专利名称：抛光工艺的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体工艺的控制方法，尤其涉及一种抛光工艺的控制方法。
背景技术：
化学机械抛光技术已广泛应用于双重金属镶嵌、金属插塞、沟渠式电容器(Trench Capacitor)的上电极等结构的制作以及介电层的平坦化上，为制造集成电路不可或缺的工艺。
化学机械抛光过程中的主要的工艺参数有抛光头所施的压力、抛光液与抛光粒的成份、抛光垫的材质、晶片与抛光垫的相对线速度以及温度等。然而，化学机械抛光的结果会受到许多非工艺参数的影响，而影响良率与可靠性(Reliability)。
举例而言，在双重金属镶嵌工艺中，所电镀的铜膜在晶片周边的厚度通常较厚，因此在化学机械抛光后，常会造成晶边铜残留，或是造成中心区域过度抛光(Over Polish)与盘凹(Dishing)等问题，而导致晶片内各区域的双重金属镶嵌结构的电性不均的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种抛光工艺的控制方法，用以提升抛光后的膜层均匀度。
本发明的另一目的是提供一种双重金属镶嵌工艺，使晶片上各区域所形成的双重金属镶嵌结构具有均匀的电性。
本发明提供一种抛光工艺的控制方法，包括提供晶片。此晶片上已覆盖一层薄膜。然后，量测薄膜在晶片上的数个区域的膜厚，以得到平均膜厚的分布。之后，依据此平均膜厚的分布设定一个抛光速率(Removal Rate)配方(Recipe)。接着，依据此抛光速率配方对此晶片进行抛光工艺。
于一实施例中，此抛光工艺的控制方法是参照一个数据库，以依据平均膜厚的分布设定抛光速率配方。此数据库储存数个平均膜厚的分布以及相应这些平均膜厚的分布的较佳抛光速率分布。
于一实施例中，上述设定抛光速率配方例如是设定对应晶片的数个区域而施加于抛光垫的压力，也可以是设定晶片与抛光垫的相对线速度。
于一实施例中，上述抛光工艺的控制方法还包括对另一晶片进行抛光工艺控制。此抛光工艺控制例如是利用进阶工艺控制(Advanced ProcessControl，APC)方法。
于一实施例中，上述薄膜的材质例如是铜。
于一实施例中，上述薄膜的形成方法例如是电镀法(Electroplating)或化学气相沉积法。
于一实施例中，上述抛光工艺例如是化学机械抛光(ChemicalMechanical Polish，CMP)或电化学抛光(Electrochemical Polish，ECP)。
本发明依据沉积的薄膜厚度分布来控制抛光工艺的速率，因此可以避免抛光后晶片内(Within Wafer)膜层不均匀的问题。
本发明再提供一种双重金属镶嵌工艺，此工艺是在衬底的介电层中形成数个双重金属镶嵌开口。接着，于衬底上覆盖一层薄膜，此薄膜填满各双重金属镶嵌开口。之后，量测衬底上数个区域的薄膜的膜厚，以得到平均膜厚的分布，并依据平均膜厚的分布设定抛光速率配方。然后，依据此抛光速率配方对衬底进行抛光工艺，直到暴露此介电层。
于一实施例中，此双重金属镶嵌工艺是参照一个数据库，以依据平均膜厚的分布设定抛光速率配方。此数据库储存数个平均膜厚的分布以及相应这些平均膜厚的分布的较佳抛光速率分布。
于一实施例中，上述设定抛光速率配方例如是设定对应衬底的数个区域而施加于抛光垫的压力，也可以是设定衬底与抛光垫的相对线速度。
于一实施例中，上述的双重金属镶嵌工艺还包括利用进阶工艺控制方法，对另一衬底进行另一双重金属镶嵌工艺。
于一实施例中，上述薄膜的材质例如是铜。
于一实施例中，薄膜的形成方法例如是电镀法或化学气相沉积法。
