu膜16，通過將漿液M的流速設定在150cc/分鐘并改變?nèi)肟诤统隹跍囟葋磉M行拋光實驗。更具體而言，通過將入口溫度調(diào)整到2rC、30°C、40°C、 50°C和60°C，并將出口溫度調(diào)整為比入口溫度高，且高出的溫度大于等于5°C或小于5°C， 來進行拋光實驗。圖3為在CMP(修飾)之后的互連結(jié)構的截面圖。如圖3所示，在CMP之后在Cu 膜16上出現(xiàn)Cu凹陷31、腐蝕32、灰塵33以及劃痕34。這些缺陷劣化了互連特性。此外，雖然未示出，在(A)拋光之后在絕緣膜14上形成了 Cu殘留物。進行修飾 (touchup)以去除該Cu殘留物，并且希望修飾量盡可能地小。此外，有時即使在修飾之后 Cu殘留物也會形成，而該Cu殘留物會使互連短路。在拋光實驗中，通過過氧化氫溶液(0.2重量％)、包含化學地形成Cu膜表面上的將被拋光的膜的堿性成分的CMS8421、以及包含機械地去除將被拋光的膜的硅石的 CMS8472 (從JSR可得)的溶液混合物，獲得用于修飾的漿液24。修飾量為20nm。在上述拋光實驗的每一個中，評估Cu凹陷31、腐蝕32、灰塵33、劃痕34以及Cu殘留物。圖4示出了在該實施例的不同的CMP條件下進行的拋光實驗的結(jié)果，以及比較例的在(通常)CMP條件(拋光載荷180gf/cm2以及流速300cc/分鐘)下進行的拋光實驗的結(jié)果。在不同的CMP條件下進行的拋光實驗為實驗1到10，而在通常CMP條件下進行的拋光實驗為實驗11。實驗2、4、6、8和10是以150cc/分鐘的流速和320gf/cm2的拋光載荷進行的拋光實驗，其中出口溫度被調(diào)整到比入口溫度高且高出的溫度大于等于5°C (在實驗2中，出口溫度比入口溫度高4°C )。實驗3、5、7和9是以150cc/分鐘的流速進行的拋光實驗，其中出口溫度被調(diào)整到比入口溫度高且高出的溫度小于5°C。通過控制拋光載荷來調(diào)整出口溫度。更具體而言，可以通過使拋光載荷低于例如320gf/cm2而將出口溫度調(diào)整到比入口溫度高且高出的溫度小于 5°C。實驗11為以300cc/分鐘的流速和180gf/cm2的拋光載荷(即，在通常條件下)進行的拋光實驗(參照)。雖然圖4示出了在實驗11中入口溫度為40°C，但由于在實驗11 中沒有通過冷卻嘴觀進行控制，因此入口溫度不保持恒定。實驗1為通過使熱交換器與實驗11中的拋光墊21的表面接觸而預先將拋光墊21 的溫度升高到60°C進行的拋光實驗。在實驗1到10的每一個中，通過在0到10001/分鐘的范圍內(nèi)改變來自冷卻嘴28的壓縮空氣的流速來調(diào)制入口溫度并保持入口溫度恒定。通過下列標準來評估Cu凹陷31、腐蝕32、灰塵33、劃痕34以及Cu殘留物。
Cu凹陷,〇小于等于30nm，X 大于30nm
腐蝕.· ·〇小于等于100，X 大于100
灰塵...〇小于等于100，X 大于100
劃痕.· ·〇小于等于100，X 大于100
Cu殘留物...〇可通過20nm的修飾量去除，X 不可通過20nm的修飾量去除。
如圖4所示，在實驗11的通常CMP條件下，Cu凹陷和腐蝕落在可允許的范圍內(nèi)，
但灰塵、劃痕以及Cu殘留物落在可允許的范圍之外。當在其中流速為150cc/分鐘的CMP條件下入口溫度為40°C到60°C (實驗1到6) 時，評估結(jié)果不如在實驗11的通常CMP條件下獲得的評估結(jié)果。當入口溫度小于等于30°C 且出口溫度比入口溫度高但高出的溫度小于5°C (實驗7和9)時，相似地，評估結(jié)果是差的。即，在實驗1到6、7和9的CMP條件下，Cu凹陷31、腐蝕32、灰塵33、劃痕；34以及Cu 殘留物全部落在可允許范圍之外。另一方面，當在其中流速為150cc/分鐘的CMP條件下入口溫度小于等于30°C且出口溫度比入口溫度高5°C或更高(實驗8和10)時，評估結(jié)果優(yōu)于在實驗11的通常CMP條件下獲得的結(jié)果。更具體而言，Cu凹陷31、腐蝕32、灰塵33、劃痕34以及Cu殘留物全部落在可允許范圍內(nèi)。推測原因如下。拋光墊在30°C下的硬度比在40°C到50°C下的硬度高約50%。這減少了 Cu凹陷 31和灰塵33。另一方面，化學反應的活性通常隨溫度降低而降低。例如，溫度越低，由過硫酸銨導致的Cu的氧化(其中Cu2+和保護膜形成劑彼此反應而形成CMP保護膜的反應)和漿液成分的氧化(其中與Cu2+—起形成保護膜的有機成分(保護膜形成劑)氧化且單體變?yōu)榫酆衔锏姆磻?越慢。即，當Cu2+和保護膜形成劑彼此反應時，形成主要包含單體的致密保護膜。因此，在Cu表面上形成良好精整的(well-finished)(致密的)CMP保護膜，并且這可能使Cu殘留物、Cu腐蝕32以及Cu劃痕34難以出現(xiàn)。[效果]在上述第一實施例中，當在沉積作為互連的Cu膜16之后進行CMP時，可以通過將漿液M的流速設定為150cc/分鐘(低于通常流速)而減少漿液M的使用量。這使得可以降低CMP工藝的成本。并且，在CMP工藝中，通過控制冷卻嘴28而將拋光墊21的入口溫度調(diào)整到小于等于30°C，且通過控制拋光載荷而將出口溫度調(diào)整到比入口溫度高5°C或更高。因此，即使?jié){液對的流速被設定為比通常流速低的150cc/分鐘時，也可以改善CMP特性。即，如拋光實驗所指出的，該實施例可以同時實現(xiàn)CMP工藝的成本降低和CMP特性的改善，而之前這二者具有折衷關系。<第二實施例>下面將參考圖5解釋根據(jù)第二實施例的半導體器件制造方法。在第二實施例中， 將省略對與上述第一實施例相同的特征的解釋，并將僅僅解釋不同點。
10
