專利名稱：銅互連工藝中化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及銅互連工藝中化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，超大規(guī)模集成電路芯片的集成度已經(jīng)高達(dá)幾億乃至幾十 億個(gè)器件的規(guī)模，為了提升器件性能，克服由于金屬互連線本身電阻及寄生電容增加產(chǎn)生 的電阻電容(RC)延遲，銅互連和低介電常數(shù)材料(low-k)技術(shù)得到了廣泛的使用。在銅互連工藝下，銅互連線的形成過(guò)程主要包括在介質(zhì)層中形成開口以及在開口 中填充金屬銅。填充金屬銅的過(guò)程中，會(huì)有銅金屬溢出開口，覆蓋在介質(zhì)層的表面，所以通 常要使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)去除晶圓表面多余的銅金屬?；瘜W(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的主要部件包括拋光頭和拋光盤，所述拋光盤上粘貼有拋光 墊，先進(jìn)的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備具有多個(gè)拋光盤和拋光頭，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)晶圓進(jìn)行拋光。 在拋光過(guò)程中，拋光頭吸住待拋光的晶圓的背面并將晶圓的正面壓在拋光墊的表面上， 拋光頭和拋光盤各自轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行拋光?；瘜W(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中主要通過(guò)調(diào)節(jié)拋光頭的壓力 (down-force)來(lái)調(diào)節(jié)研磨的速率，在拋光中，化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光頭的不同區(qū)域所使 用的壓力略有不同，由中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的壓力分布分別由Z5至Zl來(lái)表示，在晶圓表面 的分布如圖1所示，對(duì)于直徑300mm的晶圓，Z5是針對(duì)半徑40mm的圓，Z4是針對(duì)半徑40mm 至半徑IOOmm的環(huán)形區(qū)域，Z3是針對(duì)半徑IOOmm至半徑130mm的環(huán)形區(qū)域，Z2是針對(duì)半徑 130mm至半徑145mm的區(qū)域，Zl是針對(duì)半徑145mm以外的環(huán)形區(qū)域。此外在化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中還要用到由多種成分構(gòu)成的拋光液(slurry)，所述拋 光液的成分包括研磨劑(Si02，Al2O3),氧化劑(H2O2),抑制劑(BTA)以及其他輔助的化學(xué)添 加物質(zhì)。通過(guò)調(diào)節(jié)輔助的化學(xué)添加物質(zhì)可以調(diào)節(jié)拋光液的選擇性，加速拋光過(guò)程，并防止對(duì) 不需要研磨的材料造成誤拋，如對(duì)金屬銅選擇性較高的銅拋光液，對(duì)鉭、氮化鉭等阻擋層材 料選擇性較高的阻擋層拋光液。另外，由于拋光液中添加的化學(xué)添加物質(zhì)的不同，會(huì)影響拋 光液的PH值，在實(shí)際生產(chǎn)工藝中也要考慮拋光液pH值對(duì)化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程的影響。銅的化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程主要包括兩個(gè)步驟，首先對(duì)覆蓋在介質(zhì)層表面的銅金屬進(jìn) 行研磨，通過(guò)終點(diǎn)(Endpoint)檢測(cè)技術(shù)研磨至露出阻擋層；然后對(duì)阻擋層進(jìn)行研磨，至露 出介質(zhì)層，為了能夠取得好的研磨效果，在研磨阻擋層的過(guò)程中往往會(huì)進(jìn)行過(guò)度拋光(over polish)，研磨去除部分介質(zhì)層。在銅的化學(xué)拋光過(guò)程中，由于終點(diǎn)檢測(cè)失敗等原因，往往會(huì) 導(dǎo)致拋光研磨后的晶圓表面仍有部分殘留的金屬銅和阻擋層，無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的工藝制 程，需要進(jìn)行返工(rework)。在專利號(hào)為6585567的美國(guó)專利中公開了一種化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，該方法 通過(guò)在返工過(guò)程中維持晶圓表面較高的PH值來(lái)防止晶圓表面的微粒(particle)凝結(jié)，從 而避免凝結(jié)的微粒在研磨過(guò)程中在晶圓表面造成劃傷或者凹坑等缺陷。但實(shí)際上，返工的 晶圓表面有一部分已經(jīng)成功拋光的區(qū)域，所述成功拋光區(qū)域表面的銅以及阻擋層已經(jīng)被研 磨去除，露出了介質(zhì)層以及介質(zhì)層開口內(nèi)的銅，返工過(guò)程中會(huì)對(duì)所述成功拋光區(qū)域中介質(zhì)層開口內(nèi)的銅造成誤拋，使得返工后的晶圓的電阻一致性(Rs Uniformity)較差?