铜和阻障层之整合化学机械抛光的方法和设备的制作方法

专利名称：铜和阻障层之整合化学机械抛光的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明与化学机械抛光的领域有关。尤其本发明是关于铜和阻障层两者之整合抛光方法和设备。
背景技术：
传统的半导体元件一般包括半导体基板(通常是硅基板)以及多个依序形成的介电中介层(例如二氧化硅)和导电材料做的导电路径或交互连结。因为铜和铜合金具有优异电子迁移性和低电阻特性，它们最近在作为交互连结的导体方面受到相当程度的注意。交互连结通常是以金属化的过程将铜填入蚀刻于介电中介层里的特征部份或空穴而形成。铜金属化过程的优选方法是电镀。在集成电路中，多层次的交互连结网路相对于基板表面而横向地延伸。于序列中介层里形成的交互连结可以使用导通孔或接点而电连接。
在一典型的过程中，首先在半导体基板上形成绝缘中介层。进行制样和蚀刻过程以于绝缘层中形成例如沟槽、导通孔或双重金属镶嵌(dual damascene)结构等特征部份。然后电镀铜以填充所有的特征。然而，镀覆过程会同时在特征部份里以及基板表面上形成铜层。然后表面上多余的铜覆盖层会在后续处理步骤之前被去除。
传统上在制样和蚀刻之后，绝缘层会先以阻障层覆盖，其典型为钽或钽/氮化钽复合层。阻障层覆盖导通孔和沟槽以及绝缘层的顶面以确保有良好的附着，并且作为阻障材料以避免铜扩散到半导体装置中和穿过绝缘层。其次在阻障层上沉积种晶(导电)层，其通常为铜层。种晶层形成了导电材料基底，以于后续的铜沉积期间供铜膜成长。随着铜膜被电镀，铜层快速地填充了导通孔，但以顺形的方式覆盖宽的沟槽和表面。当此沉积过程持续以确保沟槽也被填满时，在基板上就形成了厚的铜层或多余覆盖层。传统上在镀铜之后，采用CMP(chemicalmechanical polishing，化学机械抛光)过程来全面修平，并且把铜层的厚度降低到阻障层表面的高度。为了将已填充铜的特征部份电性隔离，其后以另一CMP步骤来去除该阻障层。
在半导体产业中，VLSI(Very Large Scale Integration，极大型集成)和ULSI(Ultra Large Scale Integration，超大型集成)应用程序之半导体晶圆化学机械抛光(CMP)具有重要而广泛的用途。CMP是半导体晶圆修平和抛光的过程，其结合了例如绝缘体和金属等层的化学去除以及晶圆表面的机械缓冲。CMP也用于晶体成长之后和晶圆制造过程期间的晶圆修平/抛光，并且是提供晶圆表面全面修平的过程。举例而言，在集成电路制造过程中，CMP常用于修平/抛光在多层次金属交互连结体系中所累增的轮廓。为了达成晶圆表面所要的平坦度，所要的表面必须不受污染。同时，CMP过程必须避免抛光时弄掉有作用的线路部份。
现在要描述半导体晶圆化学机械抛光的传统系统。一种传统的CMP过程需要把晶圆定位于承托架上，其绕着第一轴旋转，并且降到绕着第二轴做反向旋转的抛光垫上。在修平过程中，晶圆承托架把晶圆压至抵住抛光垫。在晶圆抛光期间，典型上会施加例如抛光剂或浆液的抛光溶液至抛光垫。抛光溶液的内含物根据CMP期间所要去除的材料特性而定。举例来说，如果该材料是金属性的，则抛光溶液可以由研磨剂、氧化剂、复合试剂(蚀刻化学物)、抑制剂及/或表面活性剂当中任何一者或多者所组成。抛光溶液中的氧化剂氧化了金属材料的表面，同时已氧化的金属材料由于与垫子或研磨粉末或两者的摩擦所导致的研磨而被化学地和机械地去除。蚀刻化学物可以用来增加金属材料的抛光速率。
在另一种传统的CMP过程中，晶圆承托架把晶圆定位并且压至抵住带状的抛光垫，同时垫子在相对于晶圆的相同线性方向上连续地移动。在此抛光过程中，所谓的带状抛光垫可以在一连续的路径上移动。这些传统的抛光过程可以进一步包括一个调节站，其定位于抛光垫的路径上，以于抛光期间调节垫子。须要控制以达到所要平坦度和平面度的因素可包括抛光时间、晶圆和垫子之间的压力、旋转的速度、浆液的粒子尺寸、抛光溶液的进给速率、抛光溶液的化学性质以及垫子的材料。
虽然上述的CMP过程为半导体产业所广泛使用和接受，但是仍然还有挑战。由于须要接受抛光的铜层、阻障层和其他层所用的材料在性质上有差异，以致传统的系统通常包括用于不同层之不同抛光溶液和不同类型抛光垫。这常常意味着铜层必须使用某一垫子来抛光，而阻障层必须使用完全不同的垫子来去除。同时，垫子材料和抛光溶液组成的差异可造成非预期的副作用，例如在其他非正在抛光的层中造成侵蚀或凹陷。此增加了抛光过程中的时间、成本、缺陷比率和复杂度。
特定而言，抛光技术已经尝试解决在钽阻障层上之抛光铜层的问题。应该注意的是，所有关于钽阻障物的叙述也可适用于氮化钽阻障物和钽/氮化钽堆叠。
先前技术的CMP工具是复杂而昂贵的机器。现时有需要一套整合的抛光方法和设备，用于同时有效抛光钽和铜，以降低成本和复杂度以及缩短抛光半导体晶圆所需的时间。

发明内容
本发明克服了所列之传统化学机械抛光的限制，并且提供了抛光多层工件的技术。
在本发明的一或多个实施例中，使用相同的垫子来抛光半导体晶圆的多个层。此乃藉抛光不同组成的每一层时供应不同的抛光溶液而达成。在一实施例中，首先使用传送至垫子的第一抛光溶液来抛光铜层。之后，使用传送至相同垫子上的第二抛光溶液来抛光相同晶圆的阻障层。每一层抛光之后，可以使用冲洗剂来清洁垫子及/或晶圆，接下来可运用或不运用吹气或旋转过程以去除多余的溶液。在另外可选择的实施例中，铜和阻障层的去除可以利用使用多个抛光垫或单一抛光垫之多个部份的整合CMP系统进行。此外，多种抛光溶液可以与多个抛光垫结合，以达致最佳抛光效率。
在本发明的其他实施例中，于不同的CMP站中使用不同的抛光溶液来抛光半导体晶圆的多个层。在一实施例中，首先使用传送至第一CMP站之垫子的第一抛光溶液来抛光铜层。之后，在第二CMP站中使用第二抛光溶液来抛光相同晶圆的阻障层。
图式简单说明

