用于具有荧光检测的化学机械平坦化的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明描述的技术总体涉及材料处理，并且更具体地，涉及平坦化。
【背景技术】
[0002]通常通过多种工艺(例如，化学机械平坦化(CMP)、蚀刻等)来制造半导体器件。CMP工艺通常将化学力和机械力结合使用来使晶圆的表面平坦化。单纯进行机械研磨会造成许多表面损伤，而单纯进行湿蚀刻不能实现良好的平坦化。CMP工艺同时包括机械研磨和湿蚀刻以在晶圆上生成平滑的表面，并且为后续工艺(例如，光刻)制备晶圆。例如，CMP工艺用于避免光刻过程中的焦深问题。
【发明内容】
[0003]根据本发明描述的技术，提供了对物品实施化学机械平坦化的系统和方法。一种对物品实施化学机械平坦化的示例性系统包括抛光头、荧光源、抛光液、抛光垫、荧光检测器以及一个或多个处理器。抛光头被配置为对物品实施化学机械平坦化(CMP)。抛光垫被配置为支撑物品。荧光源被配置为发出入射光。抛光液被配置为实施CMP，该抛光液包括多个能够响应入射光而生成荧光的发射体粒子。荧光检测器被配置为检测荧光。一个或多个处理器被配置为基于检测到的荧光来控制抛光头。
[0004]在一个实施例中，提供了一种用于对物品实施化学机械平坦化的方法。提供了入射光。使用抛光液来对物品实施化学机械平坦化(CMP)，该抛光液包括多个能够响应入射光而生成荧光的发射体粒子。检测荧光。响应于荧光，化学机械平坦化停止。
[0005]根据本发明的一方面提供了一种用于对物品实施化学机械平坦化的系统，包括:抛光头，配置为对所述物品实施所述化学机械平坦化(CMP);抛光垫，配置为支撑所述物品；光源，配置为发出入射光；抛光液，包括能够响应所述入射光而发出荧光的多个发射体粒子；荧光检测器，配置为检测所述荧光；以及至少一个处理器，配置为基于检测到的荧光来控制所述抛光头。
[0006]在该系统中，所述抛光液还包括多个附着于所述发射体粒子的表面活性剂粒子，其中，所述表面活性剂粒子能够从所述发射体粒子处分离。
[0007]在该系统中，所述物品包括CMP停止材料，当所述CMP停止材料暴露于所述抛光液时，所述表面活性剂粒子从所述发射体粒子处分离以附着于所述物品的所述CMP停止材料。
[0008]在该系统中，当所述表面活性剂粒子附着于所述发射体粒子时，所述荧光被检测到具有第一强度，而当所述表面活性剂粒子从所述发射体粒子处分离时，所述荧光被检测到具有第二强度。
[0009]在该系统中，所述至少一个处理器配置为基于检测到的所述荧光的强度来控制所述抛光头。
[0010]在该系统中，所述至少一个处理器配置为在所述荧光被检测到具有所述第二强度时控制所述抛光头以停止所述CMP。
[0011]在该系统中，所述CMP停止材料包括氮化钛和氮化硅中的至少一种。
[0012]在该系统中，所述CMP停止材料形成所述物品中的CMP停止层。
[0013]在该系统中，所述表面活性剂粒子包括含有羟基和羧基中的至少一种的有机物分子。
[0014]在该系统中，所述发射体粒子包括0(^、0(156、21^、21^6、21^6、11^8、11^、11^、6&队GaP、GaAs、蓝铜矿以及蓝宝石中的至少一种。
[0015]在该系统中，所述抛光液还包括一种或多种研磨材料。
[0016]根据本发明的另一方面提供了一种用于实施化学机械平坦化的方法，所述方法包括:提供入射光；使用抛光液来对物品实施所述化学机械抛光(CMP)，所述抛光液包括多个能够响应所述入射光而发出荧光的发射体粒子；检测所述荧光；响应于检测到的所述荧光来调节所述CMP的实施。
[0017]在该方法中，所述抛光液还包括多个附着于所述发射体粒子的表面活性剂粒子，其中，所述表面活性剂粒子能够从所述发射体粒子处分离。
[0018]在该方法中，所述物品包括CMP停止材料，当所述CMP停止材料暴露于所述抛光液时，所述表面活性剂粒子从所述发射体粒子处分离以附着于所述物品的所述CMP停止材料。
[0019]在该方法中，当所述表面活性剂粒子附着于所述发射体粒子时，所述荧光被检测到具有第一强度，而当所述表面活性剂粒子从所述发射体粒子处分离时，所述荧光被检测到具有第二强度。
[0020]在该方法中，基于检测到的所述荧光的强度来调节所述CMP的实施。