，F(xiàn)有技術(shù)還公開了一種化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，圖2至圖4給出了該方法各步 驟對(duì)應(yīng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，提供需返工的半導(dǎo)體基底100，所述半導(dǎo)體基底100上形成有介質(zhì)層 101，所述介質(zhì)層101內(nèi)有開口，開口底部和側(cè)壁覆蓋有阻擋層102，開口內(nèi)填充有金屬銅 103a，所述半導(dǎo)體基底100包括拋光殘留區(qū)域110和成功拋光區(qū)域111，拋光殘留區(qū)域110 的介質(zhì)層上有殘留的金屬銅103和阻擋層102，成功拋光區(qū)域111露出介質(zhì)層101和開口內(nèi) 的銅103a。如圖3所示，使用銅拋光液對(duì)所述半導(dǎo)體基底100進(jìn)行第一階段研磨。這一階段 主要是對(duì)所述拋光殘留區(qū)域110殘留的金屬銅103進(jìn)行研磨，通過(guò)終點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)研磨至所 述阻擋層103。如圖4所示，使用阻擋層拋光液對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第二階段研磨。這一階段 主要是對(duì)所述拋光殘留區(qū)域的阻擋層102進(jìn)行研磨，至露出所述介質(zhì)層101。為了取得較好 的研磨效果，實(shí)際研磨過(guò)程往往使用過(guò)度拋光，同時(shí)研磨掉部分介質(zhì)層101，至此，完成整個(gè) 返工過(guò)程。上述化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法是按照常規(guī)的化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程來(lái)執(zhí)行的，先對(duì)殘 留的金屬銅進(jìn)行研磨，然后對(duì)阻擋層進(jìn)行研磨。但是，如圖5所示，在所述第一階段研磨過(guò) 程中，成功拋光區(qū)域中111介質(zhì)層開口內(nèi)的銅103a受到拋光頭壓力和銅拋光液的作用，造 成誤拋和凹陷，使得返工后的半導(dǎo)體基底的電阻一致性較差，影響器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種銅互連工藝中化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，避免或減 少對(duì)成功拋光區(qū)域的誤拋，提高返工后半導(dǎo)體基底的電阻一致性，改善器件的性能。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種銅互連工藝中化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，包 括如下步驟提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上形成有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)有開口，開口底 部和側(cè)壁覆蓋有阻擋層，開口內(nèi)填充有金屬銅，所述半導(dǎo)體基底包括拋光殘留區(qū)域，所述拋 光殘留區(qū)域的介質(zhì)層上有殘留的金屬銅和阻擋層；使用對(duì)銅選擇性較低的堿性拋光液對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第一階段研磨；使用堿性的銅拋光液對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第二階段研磨，至阻擋層；使用阻擋層拋光液對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第三階段研磨，至露出介質(zhì)層?？蛇x的，所述對(duì)銅選擇性較低的堿性拋光液的pH值為12至13?？蛇x的，所述對(duì)銅選擇性較低的堿性拋光液為堿性的阻擋層拋光液?？蛇x的，所述第一階段研磨持續(xù)的時(shí)間為5至10秒?？蛇x的，所述第一階段研磨中化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光頭壓力分布為Z5為 0. 8psi 至 0. 9psi，Z4 為 0. 8psi 至 0. 9psi，Z3 為 0. 85psi M 1. 0psi，Z2 為 1. Ipsi M 1. 3psi, Zl 為 1. 9psi 至 2. lpsi?？蛇x的，所述第一階段研磨中化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光盤的轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘 至105轉(zhuǎn)/分鐘，拋光頭的轉(zhuǎn)速為95轉(zhuǎn)/分鐘至100轉(zhuǎn)/分鐘。