图1A图解说明半导体晶圆在沉积铜层于其上之前的剖面图；图1B图解说明图1A所示之半导体晶圆的剖面图，其中平面状导电层已经沉积在晶圆的顶端上；图1C图解说明图1B所示之半导体晶圆的剖面图，其系在根据本发明的一或多个实施例来抛光铜层之后的情形；图1D图解说明图1C所示之半导体晶圆各层的剖面图，其系在根据本发明的一或多个实施例来抛光阻障层之后的情形；图1E是本发明在相同垫子上使用两种不同抛光溶液之一或多个实施例的流程图；图1F是本发明在相同垫子上使用三种不同抛光溶液之一或多个实施例的流程图；图2图解说明图1A所示之半导体晶圆的剖面图，其中厚导电层已经沉积在晶圆的顶端上；图3是本发明使用分开的抛光溶液线路之至少一个实施例的流程图；图4是本发明使用分开的抛光溶液线路之至少一个实施例的流程图；图5是本发明使用成份线路和氧化剂线路之至少一个实施例的流程图；图6A-B图解说明根据本发明的一或多个实施例所建构之抛光站的侧视图和平面视图；图7A-B图解说明根据本发明的一或多个实施例而使用单一垫子来抛光晶圆的详细视图；图8显示根据本发明的一或多个实施例而具有多个CMP站之整合CMP系统的方块图；及图9是半导体晶圆之铜和阻障层抛光方法之实施例的流程图，其乃使用具有多个CMP站之整合CMP系统，例如参考图8所描述的CMP系统。
附图详述本发明是针对例如半导体晶圆之多层工件加以化学机械抛光的方法和设备。在此所描述的多种技术可牵涉到单一抛光垫或多个抛光垫。此外，该等技术可牵涉到单一抛光溶液或多种抛光溶液。再者，可以利用抛光垫的单一部份或单一抛光垫的多个部份(每一部份具有不同的组成)。「抛光垫」一词可以与「抛光构件」和「抛光带」等词互换。「晶圆」、「半导体晶圆」、「工件」和「基板」等词是可以互换的。
在一实施例中，供应第一种抛光溶液以抛光例如铜层的第一层。一经达到铜层的终点，则停止供应第一种抛光溶液，并且清洗晶圆和垫子。就此应用而言，当某一层从底下层的顶端去除而暴露出底下层时，则可以描述为已经达到该终点。然后供应第二种抛光溶液，以在相同垫子上抛光例如阻障层的第二层。在另一实施例中，在垫子上供应第一种抛光溶液，以高速抛光部份铜层，然后供应第二种抛光溶液，以去除其余的铜层，接下来再使用第三种抛光溶液以去除阻障层。
关于所用的抛光溶液，抛光溶液可以是没有研磨粒子的多种抛光剂，或者是具有研磨粒子的浆液，此视乎用于抛光的垫子类型和所要的抛光类型而定。举例而言，抛光垫可以包含内置于垫子正面的研磨剂，而引入不含研磨粒子的抛光剂；或者可以使用不含此种内置研磨剂的抛光垫，并且转而使用浆液；或者可以使用带子、浆液及/或抛光剂的一些其他组合。抛光溶液可以包括将材料氧化的化学物，该材料然后从晶圆机械地去除，这在下文会进一步描述；抛光溶液也可以包含由胶体状硅石或熏硅所做成的研磨粒子。抛光剂或浆液一般在晶圆的正面上长出一二氧化硅或氧化硅的薄层，并且垫子的缓冲作用机械地去除该氧化物。结果去除了晶圆表面上的高轮廓，直到达成极平的表面为止。
回述第一个实施例，到达铜层的抛光终点以后，第一种抛光溶液的供应中断，如此以第二种抛光溶液开始进行阻障层的抛光。这些和其他的实施例全都使用相同垫子来抛光铜和阻障层两者。进行这些和其他实施例的设备乃一前一后地连接并控制必需的抛光溶液线路。就本发明而言，抛光溶液线路乃体现于抛光溶液分送系统中。
在讨论本发明时，将会分别提述特定的铜层、阻障层、抛光溶液、垫子以及其他的组成部份。此等提述祗是举例说明，因为应该清楚地理解到任何形式、方式和种类的层、抛光溶液、垫子以及其他组成部份，均可依所要用途、抛光系统及/或晶圆而适当地取代。举例来说，在描述中，沉积的铜层和底下的种晶层都通常称为铜层，而阻障层则称为钽层。此等描述乃视乎所用的晶圆组成以及当时正处理的各层而定，并且不应该视为以任何方式限制本发明。
同时，在描述本发明时，所提述的「相同垫子」也可以包括一个垫子的不同部份，并且在所有例子中，「相同种类的垫子」是指垫子的各个不同部份(如有)中类似的组合成份。当描述各图解时，相同的参考数字会用来指示相同的构件和相同的结构。
图1A图解说明通常包括硅晶圆之范例性基板11的一部份。基板11的图解说明部份包括已制样的绝缘层14或包含介电材料的区域。例如沟槽和导通孔的空穴16或特征部份乃藉使用熟知的技术，将部份的绝缘层14蚀去而于绝缘层14中形成。特征16可以暴露出部份的基板表面。例如钽或氮化钽或钽/氮化钽堆叠层的阻障层15乃于空穴16中以及绝缘层或区域表面的顶面17上形成。阻障层的厚度可以是在200-300的等级。虽然图1A-1E并未显示，但是阻障层15乃衬以一薄铜种晶层，以引发铜在阻障层上生长。例如铜层的平面状导电层12乃使用ECMD(electrochemical mechanical deposition，电化学机械沉积)法而于铜种晶层上形成。举例来说，铜层12的厚度大约为1000。
图1B示范了具有ECMD法所制平面状铜层的开始基板。ECMD法的范例于2001年1月23日颁发的美国专利第6,176,992号揭示，其标题为「电化学机械沉积的方法和设备」(Method and apparatus for electro-chemical mechanicaldeposITion)，同样为本申请的受让人所拥有。使用具有平面状铜层的基板作为开始基板祗是基于举例说明的目的。本发明的方法(将于图2显示)也可以使用具有厚顺形铜层之开始基板，该铜层是使用例如ECD(Electro Chemical Deposition，电化学沉积)的传统电沉积法所制造，并且也是在本发明的范围之内。
图1C和1D示范了图1B和2所显示的此种开始样本之抛光过程的稍后阶段。本发明的抛光过程在整个抛光过程中使用单一的抛光带或垫(研磨性或非研磨性)。
根据本发明，阻障层15和铜层12乃使用相同的抛光垫或带(未显示)所抛光。垫子首先抛光并去除晶圆11上的铜层12，直至达到其「终点」为止，然后去除阻障层15直至其「终点」为止。基于描述本发明之各种实施例的目的，铜层12的终点可以定义成当其在抛光期间最先达至阻障层15时沿着该层12的情况。类似地，阻障层15的终点可以定义成当其在抛光期间最先达至区域14之顶端17时的情况。应该注意的是，在铜和阻障物去除的终点之后，可在上述任何一个或两个情形下执行预定量的过度抛光，以消除晶圆表面上任何可能有的残余物。铜层12乃藉传送第一种抛光溶液(在下文描述)到垫子上并以垫子(未显示)加以抛光。第一种抛光溶液中的化学反应配合垫子在铜层12上的机械研磨作用去除铜层12。铜层12的去除一直进行到达至其终点为止，终点乃定义成其下之阻障层15的起点。所得的晶圆11于图1C显示。铜层12已去除到阻障层15的高度，而阻障层15和特征部份16仍然保留。
