專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，更具體地說，涉及一種需要薄膜拋光工藝的半導(dǎo)體器件的制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，新開發(fā)了先進(jìn)微加工技術(shù)以滿足超大規(guī)模集成(ULSI)半導(dǎo)體電路器件的增大的集成密度和較高性能的需要。具體地說，為了獲得LSI芯片的高速性能，最近進(jìn)行了嘗試以將電布線材料從常規(guī)采用的鋁(Al)合金替換為低電阻率的銅(Cu)或Cu合金(下文中合稱為“Cu”)。從通過常用于形成Al合金布線的干法蝕刻技術(shù)難以微加工Cu的事實(shí)來看，多數(shù)情況下通過以下步驟利用所謂的鑲嵌方法形成掩埋或“嵌入”片上引線，即在其中限定有溝槽狀的槽的絕緣膜上沉積Cu膜，然后通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)技術(shù)去除Cu膜的除了槽掩埋的膜部分外的選定部分。典型地，Cu膜為在通過濺射方法形成薄籽晶層后對薄籽晶層進(jìn)行電解鍍敷從而形成具有幾百nm厚度的多層膜。在形成多層Cu布線圖形的情況下，可采用另一種方法，用于形成具有所謂的“雙鑲嵌”結(jié)構(gòu)的布線。該方法包括以下步驟在其下層布線上沉積絕緣或介電膜，在膜中限定用于上層布線的稱為“過孔”的特定開口和槽(布線槽)，將選定的布線材料例如Cu的膜同時(shí)掩埋在過孔和溝槽中，以及通過CMP去除不必要的覆蓋在上方的Cu部分從而使膜表面平坦化，結(jié)果形成預(yù)期的掩埋布線。
最近，進(jìn)行了將低介電常數(shù)的特定絕緣材料的膜，即被稱為低介電常數(shù)k或“低k”膜用作層間介電(ILD)膜的研究。更具體地說，通過利用其相對介電常數(shù)k小于等于3.5的低k膜，進(jìn)行降低布線之間的寄生電容的嘗試，其中該相對介電常數(shù)k低于氧化硅膜(SiO2膜)的例如約4.2的相對介電常數(shù)。
不幸地，為了獲得這樣的超低介電率，低k膜在許多情況下具有多孔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致物理或機(jī)械強(qiáng)度降低。因此，在化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)Cu膜期間，附著到半導(dǎo)體襯底的底面或背面的顆?？梢詣兟浠虮弧搬尫拧?，從而移動(dòng)到襯底的頂面上。如果是這種情況，顆粒充當(dāng)發(fā)生Cu膜剝離和/或刮痕缺陷的起始點(diǎn)。一旦這樣的缺陷產(chǎn)生，不再可能形成高質(zhì)量的電互連布線。
在目前可用的半導(dǎo)體器件制造工藝中，在除Cu布線形成步驟外的不同階段，包括但不限于形成窄溝隔離(STI)結(jié)構(gòu)、在產(chǎn)生的器件上或上方形成絕緣膜、以及在絕緣體膜中限定層間連接柱或“塞栓”，對半導(dǎo)體襯底進(jìn)行CMP。當(dāng)進(jìn)行這些CMP工藝時(shí)，如果污染物顆粒附著到襯底的背面，那么在以上述方法處理過的膜中處可發(fā)生膜剝離和擦傷。
隨著超大規(guī)模集成(ULSI)芯片的集成度和性能的提高，片上布線的最小特征尺寸降低至小于等于90納米(nm)的量級(jí)。該布線寬度收縮使得很好地控制布線的尺寸大小更難。類似地，在形成位于布線下面的片上電路元件時(shí)，尺寸控制的難度也明顯增加。光刻工藝中的曝光尺寸的精度很大程度地影響該布線尺寸的精度。因此，為了獲得足夠大的預(yù)期的聚焦深度以實(shí)現(xiàn)成功曝光，需要徹底去除在曝光設(shè)備的半導(dǎo)體襯底支撐平臺(tái)或工作臺(tái)上的任何殘余污染物顆粒。然而，仍然有顆粒附著到半導(dǎo)體襯底的背面。由于這些顆粒的存在，在用卡盤夾住襯底的情況下，可產(chǎn)生卡盤誤差。這使得在平臺(tái)上不可能進(jìn)行卡盤夾持。在最壞的情況下，幾乎不能進(jìn)行任何預(yù)期的曝光。
避免由于附著到半導(dǎo)體襯底背面的殘余污染物產(chǎn)生的問題的現(xiàn)有已知方法包括(例如在JP-A-2000-150640中公開的)這樣的技術(shù)，用于在制造多層布線圖形期間去除在半導(dǎo)體襯底背面上存在的金屬污染物的技術(shù)，其包括以下步驟在襯底背面上形成阻擋膜，以及在形成多層布線后通過CMP選擇性地去除阻擋膜，從而防止這些金屬污染物隨后擴(kuò)散到襯底中。在JP-A-2004-288870中發(fā)現(xiàn)了另一種技術(shù)，其用于在形成多層布線后通過化學(xué)溶液清洗并去除阻擋膜和金屬污染物，從而防止金屬污染物隨后向外擴(kuò)散到襯底中。
然而，這些技術(shù)不能提供在例如形成多層布線時(shí)在基于CMP的工藝期間對附著到半導(dǎo)體襯底背面的這些殘余顆粒的成功去除的補(bǔ)救措施，以及因?yàn)檫@個(gè)原因，這些技術(shù)不能提供例如發(fā)生膜剝離和刮痕缺陷的問題的解決方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在襯底的頂面處形成薄膜；拋光所述襯底的背面；以及在拋光所述背面后，拋光形成在所述襯底的所述頂面處的所述薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在襯底的背面上或上方形成擴(kuò)散防止膜；采用導(dǎo)電材料在所述襯底的頂面處形成導(dǎo)電材料膜，其中通過所述擴(kuò)散防止膜防止所述導(dǎo)電材料膜的擴(kuò)散；在形成所述導(dǎo)電材料膜后，通過采用其中包含樹脂顆粒和膠體二氧化硅中的任何一種的拋光液，拋光形成在所述襯底的所述背面處的所述擴(kuò)散防止膜；以及在拋光所述擴(kuò)散防止膜后，拋光形成在所述襯底的所述頂面處的所述導(dǎo)電材料膜。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1中的半導(dǎo)體器件制造方法的主要工藝步驟的流程圖；圖2A至圖2D示出了以與圖1的流程圖對應(yīng)的方式進(jìn)行的一些步驟的截面圖；圖3A至圖3C示出了以與圖1的流程圖對應(yīng)的方式進(jìn)行的一些步驟的截面圖；圖4A-4C以及圖5A-5B是示出了以根據(jù)圖1的流程圖的方式進(jìn)行的一些其它步驟的工藝截面圖；圖6示意性示出了化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)裝置的拋光臺(tái)結(jié)構(gòu)的透視圖；圖7示出了圖6的CMP臺(tái)結(jié)構(gòu)的平面圖，用以說明CMP裝置的操作；圖8是圖6中示出的CMP臺(tái)結(jié)構(gòu)的主要部分的截面圖；圖9是清洗裝置的示范性結(jié)構(gòu)的圖示表示；圖10是圖9中示出的清洗裝置的截面圖；圖11示出了另一清洗裝置的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖12以表格形式示出了多個(gè)測試樣品關(guān)于在拋光處理后這些樣品是否具有膜剝離和刮痕缺陷的評價(jià)結(jié)果；圖13是示出關(guān)于樣品的卡盤誤差頻率和引線成品率的評價(jià)結(jié)果的表；圖14是示出了實(shí)施例2中的半導(dǎo)體器件制造方法的主要工藝步驟的流程圖；圖15A-15C、圖16A-16C以及圖17A-17C示出了以與圖14的流程圖對應(yīng)的方式進(jìn)行的一些主要工藝步驟的截面圖；圖18是示出了實(shí)施例3中的半導(dǎo)體器件制造方法的主要工藝步驟的流程圖；以及圖19A-19D以及20A-20B示出了以與圖18的流程圖對應(yīng)的方式進(jìn)行這些步驟的截面圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1下面將說明根據(jù)實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件制造方法，其包括形成由導(dǎo)電材料例如銅(Cu)構(gòu)成的電互連布線的步驟。