可選的，所述堿性的銅拋光液的pH值為7. 5至9?？蛇x的，所述第二階段研磨中化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光頭壓力分布為Z5為 0. 8psi 至 1. lpsi，Z4 為 0. 9psi 至 1. 2psi73 為 1. Opsi 至 1. 4psi，Z2 為 1. 3psi 至 1. 6psi, Zl 為 2. 2psi 至 3. 2psi?？蛇x的，所述第二階段研磨中化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光盤的轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分鐘至 55轉(zhuǎn)/分鐘，拋光頭的轉(zhuǎn)速為47轉(zhuǎn)/分鐘至50轉(zhuǎn)/分鐘。可選的，所述第三階段研磨中化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光頭壓力分布為Z5為 0. 8psi 至 0. 9psi，Z4 為 0. 8psi 至 0. 9psi，Z3 為 0. 85psi M 1. 0psi，Z2 為 1. Ipsi M 1. 3psi, Zl 為 1. 9psi 至 2. lpsi?？蛇x的，所述第三階段研磨中化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光盤的轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘 至105轉(zhuǎn)/分鐘，拋光頭的轉(zhuǎn)速為95轉(zhuǎn)/分鐘至100轉(zhuǎn)/分鐘?？蛇x的，所述第一階段研磨和第三階段研磨是在同一個(gè)拋光盤上進(jìn)行的，使用的 是拋光液為相同的堿性阻擋層拋光液?？蛇x的，在所述第三階段研磨之后，還包括使用去離子水作為拋光液對(duì)所述半導(dǎo) 體基底進(jìn)行第四階段研磨?？蛇x的，所述第四階段研磨持續(xù)的時(shí)間為5至10秒?？蛇x的，所述第四階段研磨中化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光頭壓力分布為Z5為 0. 8psi 至 0. 9psi，Z4 為 0. 8psi 至 0. 9psi，Z3 為 0. 85psi M 1. 0psi，Z2 為 1. Ipsi M 1. 3psi, Zl 為 1. 9psi 至 2. lpsi?？蛇x的，所述第四階段研磨中化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光盤的轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘 至105轉(zhuǎn)/分鐘，拋光頭的轉(zhuǎn)速為95轉(zhuǎn)/分鐘至100轉(zhuǎn)/分鐘。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述公開的技術(shù)方案有如下優(yōu)點(diǎn)上述公開的銅互連工藝中化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法中，對(duì)殘留的金屬銅進(jìn)行拋光 之前，先使用對(duì)銅選擇性較低的堿性拋光液對(duì)返工的半導(dǎo)體基底進(jìn)行研磨預(yù)處理，避免或 減少了對(duì)成功拋光區(qū)域的誤拋，提高了返工后半導(dǎo)體基底的電阻一致性，改善了器件的性 能。


圖1是化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光頭壓力在晶圓表面的分布示意圖；圖2至圖4是現(xiàn)有技術(shù)的化學(xué)機(jī)械拋光返工過(guò)程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)成功拋光區(qū)域造成誤拋的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例的化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法的流程示意圖；圖7至圖10是本發(fā)明實(shí)施例的化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種銅互連工藝中化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，先使用對(duì)銅選擇性較 低的堿性拋光液對(duì)返工的半導(dǎo)體基底進(jìn)行研磨預(yù)處理，然后再使用堿性的銅拋光液進(jìn)行研 磨，避免或減少了對(duì)成功拋光區(qū)域的誤拋，提高了返工后半導(dǎo)體基底的電阻一致性，改善了 器件的性能。
為使本發(fā)明的方法、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具 體實(shí)施方式做詳細(xì)的說(shuō)明。圖6給出了本發(fā)明的實(shí)施例的化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法的流程示意圖。如圖6所示，執(zhí)行步驟Si，提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上形成有介質(zhì)層， 所述介質(zhì)層內(nèi)有開口，開口底部和側(cè)壁覆蓋有阻擋層，開口內(nèi)填充有金屬銅，所述半導(dǎo)體 基底包括拋光殘留區(qū)域，所述拋光殘留區(qū)域的介質(zhì)層上有殘留的金屬銅和阻擋層；執(zhí)行步 驟S2，使用對(duì)銅選擇性較低的堿性拋光液對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第一階段研磨；執(zhí)行步驟 S3，使用堿性的銅拋光液對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第二階段研磨，至阻擋層；執(zhí)行步驟S4，使 用阻擋層拋光液對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第三階段研磨，至露出介質(zhì)層；執(zhí)行步驟S5，使用 去離子水作為拋光液對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第四階段研磨。