[CMP 條件]該實施例的CMP條件適用于例如這樣的情況，其中當形成互連結(jié)構時，沉積約 20nm的阻擋金屬，并沉積約2 μ m的作為互連的Cu膜16。更具體而言，當形成邏輯等等的鑲嵌互連或形成接觸或過孔時應用該CMP條件。在根據(jù)該實施例的CMP中，在使其上貼附有拋光墊21的轉(zhuǎn)盤20以IOOrpm的速度旋轉(zhuǎn)時，用于保持具有300mm的直徑的半導體襯底10的頂環(huán)23被以320gf/cm2的拋光載荷壓向拋光墊21。在該步驟中，使頂環(huán)23以102rpm的速度旋轉(zhuǎn)。此外，漿液供給嘴25以 150cc/分鐘的流速將漿液M供給到拋光墊21上。在該實施例中，通過調(diào)整由入口溫度測量器沈和出口溫度測量器27測量的拋光墊21的入口溫度和出口溫度來進行CMP。更具體而言，進行調(diào)整，以便入口溫度大于等于 40°C且小于等于50°C，并且出口溫度比入口溫度高5°C或更高。通過控制冷卻嘴28來調(diào)整入口溫度。即，拋光墊21的溫度在CMP期間因摩擦等等而傾向于升高，但可以通過使用冷卻嘴28冷卻拋光墊21來使入口溫度保持恒定。并且，通過控制拋光載荷和流速來調(diào)整出口溫度。例如，當增加拋光載荷時出口溫度升高。S卩，在該實施例中，通過控制冷卻嘴28來將入口溫度調(diào)整到40°C (包含40°C )到 500C (包含50°C )，并通過將拋光載荷控制到320gf/cm2和將流速控制到150cc/分鐘而將出口溫度調(diào)整到比入口溫度高5°C或更高。注意，從生產(chǎn)率的觀點出發(fā)，希望拋光載荷盡可能地高，并且希望將出口溫度調(diào)整到比入口溫度高7. 5°C或更高。[拋光實驗]下面將描述作為該實施例的CMP條件的基礎的拋光實驗。對于所形成的約2 μ m的Cu膜16，通過將漿液M的流速設定在150cc/分鐘并改變?nèi)肟诤统隹跍囟葋磉M行拋光實驗。更具體而言，通過將入口溫度調(diào)整到2rC、30°C、40°C、 50°C和60°C，并將出口溫度調(diào)整為比入口溫度高，且高出的溫度大于等于5°C或小于5°C， 來進行拋光實驗。在上述實驗中的每一個中，評估Cu去除時間(生產(chǎn)率)。圖5示出了不同的CMP條件下進行的拋光實驗的結(jié)果以及比較例的在(通常)CMP 條件(拋光載荷180gf/cm2且流速300cc/分鐘)下進行的拋光實驗的結(jié)果。在不同的CMP 條件下進行的拋光實驗為實驗12到21，而在通常CMP條件下進行的拋光實驗為實驗22。實驗13、15、17、19和21是以150cc/分鐘的流速和320gf/cm2的拋光載荷進行的拋光實驗，其中出口溫度被調(diào)整到比入口溫度高且高出的溫度大于等于5°C。實驗12、14、16、18和20是以150cc/分鐘的流速進行的拋光實驗，其中出口溫度被調(diào)整到比入口溫度高且高出的溫度小于5°C。通過控制拋光載荷而調(diào)整出口溫度。更具體而言，可以通過使拋光載荷低于例如320gf/cm2而將出口溫度調(diào)整到比入口溫度高且高出的溫度小于5°C。實驗22為以300cc/分鐘的流速和180gf/cm2的拋光載荷(即，在通常條件下)進行的拋光實驗(參照)。雖然圖5示出了在實驗22中入口溫度為51°C，但由于在實驗22 中沒有通過冷卻嘴觀進行控制，因此入口溫度不保持恒定。在實驗12到21的每一個中，通過在0到10001/分鐘的范圍內(nèi)改變來自冷卻嘴觀
的壓縮空氣的流速來調(diào)制入口溫度并使入口溫度保持恒定。
通過下列標準評估Cu膜去除時間。〇表示可允許的范圍。Cu膜去除時間...〇小于等于120秒，X 大于120秒如圖5所示，在實驗22的通常CMP條件下，Cu膜去除時間落在可允許的范圍之外。當在其中流速為150cc/分鐘的CMP條件下入口溫度為60°C或30°C或更低(實驗 12、13以及18到21)時，與在實驗22的通常CMP條件下的情況一樣，Cu膜去除時間落在可允許的范圍之外。同樣，當入口溫度為40°C到50°C并且出口溫度比入口溫度高且高出的溫度小于5°C (實驗14和16)時，Cu膜去除時間落在可允許的范圍之外。另一方面，當在其中流速為150cc/分鐘的CMP條件下入口溫度為40°C到50°C并且出口溫度比入口溫度高5°C或更高(實驗15和17)時，Cu膜去除時間落在可允許的范圍內(nèi)。這可能歸因于在40°C到50°C下的機械拋光力和化學拋光力。更具體而言，在該實施例中所使用的漿液M中包含的硅石在溫度升高時聚集，并且特別地當溫度超過40°C時平均顆粒尺寸顯著增加。這增加了 CMP中的機械拋光力。并且，在40°C到50°C下，在漿液M中包含的過硫酸銨的分解加速。即，促進了具有氧化能力的SiO4基的產(chǎn)生。這增加了被處理膜(Cu膜)的氧化能力(氧化循環(huán)速度)。 因此，漿液的成分氧化，并且單體變?yōu)榫酆衔铩Ｓ纱?，包含在漿液M中的硅石容易地拋光Cu 膜表面，從而增加化學拋光力。[效果]在上述第二實施例的CMP工藝中，通過控制冷卻嘴28而將拋光墊21的入口溫度調(diào)整到大于等于40°C且小于等于50°C，并通過控制拋光載荷而將出口溫度調(diào)整到比入口溫度高5°C或更高。因此，即使當漿液M的流速被設定為150cc/分鐘(比通常流速低) 時，也可以增加CMP的拋光速率，從而縮短拋光時間。此外，由于可以通過縮短拋光時間而進一步減少漿液的使用量，因而可以進一步降低CMP工藝的成本?！吹谌龑嵤├迪旅鎸⒖紙D6解釋根據(jù)第三實施例的半導體器件制造方法。在第三實施例中， 將省略對與上述實施例相同的特征的解釋，并將僅僅解釋不同點。[CMP 條件]該實施例的CMP條件適用于例如這樣的情況，其中當形成互連結(jié)構時，沉積約5nm 的阻擋金屬，并沉積約400nm的作為互連的Cu膜16，或者，沉積約20nm的阻擋金屬，并沉積約2μπι的作為互連的Cu膜16。在根據(jù)該實施例的CMP中，在使其上貼附有拋光墊21的轉(zhuǎn)盤20以60rpm的速度旋轉(zhuǎn)時，用于保持具有300mm的直徑的半導體襯底10的頂環(huán)23被以320gf/cm2的拋光載荷壓向拋光墊21。在該步驟中，使頂環(huán)23以40rpm的速度旋轉(zhuǎn)。