抛光铜之后，使用例如水的清洁流体来简单地清洁晶圆表面和垫子表面。清洁时，晶圆表面和垫子表面可以是分开或不分开。但如果是分开的，则晶圆表面和垫子表面可以个别分开清洁，而此种清洁可以在下文所述的清洁中进行。清洁以后，晶圆表面可旋转或不旋转以去除多余的溶液，但是垫子上的多余溶液最好吹掉，以使其表面可接受不同的化学品。此时，第二种抛光溶液可以配置于相同垫子上，然后使用第二种抛光溶液来抛光阻障层15，直至达到区域14的顶面17为止。此抛光作用产生了平面化的晶圆11表面，如图1D所示。每一特征部份16现在是彼此电性隔离的，并且顶面是平坦且平面状以供进一步处理。图1E是本发明之一或多个实施例的流程图。在半导体晶圆之化学机械抛光的过程10中，个别的晶圆(或如果采用平衡的抛光系统，则甚至是一群晶圆)必须先加以定位以便在垫子上抛光(方块100)。定位方式可以使用承载端头或外罩，其将晶圆定位成极接近于抛光垫(见图6A)。接下来在过程10中，供应第一种抛光溶液以供铜层抛光(方块110)。在此过程期间，该第一种化学抛光溶液乃配置于铜层12和抛光垫之间，如此化学性和机械性地对铜进行抛光，同时晶圆被压至抵着垫子。随着晶圆被压至抵着抛光垫，抛光垫相对于晶圆的移动提供了铜表面12上的机械作用。
此机械作用结合抛光溶液的化学反应，抛光了铜表面。承载端头的旋转有助于抛光溶液的传递，也有助于在整个铜层上得到均匀的抛光速率。以第一种抛光溶液(其特别适合铜的抛光)进行的化学机械抛光一直继续到达至铜层12的终点为止(在方块120检查)。当达至铜层12的终点(当阻障层15已经暴露出来)，并且做了选择性的过度抛光，即清除第一种抛光溶液(方块130)。清除垫子上的第一种抛光溶液可以使用去离子(de-ionized，DI)水的高压清洗及/或吹送空气法(见下文)来达成。同时，晶圆11本身可以以去离子水独立清洁，清洗后旋转晶圆来清除去离子水；晶圆通常仍是湿的，但是上面没有多余的去离子水。
当清除第一种抛光溶液后，即供应第二种抛光溶液(其比第一种抛光溶液更适合阻障层的抛光)以供阻障层15抛光(方块140)。第二种抛光溶液乃配置于抛光垫上，并且进行阻障层的抛光。使用第二种抛光溶液的阻障层抛光一直继续到达至阻障层15的终点为止(在方块150检查)。当达至阻障层的终点(当达至区域14的顶面17)，即关掉第二种抛光溶液(方块160)。可以使用类似或相同于用来清除第一种抛光溶液的高压清洗及/或吹送空气方法来清除垫子上的抛光溶液，然后清洗和旋转晶圆11以清除多余的溶液。
晶圆11的化学机械抛光视为完成，并且晶圆可做下一个处理步骤。此时可以载入下一个晶圆(或一群晶圆)(方块170)，然后根据方块100到160以新的晶圆(或群)来重复进行过程10。
在一实施例中，本发明的新颖特色在于相同的垫子分别用于铜层12和阻障层15两者。此外，在之间进行清洁步骤，以避免第一抛光溶液和第二抛光溶液之间不相容的复杂性。可用于此种抛光的垫子种类变化甚广。此种垫子包括固定研磨性的垫子和非研磨性的垫子，视乎所要的抛光效果和所用的化学溶液而定。上述两类中任何一种垫子均可用来抛光铜和阻障层两者，但是在每一情形中，所用之抛光溶液的组成可能是或不是相同的。
在过程10的范例中，铜层12可以是平面状铜膜。注意在此背景下，「平面化薄的」铜膜可以是指厚度在小于3000埃的等级而为平面状的膜。抛光垫可以是固定研磨性的垫子，例如得自3M公司的MWR66垫子。对于此种固定研磨性垫子而言，用作抛光铜的抛光溶液可以是无研磨剂的溶液，例如同样得自3M公司的CPS-08溶液，虽然也可以使用当中有研磨剂的溶液。为了在相同垫子上抛光钽，可以使用得自EKC之经修改抛光溶液(9030抛光溶液)，同时使用(从典型的5％)降低到2％或更少的研磨剂，虽然也可以使用其他有或没有研磨剂的抛光溶液。EKC 5溶液的修改包括将溶液的pH从4.0增加到5.5。举例而言，增加pH可以藉添加氢氧化氨或羟胺而达成。如果所用的垫子是一般的聚合垫，例如Thomas West 711，则仍然可以分别对铜和钽使用相同的抛光溶液，即CPS-08溶液和具有2％研磨剂之EKC经修改溶液。使用少量的研磨剂(2％而非5％)的一个优点是留在垫子上的副产物可以比较容易清除。从留在垫子上的浆液而言，非常高的研磨剂含量可造成处理的问题。如果无法从垫子上妥当地清除粒子和化学品，则可能影响接在铜抛光步骤后面的阻障物抛光步骤。此外，在抛光溶液之活性很大的情形下，没有研磨粒子的抛光溶液也可以与非研磨性的聚合垫一起使用。
上述过程也可以使用多于两种抛光溶液来进行，举例而言，铜抛光使用两种不同的抛光溶液，而阻障层抛光使用一种抛光溶液。此过程也可以使用图6A-B所示的CMP设备来实施。图1F的流程图20是描述在相同的垫子上使用三种抛光溶液之CMP过程实施例。在半导体晶圆的化学机械抛光过程70中，个别的晶圆(或如果采用平衡的抛光系统，则甚至是一群晶圆)必须如上所述先加以定位以便在垫子上抛光(方块700)。接下来在过程70中，供应第一种铜抛光溶液以供铜层快速抛光(方块710)。以第一种铜抛光溶液(其快速抛光铜)进行的化学机械抛光一直继续到达至铜层12的终点为止(在方块720检查)。关掉第一种铜抛光溶液，接着进行晶圆和垫子的清洁(方块730)。使用去离子水的高压清洗及/或吹送空气法来清除垫子上的抛光溶液。同时，晶圆11本身可以藉去离子水清洗然后旋转晶圆来清洁。使用第一种铜抛光溶液之后，将第二种铜抛光溶液传送到垫子上，以清除留在区域14的顶面17上之阻障层15上的剩余铜残余物(方块740)。另外可以选择的是将第一抛光步骤计时以使用第一种铜抛光溶液来清除大部份的铜，而仅留下500-2000埃厚的层，其然后使用第二种铜抛光溶液来抛光去除。第二种铜抛光溶液的抛光速率通常低于第一种铜抛光溶液，并且留下比较平滑的铜表面，而且具有较少缺陷。