圖7至圖10給出了本發(fā)明實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，下面結(jié)合圖6對(duì)本實(shí)施例進(jìn) 行詳細(xì)說(shuō)明。如圖6和圖7所示，執(zhí)行步驟Si，提供需返工的半導(dǎo)體基底200，所述半導(dǎo)體基底 200上形成有介質(zhì)層201，所述介質(zhì)層201內(nèi)有開口，開口底部和側(cè)壁覆蓋有阻擋層202，開 口內(nèi)填充有金屬銅203a，所述半導(dǎo)體基底200包括拋光殘留區(qū)域210，所述拋光殘留區(qū)域 210的介質(zhì)層上有殘留的金屬銅203和阻擋層202。另外，所述半導(dǎo)體基底200還包括成功 拋光區(qū)域211，所述成功拋光區(qū)域211露出介質(zhì)層201和開口內(nèi)的銅203a。所述半導(dǎo)體基底200的材料可以是單晶硅、多晶硅、非晶硅中的一種，所述半導(dǎo) 體基底200的材料也可以是硅鍺化合物，所述半導(dǎo)體基底200還可以是絕緣體上硅(S0I， Silicon On Insulator)結(jié)構(gòu)或硅上外延層結(jié)構(gòu)。在所述半導(dǎo)體基底200中形成有半導(dǎo)體 器件(未示出)，例如具有柵極、源極和漏極的金屬氧化物半導(dǎo)體器件。所述介質(zhì)層201的材料為低介電常數(shù)(low-k)材料，如黑鉆石(BD)、有機(jī)硅酸鹽玻 璃(OSG)中的一種。所述阻擋層202的材料為鉭(Ta)或者氮化鉭(TaN)。所述殘留的金屬銅203的厚度為100埃至500埃，厚度定義為所述殘留的金屬銅 表面與所述阻擋層表面之間的垂直距離。所述殘留的金屬銅203是常規(guī)化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程 中，由于終點(diǎn)檢測(cè)失敗等原因造成的。執(zhí)行步驟S2，將所述半導(dǎo)體基底200移至化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備中，本實(shí)施例所用的 化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備具有三個(gè)拋光盤，將所述半導(dǎo)體基底200固定在第一拋光盤上，使用對(duì) 銅選擇性較低的堿性拋光液對(duì)所述半導(dǎo)體基底200進(jìn)行第一階段研磨。所述第一階段研磨持續(xù)的時(shí)間為5秒至10秒，本實(shí)施例中優(yōu)選的研磨時(shí)間為8秒。本實(shí)施例中，所述對(duì)銅選擇性較低的堿性拋光液優(yōu)選為堿性的阻擋層拋光液，其 成分包括研磨劑(Si02，Al2O3),氧化劑(H2O2),抑制劑(BTA)以及對(duì)阻擋層材料鉭和氮化鉭 具有選擇性的化學(xué)添加物質(zhì)。所述堿性的阻擋層拋光液的PH值為12至13。在本發(fā)明的其 他實(shí)施例中，所述對(duì)銅選擇性較低的堿性拋光液還可以是堿性的介質(zhì)層拋光液、堿性的多 晶硅拋光液等堿性的對(duì)銅的選擇性較低的拋光液。所述第一階段研磨中化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光頭壓力分布為Z5為0. 8psi (磅/ 平方英寸)至 0. 9psi, Z4 為 0. 8psi 至 0. 9psi, Z3 為 0. 85psi 至 1. Opsi, Z2 為 1. Ipsi 至1. 3psi，Zl為1. 9psi至2. Ipsi。本實(shí)施例中優(yōu)選的壓力分布為:Z5為0. 8psi，Z4*0. 8psi， Z3 為 0. 9psi, Z2 為 1. 2psi, Zl 為 2. Opsi0所述第一階段研磨中化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光盤的轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘至105轉(zhuǎn) /分鐘，拋光頭的轉(zhuǎn)速為95轉(zhuǎn)/分鐘至100轉(zhuǎn)/分鐘。本實(shí)施例中優(yōu)選的拋光盤轉(zhuǎn)速為100 轉(zhuǎn)/分鐘，拋光頭的轉(zhuǎn)速為95轉(zhuǎn)/分鐘。由于所述第一階段研磨中使用的是對(duì)銅選擇性較低的堿性拋光液，本實(shí)施例中優(yōu) 選的是堿性的阻擋層拋光液，且拋光頭的壓力較小，因此第一階段研磨過(guò)程對(duì)所述殘留的 金屬銅203的厚度基本沒(méi)有影響，其主要作用是對(duì)所述半導(dǎo)體基底200表面殘留的金屬銅 203進(jìn)行預(yù)處理。因?yàn)樵趬A性環(huán)境中，銅容易受到拋光液中的氧化劑的作用，被氧化成為 氧化銅或者氧化亞銅，而氧化銅或氧化亞銅在后續(xù)的化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中更容易被研磨去 除，本實(shí)施例使用PH值為12至13的阻擋層拋光液，使得在所述半導(dǎo)體基底200表面形成 高PH值的堿性環(huán)境，所述殘留的金屬銅203受到拋光液中的氧化劑的作用較強(qiáng)，如圖8所 示，所述殘留的金屬銅203經(jīng)過(guò)第一階段研磨后轉(zhuǎn)化為氧化銅20北。