此外，漿液供給嘴25以 150cc/分鐘的流速將漿液M供給到拋光墊21上。在該實施例中，通過調(diào)整由入口溫度測量器沈和出口溫度測量器27測量的拋光墊21的入口溫度和出口溫度來進行CMP。更具體而言，首先進行調(diào)整，以便入口溫度為大于等于40°C且小于等于50°C，并且出口溫度比入口溫度高5°C或更高(第一拋光步驟)。這些CMP條件與第二實施例相同，并且拋光速率(生產(chǎn)率)優(yōu)良。注意，從生產(chǎn)率的觀點出發(fā)，希望拋光載荷盡可能地高，并且希望將出口溫度調(diào)整到比入口溫度高7. 5°C或更高。然后，進行調(diào)整，以便入口溫度小于等于30°C，并且出口溫度比入口溫度高5°C或更高(第二拋光步驟)。這些CMP條件與第一實施例相同，并且CMP特性(可加工性)優(yōu)良。注意，從生產(chǎn)率的觀點出發(fā)，希望拋光載荷盡可能地高，并且希望將出口溫度調(diào)整到比入口溫度高10°C或更高。S卩，在CMP的中途，將其中入口溫度大于等于40°C且小于等于50°C的第一拋光步驟連續(xù)地切換到其中入口溫度小于等于30°C的第二拋光步驟。通過控制冷卻嘴28而進行該切換。并且，當所沉積的Cu膜16的殘留物(殘留的Cu膜)大于等于50nm時，進行該切換。通過監(jiān)視當半導體襯底10在嵌入轉(zhuǎn)盤20中的渦電流線圈傳感器(未示出)之上經(jīng)過時的電信號來測量該殘留的Cu膜。該測量是可原位進行的常規(guī)方法。S卩，在該實施例中，當殘留的Cu膜的量大時進行生產(chǎn)率優(yōu)良的第一拋光步驟，而當殘留的Cu膜的量小時進行可加工性優(yōu)良的第二拋光步驟。注意，只要生產(chǎn)率是可允許的，希望當殘留的Cu膜大于等于IOOnm時就進行該切換。[拋光實驗]下面將描述作為該實施例的CMP條件的基礎的拋光實驗。對于所形成的約400nm的Cu膜16，通過將漿液M的流速設定在150cc/分鐘并改變從第一拋光步驟切換到第二拋光步驟的時機來進行拋光實驗。更具體而言，通過在殘留的Cu膜為70、50和30nm時將第一拋光步驟切換到第二拋光步驟來進行拋光實驗。在上述拋光實驗的每一個中，評估Cu凹陷31、腐蝕32、灰塵33、劃痕34、Cu殘留物以及Cu去除時間(生產(chǎn)率)。圖6示出了在不同的CMP條件下進行的拋光實驗的結(jié)果以及在第二拋光步驟的 CMP條件(第一實施例的CMP條件)下進行的拋光實驗的結(jié)果。在不同的CMP條件下進行的拋光實驗為實驗23到25，而在第二拋光步驟的CMP條件下進行的拋光實驗為實驗8。實驗23是其中當殘留的Cu膜為70nm時將第一拋光步驟切換到第二拋光步驟的拋光實驗。實驗M是其中當殘留的Cu膜為50nm時將第一拋光步驟切換到第二拋光步驟的拋光實驗。實驗25是其中當殘留的Cu膜為30nm時將第一拋光步驟切換到第二拋光步驟的拋光實驗。通過與第一實施例相同的標準來評估Cu凹陷31、腐蝕32、灰塵33、劃痕34以及 Cu殘留物，并且通過以下標準評估Cu膜去除時間。〇表示可允許的范圍。Cu膜去除時間...〇小于等于60秒，X 大于60秒如圖6所示，在實驗8中的第一實施例的CMP條件下，Cu膜去除時間落在可允許的范圍之外。即，實驗8的CMP條件下在可加工性方面優(yōu)良，但卻具有Cu膜去除時間長達 75秒的問題。從生產(chǎn)率的觀點出發(fā)，希望將Cu膜去除時間縮短到小于等于60秒。當在殘留的Cu膜為30nm時將第一拋光步驟切換到第二拋光步驟(實驗25)時， 生產(chǎn)率比通過實驗8的CMP條件獲得的生產(chǎn)率高，但可加工性劣化。這是因為，即使當在殘留的Cu膜變?yōu)?0nm之后進行了可加工性優(yōu)良的第二拋光步驟時，也不可能完全處理在第一拋光步驟中產(chǎn)生的劣化要素。更具體而言，如果在第一拋光步驟中出現(xiàn)了具有大于等于30nm的深度的Cu凹陷31或劃痕34，則即使在這之后進行了第二拋光步驟，Cu凹陷31或劃痕；34也仍然殘留。另一方面，可以通過在殘留的Cu膜大于等于50nm時將第一拋光步驟切換到第二拋光步驟(實驗23和24)來避免上述問題。因此，可加工性與通過實驗8的CMP條件獲得的可加工性一樣高，并且生產(chǎn)率比通過實驗8的CMP條件獲得的生產(chǎn)率高。[效果]在上述第三實施例的CMP工藝中，在進行了其中拋光墊21的入口溫度為40°C (包含40°C)到50°C (包含50°C)且出口溫度比入口溫度高5°C或更高的第一拋光步驟之后， 進行其中入口溫度小于等于30°C且出口溫度比入口溫度高5°C或更高的第二拋光步驟。由于如上所述首先進行第一拋光步驟且然后進行用于精整(finishing)的第二拋光步驟，可以同時縮短拋光時間并改善CMP特性。即，可以提高生產(chǎn)率和可加工性。并且，當將第一拋光步驟切換到第二拋光步驟時，希望盡可能快地將入口溫度改變到30°C或更低。例如，當殘留的Cu膜大于等于50nm且對精整沒有影響時，進行通過以 lOOOcc/分鐘的流速供給廉價的純水5秒來減小摩擦熱或瞬時去除拋光載荷(到OhPa)的步驟是有效的。注意，純水優(yōu)選處于室溫(例如，25°C )或更低，例如，約18°C到21°C。注意，即使在其中精整最為重要的修飾時進行被調(diào)整為使入口溫度小于等于30°C 且出口溫度比入口溫度高5°C或更高的第二拋光步驟(與第一實施例的CMP條件一樣)，也可以改善Cu凹陷31、腐蝕32、灰塵33以及劃痕34并提高拋光速率?！吹谒膶嵤├迪旅鎸⒖紙D7解釋根據(jù)第四實施例的半導體器件制造方法。在第四實施例中， 將省略對與上述實施例相同的特征的解釋，并將僅僅解釋不同點。[CMP 條件]該實施例的CMP條件適用于例如這樣的情況，其中當形成互連結(jié)構時，沉積約5nm 的阻擋金屬(例如，TiN)，并沉積約400nm的作為互連的W膜16’來取代Cu膜16，或者，沉積約20nm的阻擋金屬，并沉積約2 μ m的作為互連的W膜16’。