关掉并清除第二种铜抛光溶液(方块750)后，则将用于阻障层15抛光的第三种抛光溶液传送到垫子上(方块760)，并且进行阻障层的抛光。使用第三种抛光溶液的阻障层抛光一直继续到达至阻障层15的终点为止(在方块770检查)。当达至阻障层15的终点当达至区域14的顶面17)，即关掉第三种抛光溶液，并且清洁垫子和晶圆(方块780)。垫子上剩余的抛光溶液，可以藉类似或相同于用来清除铜抛光溶液的去离子水高压清洗及接着吹送空气的方法来去除。晶圆11也可以加以清洗和旋转。去除了阻障物后，晶圆11的化学机械抛光视为完成，并且晶圆可做下一个处理步骤。此时可以载入下一个晶圆(或一群晶圆)(方块790)，然后根据方块700到790以新的晶圆(或群)来重复进行过程70，如图1F所示。由所做描述可以看出，在此做法中使用相同的垫子和多种抛光溶液来去除铜层12和阻障层15两者。如之前的做法，固定研磨性垫子和一般的垫子或聚合垫均可用作此用途。上述两类中任何一种垫子均可用来抛光铜和阻障层两者，但是在每一情形中，所用之抛光溶液的组成可能是或不是相同的。
在过程70的范例中，抛光垫可以是固定研磨性垫子，例如得自3M公司的MWR66垫子。第一种铜抛光溶液可以是具有高去除速率之无研磨剂的溶液，例如也是得自3M公司的CPS-11溶液。在垫子施加大约1psi压力至晶圆表面的情形下，CPS-11溶液的铜去除速率为每分钟约4000。以CPS-11抛光之后，阻障层上可能留有一些铜残余物，或者表面上可以故意留有一定厚度的铜。此种残余物可以使用第二种铜抛光溶液来抛光去除，而第二种铜抛光溶液应该主要针对剩余的残余物起作用，但应该对特征中的铜具有最小的蚀刻效应。如此可以使凹陷情形降到最低。
第二种铜抛光溶液可以是具有低铜去除速率之无研磨剂的溶液，例如得自3M公司的CPS-12溶液。CPS-12溶液的铜去除速率为每分钟约1000，并且从阻障层的顶端去除铜残余物。为了在相同的垫子上抛光钽，可以如上文所论述使用得自EKC之经修改抛光溶液，同时研磨剂降低到2％或更少。如同之前的情形，EKC溶液的修改包括将溶液的pH从4.0增加到约5.5。举例而，增加pH可以藉添加氢氧化氨或羟胺而达成。再次地，如果所用的垫子是一般的聚合垫，例如Thomas West711，则仍然可以分别对铜和钽使用相同的抛光溶液，即CPS-11、CPS-12和具有2％研磨剂之EKC经修改溶液。图2图解说明另一种开始基板，以示范本发明的方法。图2示范具有顺形铜层之开始基板11’，该铜层可以使用例如ECD(ElectroChemical Deposition，电化学沉积)的传统电沉积过程所制造。图2图解说明通常包括硅晶圆之范例性基板11’的一部份。基板11’的图解说明部份包括已制样的绝缘层14’或介电材料。例如沟槽和导通孔的空穴16’或特征部份乃藉使用熟知的技术，将部份的绝缘层蚀去而于绝缘层14’中形成。例如钽或氮化钽或钽/氮化钽堆叠层的阻障层15’乃于空穴16’中以及绝缘层14’的顶面17’上形成。阻障层的厚度可以是在100-300的等级或更小。虽然并未显示，但是阻障层15’乃衬以一薄铜种晶层，以引发铜在阻障层上生长。
铜层12’乃使用传统的顺形沉积过程而于铜种晶层之上形成。举例来说，在典型的半导体元件中，导电层12’是藉沉积厚度大约为特征部份16’厚度之1.5-2.00倍的铜而形成。根据本发明的原理，如同在抛光具有平面状铜层12之晶圆11的情形，晶圆11’的铜层12’和阻障层15’可以使用上述或下述实施例来抛光去除。抛光过程的各阶段也是如上文图1C和1D所示范的进行。为了清楚起见，以下的实施例将配合用于抛光平面状铜层和底下钽阻障层之情形的图1A~1D来描述。然而，相同的实施例可以应用于配合图2所描述的铜层12’和底下的钽阻障层15’。唯一的差别在于后者之铜层的厚度，其中所述的过程可能比较薄之平面层的抛光要花更多时间。考虑及图1B和2中铜层厚度的差异，便将会体会到图3所示之使用两种不同抛光溶液的处理做法会更适合处理图1B的薄铜层和阻障层，而使用三种抛光溶液化学品的处理做法会更适合去除图2的较厚铜层和阻障层。另外可以选择的是使用两种抛光溶液于较厚的铜，但是可以增加晶圆上的压力，以增加第一种溶液的去除速率，直到去除了一定厚度的铜(例如三分之二)为止。然后可以降低压力，而仍然使用第一种溶液来去除剩余的铜，继后使用第二种溶液来抛光阻障层。
图3的流程图是本发明使用分开的抛光溶液线路之至少一个实施例。过程20是使用两条分开的抛光溶液线路来实施图1E之过程10的一种方式。将一个晶圆(或一群晶圆)定位以便抛光(方块200)，然后开动第一抛光溶液线路(抛光溶液线路#1)，以便供应抛光溶液至抛光垫(方块210)，同时参看图6A-B。抛光溶液线路#1所供应的抛光溶液(例如CPS-08)会用于抛光铜层12直到其终点。抛光溶液线路#1会一直保持开动，直到达至铜的终点为止(在方块220检查)。当达至铜的终点，即关掉抛光溶液线路#1(方块230)。为了清除垫子上来自线路#1的抛光溶液，承托晶圆的端头可以提升至垫子上方，并且以去离子(DI)水对晶圆施以清洗，其然后从晶圆表面反弹落于垫子上(方块235)。同时旋转晶圆11，并且如果合宜的话，藉吹送例如空气的流体来去除多余的溶液(方块235)。
当清洁垫子和晶圆11后，即开动抛光溶液线路#2(方块240)。抛光溶液线路#2所供应的抛光溶液会用于抛光晶圆上的阻障层15(例如钽)。抛光溶液线路#2会一直保持开动，直到达至阻障层15的终点为止(在方块250检查)。达至终点后即关掉抛光溶液线路#2(方块255)。为了清除垫子和晶圆11上来自线路#2的抛光溶液，承托晶圆的端头此时提升至垫子上方，并且以去离子(DI)水对晶圆11施以清洗(方块260)。然后可以旋转晶圆来去除多余的溶液。清洗的水从晶圆11反弹落于垫子上，藉此清洗垫子。然后对垫子吹气以去除多余的溶液。当清洁了垫子和晶圆11后，即载入下一个晶圆(或一群晶圆)(方块270)，并且从方块200开始对新载入的晶圆重复过程20。
图4的流程图是本发明使用分开的抛光溶液线路之至少一个实施例。过程30是使用相同的垫子和两条分开的抛光溶液线路之另一种抛光过程。将例如晶圆11的晶圆(或一群晶圆)定位以便抛光(方块300)，然后开动两条抛光溶液线路(抛光溶液线路#1和抛光溶液线路#2)，以便供应抛光溶液至抛光垫(方块310)，同时参看图6A-B。抛光溶液线路#1和#2所供应的成份会用于抛光晶圆11上的铜层12。抛光溶液线路#1供应氧化剂(例如过氧化氢)、复合试剂和抑制剂。抛光溶液线路#2供应复合试剂和抑制剂，但没有氧化剂。