下面參考一些

實(shí)施例1。
圖1是示出了實(shí)施例1中的半導(dǎo)體器件制造方法的主要工藝步驟的流程圖。
如圖中所示，該實(shí)施例進(jìn)行了以下一系列工藝擴(kuò)散防止膜形成步驟S102，形成擴(kuò)散防止膜的薄膜；SiO2膜形成步驟S104，形成SiO2薄膜；鎢膜形成步驟S106，形成鎢(W)薄膜；底層膜形成步驟S108，形成底層薄膜；“低k膜”形成步驟S110，形成低介電常數(shù)k的薄膜，即由低介電常數(shù)的絕緣膜構(gòu)成的低k膜；帽膜形成步驟S112，形成帽膜的薄膜；開口形成步驟S114，形成開口例如過孔；阻擋金屬膜形成步驟S116，形成用作阻擋金屬膜的導(dǎo)電材料膜；籽晶膜形成步驟S118；金屬鍍敷步驟S120；背面拋光步驟S122；以及頂面拋光步驟S124。
圖2A至2D示出了以與圖1的流程圖對應(yīng)的方式進(jìn)行的一些工藝步驟-更具體地說，從圖1中的擴(kuò)散防止膜形成步驟S102到底層膜形成步驟S108-的截面圖。稍后將說明其后的步驟。
如圖2A所示，在圖1的擴(kuò)散防止膜形成步驟S102中，在半導(dǎo)體襯底200的包括其頂面和底面或背面的整個(gè)表面上沉積約60納米(nm)厚度的氮化硅(SiN)，從而形成SiN膜202的薄膜作為Cu的擴(kuò)散防止膜。典型地通過低壓化學(xué)氣相沉積(LP-CVD)技術(shù)形成SiN膜202。盡管這里通過LP-CVD進(jìn)行膜形成，可選地可利用其它合適的技術(shù)。在圖2A中，省略了對除了襯底200的背面?zhèn)纫酝獾牟糠值膱D示。在形成主要包含Cu的鑲嵌結(jié)構(gòu)的電互連布線的情況下，將襯底200的背面用擴(kuò)散防止膜覆蓋或涂覆，以防止Cu離子擴(kuò)散出襯底200的背面，從而避免或至少極大地抑制在半導(dǎo)體器件制造期間產(chǎn)生的Cu離子的不希望的向半導(dǎo)體襯底200的擴(kuò)散，該擴(kuò)散嚴(yán)重影響襯底表面上的電路元件的工作。更希望地，在半導(dǎo)體襯底200的頂面和背面上均整個(gè)地形成Cu擴(kuò)散防止膜。在襯底200的兩個(gè)表面上形成Cu擴(kuò)散防止膜使得可以防止Cu離子從傾斜部分?jǐn)U散，該傾斜部分是其中沒有形成片上電路元件的外周部分。除SiN外，Cu擴(kuò)散防止膜還可以由例如碳化硅(SiC)、氧碳化硅(SiOC)或它們的等價(jià)物的材料構(gòu)成。從防止Cu離子擴(kuò)散的觀點(diǎn)來看，希望保留Cu擴(kuò)散防止膜作為表面保護(hù)膜，而不去除Cu擴(kuò)散防止膜，直到制造工藝進(jìn)行至包括切片的芯片封裝步驟，因?yàn)镃u擴(kuò)散防止膜的去除導(dǎo)致襯底200的表面暴露。優(yōu)選將膜厚度設(shè)定為從30至300nm的范圍；更優(yōu)選大于等于50nm。另外，襯底200可以是其直徑為300nm左右的硅晶片。
接著，將形成在襯底200的表面上的處于其中稍后將形成各種類型的半導(dǎo)體集成電路元件或器件部分的選定區(qū)域中的部分SiN膜202去除，盡管這里省略了具體說明。接著，在該去除了膜的區(qū)域中形成器件部分。
如圖2B所示，在圖1的SiO2膜形成步驟S104中，在襯底200的電路元件形成表面上通過化學(xué)氣相沉積(CVD)沉積用作介電膜的具有約500nm厚度的SiO2膜210的薄膜。盡管這里采用CVD方法用于膜形成，必要時(shí)可采用其它類似的方法。
如圖2C所示，在W膜形成工藝步驟S106中，在SiO2膜210中選擇性地限定用作到達(dá)器件部分的開口的孔。接著在這些孔的側(cè)壁和底面上沉積阻擋金屬膜，例如，氮化鈦(TiN)膜214的薄膜。隨后，形成鎢(W)膜216的薄膜，以填充和掩埋這些孔，導(dǎo)致掩埋電塞栓形成。例如，通過蝕刻限定開口?？赏ㄟ^CVD技術(shù)形成TiN膜214和W膜216，隨后通過CMP選擇性去除這些膜的除了開口以外的特定沉積部分。
如圖2D所示，在底層膜形成步驟S108中，在形成塞栓的SiO2膜210、TiN膜214和W膜216的表面上通過CVD沉積約50nm厚度的SiC膜的薄膜，從而形成稍后用作底層介電膜的SiC膜212。盡管該膜通過CVD形成，必要時(shí)可以采用其它方法。
圖3A至3C示出了以與圖1的流程圖對應(yīng)的方式進(jìn)行的一些工藝步驟即從圖1的低k膜形成步驟S110到開口形成步驟S114的截面圖。稍后將說明其后的步驟。
如圖3A所示，在低k膜形成步驟S110中，在襯底200上方的SiC膜212上形成約200nm厚度的由低介電常數(shù)多孔介電材料構(gòu)成的低k膜220的薄膜。形成該低k膜220使得可以獲得其相對介電常數(shù)k小于3.5的層間介電(ILD)膜。例如，這里通過使用從JSR Corporation商業(yè)可得的低k介電(LKD)材料形成低k膜220，所述材料包括其相對介電常數(shù)小于2.5的聚甲基硅氧烷。除聚甲基硅氧烷外，低k膜220的材料的其它實(shí)例包括但不限于具有硅氧烷骨架的膜，例如聚硅氧烷、氫硅倍半氧烷(hydrogen silsesquioxane)和甲基硅倍半氧烷(methyl silsesquioxane)的膜，以及將有機(jī)樹脂作為其主要成分的膜，例如聚亞芳醚、聚苯并唑或聚苯并環(huán)丁烯的膜，以及多孔膜，例如多孔二氧化硅膜。采用這些LKD材料中的任何一種使得低k膜220可以具有小于等于2.5的相對介電常數(shù)。形成該膜的示范性方法是采用所謂的電介質(zhì)上旋轉(zhuǎn)(SOD)涂覆的方法，該方法通過旋涂液態(tài)溶液并對其進(jìn)行熱處理而形成薄膜。例如，以這樣的方式可實(shí)現(xiàn)膜制造，在包含氮?dú)獾臍夥障略跓岚迳虾姹壕哂型ㄟ^旋轉(zhuǎn)器在其上形成有膜的晶片，以及最后在高于烘焙溫度的溫度下在熱板上對晶片進(jìn)行固化。通過適當(dāng)選擇低k材料和適當(dāng)調(diào)整膜形成工藝條件，可以獲得具有預(yù)定物理值的目標(biāo)多孔介電膜。
如圖3B所示，在帽膜形成步驟S112中，在低k膜220上化學(xué)氣相沉積例如約50nm厚度的由SiOC構(gòu)成的絕緣帽膜222。形成該SiOC膜222使得可以保護(hù)固有地難以直接進(jìn)行光刻的低k膜220，這允許在低k膜220中形成圖形。除了SiOC外，絕緣帽膜材料的實(shí)例還包括其介電常數(shù)大于等于2.5的介電材料，例如四乙氧基硅烷(TEOS)、SiC、碳?xì)浠?SiCH)、碳氮化硅(SiCN)、SiOCH以及硅烷(SiH4)。盡管這里通過CVD進(jìn)行膜形成，必要時(shí)可以采用其它方法。