而相對(duì)于殘留的金屬 銅203，所述成功拋光區(qū)域211內(nèi)開口中的銅203a由于暴露在拋光液中的表面積較小，受到 的氧化作用較弱，基本上沒(méi)有被氧化。如圖6和圖9所示，在第一階段研磨之后，執(zhí)行步驟S3，將所述半導(dǎo)體基底200轉(zhuǎn) 移至第二拋光盤上，使用堿性的銅拋光液對(duì)所述半導(dǎo)體基底200進(jìn)行第二階段研磨，通過(guò) 終點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)，研磨至阻擋層202。所述第二階段研磨使用的拋光液為堿性的銅拋光液，其成分包括研磨劑(SiO2, Al2O3),氧化劑(H2O2),抑制劑(BTA)以及對(duì)金屬銅具有選擇性的化學(xué)添加物質(zhì)。所述堿性 的銅拋光液的PH值為7. 5至9。所述第二階段研磨中化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光頭壓力分布為Z5為0. Spsi至1.lpsi, TA 為 0. 9psi 至 1. 2psi, Z3 為 1. Opsi 至 1. 4psi, Z2 為 1. 3psi 至 1. 6psi, Zl 為2.2psi至3. 2psi。本實(shí)施例中優(yōu)選的壓力分布為:Z5為0. 9psi，Z4為1. 0psiJ3為1. 2psi， Z2 為 1. 4psi, Zl 為 2. 5psi。所述第二階段研磨中化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光盤的轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分鐘至55轉(zhuǎn)/ 分鐘，拋光頭的轉(zhuǎn)速為47轉(zhuǎn)/分鐘至50轉(zhuǎn)/分鐘。本實(shí)施例中優(yōu)選的拋光盤的轉(zhuǎn)速為53 轉(zhuǎn)/分鐘，拋光頭的轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分鐘。在堿性環(huán)境中，氧化銅材料與金屬銅相比更容易被研磨去除。由于第一階段研磨 過(guò)程中，所述殘留的金屬銅203已經(jīng)轉(zhuǎn)化為氧化銅20北，因此，拋光殘留區(qū)域210內(nèi)的氧化 銅20 將優(yōu)先被研磨去除，因而避免或減少了對(duì)成功拋光區(qū)域211內(nèi)開口中的銅203a造 成的誤拋。另外，由于氧化銅材質(zhì)較容易研磨去除，相當(dāng)于加速了研磨速率，縮短了研磨時(shí) 間，在一定程度上也減輕了對(duì)成功拋光區(qū)域211內(nèi)開口中的銅203a造成的誤拋。如圖6和圖10所示，執(zhí)行步驟S4,在第二階段研磨之后，將所述半導(dǎo)體基底200移 回至第一拋光盤上，使用阻擋層拋光液進(jìn)行第三階段研磨，通過(guò)終點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)，研磨去除所 述阻擋層202，至露出所述介質(zhì)層201。所述第三階段研磨使用的拋光液為阻擋層拋光液，其成分包括研磨劑(SiO2, Al2O3),氧化劑(H2O2),抑制劑(BTA)以及對(duì)阻擋層材料鉭和氮化鉭具有選擇性的化學(xué)添加 物質(zhì)。作為一個(gè)優(yōu)化的實(shí)施例，本實(shí)施例中第三階段研磨使用的阻擋層拋光液與所述第一階段研磨中使用的拋光液為同一種，其PH值為12至13，由于第一階段研磨和第三階段研磨 使用的是同樣的拋光液，并且在同一個(gè)拋光盤內(nèi)，因此在實(shí)際生產(chǎn)中便于工藝集成，降低了 工藝復(fù)雜度，削減了成本。所述第三階段研磨中化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光頭壓力分布為Z5為0. Spsi至0.9psi, TA 為 0. 8psi 至 0. 9psi, Z3 為 0. 85psi 至 1. Opsi, Z2 為 1. Ipsi 至 1. 3psi, Zl 為1.9psi至2. lpsi。本實(shí)施例中優(yōu)選的壓力分布為:Z5為0. 8psi，Z4為0. 8psiJ3為0. 9psi， Z2 為 1. 2psi, Zl 為 2. Opsi。所述第三階段研磨中化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光盤的轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘至105轉(zhuǎn) /分鐘，拋光頭的轉(zhuǎn)速為95轉(zhuǎn)/分鐘至100轉(zhuǎn)/分鐘。本實(shí)施例中優(yōu)選的拋光盤轉(zhuǎn)速為100 轉(zhuǎn)/分鐘，拋光頭的轉(zhuǎn)速為95轉(zhuǎn)/分鐘。在第三階段研磨之后，執(zhí)行步驟S5，將所述半導(dǎo)體基底200轉(zhuǎn)移至第三拋光盤上， 使用去離子水作為拋光液對(duì)所述半導(dǎo)體基底200進(jìn)行第四階段研磨。所述第四階段研磨持續(xù)的時(shí)間為5秒至10秒，本實(shí)施例中優(yōu)選的研磨時(shí)間為8秒。所述第四階段研磨中化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光頭壓力分布為Z5為0. Spsi至0.9psi, TA 為 0. 