复合试剂包括例如有机酸和胺的化学品，而抑制剂典型为苯并三唑(benzotriazole，BTA)。复合试剂作用在于增加蚀刻/抛光速率，而抑制剂降低此速率。抑制剂沉淀于特征部份16的区域中。抑制剂保护特征部份中的铜表面，所以复合试剂不会过度地抛光到这些区域里。此确保抛光溶液有低的静态蚀刻速率，从而帮助避免发生凹陷情形，即使没有垫子的机械作用也如是。虽然两条抛光溶液线路都是开动的，但是抛光溶液线路#2所供应的成份不会对铜的抛光造成不利的冲击，因为每一线路的成份共享许多共通的成份。因此，两条线路的抛光溶液之间发生交互作用的机会有限。铜的去除(抛光)速率随着抛光溶液中的氧化剂浓度而增加，并且达到一峰值。然而，例如钽之阻障层材料的去除，较少倚赖氧化剂浓度，而较多倚赖机械研磨。
上述同一晶圆的铜和钽抛光之间的清洗步骤，乃确保两种抛光溶液之间的交互作用为最小。然而，如果两种抛光溶液是相容的，则铜和钽抛光之间就不需要清洗或清洁，也就是说，除了抛光溶液线路从铜抛光溶液切换到钽抛光溶液以外，同一晶圆从铜到钽的整段抛光过程，当中没有清洗步骤。在另一种使用单一抛光步骤来抛光铜和钽两者的选择中，两种抛光溶液可以简化成单一抛光溶液线路。
抛光溶液线路#1和#2会一直保持开动，直到达至铜的终点为止(在方块320检查)。当达至铜的终点，即关掉抛光溶液线路#1(方块330)。由于抛光溶液线路#1和#2中的抛光溶液在某程度上是相容的，去离子(DI)水清洗然后旋转晶圆或于垫子上吹送空气来去除前述溶液和去离子(DI)水洗液则是可选择的，但是未必需要。抛光溶液线路#2因此保持开动。抛光溶液线路#2所供应的抛光溶液会用于抛光晶圆11上的阻障层(钽)15。当达至钽的终点，即关掉抛光溶液线路#2(方块355)。为了清除晶圆上来自线路#2的抛光溶液，以去离子(DI)水施以清洗，然后旋转以去除多余的溶液(方块360)。当清洁了晶圆和垫子，即载入下一个晶圆(或一群晶圆)(方块370)，并且从方块300开始对新载入的晶圆重复过程30。
图5的流程图是本发明使用成份线路和氧化剂线路之至少一个实施例。过程40是使用相同的垫子和两条分开线路(其一包含抛光溶液而另一包含氧化剂)的另一种抛光过程。将晶圆(或一群晶圆)定位以便抛光(方块400)，然后开动两条线路(抛光溶液线路和氧化剂线路)，以便供应抛光溶液和氧化剂至抛光垫(方块410)。抛光溶液线路和氧化剂线路所供应的成份会用于抛光晶圆上的铜层12。抛光溶液线路供应复合试剂和抑制剂。氧化剂线路供应氧化剂，例如过氧化氢。铜的去除(抛光)速率随着氧化剂浓度增加而增加，并且达到一峰值。然而，钽的去除较少倚赖氧化剂浓度，而较多倚赖机械研磨。
抛光溶液线路和氧化剂线路会一直保持开动，直到达至铜的终点为止(在方块420检查)。当达至铜的终点，即关掉氧化剂线路(方块430)。由于抛光溶液线路和氧化剂线路中的溶液在某程度上是相容的，所以可以不需要去离子(DI)水清洗然后旋转晶圆和于垫子上吹送空气的步骤。抛光溶液线路仍保持开动。抛光溶液线路所供应的抛光溶液然后会用于抛光钽层直到其终点(区域的顶端)。当达至钽的终点，即关掉抛光溶液线路(方块455)。可以使用一些超过终点的过度抛光，以清除可能有的残余物。为了清洁晶圆，以去离子(DI)水对晶圆施以清洗，同时旋转晶圆(方块460)，此亦冲击并清洁垫子。当清洁了垫子和晶圆，即载入下一个晶圆(或一群晶圆)(方块470)，并且从方块400开始对新载入的晶圆重复过程40。
图6A-B图解说明根据本发明的一或多个实施例所建构之抛光站的侧视图和平面视图。晶圆抛光站50包括多个抛光构件和晶圆外罩540或承载晶圆的端头。晶圆外罩540稳固地把晶圆550定位，所以晶圆的正面560完全暴露出来。抛光站50包括用作抛光正面560的抛光垫510、以双向线性或往复(前后)运动来驱动抛光垫510的机制(未显示)，以及于垫子510抛光已暴露的晶圆表面560时供应流体支承至垫子510背面的支承板520。双向的线性运动也称为相反的线性运动。抛光垫510的底面可以额外附着具弹性但稳固的材料(未显示)以支持垫子510。抛光垫510乃用于抛光表面560的铜和阻障层(例如钽)两者。于暴露之两层晶圆表面560使用单一垫子，即不再须要分别使用多个垫子，并且也可能不再须要分别使用多个抛光站。抛光垫510可以是无研磨剂者，例如聚合垫，或者是固定研磨性的垫子。由于钽和铜层具有不同的特性，如果要用相同的垫子来抛光两者，则必须使用不同的抛光溶液。要注意的是，所述的双向线性抛光器最好作为抛光站50，例如美国专利第6,103,628号和美国专利申请案第09/684,059号所述，此二者皆明确地以提述方式纳入本文之内。当如此使用时，抛光垫最好是带子，其有一部份在处理区域里做双向移动，其上可以包含或不包含固定的研磨剂，并且在抛光区域中最好是漂浮于平台支承上。此外，带子可以是渐进地移动，如此在不同的时间使用相同带子的不同部份(不同的部份可以于处理区域中与先前所用的部份重叠或不重叠)，而不同的时间可以是或不是由所使用的处理溶液种类来区分。
虽然目前优选上述类型的抛光站，但是本发明并不限于使用此种抛光站，而是在此所述之过程可以与其他CMP抛光站一起使用，包括那些使用线性旋转带、配合移动的晶圆的静止抛光垫、相对静止或旋转之晶圆而移动的旋转抛光垫或其他。此外，可以使用薄而少刚性的垫子和较厚或更有刚性的垫子，此视乎所要的效果而定。垫子后面可以有或没有支承板。
抛光期间所用的抛光溶液和清洗溶液，优选是以两条或更多条抛光溶液线路(例如线路#1和线路#2)来供应至使用双向线性抛光器的抛光站50的两侧。在本发明的至少一个实施例中，抛光溶液线路#1包括左侧供应线路512和右侧供应线路511。类似地，抛光溶液线路#2包括左侧供应线路514和右侧供应线路513。供应线路511和513供应抛光站50的右侧，而供应线路512和514供应抛光站50的左侧。虽然未显示于图6A-B和7A-B中，但是将会理解到，抛光站可以具有多于两条的抛光溶液线路(例如线路#3，未显示)，其如同其他线路#1和#2具有类似的建构并配备有个别的供应线路。这种具有线路#3的建构可以用于配合图1F所述的实施例。另外，喷嘴的数目可以维持不变，但是可以使用阀门以经过相同的喷嘴而带来不同的抛光溶液。多种达成此的方式对于熟于此技术者而言乃显而易见的。