在根據(jù)該實施例的CMP中，在使其上貼附有拋光墊21的轉(zhuǎn)盤20以80rpm的速度旋轉(zhuǎn)時，用于保持具有300mm的直徑的半導體襯底10的頂環(huán)23被以250gf/cm2的拋光載荷壓向拋光墊21。在該步驟中，使頂環(huán)23以82rpm的速度旋轉(zhuǎn)。此外，漿液供給嘴25以 IOOcc/分鐘的流速將漿液M供給到拋光墊21上。通過使用過氧化氫O重量％ )和酸性的、化學地形成W膜表面上的將被拋光的膜并包含用于機械地去除將被拋光的膜的硅石的W757;3B (可從Cabot得到)獲得漿液原液。在該實施例中，通過調(diào)整由入口溫度測量器沈和出口溫度測量器27測量的拋光墊21的入口溫度和出口溫度來進行CMP。更具體而言，首先進行調(diào)整，以便入口溫度大于等于40°C且小于等于50°C，并且出口溫度比入口溫度高5°C或更高(第一拋光步驟)。這些CMP條件與使用Cu膜16作為互連的第二實施例相同，并且雖然使用了 W膜16’，但拋光速率(生產(chǎn)率)優(yōu)良。然后，進行調(diào)整，以便入口溫度小于等于30°C，并且出口溫度比入口溫度高5°C或更高(第二拋光步驟)。這些CMP條件與使用Cu膜16作為互連的第一實施例相同，并且雖然使用了 W膜16 ’，但CMP特性(可加工性)優(yōu)良。
即，在CMP的中途，將其中入口溫度大于等于40°C且小于等于50°C的第一拋光步驟連續(xù)地切換到其中入口溫度小于等于30°C的第二拋光步驟。通過控制冷卻嘴28而進行該切換。并且，當所沉積的W膜16’的殘留物(殘留的W膜)大于等于50nm時，進行該切換。即，在該實施例中，當殘留的W膜的量大時進行生產(chǎn)率優(yōu)良的第一拋光步驟，而當殘留的W膜的量小時進行可加工性優(yōu)良的第二拋光步驟。注意，只要生產(chǎn)率是可允許的，希望在殘留的W膜大于等于IOOnm時就進行該切換。[拋光實驗]下面將描述作為該實施例的CMP條件的基礎的拋光實驗。對于所形成的約400nm的W膜16，，通過將漿液M的流速設定在IOOcc/分鐘并改變從第一拋光步驟切換到第二拋光步驟的時機來進行拋光實驗。更具體而言，通過在殘留的W膜為70、50和30nm時將第一拋光步驟切換到第二拋光步驟來進行拋光實驗。在上述拋光實驗的每一個中，評估W凹陷31’、腐蝕32’、灰塵33’、劃痕34’、W殘留物以及W去除時間(生產(chǎn)率)。圖7示出了在不同的CMP條件下進行的拋光實驗的結(jié)果以及在第二拋光步驟的 CMP條件(第一實施例的CMP條件)下進行的拋光實驗的結(jié)果。在不同的CMP條件下進行的拋光實驗為實驗23’到25’，在第二拋光步驟的CMP條件下進行的拋光實驗為實驗8，。實驗23’是其中當殘留的W膜為70nm時將第一拋光步驟切換到第二拋光步驟的拋光實驗。實驗24’是其中當殘留的W膜為50nm時將第一拋光步驟切換到第二拋光步驟的拋光實驗。實驗25’是其中當殘留的W膜為30nm時將第一拋光步驟切換到第二拋光步驟的拋光實驗。實驗8’是其中在第一實施例中將W膜16’應用作為互連的拋光實驗。通過與第三實施例相同的標準來評估W凹陷31’、腐蝕32’、灰塵33’、劃痕34’、W 殘留物以及W膜去除時間。如圖7所示，在實驗8，中的第一實施例的CMP條件下，W膜去除時間落在可允許的范圍之外。當在殘留的W膜為30nm時將第一拋光步驟切換到第二拋光步驟(實驗25’ )時， 生產(chǎn)率比通過實驗8’的CMP條件獲得的生產(chǎn)率高，但可加工性劣化。這是因為，即使在殘留的W膜變?yōu)?0nm之后進行了可加工性優(yōu)良的第二拋光步驟，也不可能完全處理在第一拋光步驟中產(chǎn)生的劣化要素。更具體而言，如果在第一拋光步驟中出現(xiàn)了具有大于等于30nm 的深度的W凹陷31’或劃痕34’，則即使在這之后進行了第二拋光步驟，W凹陷31’或劃痕 34’也仍然殘留。另一方面，可以通過在殘留的W膜大于等于50nm時將第一拋光步驟切換到第二拋光步驟(實驗23’和24’ )來避免上述問題。因此，可加工性與通過實驗8，的CMP條件獲得的可加工性一樣高，并且生產(chǎn)率比通過實驗8，的CMP條件獲得的生產(chǎn)率高。[效果]在上述第四實施例中，當在沉積作為互連的W膜16’之后進行CMP時，可以通過將漿液M的流速設定為比通常流速低的IOOcc/分鐘而減少漿液M的使用量。這可以降低CMP工藝的成本。并且，在用于W膜16’的CMP工藝中，在進行了其中拋光墊21的入口溫度為 400C (包含40°C)到50°C (包含50°C)且出口溫度比入口溫度高5°C或更高的第一拋光步驟之后，進行其中入口溫度小于等于30°C且出口溫度比入口溫度高5°C或更高的第二拋光步驟。由于如上所述首先進行第一拋光步驟且然后進行用于精整的第二拋光步驟，可以同時縮短拋光時間并改善CMP特性。即，可以提高生產(chǎn)率和可加工性。此外，由于通過縮短拋光時間而進一步減少了漿液的使用量，因而可以進一步降低用于W膜16，的CMP工藝的成本?！吹谖鍖嵤├迪旅鎸⒖紙D8A、8B和9解釋根據(jù)第五實施例的半導體器件制造方法。在第五實施例中，將省略對與上述實施例相同的特征的解釋，并將僅僅解釋不同點。[STI (淺溝槽隔離)制造方法]圖8A和8B示例了根據(jù)該實施例的半導體器件互連結(jié)構制造步驟。首先，如圖8A所示，在半導體襯底10上形成作為停止膜的氮化硅膜90。氮化硅膜90的膜厚度為例如70nm。之后，通過使用氧化硅膜或類似物作為蝕刻掩模，在半導體襯底10中形成STI圖形B。STI圖形B的深度為例如250nm。注意，可以在半導體襯底10與氮化硅膜90之間形成氧化硅膜或類似物。然后，通過例如高密度等離子體CVD (HDP-CVD)在整個表面上形成氧化硅膜91。在該步驟中，氧化硅膜91還被形成在STI圖形B的外部，并具有400nm的膜厚度。STI具有線 / 間隔(line/space) :1/1 μ m 的圖形。隨后，如圖8B所示，通過對整個表面進行CMP而去除形成在STI圖形B的外部的額外的氧化硅膜91。