在圖3C中，在開口形成步驟S114中，在SiOC膜222、低k膜220和其下面的SiC膜212中利用光刻和干法蝕刻技術(shù)限定多于一個(gè)的開口150，開口150是用于制造鑲嵌布線的布線槽結(jié)構(gòu)。對于具有通過抗蝕劑沉積和光刻工藝?yán)缙毓庠赟iOC膜222上形成的抗蝕劑膜(未示出)的襯底200，通過各向異性蝕刻技術(shù)選擇性地去除曝光的SiOC膜222和其下面的低k膜220，其中底層SiC膜212作為它們的蝕刻停止層。隨后，蝕刻SiC膜212以限定開口150。采用各向異性蝕刻使得可以限定開口150，以使開口具有相對于襯底200的表面幾乎垂直的內(nèi)壁。這種用于形成開口150的各向異性蝕刻的實(shí)例是反應(yīng)離子蝕刻(RIE)技術(shù)。
圖4A至4C示出了以與圖1的流程圖對應(yīng)的方式進(jìn)行的一些主要工藝步驟-即從圖1的阻擋金屬膜形成步驟S116到金屬鍍敷步驟S120-的截面圖。
如圖4A所示，在阻擋金屬膜形成步驟S116中，在開口150中以及還在SiOC膜222的表面上形成由選定的導(dǎo)電材料構(gòu)成的阻擋金屬膜240。在利用屬于一種物理氣相沉積(PVD)方法的濺射技術(shù)的濺射裝置中，沉積約5nm厚度的鉭(Ta)薄膜，從而形成阻擋金屬膜240。不僅可通過PVD而且可通過CVD方法，例如原子層沉積(ALD)或原子層化學(xué)氣相沉積(ALCVD)，實(shí)現(xiàn)該阻擋金屬膜的沉積。在后一種情況下，與在PVD方法的情況相比，可以提高覆蓋率。另外，阻擋金屬膜240的材料不只限于Ta。可選地，該膜可以由氮化鉭(TaN)、鈦(Ti)、鎢(W)、氮化鈦(TiN)或氮化鎢(WN)構(gòu)成，或者可以是由兩種以上這些材料的組合例如Ta和TaN等構(gòu)成的多層膜。
如圖4B所示，在籽晶膜形成步驟S118中，通過PVD例如濺射等在其上形成有阻擋金屬膜240的開口150的內(nèi)壁上以及還在襯底200的頂面上沉積Cu薄膜。該薄膜將成為用于下一步進(jìn)行的電解鍍敷工藝的陰極電極。這里，形成例如50nm厚度的籽晶膜250。
在圖4C中，在鍍敷步驟S120中，利用電化學(xué)生長方法例如電解鍍敷等在開口150中以及在襯底200的頂面上沉積選定的導(dǎo)電材料例如Cu的薄膜260，其中籽晶膜250作為陰極電極。這里，沉積約800nm厚度的Cu膜260。隨后，在例如250℃的溫度下進(jìn)行30分鐘的退火。
盡管在圖3A-3C和4A-4C以及隨后示出的其它圖中僅僅示出了一個(gè)用作布線槽的開口150，為了評價(jià)的目的，在實(shí)施例1中形成了用于60nm寬的窄布線和75μm寬的寬布線的多個(gè)布線槽。將如此形成的窄布線的覆蓋率設(shè)定為小于等于50％。換言之，形成了其覆蓋率小于等于50％的孤立或島狀布線。將寬布線的覆蓋率設(shè)定為小于等于95％，導(dǎo)致形成覆蓋率最高達(dá)95％的島狀布線。為了比較的目的，制備了各具有通過上述工藝步驟沉積的Cu膜260的多個(gè)晶片。
圖5A和5B示出了以與圖1的流程圖對應(yīng)的方式進(jìn)行的一些工藝-即從圖1的背面拋光步驟S122到表面拋光步驟S124-的截面圖。
如圖5A所示，在背面拋光步驟S122中，通過CMP技術(shù)拋光在襯底200的背面上的SiN膜202。
圖6示出了CMP裝置的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)的透視圖。為了說明該裝置的工作，圖7示出了圖6的CMP裝置的結(jié)構(gòu)的平面圖。
在圖6中，CMP裝置屬于旋轉(zhuǎn)型，這是拋光裝置的一個(gè)實(shí)例。示出的CMP工具包括其頂面上具有研磨墊525薄片的轉(zhuǎn)臺(tái)520和設(shè)置在其上的頂部環(huán)行物510。該頂部環(huán)行物支撐襯底300，同時(shí)使襯底將被拋光的表面(拋光面)面向下。在將來自水供給管嘴530的純水供給到研磨墊525上以在其上流動(dòng)后，從供給管嘴530供給拋光液540。在利用拋光液540完成晶片表面拋光后，為了替換或置換拋光液，從管嘴530供給純水，以使研磨墊525上的殘余拋光液成分流出。如圖7所示，驅(qū)動(dòng)頂部環(huán)行物510使其旋轉(zhuǎn)，從而使襯底300旋轉(zhuǎn)，同時(shí)還使轉(zhuǎn)臺(tái)520相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)。在鄰近襯底300正面的特定位置(圖7中示出的“540”)處，沿轉(zhuǎn)臺(tái)520的旋轉(zhuǎn)方向?qū)伖庖?40向下落到研磨墊525上，從而供給的拋光液540均勻地涂覆襯底表面。
圖8是圖6中示出的CM裝置的轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的截面圖。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)其上粘附有研磨墊525的轉(zhuǎn)臺(tái)520使其以100min-1(rpm)旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過施加有約1.96×104Pa(200gf/cm2)的拋光壓力P的支撐襯底的頂部環(huán)行物510，使襯底300與研磨墊525形成接觸。將頂部環(huán)行物510的旋轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定為105min-1(rpm)。以每分鐘0.2公升(200cc/min)的流速從管嘴530供給拋光液540。這里使用的研磨墊525是RodelIC1000。
盡管通過僅利用純水流動(dòng)進(jìn)行拋光可以實(shí)現(xiàn)背面拋光，優(yōu)選除了純水外還利用包含精細(xì)研磨顆粒-具體地說樹脂顆粒-的拋光液?？蛇x地，表面活化劑或“表面活性劑”可以與純水一起使用。更優(yōu)選地，利用包含研磨顆粒和表面活性劑的背面拋光液。
樹脂顆粒的示范性材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯、聚乙烯、聚乙二醇、聚乙酸乙烯酯、聚丁二烯、聚異丁烯、聚丙稀以及聚甲醛。樹脂顆粒的其它可用的實(shí)例是酚樹脂、尿素樹脂、蜜胺樹脂、聚縮醛樹脂以及聚碳酸酯樹脂。
當(dāng)采用樹脂顆粒時(shí)，SiN的襯墊(mat)膜拋光速率小于等于5nm/min，可設(shè)定為基本上為零。從通過進(jìn)行十次以上金屬膜CMP處理通常形成多層布線圖形的事實(shí)的觀點(diǎn)來看，降低拋光速率，以使得可以在每次拋光時(shí)通過最初形成的SiN膜202，防止金屬膜的向外擴(kuò)散。因此可以通過以這樣的方式利用樹脂顆粒進(jìn)行拋光，以在拋光結(jié)束時(shí)保留擴(kuò)散防止膜。由于拋光速率降低，可通過拋光時(shí)間周期而不是通過拋光終點(diǎn)的探測，加工可以得到控制。例如，將拋光時(shí)間設(shè)定為大于等于60秒。采用樹脂顆粒的方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，樹脂顆粒作為研磨微顆粒，使得能夠成功地去除從SiN膜202的基準(zhǔn)面突出的不規(guī)則凸起或隆起狀部分-也就是具有將應(yīng)力集中到模具毛邊(mold flash)等的危險(xiǎn)的隆起。還可以通過樹脂顆粒的官能團(tuán)消除金屬污染物并允許薄膜具有增加的親水性，從而避免殘余物或“渣子”拋光顆粒的再次附著。