现在要根据本发明的多种实施例来描述晶圆550的抛光。在一实施例中，晶圆550载入外罩540中并且定位于抛光站50上方之后，开动抛光溶液线路#1以供应抛光溶液至垫子510的左侧和右侧。开动抛光溶液线路#1时，右侧供应线路511和左侧供应线路512会开始运作，供应抛光溶液至垫子510。右侧供应线路513和左侧供应线路514将会是关闭的。垫子510由机制530所驱动，此运动结合了抛光溶液线路#1之抛光溶液在晶圆550表面560上的化学反应性，用以抛光表面560上的铜。应该注意的是，对于图6A和6B的系统而言，抛光溶液的传递也可以与垫子的运动相结合。举例而言，当垫子移到左侧时，抛光溶液从喷嘴511送出，而当垫子移到右侧时，抛光溶液从喷嘴512送出。以此方式，抛光溶液总是被移动的垫子移向晶圆。抛光溶液的浪费便降到最低。当达至铜的终点，即关掉抛光溶液线路#1。此须要切断供应线路511和512或使之不作用。
为了去除晶圆550之正面560和垫子510上的剩余抛光溶液，当晶圆被提升至垫子上方时，去离子水喷嘴把水射向晶圆表面。水从晶圆反弹落于垫子表面上，并且清洁了晶圆和垫子两者的表面。在此清洁步骤期间，晶圆优选可以旋转。喷水之后，吹风机580把空气吹到垫子510上，以去除多余的溶液。然后，开动抛光溶液线路#2，因此右侧供应线路513和左侧供应线路514会分别开始运作，供应抛光溶液至垫子510的右侧和左侧。抛光溶液线路#2供应的抛光溶液乃设计用于阻障层(例如钽)的抛光。施加于表面560的垫子510运动以及抛光溶液线路#2的抛光溶液，用以抛光晶圆550表面560上的钽。当达至钽的终点，即关掉抛光溶液线路#2(使供应线路513和514不作用)，清洁垫子510(使用清洗器570)，以及去除多余的溶液(使用吹风机580)，然后载入下一晶圆至外罩540中供抛光。清洗器570和吹风机580可以多种方式实施，包括使用高压喷嘴。
上面已经讨论了适合此种抛光之抛光溶液和垫子的范例性类型。在本发明的某些实施例中，抛光溶液线路#1供应复合试剂、抑制剂和氧化剂。抛光溶液线路#2供应复合试剂和抑制剂，但没有氧化剂或者供应极低浓度的氧化剂。在此种实施例中，抛光溶液线路#1和#2两者都可能在铜的抛光期间开动(因此全部四条供应线路511、512、513和514都会开动)。铜抛光之后，可关掉抛光溶液线路#1，祗留下抛光溶液线路#2的供应线路513和514有作用(是开动的)。在其他实施例中，抛光溶液线路#2会传递复合试剂和抑制剂，而抛光溶液线路#1祗传递氧化剂。再次地，在铜的抛光期间，线路#1和#2可能都会开动，然后可能关掉抛光溶液线路#1以供钽抛光。
图7A-B图解说明上述实施例中使用垫子来抛光晶圆的详细视图。回述图1B，所要抛光的晶圆11具有多层，包括铜层12和阻障层15。在抛光之前，暴露的正面645会先暴露出铜层12做抛光。铜层12抛光之后，所得的晶圆11会暴露出底下的阻障层15(见图1C)。把晶圆11定位，如此使其正面645紧靠着抛光垫640的表面。
参考图7A，其显示在抛光模式的抛光站。抛光溶液由两条抛光溶液线路(线路#1和线路#2)供应于抛光垫640的两侧。在本发明的至少一个实施例中，抛光溶液线路#1包括左侧供应线路612和右侧供应线路611。类似地，抛光溶液线路#2包括左侧供应线路614和右侧供应线路613。供应线路611和613供应抛光垫640的右侧，而供应线路612和614供应抛光垫640的的左侧。
在一实施例中，来自线路#1的抛光溶液包含了氧化和化学机械地去除表面645之铜层12的化学物供应至晶圆11和抛光垫640之间。铜层12抛光以后，即关掉抛光溶液线路#1。晶圆11提升至垫子640上方，如图7B所示。当晶圆11是在如图7B所示的位置时，来自清洗器670的去离子水清洗剂(包含0-0.01％的腐蚀抑制剂)清除晶圆11上的抛光溶液，然后其从晶圆11(的正面645上)反弹落于垫子640上，而清除垫子640上的抛光溶液。清洗垫子的水可能留存在垫子上，此可能不利地稀释了下一抛光溶液。吹风机680把空气吹送到垫子上，以使下一抛光溶液的稀释达到最小。
清洗之后，晶圆11回到图7A所示的位置。然后开动抛光溶液线路#2，供应抛光溶液以抛光阻障层15，阻障层15在铜层12抛光去除后就暴露出来。垫子640的作用与来自抛光溶液线路#2的抛光溶液一起抛光晶圆11上的层15。然后晶圆可以回到图7A的位置，以对晶圆11和垫子640做最后清洗。在本发明的其他实施例中，开始时可以都开动抛光溶液线路#1和抛光溶液线路#2两者。在此情形下，抛光溶液线路#1会包含与抛光溶液线路#2所传送之相同成份，但是也会传送额外的氧化剂成份。抛光溶液线路#1和抛光溶液线路#2都会抛光铜层12。铜层12抛光以后，关掉抛光溶液线路#1，只余下抛光溶液线路#2是开动的。没有传送或传送极低浓度的氧化剂的抛光溶液线路#2会抛光阻障层15。在本发明另外的实施例中，抛光溶液线路#2会传送抛光成份(例如复合试剂和抑制剂)，而抛光溶液线路#1仅传送氧化剂。再次地，在此情形下，在铜层12的抛光期间，抛光溶液线路#1和#2会开动，然后在之后的阻障层15抛光期间，氧化剂线路(抛光溶液线路#1)会关掉。当以此方式开动两条线路时，来自抛光溶液线路#1的氧化剂和来自线路#2的成份在垫子上会需要良好的混合，以确保整个溶液在垫子上有均匀的分布。
在本发明的一或多个实施例中，所描述的是由固定研磨性或聚合型垫其中一种组成的抛光垫。在本发明另外可以选择的实施例中，也有可能将单一垫子分隔或区分成一或多个固定研磨性区段以及一或多个聚合区段。当需要垫子的每一区段以使晶圆上之特定层的化学机械抛光有最好的处理功效时，垫子可以前进或后退，以将垫子的适当区段置于抛光晶圆的位置。因此，固定研磨性区段可用于抛光铜层，而较软的聚合区段可用于抛光阻障层。图6A之优选系统的往复运动和特定设计允许此种灵活性。