8psi 至 0. 9psi, Z3 為 0. 85psi 至 1. Opsi, Z2 為 1. Ipsi 至 1. 3psi, Zl 為1.9psi至2. lpsi。本實(shí)施例中優(yōu)選的壓力分布為:Z5為0. 8psi，Z4為0. 8psiJ3為0. 9psi， Z2 為 1. 2psi, Zl 為 2. Opsi。所述第四階段研磨中化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光盤的轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘至105轉(zhuǎn) /分鐘，拋光頭的轉(zhuǎn)速為95轉(zhuǎn)/分鐘至100轉(zhuǎn)/分鐘。本實(shí)施例中優(yōu)選的拋光盤轉(zhuǎn)速為100 轉(zhuǎn)/分鐘，拋光頭的轉(zhuǎn)速為95轉(zhuǎn)/分鐘。所述第四階段研磨過(guò)程使用去離子水作為拋光液，主要是對(duì)半導(dǎo)體基底200的表 面進(jìn)行緩沖修復(fù)(buffer)，修復(fù)前幾個(gè)階段造成的表面劃傷等缺陷。綜上，上述技術(shù)方案先使用對(duì)銅選擇性較低的堿性拋光液對(duì)返工的半導(dǎo)體基底進(jìn) 行研磨預(yù)處理，將拋光殘留區(qū)域的金屬銅轉(zhuǎn)化為更易研磨去除的氧化銅，之后再使用堿性 的銅拋光液將所述氧化銅研磨移除，避免或減少了對(duì)成功拋光區(qū)域的誤拋，提高了返工后 半導(dǎo)體基底的電阻一致性，改善了器件的性能。上述技術(shù)方案中，首先使用對(duì)銅選擇性較低的堿性拋光液對(duì)返工的半導(dǎo)體基底進(jìn) 行研磨預(yù)處理，將拋光殘留區(qū)域的金屬銅轉(zhuǎn)化為更易研磨去除的氧化銅，由于氧化銅材質(zhì) 較容易研磨去除，相當(dāng)于加速了研磨速率，縮短了研磨時(shí)間，在一定程度上也減輕了對(duì)成功 拋光區(qū)域內(nèi)開口中的銅造成的誤拋。上述技術(shù)方案的第一階段研磨和第三階段研磨是在同一拋光盤內(nèi)使用同樣的堿 性阻擋層拋光液進(jìn)行的，在實(shí)際生產(chǎn)中便于工藝集成，降低了工藝復(fù)雜度，削減了成本。另外，上述技術(shù)方案在化學(xué)機(jī)械拋光返工過(guò)程的最后階段使用去離子水作為拋光 液進(jìn)行第四階段研磨，修復(fù)了半導(dǎo)體基底表面的劃傷等缺陷。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種銅互連工藝中化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上形成有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)有開口，開口底部和 側(cè)壁覆蓋有阻擋層，開口內(nèi)填充有金屬銅，所述半導(dǎo)體基底包括拋光殘留區(qū)域，所述拋光殘 留區(qū)域的介質(zhì)層上有殘留的金屬銅和阻擋層；使用對(duì)銅選擇性較低的堿性拋光液對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第一階段研磨；使用堿性的銅拋光液對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第二階段研磨，至阻擋層；使用阻擋層拋光液對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第三階段研磨，至露出介質(zhì)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，其特征在于，所述對(duì)銅選擇性較低 的堿性拋光液的PH值為12至13。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，其特征在于，所述對(duì)銅選擇性較低 的堿性拋光液為堿性的阻擋層拋光液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，其特征在于，所述第一階段研磨持 續(xù)的時(shí)間為5至10秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，其特征在于，所述第一階段研磨中 化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光頭壓力分布為Z5為0. 8psi至0. 9psi, Z4為0. 8psi至0. 9psi, Z3 為 0. 85psi 至 1. Opsi, Z2 為 1. Ipsi 至 1. 3psi, Zl 為 1. 9psi 至 2. Ipsi0