這里注意，用作研磨微顆粒的拋光顆粒不限于樹脂顆粒，可選地可以是無機(jī)顆粒，例如膠體二氧化硅或其等價(jià)物。膠體二氧化硅是無機(jī)顆粒材料；然而，不像氧化鋁或火成(fumed)二氧化硅，膠體二氧化硅的凸起去除能力較高，但將被拋光的表面的基準(zhǔn)面的拋光速率較低，同時(shí)具有抑制拋光期間發(fā)生刮痕缺陷和形成粉末的能力。由于這些優(yōu)點(diǎn)，膠體二氧化硅非常適用于本發(fā)明的實(shí)際實(shí)施。
這里采用的表面活化劑或表面活性劑的實(shí)例如下可將十二烷基苯磺酸鉀、十二烷基苯磺酸銨、聚碳酸銨(例如，從KAO Kabushiki Kaisha商業(yè)可得的TK-75)以及聚丙烯酸鹽用作負(fù)離子或“陰離子”；可將十六烷基三甲基氯化銨或聚合物型的陽離子(例如，從KAO可得的KD-84)用作正離子或“陽離子”；可將基于炔屬二醇的非離子(HLB18)、氟化非離子、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇等用作非離子。優(yōu)選采用表面活性劑，因?yàn)樗梢源龠M(jìn)顆粒的溶解，同時(shí)吸收到背面材料(這里，SiN膜202)并接著用作防止“渣子”拋光顆粒再次附著的保護(hù)膜。
圖9是晶片清洗裝置的實(shí)例的透視圖。圖10示出了清洗器的截面圖。
在背面拋光結(jié)束后，對產(chǎn)生的襯底接著進(jìn)行作為后CMP清洗處理的一部分的清洗工藝。在該步驟中，圖10所示的晶片支撐工具710被用于在其上支撐襯底300，同時(shí)使襯底的拋光面向上。接著，通過旋轉(zhuǎn)軸(未示出)的旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)襯底300旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，圖9和10示出的供給口730向上襯底表面供給清洗液740，而圖10示出的供給口732向下表面供給清洗液742。如圖9和10所示，襯底300在其頂面和背面通過一對自旋轉(zhuǎn)的刷子輥750和752被緊緊地夾持，從而被刷洗。
圖11是另一個(gè)示范性清洗器工具的透視圖。如在此所示，在圖9-10所示的刷洗(也稱為輥刷清洗)后接著進(jìn)行沖洗工藝步驟，通過設(shè)置在轉(zhuǎn)臺(tái)820的圓邊上的一組四個(gè)支撐構(gòu)件810，安放和支撐襯底300。在通過旋轉(zhuǎn)軸860的旋轉(zhuǎn)使轉(zhuǎn)臺(tái)820旋轉(zhuǎn)從而使襯底300旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，從供給口830將純水840的水流供給到襯底從而進(jìn)行沖洗。盡管僅僅對上表面進(jìn)行沖洗，襯底的兩個(gè)表面都可以被沖洗。
返回圖5B，在表面拋光工藝步驟中，為了平面化，通過CMP拋光襯底200的頂面，從而去除成為用作電導(dǎo)體的布線層的Cu膜260、籽晶膜250以及阻擋金屬膜240的表面部分，這些部分沉積在除了開口150外的SiOC膜222的表面部分上，從而形成掩埋Cu布線結(jié)構(gòu)，如圖5B所示。
并且，在頂面拋光工藝中，除了采用的研磨液不同外，拋光條件與背面拋光工藝基本上相同。頂面拋光采用的研磨液是與1.5重量百分比(wt％)的過硫酸銨、0.5wt％的喹哪啶酸、0.2wt％的甘氨酸、0.5wt％的膠體二氧化硅、0.04wt％的十二烷基苯磺酸鉀以及0.05wt％的聚乙烯基吡咯烷酮混合的純水，然后通過氫氧化鉀(KOH)將所述水調(diào)整為PH9。如此進(jìn)行拋光，在CMP時(shí)間周期內(nèi)進(jìn)行+50％的過拋光，其中Cu膜260(包括籽晶膜250)以及阻擋金屬膜240被去除，導(dǎo)致SiOC帽膜222被暴露。然后，以與上述背面拋光工藝類似的方式進(jìn)行刷洗清洗，隨后進(jìn)行沖洗。各裝置與背面拋光工藝的相同，所以這里省略了對它們的說明。
這里，為了確定在Cu膜拋光期間是否發(fā)生了膜剝離和刮痕，采用在上述鍍覆步驟S120中各具有在其上沉積的Cu膜260的多個(gè)晶片，隨后在不同的樣品處理?xiàng)l件下對其進(jìn)行處理。
1)制備晶片樣品No.1(#1)，其中對襯底200的頂面上方的Cu膜260進(jìn)行表面拋光，而不對襯底200進(jìn)行背面拋光和背面清洗。
2)樣品#2為，在利用圖9-10示出的清洗器裝置中的純水水流對襯底200的背面進(jìn)行60秒的輥刷清洗后，表面拋光襯底200的頂面上方的Cu膜260。
3)樣品#3是以以下方式處理得到的。通過將包含1wt％的樹脂顆粒(基本材料是具有表面官能團(tuán)COOH、SO3H的PMMA)的研磨液(無表面活性劑)用作拋光襯底200的背面的研磨液，在圖9-10示出的清洗器中進(jìn)行60秒的輥刷清洗后，采用純水進(jìn)行60秒的輥刷清洗，隨后對在襯底200的頂面上方的Cu膜260進(jìn)行表面拋光。
4)樣品#4是以這種方式獲得的，通過將包含1wt％的樹脂顆粒(基本材料是具有表面官能團(tuán)COOH、SO3H的PMMA)和0.1wt％的表面活性劑(聚丙烯酸鉀)的研磨液用作背面拋光襯底200的研磨液，在圖9-10的清洗器中進(jìn)行60秒的輥刷清洗后，采用純水進(jìn)行60秒的輥刷清洗，隨后對在襯底200的頂面上方的Cu膜260進(jìn)行表面拋光。
5)樣品#5以以下方式制備。在采用純水完成60秒的背面拋光后，進(jìn)行純水輥刷清洗(60秒)和沖洗，隨后對在襯底200的頂面上方的Cu膜260進(jìn)行表面拋光。
6)樣品#6為，通過將包含0.05wt％的表面活性劑(十六烷基三甲基氯化銨)的研磨液(無研磨顆粒)用作拋光襯底200的背面的研磨液進(jìn)行60秒的背面拋光后，采用純水進(jìn)行30秒的背面拋光，隨后進(jìn)行純水輥刷清洗(60秒)和沖洗，然后對在襯底200的頂面上方的Cu膜260進(jìn)行表面拋光。
7)樣品#7通過這樣的工藝制備，該工藝包括以下步驟通過將包含0.5wt％的膠體二氧化硅的研磨液(無表面活性劑)用作拋光襯底200的背面的研磨液進(jìn)行60秒的背面拋光，采用純水進(jìn)行30秒的背面拋光，進(jìn)行純水輥刷清洗(60秒)和沖洗，然后對在襯底200的頂面上方的Cu膜260進(jìn)行表面拋光。
8)樣品#8通過這樣的工藝制備，該工藝包括以下步驟將其中包含1wt％的樹脂顆粒(基本材料是具有表面官能團(tuán)COOH、SO3H的PMMA)的研磨液(無表面活性劑)用作拋光襯底200的背面的研磨液進(jìn)行背面拋光(60秒)，采用純水進(jìn)行背面拋光(30秒)，進(jìn)行純水輥刷清洗(60秒)和沖洗，然后對在襯底200的頂面上方的Cu膜260進(jìn)行表面拋光。