如之前所述，在此所叙述的抛光技术可以在单一CMP站中使用单一抛光垫来进行，或者在多个CMP站中使用多个抛光垫来进行。如上所述，在一实施例中，铜层和阻障层的去除可以在相同的CMP站中进行。在该实施例中，铜层的去除可以在去除阻障层前进行。根据此过程顺序，在第一步骤里，可以使用固定研磨性的抛光垫将大量铜去除直到阻障层。在此铜去除的步骤中，抛光溶液可以包含或不包含粒子。在第二步骤里，固定研磨性的抛光垫可以与具有固体粒子的抛光溶液结合使用，以去除阻障层表面的剩余铜层，同时对工件施以向下的力。此向下的力可以是比较轻微之向下力。根据这些步骤便可去除阻障层。阻障层的去除可以利用抛光垫上由软聚合物做成的部份。也就是说，抛光垫可以具有一个固定研磨性的部份以及由软聚合物做成的第二部份。选择性抛光钽的溶液可以传送到抛光垫以去除阻障层，同时对工件施以轻微向下的力。
在另一实施例中，铜和阻障层的去除可以使用整合的CMP系统(整合的CMP工具)在个别的抛光垫上进行。在本发明的一个实施例中，不同的垫子是位于同一工具中的个别CMP站里。适合用于整合之CMP系统的范例性CMP站乃参考图6A而于上文描述，并且也可参考2003年1月17日提交的美国专利申请案第10/346,425号(NT-278-US)，其标题为「灵敏侦测终点之先进的化学机械抛光系统」(AdvancedChemical Mechanical Polishing System with Smart Endpoint Detection)，其以提述方式纳入本文。把多个CMP站并入一个整合的工具里，有可能改善铜和阻障层的抛光差别。
图8是根据本发明的实施例显示具有多个CMP站之整合CMP系统800的方块图。在所示的实施例中，整合的CMP系统800具有第一CMP站810和第二CMP站820。在第一CMP站810中，第一抛光程序里，使用第一抛光垫(未显示)和第一抛光溶液来去除铜层。就本发明而言，第一抛光垫是固定研磨性的抛光垫，并且第一抛光溶液包含研磨及/或润滑粒子。在此方面，研磨粒子当与固定研磨性的抛光垫结合时可以作为抛光的润滑剂。研磨粒子是浆液中的固体粒子。在第一抛光程序期间，晶圆被降到第一抛光垫上，并且第一抛光溶液被传送到第一抛光垫上。第一抛光垫在支承板上方移动(见图6A)，同时在第一抛光垫底下施以流体压力。当铜层被去除直到晶圆表面上的阻障层(见图1C)，即在第二CMP站820进行阻障层的去除过程(第二抛光程序)。第二CMP站820具有第二抛光垫(未显示)以及使用第二抛光溶液。第二抛光垫可以是聚合的/非固定研磨性的抛光垫。举例来说，第二抛光垫可以由例如聚氨酯的软聚合材料所做成。就本发明而言，在阻障层去除的过程中，使用选择性抛光溶液作为第二抛光溶液。在此方面，该选择性抛光溶液被传送到适合去除阻障材料的聚合抛光垫上，并且移动垫子来抛光。可施加流体压力于第二抛光垫底下。使用这些技术可以使晶圆上的压力以及所造成的脱层减到最少。这些技术也可以使凹陷情形和刮痕减到最少。在整合的CMP系统中使用两个CMP站祗是举例而已，也可构想出具有额外CMP站的整合CMP系统。
图9的流程图是抛光半导体晶圆之铜和阻障层的方法之一个实施例，其使用具有多个CMP站之整合CMP系统，例如参考图8所描述的CMP系统。在步骤910，在抛光垫的第一部份上使用抛光溶液来抛光半导体晶圆的第一层。在一实施例中，第一层包括铜。在步骤920，在抛光垫的第二部份上使用抛光溶液来抛光半导体晶圆的第二层。在一实施例中，第二层包括钽。应理解的是，可以抛光多于两层，并且可以使用多于两部份的抛光垫。用于抛光不同层的抛光溶液可以是相同的抛光溶液或是不同的抛光溶液。抛光垫的不同部份可以位于相同的抛光垫上或是位于不同的抛光垫上。个别的抛光溶液和抛光垫优选是设计及/或适合作为抛光晶圆的特定层。举例而言，溶液和垫子可以适于抛光铜或适于抛光阻障层(例如钽)。
根据本发明，一次通常祗抛光一片晶圆。虽然本发明适合一次抛光单一晶圆，但是熟于此技术者可以修改本发明的优选实施例，以便一次抛光多片晶圆。要了解的是，在前述讨论和所附权利要求中，「晶圆表面」和「晶圆的表面」等词包括但不限于处理之前的晶圆表面以及任何形成于晶圆上之层的表面，包括氧化的金属、氧化物、玻璃纤维、陶瓷等。此外，虽然上面主要在讨论两层的抛光，即一金属层(例如铜)和阻障层(例如钽)，但可以使用在此所述技术来抛光任何数量和种类的层，例如以固定研磨性的垫子而因应各层中的每一层供应多种抛光溶液。应了解的是，从半导体晶圆表面去除一层与抛光半导体晶圆表面上的一层同义。在此所述的多种方法中，「方块」和「步骤」都是指处理步骤。
虽然为了举例说明而揭示了本发明的多种优选实施例，但是熟于此技术者将体会到，在不偏离于权利要求范围中所揭示的本发明范畴和精神下，各种的修改、添加及/或取代是有可能的。
权利要求
1.一种抛光半导体晶圆表面上多个层的方法，此方法包括下列步骤在抛光垫的第一部份上使用抛光溶液来抛光第一层；以及在抛光垫的另一部份上使用抛光溶液来抛光另一层。
2.根据权利要求1的方法，其中用于抛光第一层的抛光溶液与抛光另一层所用的抛光溶液不同。
3.根据权利要求2的方法，其中第一层是铜，而用于抛光第一层的抛光溶液适合抛光铜；并且其中另一层是阻障层，而抛光该另一层所用的抛光溶液适合抛光阻障层。
4.根据权利要求1的方法，其中抛光垫的第一部份和抛光垫的另一部份是位于不同抛光垫上的两部份。
5.根据权利要求2的方法，其中抛光垫的第一部份和抛光垫的另一部份是位于不同抛光垫上的两部份。
6.根据权利要求1的方法，其中第一层是铜，而抛光垫的第一部份适合抛光铜，并且其中另一层是阻障层，而抛光垫的另一部份适合抛光阻障层。
7.根据权利要求3的方法，其中第一层是铜，而抛光垫的第一部份适合抛光铜，并且其中另一层是阻障层，而抛光垫的另一部份适合抛光阻障层。
8.根据权利要求2的方法，其更进一步包括以下步骤在抛光另一层之前，从晶圆和抛光垫的第一部份上清除用于抛光第一层的抛光溶液。
9.根据权利要求8的方法，其更进一步包括以下步骤供应用于抛光第一层的抛光溶液至抛光垫的第一部份；以及清除用于抛光第一层的抛光溶液之后，供应用于抛光另一层的抛光溶液至抛光垫的另一部份。
