金屬的化學(xué)機械研磨方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬的化學(xué)機械研磨方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體器件的制造過程包括很多道工序，如必須在一片晶圓上進行數(shù)百個制程，以完成集成電路的制作。這些制程包括在晶圓上沉積電介質(zhì)和導(dǎo)體材料，通過光刻、蝕刻和顯影等形成電路圖案，而且通常還包括經(jīng)過研磨操作使表面變得平坦。常用的研磨操作如化學(xué)機械研磨(CMP)工藝。當前的半導(dǎo)體制造工藝中，很多情況下會用到CMP工藝，比如淺溝槽隔離(STI)中氧化硅拋光、局部互聯(lián)(LI)中氧化硅拋光、層間介質(zhì)(ILD)中氧化硅拋光以及金屬互連工藝中的金屬互連線拋光等。
[0003]隨著半導(dǎo)體各結(jié)構(gòu)尺寸的減小，不同晶圓之間(wafer to wafer，WTW)金屬互連線的電阻均一性變得越來越重要。然而，在化學(xué)機械研磨過程后，同一晶圓表面的金屬厚度均一 (thickness uniformity)性較佳，但是，不同晶圓之間金屬電阻均一性(Rs uniformity)卻經(jīng)常無法達到相應(yīng)的工藝要求。
[0004]為了提高不同晶圓之間金屬電阻均一性，必須嚴格控制化學(xué)機械研磨后不同晶圓之間金屬的特征尺寸和金屬的厚度。然而，在實際生產(chǎn)過程中，嚴格控制化學(xué)機械研磨后不同晶圓之間金屬的特征尺寸和金屬的厚度是業(yè)界一項艱巨的挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問題是提供一種金屬的化學(xué)機械研磨方法，以提高不同晶圓之間金屬互連線中金屬的電阻均一性。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種金屬的化學(xué)機械研磨方法，包括:
[0007]在當前晶圓上的介質(zhì)層中形成用于填充金屬的溝槽；
[0008]獲取所述溝槽的深度和平均寬度；
[0009]采用金屬填充所述溝槽，所述金屬包括位于所述介質(zhì)層表面的多余部分；
[0010]去除所述金屬位于所述介質(zhì)層上的所述多余部分；
[0011]獲取去除所述多余部分后所述金屬的實時厚度；
[0012]根據(jù)所述金屬的目標橫截面積和所述溝槽的平均寬度計算所述金屬的目標厚度；
[0013]根據(jù)所述金屬的實時厚度、所述金屬的目標厚度以及前一晶圓的定時研磨速率，計算當前晶圓所需的定時研磨時間；
[0014]根據(jù)所述定時研磨時間對當前晶圓進行定時化學(xué)機械研磨。
[0015]可選的，采用第一研磨平臺和第二研磨平臺研磨去除所述金屬位于所述介質(zhì)層上的所述多余部分，采用第三研磨平臺進行所述定時化學(xué)機械研磨。
[0016]可選的，對當前晶圓進行化學(xué)機械研磨后，還包括以下步驟:
[0017]測量所述定時化學(xué)機械研磨后所述金屬的最終厚度和最終平均寬度；
[0018]根據(jù)所述最終厚度和最終平均寬度計算所述金屬的最終橫截面積。
[0019]可選的，根據(jù)所述目標橫截面積與所述最終橫截面積的差值判斷所述定時化學(xué)機械研磨是否進行返工。
[0020]可選的，獲取所述溝槽的所述平均寬度包括:測量每個所述溝槽中位于不同深度位置的多個初始寬度，計算所述初始寬度的平均值作為所述溝槽的所述平均寬度。
[0021]可選的，一次測量同一深度位置中多個所述溝槽的總寬度，根據(jù)所述總寬度計算同一深度位置中每個所述溝槽的所述初始寬度。
[0022]可選的，測量每個所述溝槽中位于不同深度位置的40?70個所述初始寬度。
[0023]可選的，獲取所述金屬的所述實時厚度包括:在去除所述金屬位于所述介質(zhì)層上的所述多余部分后，直接測量所述金屬的所述實時厚度。
[0024]可選的，獲取所述金屬的所述實時厚度包括:根據(jù)所述溝槽的深度計算所述金屬的所述實時厚度。
[0025]可選的，根據(jù)所述定時研磨時間、所述最終厚度和所述實時厚度計算當前晶圓的定時研磨速率，并將當前晶圓的所述定時研磨速率運用于后一晶圓的定時化學(xué)機械研磨。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:
[0027]本發(fā)明的技術(shù)方案中，獲取所述溝槽的深度和平均寬度，并獲取金屬的實時厚度，然后根據(jù)所述金屬的目標橫截面積和所述溝槽的平均寬度計算所述金屬的目標厚度，之后根據(jù)所述金屬的實時厚度、所述金屬的目標厚度以及前一晶圓的定時研磨速率，計算當前晶圓所需的定時研磨時間，最后根據(jù)所述定時研磨時間對當前晶圓進行定時化學(xué)機械研磨。由于計算當前晶圓所需的定時研磨時間時，根據(jù)的是金屬的目標橫截面積，因此，無論當前晶圓上介質(zhì)層中，溝槽的平均寬度是否發(fā)生變化，都能夠?qū)饘龠M行準確的定時化學(xué)機械研磨，即定時化學(xué)機械研磨后金屬的最終厚度并不是固定不變的，而是根據(jù)實際需要研磨至相應(yīng)的所需值，保證研磨后不同晶圓間金屬的最終橫截面積基本相等，即保證研磨后不同晶圓間金屬的電阻均一性較高。
【附圖說明】
[0028]圖1是現(xiàn)有金屬的化學(xué)機械研磨方法流程圖
[0029]圖2是本發(fā)明實施例所提供的金屬的化學(xué)機械研磨方法流程圖；
[0030]圖3是本發(fā)明實施例所提供的金屬的化學(xué)機械研磨方法中，形成有溝槽的介質(zhì)層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4是圖3所示溝槽填充金屬后的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0032]經(jīng)分析，現(xiàn)有金屬的化學(xué)機械研磨方法中，研磨裝置反饋的通常是金屬互連線中金屬的厚度。然而，不同晶圓之間，有時雖然金屬的厚度可以達到較高的均一性，但是金屬的電阻卻達不到相應(yīng)的均一性要求。如果想通過控制金屬的厚度達到進一步提高不同晶圓間金屬電阻均一性的要求，則金屬的厚度和寬度都必須嚴格控制在極小的波動范圍內(nèi)，而這在大批量的實際生產(chǎn)過程中很難實現(xiàn)。
[0033]請參考圖1，示出了現(xiàn)有金屬的化學(xué)機械研磨方法流程圖，現(xiàn)有金屬的化學(xué)機械研磨方法包括步驟SlO至步驟S16。
[0034]首先，執(zhí)行步驟S10，在當前晶圓上的介質(zhì)層中形成用于填充金屬的溝槽。然后執(zhí)行步驟S11，獲取所述溝槽的深度和寬度。之后執(zhí)行步驟S12，采用金屬填充所述溝槽。
[0035]此后，執(zhí)行步驟S13，采用第一研磨平臺(Platen)對所述金屬進行第一次研磨。第一次研磨采用較大的定時研磨速率(Remove Rate)對所述金屬進行研磨，去除所述介質(zhì)層上絕大部分的所述金屬，第一次研磨也稱為主研磨。第一次研磨的執(zhí)行時間由實時工藝控制(RTPC，Real Time Process Control)功能來控制，第一次研磨之后要求所述介質(zhì)層上方的所述金屬的厚度具有一定的殘留值，即所述介質(zhì)層上方保留一定厚度(此厚度通常較小)的所述金屬。
[0036]爾后，執(zhí)行步驟S14，采用第二研磨平臺對所述金屬進行第二次研磨。第二次研磨采用較小的定時研磨速率去除所述介質(zhì)層上剩余的所述金屬，并通過實時探測研磨終點的方法來實時探測研磨終點。當探測到完全去除所述介質(zhì)層上剩余的所述金屬后，結(jié)束第二次研磨。
[0037]接著，執(zhí)行步驟S15，根據(jù)前一晶圓的定時研磨速率和金屬所設(shè)定的最終厚度計算定時研磨時間。
[0038]最后，執(zhí)行步驟S16，根據(jù)所述定時研磨時間采用第三研磨平臺對所述金屬進行第三次研磨。即第三次研磨根據(jù)前一晶圓的定時研磨速率和金屬的最終厚度計算定時研磨時間，并根據(jù)所述定時研磨時間進行研磨，使所述金屬在第三次研磨后達到相應(yīng)的要求(即達到與金屬的最終厚度基本相等)。
[0039]由上述可知，現(xiàn)有金屬的化學(xué)機械研磨方法中，將金屬的寬度當成一個定值，則相應(yīng)地，金屬的厚度也認為是一個定值。因此，步驟S15依據(jù)的是一個固定不變的厚度一一金屬的最終厚度，此處表示為Hd。由此可知，現(xiàn)有金屬的化學(xué)機械研磨方法最終期望達到的研磨結(jié)果是使得第三次研磨后，所述金屬的厚度與Hd基本相等。
[0040]眾所周知，電阻公式為:
[0041]R= P L/S
[0042]對于相同材料的相同長度的金屬互連線而言，電阻只與橫截面積S成反比。此橫截面積S又等于金屬的最終厚度與金屬的平均寬度和乘積。
[0043]然而現(xiàn)有方法中，僅僅根據(jù)金屬的厚度去定義化學(xué)機械研磨工藝的時間，而未考慮金屬的寬度也有一定的偏差。
[0044]事實上，不同晶圓間，由于所形成的凹槽的寬度不容易保持一致，因此，即使保證所述金屬在第三次研磨后的厚度與凡基本相等，不同晶圓間所述金屬的橫截面積也不一定相等。因此，即使保證所述金屬在第三次研磨后的厚度與札基本相等，不同晶圓間的金屬的電阻均一性仍然無法達到所需要求。
[0045]綜上分析可知，在化學(xué)機械研磨的定時研磨階段過程中，不應(yīng)當以固定的厚度值Hd作為定時研磨的參考依據(jù)，而應(yīng)該以金屬的橫截面積S作為定時研磨的參考