從而，氧化硅膜91被掩埋在STI圖形B中。并且，在STI圖形B的外部暴露氮化硅膜90的表面。稍后將描述CMP的細節(jié)。[CMP 條件]該實施例的CMP條件適用于例如這樣的情況，其中當形成STI時，沉積約400nm的氧化硅膜(氧化物)。在根據(jù)該實施例的CMP中，在使其上貼附有拋光墊21的轉(zhuǎn)盤20以IlOrpm的速度旋轉(zhuǎn)時，用于保持具有300mm的直徑的半導體襯底10的頂環(huán)23被以300gf/cm2的拋光載荷壓向拋光墊21。在該步驟中，使頂環(huán)23以120rpm的速度旋轉(zhuǎn)。此外，漿液供給嘴25以 IOOcc/分鐘的流速將漿液M供給到拋光墊21上。漿液M包含作為研磨顆粒的氧化鈰(可從Hitachi Chemical得到的DLS^和聚羧酸銨(可從Kao獲得的TK75)。在該實施例中，通過調(diào)整由入口溫度測量器沈和出口溫度測量器27測量的拋光墊21的入口溫度和出口溫度來進行CMP。更具體而言，首先進行調(diào)整，以便入口溫度大于等于40°C且小于等于50°C，并且出口溫度比入口溫度高5°C或更高(第一拋光步驟)。這些CMP條件與使用Cu膜16作為互連的第二實施例相同，并且雖然使用氧化硅膜91作為STI，但拋光速率(生產(chǎn)率)優(yōu)良。然后，進行調(diào)整，以便入口溫度小于等于30°C，并且出口溫度比入口溫度高5°C或更高(第二拋光步驟)。這些CMP條件與使用Cu膜16作為互連的第一實施例相同，并且雖然使用氧化硅膜91作為STIdS CMP特性(可加工性)優(yōu)良。S卩，在CMP的中途，將其中入口溫度為大于等于40°C且小于等于50°C的第一拋光步驟連續(xù)地切換到其中入口溫度小于等于30°C的第二拋光步驟。通過控制冷卻嘴28而進行該切換。并且，當所沉積的氧化硅膜91的殘留物(殘留的氧化物膜)大于等于70nm時， 進行該切換。[拋光實驗]下面將描述作為該實施例的CMP條件的基礎的拋光實驗。對于所形成的約400nm的氧化硅膜91，通過將漿液M的流速設定在IOOcc/分鐘并在殘留的氧化物膜為70nm時將第一拋光步驟切換到第二拋光步驟，來進行拋光實驗。在上述拋光實驗的每一個中，評估氧化物凹陷、灰塵、劃痕以及氧化物去除時間 (生產(chǎn)率)。圖9示出了在該實施例的CMP條件下進行的拋光實驗的結(jié)果以及在第二拋光步驟的CMP條件(第一實施例的CMP條件)下進行的拋光實驗的結(jié)果。在該實施例的CMP條件下進行的拋光實驗為實驗27，在第二拋光步驟的CMP條件下進行的拋光實驗為實驗26。實驗27是其中在殘留的氧化物膜為70nm時將第一拋光步驟切換到第二拋光步驟的拋光實驗。實驗沈是其中將氧化硅膜91應用于第一實施例的拋光實驗。通過與第四實施例相同的標準來評估氧化物凹陷、灰塵、劃痕以及氧化物膜去除時間。如圖9所示，在實驗沈中的第一實施例的CMP條件下，氧化物凹陷和氧化物膜去除時間落在可允許的范圍之外。另一方面，當在殘留的氧化物膜為70nm時將第一拋光步驟切換到第二拋光步驟 (實驗27)時，可加工性和生產(chǎn)率優(yōu)于通過實驗沈的CMP條件獲得的可加工性和生產(chǎn)率。[效果]在上述第五實施例中，當在沉積作為STI的氧化硅膜91之后進行CMP時，可以通過將漿液M的流速設定為比通常流速低的IOOcc/分鐘而減少漿液M的使用量。這可以降低CMP工藝的成本。并且，在用于氧化硅膜91的CMP工藝中，在進行了其中拋光墊21的入口溫度為 400C (包含40°C)到50°C (包含50°C)且出口溫度比入口溫度高5°C或更高的第一拋光步驟之后，進行其中入口溫度小于等于30°C且出口溫度比入口溫度高5°C或更高的第二拋光步驟。由于如上所述首先進行第一拋光步驟且然后進行用于精整的第二拋光步驟，可以同時縮短拋光時間并改善CMP特性。即，可以提高生產(chǎn)率和可加工性。此外，由于通過縮短拋光時間而進一步減少了漿液的使用量，因而可以進一步降低用于氧化硅膜91的CMP工藝的成本。<第六實施例>下面將參考圖10、11、12、13、14、15A、15B、16A和16B解釋根據(jù)第六實施例的半導
體器件制造方法。第六實施例為上述實施例的應用實例，其中通過在每個區(qū)域中拋光墊的反饋控制而實現(xiàn)膜厚度均勻性。這允許縮短CMP時間并改善CMP特性。在第六實施例中， 將省略對與上述實施例相同的特征的解釋，并將僅僅解釋不同點。
[CMP 裝置]圖10為示出了根據(jù)該實施例的CMP裝置的設置的圖。圖11為根據(jù)該實施例的 CMP裝置的平面圖。如圖10所示，該實施例與上述實施例的區(qū)別在于，CMP裝置包括渦電流傳感器線圈113、膜厚度測量單元(多處理監(jiān)視器(multiprocess monitor)) 114以及控制器115，并使用這些部件在CMP工藝中控制頂環(huán)23以在各區(qū)域之間改變半導體襯底10 (被處理膜) 上的拋光載荷。下面將描述該實施例的各部件。渦電流傳感器線圈113被嵌入在轉(zhuǎn)盤20中，并包括線圈111和112，線圈111被配置為在將被處理的導電膜(Cu膜或W膜)中形成渦電流，線圈112被配置為檢測被處理膜中的渦電流。即，當其上形成有被處理膜的半導體襯底10在渦電流傳感器113上方經(jīng)過時，線圈111將電場施加到被處理膜以產(chǎn)生渦電流，而線圈112檢測在被處理膜中產(chǎn)生的渦電流。如圖11所示，渦電流傳感器線圈113被嵌入在轉(zhuǎn)盤20中，并在通過頂環(huán)23的中心 0’且與轉(zhuǎn)盤20的中心0相距預定距離的圓形軌道X上。基于渦電流傳感器線圈113已產(chǎn)生并檢測到的被處理膜的渦電流，膜厚度測量單元14測量并監(jiān)視在每個區(qū)域中被處理膜的膜厚度。更具體而言，渦電流與被處理膜的膜厚度具有比例關系。因此，膜厚度被測量為，渦電流越大則膜厚度越大，或者渦電流越小則膜厚度越小?