于一实施例中，上述抛光工艺例如是化学机械抛光或电化学抛光。
本发明根据沉积的薄膜的平均膜厚的分布来控制抛光工艺的参数，可避免晶边铜残留、过度抛光与盘凹等问题，使抛光后晶片内各区的双重金属镶嵌结构具有均匀的电性。此外，以前一片晶片的平均膜厚的分布与抛光速率配方，来推估后续的晶片的平均膜厚的分布与抛光速率配方，可以使晶片间的双重金属镶嵌结构具有更均匀的电性。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1是依照本发明一实施例所绘示的晶片100的上视图以及沿剖面线I-I’的剖面示意图；图2是依照本发明一实施例所绘示的抛光工艺的控制方法流程图；图3绘示薄膜102的平均膜厚的分布104；图4绘示一部分数据库106的内容；图5A至5B绘示本发明另一实施例的双重金属镶嵌工艺的制造流程剖面示意图。
主要元件符号说明0原点1、2、3、4、5、6步骤100、200晶片108、110、112、p1、p2、p3区域102、208薄膜104、d1、d2、d3平均膜厚的分布106数据库204介电层206、206a、206b开口208a双重金属镶嵌结构r1、r2、r3较佳抛光速率分布具体实施方式
图1是依照本发明一实施例所绘示的晶片100的上视图以及沿剖面线I-I’的剖面示意图。图2是依照本发明一实施例所绘示的抛光工艺的控制方法流程图。
请同时参照图1与图2，首先进行步骤301提供晶片100。晶片100例如是12寸晶片。然后进行步骤302于晶片100上覆盖一层薄膜102。薄膜102的材质例如是铜。薄膜102的形成方法例如是电镀法或化学气相沉积法。
接着，进行步骤303量测薄膜102在晶片100的数个区域的膜厚，以得到绘示于图3的平均膜厚的分布104。“平均膜厚的分布”例如是晶片半径长度与平均膜厚的函数。平均膜厚的分布104例如是晶片100的中心点、距离中心点130毫米(mm)处以及距离中心点140毫米处的平均膜厚。“平均膜厚”例如是在一定距离内多点膜厚的平均值，也可以是单点膜厚的多次膜厚量测结果的平均值。为便于说明，平均膜厚的分布的示意图均以相同方法绘示，而且均为二维图案。在图3中，横轴代表晶片100的半径长度，其中原点0代表晶片100中心点的位置；纵轴代表平均膜厚。
然后，进行步骤304参照数据库106，依据此平均膜厚的分布104设定抛光速率(Removal Rate)配方。晶片100例如分为区域108、110与112。设定抛光速率配方例如是设定相对于晶片100上的区域108、110与112而施加于抛光垫的压力，或是设定晶片100与抛光垫的相对线速度。数据库106中已储存着多个平均膜厚的分布以及相应该些平均膜厚的分布的较佳抛光速率分布，如图4所示。请参照图4，其绘示出一部分数据库106内容，如平均膜厚的分布d1、d2与d3以及与其相应的较佳抛光速率分布r1、r2与r3。当然，数据库106所储存的平均膜厚的分布与其相应的较佳抛光速率分布可以更多。“抛光速率分布”例如是抛光速率与晶片半径长度的函数。为方便说明，抛光速率分布r1、r2与r3是以二维图案表示，其中横轴代表晶片的晶片半径长度，例如可分为区域p1、p2与p3；纵轴代表抛光速率。步骤304例如是将实际测量所得的平均膜厚的分布104与数据库中的平均膜厚的分布d1、d2与d3进行比较，取数据库中的平均膜厚的分布d1、d2与d3与实际测量所得的平均膜厚的分布104较接近者。例如，是取晶片中心点的平均膜厚、距离中心点130mm处的平均膜厚与距离中心点140mm处的平均膜厚最接近平均膜厚的分布104者。然后，采用相应的较佳抛光速率分布来设定抛光速率配方。在图4中，数据库106中的平均膜厚的分布d2与平均膜厚的分布104在上述三个区域的平均膜厚最接近，因此采用相应的较佳抛光速率分布r2来设定抛光速率配方。其中区域p1、p2与p3的抛光速率分别对应于图1所示的晶片100中区域108、110与112于后续抛光工艺的抛光速率。