9)樣品#9通過這樣的工藝制備，該工藝包括以下步驟將其中包含1wt％的樹脂顆粒(基本材料是具有表面官能團(tuán)NH2的聚苯乙烯)的研磨液(無表面活性劑)用作拋光襯底200的背面的研磨液進(jìn)行背面拋光(60秒)，采用純水進(jìn)行背面拋光(30秒)，進(jìn)行純水輥刷清洗(60秒)和沖洗，然后對在襯底200的頂面上方的Cu膜260進(jìn)行表面拋光。
10)樣品#10通過這樣的工藝制備，該工藝包括以下步驟將其中包含1wt％的膠體二氧化硅和0.1wt％的表面活性劑(十二烷基苯磺酸鉀)的研磨液用作拋光襯底200的背面的研磨液進(jìn)行背面拋光(60秒)，采用純水進(jìn)行背面拋光(30秒)，進(jìn)行純水輥刷清洗(60秒)和沖洗，然后對在襯底200的頂面上方的Cu膜260進(jìn)行表面拋光。
11)樣品#11通過下面的工藝制備。將包含1wt％的樹脂顆粒(基本材料是具有表面官能團(tuán)NH2的聚苯乙烯)和0.1wt％的表面活性劑(聚乙烯基吡咯烷酮)的研磨液用作拋光襯底200的背面的研磨液進(jìn)行60秒的背面拋光。然后，采用純水進(jìn)行30秒的背面拋光。接著，進(jìn)行純水輥刷清洗(60秒)和沖洗。隨后，對在襯底200的頂面上方的Cu膜260進(jìn)行表面拋光。
圖12以表格形式示出了樣品的測試結(jié)果，其表明有或無膜剝離和刮痕缺陷產(chǎn)生。
通過目測確定有或無膜剝離并累加在拋光的Cu膜260和SiOC膜222上發(fā)現(xiàn)的刮痕缺陷的數(shù)量，進(jìn)行評價(jià)。關(guān)于膜剝離，在二十五個(gè)襯底200中即使只有一個(gè)具有膜剝離的情況下給出“不好”(×)的評價(jià)。關(guān)于刮痕，采用缺陷檢查器(由KLA-Tencor Corporation制造)檢查Cu膜260和SiOC膜222的頂面，如果測試的襯底200每1cm2的單位面積具有總共大于10個(gè)刮痕缺陷，則給出“NG”(×)的結(jié)論。如果測試的襯底具有數(shù)量從5至10范圍內(nèi)的缺陷部分，那么將其評價(jià)為“可接受”(△)。如果測試的襯底具有從1至5范圍內(nèi)的較少數(shù)量的缺陷，那么給出“良好”(○)的評價(jià)。如果測試的襯底沒有刮痕缺陷，那么給出“優(yōu)良”(◎)的評價(jià)。
如圖12所示，樣品#5至#11的膜剝離和刮痕均呈現(xiàn)改善。比較樣品#2-#4與樣品#5，可以發(fā)現(xiàn)拋光比輥刷清洗更有效。另外，比較樣品#5與樣品#8-#11，發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)行背面拋光時(shí)采用包含樹脂顆粒的研磨液比其它研磨液更有效的事實(shí)。比較樣品#6與樣品#8-#9，發(fā)現(xiàn)采用包含樹脂顆粒的研磨液比采用表面活化劑或表面活性劑更有效。比較樣品#7與樣品#8-#9，發(fā)現(xiàn)采用具有官能團(tuán)的樹脂顆粒比采用無官能團(tuán)的膠體二氧化硅無機(jī)顆粒更有效。比較樣品#9與樣品#11，可以發(fā)現(xiàn)采用除了包含樹脂顆粒外還包含表面活性劑的特定研磨液更有效。
在輸運(yùn)期間，半導(dǎo)體襯底可以在它們的背面與由陶瓷或Teflon(注冊商標(biāo))構(gòu)成的懸架和平臺(tái)(stage)形成接觸。這將導(dǎo)致由污染物顆粒例如金屬或硅廢物的傷痕和/或附著引起的不希望的模具毛邊的產(chǎn)生?？梢园l(fā)現(xiàn)，用于背面清洗的化學(xué)液體處理和輥刷洗不具有去除這些模具毛邊和顆粒的能力。
通過在襯底頂面拋光處理前以上述方式進(jìn)行襯底背面拋光，在由于其多孔性導(dǎo)致的機(jī)械強(qiáng)度固有地很低的低k介電材料上或上方形成Cu布線圖形時(shí)，可以防止否則將在襯底表面拋光期間產(chǎn)生的膜剝離和刮痕缺陷。
應(yīng)注意，通過僅僅改變目前可得的裝置的晶片傳輸(convyance)/傳送(transfer)軟件程序，可以獲得用于進(jìn)行背面CMP和頂面CMP的裝置，從而能夠在同一硬件系統(tǒng)中的同一拋光臺(tái)上進(jìn)行希望進(jìn)行的工藝。另外，由于在背面拋光期間在半導(dǎo)體襯底的整個(gè)頂面上形成金屬膜的事實(shí)，最后形成的鑲嵌布線與CMP裝置的頂部環(huán)形物不直接接觸，所以可以避免對最后在背面拋光工藝中形成的鑲嵌布線的破壞。必須注意，應(yīng)該仔細(xì)設(shè)計(jì)背面拋光液，以便在金屬膜的CMP期間其不具有影響力。在頂面拋光完成后拋光背面的情況下，為了避免產(chǎn)生由于最后形成的鑲嵌布線與CMP裝置的頂部環(huán)形物直接接觸而引起的損傷例如傷痕，必須沉積例如抗蝕劑或聚酰亞胺膜作為表面保護(hù)膜，然后拋光背面，并進(jìn)一步去除該保護(hù)膜，這導(dǎo)致增加了兩個(gè)額外工藝步驟，也就是保護(hù)膜沉積和去除步驟，導(dǎo)致制造成本增加以及生產(chǎn)量降低。在該實(shí)施例中，這些風(fēng)險(xiǎn)也可以避免。
接著，進(jìn)行分析以確定曝光裝置中的卡盤誤差的改善并評價(jià)具有70nm寬度和1m長度的布線。并且在這種情況下，為了在與上述樣品1至11相同的條件下進(jìn)行這些評價(jià)，采用各具有在鍍覆步驟S120中沉積的Cu膜260的多個(gè)晶片。
隨后，對于與樣品#1-#11一樣經(jīng)過處理的各晶片中的每一個(gè)，在Cu布線層上沉積SiCN膜。然后將各晶片輸運(yùn)到作為曝光裝置的步進(jìn)器工具的平臺(tái)上，以構(gòu)圖具有70nm直徑的過孔。為了比較，測量此時(shí)平臺(tái)的卡盤誤差頻率。這里采用的步進(jìn)器是NSR-S206D(由Nikon Corporation制造)。接著，形成具有雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的第二層Cu布線，隨后評價(jià)布線的成品率。關(guān)于卡盤誤差，當(dāng)在處理過的五十個(gè)分立的襯底200中即使只有一個(gè)襯底發(fā)生卡盤誤差時(shí)，給出“NG”(×)的評價(jià)。關(guān)于布線成品率，具有大于98％的開路-短路(open-short)成品率的襯底被評價(jià)為可用(○)。
圖13是示出了卡盤誤差頻率和布線成品率的評價(jià)結(jié)果的表。如圖13所示，樣品#1-#4為，在五十個(gè)晶片中的六至八個(gè)晶片經(jīng)歷卡盤誤差，所以它們被評價(jià)為NG。對樣品#5-#11，五十個(gè)晶片均良好。
關(guān)于布線成品率，由于樣品#1-#4為70％至85％，它們被評價(jià)為NG(×)。相反地，對其進(jìn)行了背面拋光的樣品#5-#11的開路-短路成品率大于等于98％，所以它們被評價(jià)為良好(○)。更具體地說，對于膜剝離和刮痕有效果的樣品5-11也顯示為提供顯著的抗卡盤誤差和布線成品率的效果。
通過在其頂面拋光前以上述方式進(jìn)行襯底背面拋光，可以抑制曝光裝置中的卡盤誤差。