；谟赡ず穸葴y量單元114測量的被處理膜的區(qū)域特有的(region-specific)膜厚度，控制器115為每個區(qū)域控制附接到頂環(huán)23的半導體襯底10 (被處理膜)上的拋光載荷。下面將解釋根據(jù)該實施例的頂環(huán)23。在圖12中，(a)表示根據(jù)該實施例的頂環(huán)23的截面圖，而(b)表示根據(jù)該實施例的頂環(huán)23的平面圖。如圖12的(b)中所示，用于保持半導體襯底10的頂環(huán)23被連接到頂環(huán)驅(qū)動軸121 并包括導引環(huán)(guide ring) 122、夾板(chucking plate) 123、中心袋(center bag) 124、中間管(middle tube) 125、邊緣管(edge tube) 126 以及流體通道(fluid channel) 127,128 和1四。具有環(huán)形狀的導引環(huán)122被設置在周邊并保持整個頂環(huán)23和內(nèi)部的半導體襯底 10。導引環(huán)122由諸如金屬或陶瓷的強剛性材料構成。夾板123被設置在導引環(huán)122中。夾板123具有與半導體襯底10相似的盤形狀， 并支撐中心袋124、中間管125以及邊緣管126。夾板123優(yōu)選由非磁性材料構成，例如，由諸如四氟乙烯樹脂的碳氟化合物樹脂或諸如SiC(碳化硅)或Al2O3 (氧化鋁)的絕緣材料構成。然而，本發(fā)明并不受此限制。當在不使用渦電流的情況下測量膜厚度時，夾板123可以由金屬材料構成。中心袋124、中間管125以及邊緣管1 被設置在夾板123之下并由夾板123支撐。更具體而言，如圖12的(b)所示，中心袋IM被設置在夾板123的中心(中心區(qū)域)。 中間管125被形成為環(huán)形并被設置在中心袋124的周邊(中間區(qū)域)。邊緣管1 被形成為環(huán)形并被設置在中間管125的周邊(邊緣區(qū)域)。半導體襯底10的下表面?zhèn)?沒有被處理膜的表面的一側(cè))被壓向中心袋124、中間管125和邊緣管126的下側(cè)。
中心袋124、中間管125和邊緣管126由諸如乙丙橡膠(EPDM)、聚氨酯橡膠或硅橡膠(silicone rubber)的強耐用橡膠材料構成。中心袋124、中間管125和邊緣管126在內(nèi)部具有用作壓力腔124’、125，和126， 的空間。流體通道127、1觀和1 分別與壓力腔124’、125’和126’連通。諸如壓縮空氣的受壓流體或大氣壓或真空被分別通過流體通道127、1 和1 而供給到壓力腔124’、125’ 和 U6，。S卩，諸如壓縮空氣的受壓流體或大氣壓或真空被供給到由彈性材料構成的中心袋 124、中間管125和邊緣管126以控制壓力腔124，、1邪，和126，中的壓力，由此調(diào)整CMP工藝中的拋光載荷。在該實施例中，控制器115可獨立地調(diào)整壓力腔1對’、125’和126’中的壓力。即，可以針對半導體襯底10的中心區(qū)域、中間區(qū)域和邊緣區(qū)域中的每一個來調(diào)整CMP 工藝中的拋光載荷。[CMP 方法]下面將解釋根據(jù)該實施例的CMP方法。圖13為示出了根據(jù)該實施例的CMP方法的流程圖。如圖13所示，對半導體襯底10上的被處理膜(Cu膜或W膜)的CMP開始于步驟 Si。此時，通過控制冷卻嘴28來調(diào)整溫度條件，以便入口溫度大于等于40°C且小于等于 50°C，并且出口溫度比入口溫度高5°C或更高。即，應用第二實施例的溫度條件。在步驟S2中，渦電流傳感器線圈113產(chǎn)生用于被處理膜的渦電流，并檢測渦電流。 在半導體襯底10 (被處理膜)的每個分區(qū)(partitioned region)中進行通過渦電流傳感器線圈113的渦電流檢測。更具體而言，如圖14的(a)中所示，通過半導體襯底10的中心 0’的渦電流傳感器線圈113的軌道X被劃分成三個區(qū)域，即，位于半導體襯底10的中心處的中心區(qū)域、在中心區(qū)域的周圍(兩側(cè))的中間區(qū)域、以及在中間區(qū)域的周圍(兩側(cè))的邊緣區(qū)域。在這些區(qū)域中的每一個中檢測渦電流。這由頂環(huán)23的中心袋124、中間管125和邊緣管126的設置導致。在步驟S3中，膜厚度測量單元114基于由渦電流傳感器線圈113產(chǎn)生并檢測到的渦電流而針對每個區(qū)域測量被處理膜的膜厚度。此時，如圖14的(b)中所示，對每個區(qū)域平均并監(jiān)視被處理膜的所測得的膜厚度。在步驟S4中，確定是否結(jié)束對被處理膜的CMP。更具體而言，確定是否被處理膜在每個區(qū)域中都已經(jīng)被拋光到希望的膜厚度。如果在步驟S4中被處理膜尚未達到希望的膜厚度，則控制器115在步驟S5中基于由膜厚度測量單元114測量的在每個區(qū)域中的被處理膜的膜厚度來調(diào)整在附接到頂環(huán) 23的半導體襯底10 (被處理膜)上的拋光載荷。更具體而言，控制器115增加在具有較大膜厚度的區(qū)域中的拋光載荷，或者減小在具有較小膜厚度的區(qū)域中的拋光載荷。即，控制器115補償在被處理膜上的局部拋光延遲以控制每個區(qū)域中的拋光載荷，從而在所有區(qū)域(在該實施例中為三個區(qū)域)中均勻地拋光被處理膜。換言之，控制每個區(qū)域中的拋光載荷，以使去除被處理膜的時機彼此一致。 以該方式，在基于在每個區(qū)域中測量的膜厚度而反饋每個區(qū)域中的拋光載荷的同時，進行 CMP工藝。之后，在步驟S2中，渦電流傳感器線圈113產(chǎn)生用于被處理膜的渦電流并檢測該渦電流。即，再次測量膜厚度。