然后，进行步骤305依据此抛光速率配方对晶片100进行抛光工艺。此抛光工艺例如是化学机械抛光(Chemical Mechanical Polish，CMP)或电化学抛光(Electrochemical Polish，ECP)。
此外，上述的控制方法还包括对另一晶片进行抛光工艺控制。例如对一批(Lot)晶片进行取样(Sample)，以对此批晶片的采样进行上述的控制方法，进而以所设定的抛光速率配方对此批晶片中的其他晶片进行抛光工艺。
另外，为了增进产能，应设法减少上述的取样频率。然而，由于各种工艺条件会随着时间而变化，薄膜的平均膜厚的分布也会随着时间而变化，因此在设法减少取样频率时，必须顾及平均膜厚的分布的变化情形。在此情形下，可以利用先前采样的平均膜厚的分布，来推估目前平均膜厚的分布，并以此平均膜厚的分布来设定抛光速率配方。或者，利用先前采样的抛光速率配方，来推估目前适用的抛光速率配方。此类技术例如是利用进阶工艺控制(Advanced Process Control，APC)方法来达成。
本发明依据沉积的薄膜厚度分布来设定抛光的配方，可以避免抛光后晶片内(Within Wafer)膜层不平均的问题。此外，如上所述，利用先前采样的平均膜厚的分布或抛光速率配方，来推估后续晶片的平均膜厚的分布或适用的抛光速率配方，可以使晶片间(Wafer to Wafer)具有平均的抛光品质。
在另一实施例中，上述抛光工艺的控制方法，可以应用于双重金属镶嵌(Dual Damascene)工艺。以下说明此双重金属镶嵌工艺。此双重金属镶嵌工艺的制造流程剖面示意图绘示于图5A至5B。
请参照图2与图5A，首先进行步骤301提供一晶片200以作为双重金属镶嵌工艺的衬底。晶片200中例如已形成有半导体元件202，且晶片200的最上层已覆盖一层介电层204。
接着，进行步骤306于晶片200的介电层204中形成双重金属镶嵌开口206。此双重金属镶嵌开口206位于介电层204中，双重金属镶嵌开口206包括预定形成金属插塞的开口206a与导线的开口206b，其制造过程为本领域技术人员所熟知，故此处不再赘述。
然后，进行步骤302于此晶片上覆盖一层薄膜208。此薄膜208填满这些双重金属镶嵌开口206，以作为金属插塞与导线的材料。薄膜208的材料例如是铜。薄膜208的形成方法例如是电镀法。
之后，进行步骤303量测薄膜在晶片上数个区域的膜厚，以得到平均膜厚的分布。步骤303的详细内容已于前一实施例说明。
然后，进行步骤304依据此平均膜厚的分布设定抛光速率配方。步骤304的详细内容亦已于前一实施例说明。
接着，请参照图5B，进行步骤305依据此抛光速率配方对此晶片进行抛光工艺直到暴露介电层204，以形成一双重金属镶嵌结构208a。此抛光工艺例如是化学机械抛光或电化学抛光。
依据前一实施例的说明，本实施例的双重金属镶嵌工艺还包括以既得的抛光速率配方，对另一衬底进行另一双重金属镶嵌工艺。此外，例如利用进阶工艺控制方法，可以利用先前采样的平均膜厚的分布，来推估后续的平均膜厚的分布，进而设定另一抛光速率配方，以应用于双重金属镶嵌工艺。或者，利用先前采样所使用的抛光速率配方，来推估后续所适用的抛光速率配方。