實(shí)施例2盡管在實(shí)施例1中說明了半導(dǎo)體器件制造方法，重點(diǎn)說明了形成例如由Cu構(gòu)成的電導(dǎo)體布線的工藝，但襯底拋光工藝不僅限于此。在實(shí)施例2中，下面將討論半導(dǎo)體器件制造方法，但說明重點(diǎn)在于形成用于在片上電路元件(器件部分)和與之相關(guān)聯(lián)的布線之間的電互連的導(dǎo)電塞栓的工藝步驟上。
圖14是示出了在實(shí)施例2中制造半導(dǎo)體器件的主要步驟的流程圖。如在此所示，該實(shí)施例進(jìn)行以下一系列工藝，包括SiO2膜形成步驟S1402，形成SiO2膜的薄膜；背面拋光步驟S1404，拋光襯底的背面；頂面拋光步驟S1406，拋光SiO2膜的薄膜；開口形成步驟S1408，限定開口；阻擋金屬膜形成步驟S1410；W膜形成步驟S1412，形成W膜的薄膜；背面拋光步驟S1414，拋光襯底背面；以及頂面拋光步驟S1416，拋光阻擋金屬膜和W膜。
圖15A至15C示出了以與圖14的流程圖對應(yīng)的方式進(jìn)行的一些主要工藝-更具體地說，從圖14中的SiO2膜形成步驟S1402到表面拋光步驟S1406-的截面圖。稍后說明其后的步驟。
如圖15A所示，在SiO2膜形成步驟中，通過CVD技術(shù)在其上形成有器件部分的襯底200的頂面上沉積約500nm厚的SiO2薄膜，從而形成稍后用作塞栓層的介電膜的SiO2膜210。盡管這里通過CVD形成該膜，可以采用其它技術(shù)。在沉積SiO2薄膜210的情況下，優(yōu)選沉積前襯底200的頂面平坦。然而，如果由于例如柵形成等導(dǎo)致襯底表面“起伏”，那么沉積的SiO2膜210在其表面上也起伏。因此在這種情況下，為了使SiO2膜210的表面平面化，還希望進(jìn)行表面拋光。在這種情況下，還可發(fā)生膜剝離和刮痕問題。通過以與實(shí)施例1類似的方式拋光襯底200的背面，可以避免這些問題。
然后，如圖15B所示，在背面拋光步驟S1404中，CMP拋光襯底200的背面。盡管在實(shí)施例1中在襯底200的背面上形成作為擴(kuò)散防止膜的SiN膜202，以防止在Cu布線形成期間Cu擴(kuò)散，當(dāng)考慮直到塞栓形成的工序時(shí)，可以不形成作為擴(kuò)散防止膜的該SiN膜202，從而可以直接拋光襯底200例如硅晶片的背面。顯然，與在實(shí)施例1中一樣，在襯底200的背面上可以形成SiN擴(kuò)散防止膜202等(第二薄膜)。在形成SiN擴(kuò)散防止膜202的情況下，以與實(shí)施例1類似的方式表面拋光該膜。這里應(yīng)注意，裝置結(jié)構(gòu)和拋光條件可以與實(shí)施例1的相同，所以省略了對它們的說明。從去除在拋光面上產(chǎn)生的凸起的能力很高，而在基準(zhǔn)面處拋光速率很低以及刮痕/拋光粉末的數(shù)量較少的事實(shí)的觀點(diǎn)，優(yōu)選將還用于塞栓形成的研磨液設(shè)計(jì)為包含與實(shí)施例1的類似的樹脂顆?；驘o機(jī)顆粒例如膠體二氧化硅。降低基準(zhǔn)面的拋光速率使得可以防止襯底200的過拋光。另外，它促進(jìn)了顆粒的溶解，并表現(xiàn)為吸附到襯底200的背面上，成為用于防止殘余拋光顆粒再次附著的保護(hù)膜，所以還優(yōu)選在塞栓形成時(shí)研磨液包含與實(shí)施例1中類似的表面活化劑或“表面活性劑”。在背面拋光完成后，以與實(shí)施例1類似的方式進(jìn)行基于純水的輥刷清洗和沖洗。
在圖15C中，在頂面拋光步驟S1406中，拋光在襯底200的頂面上如此形成的SiO2薄膜210。這里采用的拋光工具與實(shí)施例1的類似，所以省略了對它的說明?？梢赃m當(dāng)調(diào)整拋光條件，以使其與拋光氧化膜的條件類似。通過使SiO2膜210平面化，可以防止在稍后將要說明的后來的步驟中沉積的阻擋金屬和/或W殘留在與希望的位置不同的那些位置處的凹入部分中，阻擋金屬或W需要留在該希望的位置處作為塞栓。
通過在拋光SiO2膜210之前進(jìn)行背面拋光，可以防止否則在拋光SiO2膜210的情況下發(fā)生的膜剝離和刮痕缺陷。還可以抑制在曝光裝置中的卡盤誤差。
圖16A至16C示出了以與圖14的流程圖對應(yīng)的方式進(jìn)行的工藝步驟-即從圖14的開口形成步驟S1408至W膜形成步驟S1412-的截面圖。稍后將說明其后的步驟。
如圖16A所示，在開口形成步驟S1408中，在SiO2膜210中限定開口152，以使開口具有用于在光刻和干法蝕刻工藝中制造塞栓的塞栓窗口(孔)結(jié)構(gòu)。形成開口152的一種示范性方法如下。在通過包括抗蝕劑沉積工藝和曝光工藝(未示出)的光刻工藝在襯底200上方的SiO2膜210上形成抗蝕劑膜后，通過各向異性蝕刻技術(shù)選擇性地去除由此曝光的SiO2膜，從而限定開口152。采用這種各向異性蝕刻使得可以在襯底200的頂面中幾乎垂直地限定開口152。各向異性蝕刻的實(shí)例是RIE。
如圖16B所示，在阻擋金屬膜形成步驟S1410中，在SiO2膜210的表面上形成氮化鈦(TiN)薄膜214作為導(dǎo)電阻擋金屬膜，從而TiN膜214覆蓋在上述開口形成步驟中限定的開口152。采用屬于一種物理氣相沉積(PVD)方法的濺射技術(shù)，在濺射裝置中形成TiN薄膜214。阻擋金屬材料沉積不限于PVD，可選地可以是上述ALD、ALCVD或CVD。覆蓋率好于采用PVD方法的情況。
在圖16C中，在W膜形成步驟S1412中，在襯底200的表面上通過CVD沉積并形成作為導(dǎo)電材料的一個(gè)實(shí)例的鎢(W)的薄膜216，從而W薄膜覆蓋覆有TiN膜214的開口152的內(nèi)壁。
然后，拋光襯底200的表面，導(dǎo)致沉積在除開口152外的SiO2膜210的表面上的那部分W膜216和TiN膜214被去除。在這種情況下，還可以發(fā)生關(guān)于膜剝離和刮痕缺陷的問題。通過以與實(shí)施例1類似的方式拋光襯底200的背面，可以避免該問題。
圖17A至17C示出了以與圖14的流程圖對應(yīng)的方式進(jìn)行的工藝步驟的截面圖。圖17A-17C表示圖14的背面拋光步驟S1414、表面拋光步驟S1416以及隨后形成的Cu布線結(jié)構(gòu)。
在圖17A中，在背面拋光步驟S1414中，CMP拋光襯底200的背面。盡管在實(shí)施例1中為了防止在Cu布線形成期間Cu的擴(kuò)散而在襯底200的背面上形成作為擴(kuò)散防止膜的SiN膜202，當(dāng)考慮直到塞栓形成的工序時(shí)，可以不形成作為擴(kuò)散防止膜的該SiN膜202，從而可以直接拋光襯底200例如硅晶片的背面。顯然，與在實(shí)施例1中一樣，在襯底200的背面上可以形成SiN擴(kuò)散防止膜202等(第二薄膜)。在形成SiN擴(kuò)散防止膜202的情況下，以與實(shí)施例1類似的方式表面拋光該膜。這里應(yīng)注意，裝置結(jié)構(gòu)和拋光條件可以與實(shí)施例1的相同，所以省略了對它們的說明。從去除在拋光面上產(chǎn)生的凸起的能力很高，而在基準(zhǔn)面處拋光速率很低以及刮痕/拋光粉末的數(shù)量較少的事實(shí)的觀點(diǎn)，優(yōu)選將還用于塞栓形成的研磨液設(shè)計(jì)為包含與實(shí)施例1的類似的樹脂顆?；驘o機(jī)顆粒例如膠體二氧化硅。降低基準(zhǔn)面的拋光速率使得可以防止襯底200的過拋光。另外，從它促進(jìn)了顆粒的溶解并表現(xiàn)為吸附到襯底200的背面上以成為用于防止殘余拋光顆粒再次附著的保護(hù)膜的事實(shí)來看，還優(yōu)選在塞栓形成時(shí)研磨液包含與實(shí)施例1中類似的表面活性劑。在背面拋光完成后，以與實(shí)施例1類似的方式進(jìn)行基于純水的輥刷清洗和沖洗。