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，其特征在于，所述第一階段研磨中 化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光盤的轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘至105轉(zhuǎn)/分鐘，拋光頭的轉(zhuǎn)速為95轉(zhuǎn) /分鐘至100轉(zhuǎn)/分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，其特征在于，所述堿性的銅拋光液 的PH值為7. 5至9。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，其特征在于，所述第二階段研磨中 化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光頭壓力分布為Z5為0. 8psi至1. lpsi, Z4為0. 9psi至1. 2psi, Z3 為 1. Opsi 至 1. 4psi, Z2 為 1. 3psi 至 1. 6psi, Zl 為 2. 2psi 至 3. 2psi。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，其特征在于，所述第二階段研磨中 化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光盤的轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分鐘至55轉(zhuǎn)/分鐘，拋光頭的轉(zhuǎn)速為47轉(zhuǎn)/ 分鐘至50轉(zhuǎn)/分鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，其特征在于，所述第三階段研磨中 化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光頭壓力分布為Z5為0. 8psi至0. 9psi, Z4為0. 8psi至0. 9psi, Z3 為 0. 85psi 至 1. Opsi, Z2 為 1. Ipsi 至 1. 3psi, Zl 為 1. 9psi 至 2. lpsi。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，其特征在于，所述第三階段研磨中 化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光盤的轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘至105轉(zhuǎn)/分鐘，拋光頭的轉(zhuǎn)速為95轉(zhuǎn) /分鐘至100轉(zhuǎn)/分鐘。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，其特征在于，所述第一階段研磨和 第三階段研磨是在同一個(gè)拋光盤上進(jìn)行的，使用的拋光液為相同的堿性阻擋層拋光液。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，其特征在于，在所述第三階段研磨 之后，還包括使用去離子水作為拋光液對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第四階段研磨。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，其特征在于，所述第四階段研磨 持續(xù)的時(shí)間為5至10秒。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，其特征在于，所述第四階段研磨 中化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光頭壓力分布為Z5為0. 8psi至0. 9psi，Z4為0. 8psi至0. 9psi, Z3 為 0. 85psi 至 1. Opsi, Z2 為 1. Ipsi 至 1. 3psi, Zl 為 1. 9psi 至 2. Ipsi0
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，其特征在于，所述第四階段研磨 中化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光盤的轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘至105轉(zhuǎn)/分鐘，拋光頭的轉(zhuǎn)速為95 轉(zhuǎn)/分鐘至100轉(zhuǎn)/分鐘。
全文摘要
一種銅互連工藝中化學(xué)機(jī)械拋光的返工方法，包括提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上形成有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)有開口，開口底部和側(cè)壁覆蓋有阻擋層，開口內(nèi)填充有金屬銅，所述半導(dǎo)體基底包括拋光殘留區(qū)域，所述拋光殘留區(qū)域的介質(zhì)層上有殘留的金屬銅和阻擋層；使用對(duì)銅選擇性較低的堿性拋光液對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第一階段研磨；使用堿性的銅拋光液對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第二階段研磨，至阻擋層；使用阻擋層拋光液對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行第三階段研磨，至露出介質(zhì)層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明避免或減少了對(duì)成功拋光區(qū)域的誤拋，提高了返工后半導(dǎo)體基底的電阻一致性。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102054683SQ200910198588
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者鄧武鋒 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司