本发明根据沉积的薄膜的平均膜厚的分布来控制抛光工艺的参数，可避免晶边铜残留、过度抛光与盘凹等问题，使抛光后晶片内各区的双重金属镶嵌结构具有均匀的电性。此外，以先前晶片的平均膜厚的分布与抛光速率配方，来推估后续的晶片的平均膜厚的分布与抛光速率配方，可以使晶片间的双重金属镶嵌结构具有更平均的电性。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种抛光工艺的控制方法，包括提供一晶片，该晶片已覆盖一薄膜；量测该晶片的数个区域上的该薄膜的膜厚，以得到一平均膜厚的分布；依据该平均膜厚的分布设定一抛光速率配方；以及依据该抛光速率配方对该晶片进行一抛光工艺。
2.如权利要求1所述的抛光工艺的控制方法，其中依据该平均膜厚的分布设定该抛光速率配方是参照一数据库，该数据库储存多个平均膜厚的分布以及相应该些平均膜厚的分布的较佳抛光速率分布。
3.如权利要求1所述的抛光工艺的控制方法，其中设定该抛光速率配方包括设定该晶片的多个区域施加于抛光垫的压力。
4.如权利要求1所述的抛光工艺的控制方法，其中设定该抛光速率配方包括设定该晶片与抛光垫的相对线速度。
5.如权利要求1所述的抛光工艺的控制方法，还包括利用进阶工艺控制方法对另一晶片进行一抛光工艺控制。
6.如权利要求1所述的抛光工艺的控制方法，其中该抛光工艺包括化学机械抛光或电化学抛光。
7.如权利要求1所述的抛光工艺的控制方法，其中该薄膜的材质包括铜。
8.如权利要求1所述的抛光工艺的控制方法，其中该薄膜的形成方法包括电镀法或化学气相沉积法。
9.一种双重金属镶嵌工艺，包括提供一衬底，该衬底上已覆盖一介电层；于该介电层中形成多个双重金属镶嵌开口；于该衬底上覆盖一薄膜，该薄膜填满该些双重金属镶嵌开口；量测衬底上的数个区域的该薄膜的膜厚，以得到一平均膜厚的分布；依据该平均膜厚的分布设定一抛光速率配方；以及依据该抛光速率配方对该衬底进行一抛光工艺，直到暴露该介电层。
10.如权利要求9所述的双重金属镶嵌工艺，其中依据该平均膜厚的分布设定该抛光速率配方是参照一数据库，该数据库储存多个平均膜厚的分布以及相应该些平均膜厚的分布的较佳抛光速率分布。
11.如权利要求9所述的双重金属镶嵌工艺，其中设定该抛光速率配方包括设定该衬底的多个区域施加于抛光垫的压力。
12.如权利要求9所述的双重金属镶嵌工艺，其中设定该抛光速率配方包括设定该衬底与抛光垫的相对线速度。
13.如权利要求9所述的双重金属镶嵌工艺，还包括对另一衬底进行另一双重金属镶嵌工艺。
14.如权利要求13所述的双重金属镶嵌工艺，其中对该另一衬底进行该另一双重金属镶嵌工艺包括利用进阶工艺控制方法。
15.如权利要求9所述的双重金属镶嵌工艺，其中该薄膜的材质包括铜。
16.如权利要求9所述的双重金属镶嵌工艺，其中该薄膜的形成方法包括电镀法或化学气相沉积法。
17.如权利要求9所述的双重金属镶嵌工艺，其中该抛光工艺包括化学机械抛光或电化学抛光。
全文摘要
一种抛光工艺的控制方法。首先，提供一晶片，此晶片上已覆盖一层薄膜。量测薄膜在晶片上的数个区域的膜厚，以得到平均膜厚的分布。之后，依据这些平均膜厚的分布设定一个抛光速率配方。接着，依据此抛光速率配方对该晶片进行抛光工艺。此方法可以改善抛光后膜厚的均匀度，进而提升抛光工艺的效率与晶片的良率。
文档编号B24B49/02GK1992178SQ20051013755
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月30日 优先权日2005年12月30日
发明者邓清文, 林进坤, 梁文中 申请人:联华电子股份有限公司