另一方面，如果在步驟S4中被處理膜已經(jīng)達到希望的膜厚度，則CMP工藝結(jié)束。[效果]根據(jù)第六實施例，通過控制冷卻嘴28而進行調(diào)整，以使入口溫度大于等于40°C且小于等于50°C，并且出口溫度比入口溫度高5°C或更高。在每個區(qū)域中測量在半導體襯底 10上的被處理膜的膜厚度，并且基于膜厚度而針對每個區(qū)域調(diào)整拋光載荷。即，控制器115 在CMP期間通過反饋拋光載荷而控制拋光載荷以均勻地拋光被處理膜。這允許獲得以下效將參考圖15A和15B首先描述由根據(jù)該實施例的反饋拋光載荷的系統(tǒng)獲得的效圖15A是示出了根據(jù)該實施例的被處理膜的各區(qū)域(中心區(qū)域、中間區(qū)域以及邊緣區(qū)域)的CMP時的膜厚度與拋光時間之間的關系的比較例的圖。圖15B是示出了根據(jù)該實施例的被處理膜的各區(qū)域的CMP時的膜厚度與拋光時間之間的關系的圖。更具體而言， 圖15A示出了其中每個區(qū)域的拋光載荷保持恒定而未被調(diào)整的比較例。如圖15A所示，根據(jù)該比較例，在各區(qū)域之間改變被處理膜的拋光時間。更具體而言，拋光時間按邊緣區(qū)域、中間區(qū)域和中心區(qū)域的順序增加。由于該原因，拋光時間等于直到其中拋光速率最低的中心區(qū)域的拋光結(jié)束時的時間。在第二實施例的實驗15和17中， 拋光時間分別為110秒和118秒。然而，根據(jù)該實施例，由于調(diào)整拋光載荷以均勻地拋光被處理膜，被處理膜的拋光時間在所有區(qū)域中幾乎相同，如圖15B所示。如上所述，當在具有低拋光速率的區(qū)域中增加拋光載荷以使膜厚度均勻時，可以縮短拋光時間。更具體而言，在第二實施例的實驗15和 17中，拋光時間分別為104秒和109秒。該時間可以比不進行拋光載荷控制的情況(比較例)縮短約5%。此外，被處理膜的膜厚度的均勻化允許抑制精整時的變化并改善CMP特性。接下來將參考圖16A和16B描述當使用該系統(tǒng)時通過冷卻嘴觀進行溫度控制(第二實施例的條件控制)的效果。圖16A為示出了根據(jù)該實施例及其比較例的在W膜的CMP時的拋光速率與拋光載荷之間的關系的圖。圖16B為示出了根據(jù)該實施例及其比較例的在Cu膜的CMP時的拋光速率與拋光載荷之間的關系的圖。更具體而言，圖16A和16B示出其中改變拋光載荷而沒有通過冷卻嘴觀進行溫度控制的比較例。如圖16A和16B所示，根據(jù)比較例，當拋光載荷增加時，被處理膜的拋光速率(去除速率)的升高速率在300 [hPa]附近改變。更具體而言，如圖16A所示，在W膜的CMP中， 從300[hPa]附近，拋光速率的升高速率降低，并且斜率變小。此外，如圖16B所示，在W膜的CMP中，從300 [hPa]附近，拋光速率的升高速率降低，并且拋光速率自身也降低。推測這是由于以下原因而發(fā)生。在不通過冷卻嘴28進行溫度控制的情況下，當拋光載荷增加時，拋光墊21和被處理膜的表面溫度升高。這增加了被處理膜的氧化能力(氧化循環(huán)速度)。因此，漿液的成分氧化，并且單體變?yōu)榫酆衔?。此時，當拋光墊21的表面溫度大于等于40°C且小于等于50°C 時，與第二實施例一樣，保護膜形成劑充分聚合，并且包含在漿液M中的硅石容易地拋光被處理膜的表面，由此增加拋光力，如上所述。然而，如果溫度進一步升高(圖16A和16B的比較例)，保護膜形成劑進一步聚合而形成致密膜。因此，漿液M的拋光力減小，拋光速率降低。另一方面，根據(jù)該實施例，冷卻嘴觀將拋光墊21的表面溫度控制為40°C (包含 40°C)到50°C (包含50°C)。由于該原因，即使拋光載荷增加，也不會出現(xiàn)上述問題。艮口， 與比較例相比，拋光速率和拋光載荷傾向于成比例，并且斜率是大的。當拋光速率和拋光載荷具有大斜率的線性比例關系時，在該系統(tǒng)中可以改善拋光速率對拋光載荷的響應。即，使拋光速率與拋光載荷之間的關系的斜率更大使得能夠通過稍微改變拋光載荷而增加拋光速率。此時，拋光速率與拋光載荷之間的關系的斜率優(yōu)選大于等于50[nm/分鐘]/50[hl^]。這可通過該實施例而實現(xiàn)。此外，當拋光速率與拋光載荷傾向于成比例時， 可容易地通過拋光載荷控制拋光速率。因此可以進一步縮短拋光時間并改善CMP特性。注意，已經(jīng)在該實施例中描述了這樣的實例，其中將用于反饋拋光載荷的系統(tǒng)應用于第二實施例的溫度條件。然而，本發(fā)明不受此限制。第一實施例的溫度條件(入口溫度小于等于30°C，且出口溫度比入口溫度高5°C或更高)的適用可以通過使被處理膜的表面均勻化而縮短拋光時間并改善CMP特性。此外，在該實施例中，通過使用渦電流傳感器檢測渦電流來測量Cu膜或W膜的膜厚度。然而，本發(fā)明不受此限制。當進行其中不產(chǎn)生渦電流的絕緣膜(例如，第五實施例的氧化硅膜)而不是金屬膜的CMP時，可以使用光學傳感器或微波傳感器代替渦電流傳感器來測量膜厚度。即，根據(jù)該實施例的用于反饋拋光載荷的系統(tǒng)適用于第一和第二實施例的CMP的第一和第二拋光步驟以及第三到第五實施例的第一和第二拋光步驟。雖然已經(jīng)描述了特定實施例，但這些實施例僅僅以實例的方式給出，并不旨在限制本發(fā)明的范圍。實際上，可以以各種其他形式具體化本文中描述的新穎方法和系統(tǒng)；此外，可以在不背離本發(fā)明的精神的情況下做出對本文中描述的方法和系統(tǒng)的形式上的各種省略、替換和改變。所附權利要求及其等價物旨在涵蓋落入本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的這樣的形式或修改。
權利要求