在圖17B中，在頂面拋光步驟S1416中，拋光襯底200的頂面以去除沉積在除開口152外的SiO2膜210的表面上的那部分W膜216和TiN膜214，從而形成塞栓，圖17B示出了其中一個(gè)塞栓。這里采用的拋光工具與實(shí)施例1的類似，所以省略了對它的說明。可以適當(dāng)調(diào)整拋光條件以使它們與拋光W膜216和TiN膜214的工藝條件類似。
隨后，形成電互連布線，如圖17C所示。
在塞栓形成工藝中，通過在頂面拋光處理之前以上述方式進(jìn)行襯底背面拋光，還可以防止膜剝離和刮痕缺陷。還可以避免或最小化曝光裝置中的卡盤誤差。
實(shí)施例3在實(shí)施例1中，說明了半導(dǎo)體器件制造方法，重點(diǎn)說明了形成例如由銅(Cu)構(gòu)成的電導(dǎo)體布線的工藝。在實(shí)施例2中，討論了半導(dǎo)體器件制造方法，但重點(diǎn)在于形成用于在器件部分與布線之間的互連的導(dǎo)電塞栓的工藝步驟。然而，襯底拋光工藝不僅僅限于這些實(shí)例。在實(shí)施例3中，將說明半導(dǎo)體器件制造方法，而重點(diǎn)在于在制造器件部分之前需要進(jìn)行的元件隔離的工藝，例如形成窄溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)的步驟。
圖18是示出了實(shí)施例3的半導(dǎo)體器件制造方法的主要步驟的流程圖。如在此所示，該實(shí)施例方法被設(shè)置為進(jìn)行以下一系列工藝，包括SiO2膜形成步驟S1802，形成SiO2薄膜；Si3N4膜形成步驟S1804，形成氮化硅(Si3N4)膜的薄膜；溝槽蝕刻步驟S1806，限定溝槽狀的槽；SiO2膜形成步驟S1808，形成SiO2薄膜；背面拋光步驟S1810，拋光襯底背面；以及頂面拋光步驟S1812，拋光SiO2膜。
圖19A至19D示出了以與圖18的流程圖對應(yīng)的方式進(jìn)行的一些工藝步驟-即從圖18的SiO2膜形成步驟S1802到SiO2膜形成步驟S1808-的截面圖。稍后將說明其后的步驟。
如圖19A所示，在SiO2膜形成步驟S1802中，在襯底200的頂面上通過熱氧化形成SiO2薄膜，從而形成稍后用作用于溝槽形成的掩膜的SiO2膜204。盡管這里通過熱氧化進(jìn)行膜形成，可以采用其它方法。
在圖19B中，在Si3N4膜形成步驟S1804中，在SiO2膜204的表面上通過CVD技術(shù)沉積Si3N4薄膜，從而以與SiO2膜204類似的方式形成稍后用作用于溝槽形成的掩膜的Si3N4膜206。盡管這里通過CVD形成Si3N4膜，可以采用其它方法。
在圖19C中，在溝槽蝕刻步驟S1806中，采用光刻和干法蝕刻技術(shù)在襯底200的頂面中限定溝槽狀開口154，其中SiO2膜204和Si3N4膜206作為開口154的掩膜。
在圖19D中，在SiO2膜形成步驟S1808中，在Si3N4膜206上通過CVD沉積SiO2薄膜，從而SiO2薄膜覆蓋或“掩埋”在溝槽蝕刻步驟S1806中限定的開口154。然后，形成稍后用作介電元件隔離膜的SiO2膜208。
接著，拋光襯底200的頂面，從而去除沉積在除溝槽154外的襯底200的表面上的SiO2膜208和Si3N4膜206以及SiO2膜204的選定部分。在這種情況下，還可以發(fā)生膜剝離和刮痕缺陷。通過以與上述實(shí)施例1-2類似的方式拋光襯底200的背面，可以避免該問題。
圖20A和20B示出了圖18的流程圖中的一些工藝步驟即背面拋光步驟S1810至頂面拋光步驟S1812的截面圖。
如圖20A所示，在背面拋光步驟中，通過CMP技術(shù)拋光襯底200的背面。盡管在實(shí)施例1中在襯底200的背面上形成作為擴(kuò)散防止膜的SiN膜202，以防止在Cu布線形成期間的Cu擴(kuò)散，當(dāng)考慮直到STI結(jié)構(gòu)形成的工序時(shí)，可以不形成作為擴(kuò)散防止膜的該SiN膜202，從而可以直接拋光襯底200例如硅晶片的背面。顯然，與在實(shí)施例1中一樣，在襯底200的背面上可以形成SiN擴(kuò)散防止膜202等(第二薄膜)。在形成SiN擴(kuò)散防止膜202的情況下，以與實(shí)施例1類似的方式表面拋光該膜。這里應(yīng)注意，裝置結(jié)構(gòu)和拋光條件可以與實(shí)施例1的相同，所以省略了對它們的說明。從去除在拋光面上產(chǎn)生的凸起的能力很高，而在基準(zhǔn)面處拋光速率很低以及刮痕/拋光粉末的數(shù)量較少的事實(shí)來看，還優(yōu)選將用于STI結(jié)構(gòu)形成的研磨液設(shè)計(jì)為包含與實(shí)施例1的類似的樹脂顆?；驘o機(jī)顆粒例如膠體二氧化硅。降低基準(zhǔn)面的拋光速率使得可以防止襯底200的過拋光。另外，從它促進(jìn)了顆粒的溶解并表現(xiàn)為吸附到襯底200的背面上以成為用于防止殘余拋光顆粒再次附著的保護(hù)膜的事實(shí)的觀點(diǎn)，還優(yōu)選在STI結(jié)構(gòu)形成時(shí)研磨液中包含與實(shí)施例1中的類似的表面活性劑。在背面拋光完成后，以與實(shí)施例1類似的方式進(jìn)行基于純水的輥刷清洗和沖洗。
然后，如圖20B所示，在頂面拋光步驟中，拋光襯底200的頂面，以去除沉積在除溝槽開口154外的襯底200的表面上的SiO2膜208和Si3N4膜206以及SiO2膜204的選定部分，從而形成圖20B所示的STI結(jié)構(gòu)。這里采用的拋光工具與實(shí)施例1的類似，所以省略了對它的說明?？梢赃m當(dāng)調(diào)整拋光條件以使其與拋光SiO2膜208、Si3N4膜206以及SiO2膜204的條件類似。
隨后，以已知的方式形成器件部分，隨后形成塞栓和引線。
并且在元件隔離圖形形成工藝中，通過在其頂面拋光之前以上述方式進(jìn)行襯底背面拋光，可以防止膜剝離和刮痕缺陷。還可以防止或極大地抑制曝光裝置中的卡盤誤差。
盡管上述說明具體采用被設(shè)計(jì)為拋光襯底200的背面然后進(jìn)行輥刷清洗和沖洗以及隨后拋光襯底的頂面的實(shí)例，本發(fā)明不應(yīng)該僅僅限于這些實(shí)例。在襯底背面拋光工藝中，在基于研磨液的背面拋光后采用純水進(jìn)行背面拋光，導(dǎo)致多數(shù)顆粒污染物被去除，所以還優(yōu)選通過在被該純水潤濕的狀態(tài)下使襯底200翻轉(zhuǎn)，進(jìn)行襯底頂面拋光。因?yàn)橐r底200很濕潤，沒有污染物顆?？衫喂痰毓潭ǖ揭r底表面；即使污染物被吸附到襯底表面，通過在襯底表面拋光期間純水的最初水流，容易將它們從襯底200的表面去除。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于其減少所需工藝步驟的數(shù)量的能力，因?yàn)樵诖瞬襟E中不需要將正在處理的工件從CMP裝置中取出。
根據(jù)上述各實(shí)施例，可以在薄膜拋光之前去除附著到襯底背面的顆粒。這使得可以防止否則由于殘余顆粒導(dǎo)致的在襯底上或上方的多于一個(gè)的膜處發(fā)生膜剝離和刮痕缺陷。此外，因?yàn)楦街揭r底背面的顆粒可以被去除，可以抑制在曝光裝置中的平臺(tái)上的襯底發(fā)生卡盤誤差的發(fā)生。