10.根据权利要求1的方法，其中第一层的抛光和另一层的抛光是使用相反的线性抛光以及相对于支承平台而移动抛光垫的部份来进行，该支承平台是用于供应流体至抛光垫部份的背面以支承抛光垫的部份。
11.根据权利要求1的方法，其更进一步包括以下步骤使用另一抛光溶液来抛光该第一层。
12.一种抛光半导体晶圆表面上第一和第二层的方法，此方法包括下列步骤在垫子上使用第一抛光溶液来抛光该第一层；以及在该相同的垫子上使用第二抛光溶液来抛光该第二层。
13.根据权利要求12的方法，其更进一步包括以下步骤在抛光该第二层之前，从该晶圆和该垫子上清除该第一抛光溶液。
14.根据权利要求13的方法，其中达至该第一层的终点之后，清除第一抛光溶液。
15.根据权利要求13的方法，其更进一步包括以下步骤供应该第一抛光溶液至该垫子；以及清除该第一抛光溶液之后，供应该第二抛光溶液至该垫子。
16.根据权利要求13的方法，其中达至该第二层的终点之后，清除该第二抛光溶液。
17.根据权利要求13的方法，其中该清除该第一抛光溶液包括从该垫子上升起该晶圆；以清洗溶液清洗该晶圆的该表面；清洗之后去除多余的清洗溶液；以及降低该晶圆至该垫子上。
18.根据权利要求12的方法，其中该第一和第二层的抛光是使用相反的线性抛光来进行。
19.根据权利要求12的方法，其中使用该第一抛光溶液的该第一层的该抛光持续进行，直到达至第一层的终点为止；以及其中使用该第二抛光溶液的该第二层的该抛光持续进行，直到达至第二层的终点为止。
20.根据权利要求12的方法，其更进一步包括使用另一抛光溶液来抛光该第一层。
21.一种包括多个处理站之整合的半导体晶圆处理系统，其包括抛光半导体晶圆之第一层的第一抛光垫；以及抛光半导体晶圆之另一层的另一抛光垫。
22.根据权利要求21之整合的半导体晶圆处理系统，其更进一步包括传送抛光溶液至第一抛光垫的第一抛光溶液线路；以及传送抛光溶液至另一抛光垫的另一抛光溶液线路。
23.根据权利要求22之整合的半导体晶圆处理系统，其中传送至第一抛光垫的抛光溶液与传送至另一抛光垫的抛光溶液不同。
24.根据权利要求23之整合的半导体晶圆处理系统，其中第一抛光垫是固定研磨性的抛光垫，并且传送至第一抛光垫的抛光溶液包括研磨粒子。
25.根据权利要求21之整合的半导体晶圆处理系统，其中另一抛光垫是没有固定研磨性的聚合抛光垫。
26.根据权利要求23之整合的半导体晶圆处理系统，其中传送至另一抛光垫的抛光溶液是去除阻障层的浆液，其包括大约0.1％至大约5％的研磨粒子；去除阻障层的化学物；以及调节酸碱值的成份，其中溶液的酸碱值在7和12之间。
27.根据权利要求23之整合的半导体晶圆处理系统，其中传送至另一抛光垫的抛光溶液是一种浆液，其包括大约1％至大约2％的研磨粒子浓度，其中研磨粒子是选自包括熏硅、胶体状硅石和氧化铈的一个群组；羟胺；腐蚀抑制剂；以及调节酸碱值的成份，其选自包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铵和氢氧化四甲铵的一个群组，其中溶液的酸碱值在大约9和大约10之间。
28.根据权利要求21之整合的半导体晶圆处理系统，其更进一步包括第一CMP站，其中包括第一抛光垫；以及另一CMP站，其中包括另一抛光垫。
29.根据权利要求21之整合的半导体晶圆处理系统，其中第一抛光垫和另一抛光垫乃使用相反的线性运动来抛光晶圆。
30.一种用作抛光半导体晶圆表面的化学机械抛光装置，其包括抛光器，其包括抛光晶圆表面之第一层和第二层的单一垫子；以及抛光溶液分送系统，其于第一时段提供第一抛光溶液至该单一垫子以抛光该第一层，以及于第二时段提供第二抛光溶液至该单一垫子以抛光该第二层。
31.根据权利要求30的化学机械抛光装置，其中该垫子是固定研磨性的垫子。
32.根据权利要求31的化学机械抛光装置，其中该第一和第二抛光溶液不含任何研磨粒子。
33.根据权利要求31的化学机械抛光装置，其中该第一和第二抛光溶液包含少于5％的研磨粒子。
34.根据权利要求30的化学机械抛光装置，其中化学机械装置是相反线性的化学机械抛光器。
35.根据权利要求30的化学机械抛光装置，其更进一步包括在第一和第二时段之间清洗垫子和晶圆的系统。
36.根据权利要求30的化学机械抛光装置，其中该第一层包括铜，并且该第二层包括钽。
37.根据权利要求30的化学机械抛光装置，其中该第一抛光溶液包括氧化剂、复合试剂和腐蚀抑制剂，并且该第二抛光溶液包括复合试剂和腐蚀抑制剂。
38.根据权利要求30的化学机械抛光装置，其中第二抛光溶液是去除阻障层的浆液，其包括大约0.1％至大约5％的研磨粒子；去除阻障层的化学物；以及调节酸碱值的成份，其中溶液的酸碱值在7和12之间。
39.根据权利要求30的化学机械抛光装置，其中第二抛光溶液是一种浆液，其包括大约1％至大约2％的研磨粒子浓度，其中研磨粒子是选自包括熏硅、胶体状硅石和氧化铈的一个群组；羟胺；腐蚀抑制剂；以及调节酸碱值的成份，其选自包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铵和氢氧化四甲铵的一个群组，其中溶液的酸碱值在大约9和大约10之间。
40.根据权利要求30的化学机械抛光装置，其中所述单一垫子包括第一部份和第二部份，该第一部份适合抛光该第一层，而该第二部份适合抛光该第二层。
全文摘要
一种抛光半导体晶圆表面上多个层的方法，其包括在抛光垫的第一部分上使用抛光溶液来抛光例如是铜的第一层，以及在抛光垫的另一部分上使用抛光溶液来抛光作为阻障层的另一层。每一层可使用不同或相同的抛光溶液。类似地，抛光垫的不同部分最好适用于抛光一个对应的晶圆层。抛光垫的不同部分可以位于相同的垫子上或是位于不同的垫子上。同时亦请求向单一抛光垫供应抛光溶液的两条不同供应线路的专利。
文档编号B24B37/04GK1653600SQ03810974
公开日2005年8月10日 申请日期2003年3月13日 优先权日2002年3月13日
发明者哈马洋·达理, 布兰特·巴萨尔, 德格拉斯·杨, 王育诚, 图安·杜安鲁 申请人:Asm努突尔股份有限公司