1.一種半導體器件制造方法，包括通過將半導體襯底上的膜壓向沿預定方向旋轉(zhuǎn)的拋光墊而拋光所述膜； 其中拋光被處理的所述膜包括進行第一拋光，在所述第一拋光中，將在所述膜的沿所述旋轉(zhuǎn)方向的上游側(cè)的所述拋光墊的入口溫度調(diào)整為大于等于40°C且小于等于50°C，并且將在所述膜的沿所述旋轉(zhuǎn)方向的下游側(cè)的所述拋光墊的出口溫度調(diào)整為比所述入口溫度高5°C或更高；以及進行第二拋光，在所述第二拋光中，所述入口溫度被調(diào)整為小于等于30°C，并且所述出口溫度被調(diào)整為比所述入口溫度高5°C或更高。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中當所述膜的厚度大于等于50nm時將所述第一拋光切換到所述第二拋光。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其中當進行所述第一拋光和所述第二拋光時，所述膜被劃分為多個區(qū)域，并且在所述多個區(qū)域的每個區(qū)域中測量所述膜的厚度，以及基于在所述多個區(qū)域的每個區(qū)域中測量的所述膜的厚度而在所述多個區(qū)域的每個區(qū)域中調(diào)整施加到所述膜的拋光載荷。
4.根據(jù)權利要求3的方法，其中施加到所述膜的所述拋光載荷與所述膜的拋光速率之間的關系的斜率大于等于50 [nm/分鐘]/50[hPa]。
5.根據(jù)權利要求1的方法，其中當將所述第一拋光切換到所述第二拋光時，通過供給純水來調(diào)整所述入口溫度。
6.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述入口溫度和所述出口溫度為在這樣的圓軌道上的所述拋光墊的溫度，該圓軌道通過所述半導體襯底的中心并與所述拋光墊的旋轉(zhuǎn)軸相距預定距尚。
7.根據(jù)權利要求6的方法，其中所述入口溫度和所述出口溫度為在與所述半導體襯底相距預定距離的位置中的所述拋光墊的溫度。
8.根據(jù)權利要求1的方法，其中通過控制所述半導體襯底與所述拋光墊之間的拋光載荷來調(diào)整所述出口溫度。
9.根據(jù)權利要求1的方法，還包括 在拋光被處理的所述膜之前， 在所述半導體襯底上形成絕緣膜， 在所述絕緣膜中形成溝槽，以及在所述溝槽中和在所述溝槽外部的所述絕緣膜上形成金屬膜， 其中所述膜為在所述溝槽外部形成的所述金屬膜。
10.根據(jù)權利要求1的方法，還包括 在拋光所述膜之前，在所述半導體襯底中形成STI圖形，以及在所述STI圖形中和在所述STI圖形外部的所述半導體襯底上形成絕緣膜， 其中所述膜為在所述STI圖形外部形成的所述絕緣膜。
11.一種半導體器件制造方法，包括通過將半導體襯底上的膜壓向沿預定方向旋轉(zhuǎn)的拋光墊而拋光所述膜；其中拋光被處理的所述膜包括將在所述膜的沿所述旋轉(zhuǎn)方向的上游側(cè)的所述拋光墊的入口溫度調(diào)整為小于等于 30°C，并且將在所述膜的沿所述旋轉(zhuǎn)方向的下游側(cè)的所述拋光墊的出口溫度調(diào)整為比所述入口溫度高5°C或更高。
12.根據(jù)權利要求11的方法，其中當拋光所述膜時，所述膜被劃分為多個區(qū)域，并且在所述多個區(qū)域的每個區(qū)域中測量所述膜的厚度，以及基于在所述多個區(qū)域的每個區(qū)域中測量的所述膜的厚度而在所述多個區(qū)域的每個區(qū)域中調(diào)整施加到所述膜的拋光載荷。
13.根據(jù)權利要求12的方法，其中施加到所述膜的所述拋光載荷與所述膜的拋光速率之間的關系的斜率大于等于50[nm/分鐘]/50[hPa]。
14.根據(jù)權利要求11的方法，其中所述入口溫度和所述出口溫度為在這樣的圓軌道上的所述拋光墊的溫度，該圓軌道通過所述半導體襯底的中心并與所述拋光墊的旋轉(zhuǎn)軸相距預定距離。
15.根據(jù)權利要求11的方法，還包括 在拋光被處理的所述膜之前， 在所述半導體襯底上形成絕緣膜， 在所述絕緣膜中形成溝槽，以及在所述溝槽中和在所述溝槽外部的所述絕緣膜上形成金屬膜， 其中所述膜為在所述溝槽外部形成的所述金屬膜。
16.一種半導體器件制造方法，包括通過將半導體襯底上的膜壓向沿預定方向旋轉(zhuǎn)的拋光墊而拋光所述膜； 其中拋光被處理的所述膜包括將在所述膜的沿所述旋轉(zhuǎn)方向的上游側(cè)的所述拋光墊的入口溫度調(diào)整為大于等于 40°C且小于等于50°C，并且將在所述膜的沿所述旋轉(zhuǎn)方向的下游側(cè)的所述拋光墊的出口溫度調(diào)整為比所述入口溫度高5°C或更高。
17.根據(jù)權利要求16的方法，其中當拋光所述膜時，所述膜被劃分為多個區(qū)域，并且在所述多個區(qū)域的每個區(qū)域中測量所述膜的厚度，以及基于在所述多個區(qū)域的每個區(qū)域中測量的所述膜的厚度而在所述多個區(qū)域的每個區(qū)域中調(diào)整施加到所述膜的拋光載荷。
18.根據(jù)權利要求17的方法，其中施加到所述膜的所述拋光載荷與所述膜的拋光速率之間的關系的斜率大于等于50[nm/分鐘]/50[hPa]。
19.根據(jù)權利要求16的方法，其中所述入口溫度和所述出口溫度為在這樣的圓軌道上的所述拋光墊的溫度，該圓軌道通過所述半導體襯底的中心并與所述拋光墊的旋轉(zhuǎn)軸相距預定距離。
20.根據(jù)權利要求16的方法，還包括 在拋光被處理的所述膜之前， 在所述半導體襯底上形成絕緣膜，在所述絕緣膜中形成溝槽，以及在所述溝槽中和在所述溝槽外部的所述絕緣膜上形成金屬膜， 其中所述膜為在所述溝槽外部形成的所述金屬膜。
全文摘要
根據(jù)一個實施例，公開了一種半導體器件制造方法。所述方法可包括通過將半導體襯底上的膜壓向拋光墊而拋光所述膜。拋光所述膜包括進行第一拋光，其中所述拋光墊的入口溫度被調(diào)整為大于等于40℃且小于等于50℃，并且所述拋光墊的出口溫度被調(diào)整為比所述入口溫度高5℃或更高。拋光所述膜包括進行第二拋光，其中所述入口溫度被調(diào)整為小于等于30℃，并且所述出口溫度被調(diào)整為比所述入口溫度高5℃或更高。
文檔編號H01L21/768GK102376565SQ20111022241
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月4日 優(yōu)先權日2010年8月4日
發(fā)明者倉嶋延行, 南幅學, 松井之輝, 江田元 申請人:株式會社 東芝