盡管已經(jīng)說明了多個(gè)實(shí)施例，同時(shí)這些實(shí)施例涉及實(shí)際上簡化的實(shí)例，本發(fā)明不應(yīng)該限于這些實(shí)例，還可適用于其它情況，例如在通過在圖1的流程圖所示的系列工藝步驟之后進(jìn)一步形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的Cu布線圖形，形成多層互連布線時(shí)的Cu的CMP期間。在這種情況下，在拋光襯底的頂面之前還可以進(jìn)行襯底背面拋光。盡管在上述各實(shí)施例中優(yōu)選在緊接進(jìn)行頂面拋光之前進(jìn)行背面拋光，只要背面拋光先于頂面拋光，即可獲得類似的結(jié)果。
此外，關(guān)于層間介電膜的厚度和開口尺寸/形狀及數(shù)量，可以采用適當(dāng)選定為半導(dǎo)體集成電路和各種類型的半導(dǎo)體器件所需的量。
結(jié)合本發(fā)明的構(gòu)思以及由本領(lǐng)域的技術(shù)人員可變化地設(shè)計(jì)的任何其它的半導(dǎo)體器件制造方法應(yīng)該被解釋為落入本發(fā)明的范圍。
盡管在這里的討論中為了簡便省略了對半導(dǎo)體工業(yè)中常用的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)方案例如光刻工藝和前/后清洗工藝的說明，技術(shù)人員可容易想到這些方案可以被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易想到其它優(yōu)點(diǎn)和修改。因此，本發(fā)明在其更寬的方面不限于這里示出和說明的特定細(xì)節(jié)和示范性實(shí)施例。因此，只要不脫離在所附權(quán)利要求書和其等價(jià)物中限定的總發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍，可以進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在襯底的頂面處形成薄膜；拋光所述襯底的背面；以及在拋光所述背面后，拋光形成在所述襯底的所述頂面處的所述薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過采用其中包含樹脂顆粒的拋光液對所述襯底的所述背面進(jìn)行拋光。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中采用的所述樹脂顆粒在其表面處具有官能團(tuán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過采用其中包含表面活化劑的拋光液對所述襯底的所述背面進(jìn)行拋光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過采用其中包含樹脂顆粒和表面活化劑的拋光液對所述襯底的所述背面進(jìn)行拋光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述薄膜由用作電互相布線的導(dǎo)電材料構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中為了防止所述導(dǎo)電材料的擴(kuò)散，所述襯底在其所述背面上具有擴(kuò)散防止膜，以及其中在拋光所述襯底的所述背面期間拋光所述擴(kuò)散防止膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述薄膜由用作塞栓的材料構(gòu)成，所述塞栓將所述半導(dǎo)體器件的器件部分和布線部分連接在一起。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中在所述襯底的所述背面處形成第二薄膜，以及其中在拋光所述襯底的所述背面期間拋光所述第二薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中在拋光所述襯底的所述背面期間拋光所述襯底材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述薄膜由用于元件隔離的絕緣材料構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中在所述襯底的所述背面處形成第二薄膜，以及其中在拋光所述襯底的所述背面期間拋光所述第二薄膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中在拋光所述襯底的所述背面期間拋光所述襯底材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述薄膜由這樣的材料構(gòu)成，所述材料成為用于在所述半導(dǎo)體器件中的器件部分與布線部分之間的連接的塞栓層的介電膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在所述襯底的所述頂面處形成采用多孔材料的多孔材料膜，以及其中在形成所述薄膜期間，在所述多孔材料膜上方形成所述薄膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過采用其中包含膠體二氧化硅的拋光液，對所述襯底的所述背面進(jìn)行拋光。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括以下步驟在拋光所述襯底的所述背面之后但在拋光所述薄膜之前，清洗所述襯底的所述背面。
18.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在襯底的背面上或上方形成擴(kuò)散防止膜；采用導(dǎo)電材料在所述襯底的頂面處形成導(dǎo)電材料膜，其中通過所述擴(kuò)散防止膜防止所述導(dǎo)電材料膜的擴(kuò)散；在形成所述導(dǎo)電材料膜后，通過采用其中包含樹脂顆粒和膠體二氧化硅中的任何一種的拋光液，拋光形成在所述襯底的所述背面處的所述擴(kuò)散防止膜；以及在拋光所述擴(kuò)散防止膜后，拋光形成在所述襯底的所述頂面處的所述導(dǎo)電材料膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中在拋光所述擴(kuò)散防止膜時(shí)，拋光所述擴(kuò)散防止膜，以在所述拋光完成后保留部分所述擴(kuò)散防止膜。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述拋光液還包含表面活化劑。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件制造方法，包括以下步驟在襯底的頂面處形成薄膜；拋光所述襯底的背面；以及在拋光所述背面后，拋光形成在所述襯底的所述頂面處的所述薄膜。
文檔編號(hào)H01L21/768GK1885489SQ20061009314
公開日2006年12月27日 申請日期2006年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月22日
發(fā)明者福島大, 南幅學(xué), 矢野博之 申請人:株式會(huì)社東芝