[0021]在该方法中，当所述荧光被检测到具有所述第二强度时，停止所述CMP的实施。
[0022]在该方法中，所述CMP停止材料包括氮化钛和氮化硅中的至少一种。
[0023]在该方法中，所述CMP停止材料形成所述物品中的CMP停止层。
[0024]在该方法中，所述物品用于制造至少一个半导体器件。
【附图说明】
[0025]图1 (a)至图1 (C)示出了正在经历CMP工艺和蚀刻工艺的晶圆的示例性示意图。
[0026]图2不出了在CMP工艺和蚀刻工艺之后的晶圆的侧视图的不例性不意图。
[0027]图3 (a)至图3 (b)示出了具有荧光检测的CMP系统的示例性示意图。
[0028]图4和图5示出了在如图3 (a)和图3 (b)所示的CMP系统中使用的包括发射体粒子和表面活性剂粒子的抛光液的示例性示意图。
[0029]图6示出了荧光强度随着抛光液中表面活性剂粒子的浓度而改变的示例性示意图。
[0030]图7(a)至图7(c)示出了正在经历CMP系统中的CMP工艺和蚀刻工艺的晶圆的示例性示意图。
[0031]图8不出了在CMP工艺和蚀刻工艺之后的晶圆的侧视图的不例性不意图。
[0032]图9示出了用于对物品实施化学机械平坦化的示例性流程图。
【具体实施方式】
[0033]常规的CMP技术具有一些劣势。例如，难以精确控制何时停止CMP工艺。在半导体器件制造中，通常将薄材料层(例如，氮化钛和氮化硅)用作CMP工艺的CMP停止层和CMP工艺之后的蚀刻工艺的蚀刻硬掩模。当去除了 CMP停止层上形成的一个或多个材料层并露出CMP停止层(例如，氮化钛和氮化硅)时，应该停止CMP工艺。如果CMP工艺没有及时停止，那么可能将薄CMP停止层去除并且使其不能用作蚀刻硬掩模。CMP停止层下方的材料层在后续的蚀刻工艺中将不能受到保护。
[0034]图1 (a)至图1 (C)示出了正在经历CMP工艺和蚀刻工艺的晶圆的示例性示意图。如图1 (a)所示，晶圆100包括在覆盖介电层106 (例如，栅极氧化物)的CMP停止层104 (例如，氮化物层)上形成的一个或多个材料层102。将CMP工艺应用于晶圆100以进行平坦化。如图1(b)所示，如果CMP工艺在CMP停止层104露出时没有停止，则去除了位于介电层106顶部上的CMP停止层104并且也去除了介电层106的一部分。然后，如图1 (c)所示，当晶圆100经历蚀刻工艺时，在没有CMP停止层104保护的情况下，蚀刻掉了介电层106的至少一部分。
[0035]图2示出了在CMP工艺和蚀刻工艺之后的晶圆100的侧视图的示例性示意图。如图2所示，因为CMP工艺在CMP停止层104(例如，氮化物层)露出时没有停止，所以蚀刻掉了介电层106的一部分。例如，因此严重减小了介电层106的最终高度。
[0036]本发明描述了用于利用荧光检测来实施CMP工艺的系统和方法，以便CMP工艺在CMP停止层(例如，氮化物)露出时停止，从而在CMP工艺期间减小对CMP停止层的去除。
[0037]图3 (a)和图3 (b)示出了利用荧光检测的CMP系统的示例性示意图。如图3 (a)和图3(b)所示，CMP系统包括抛光头302、抛光垫304、压板306以及荧光检测器308。抛光垫304中的一个或多个小窗口 310允许入射光312穿过并落在包括CMP停止层(例如，氮化物层)的晶圆314上，并允许荧光316穿透到达荧光检测器308。在CMP工艺期间，当CMP停止层露出时，荧光316的强度受到影响。荧光检测器308配置成检测荧光316的强度变化，以便在去除了 CMP停止层上形成的一个或多个材料层之后，CMP工艺在露出CMP停止层时停止。例如，使用对入射光312和荧光316近似透明的一种或多种材料来制造窗口 310。在一些实施例中，第一窗口用于允许入射光312穿透，而第二窗口用于允许荧光316穿透。这两个窗口由分别对入射光312和荧光316近似透明的不同材料进行制造。
[0038]在一些实施例中，CMP系统300还包括生成入射光312的光源318、抛光头旋转控制器320以及包括一个或多个处理器(未示出)的计算机322。例如，抛光头旋转控制器320配置成控制抛光头302的旋转和振荡以使晶圆314与抛光垫304接触，抛光垫304 (例如，连同压板306)在将要进行平坦化的晶圆表面的平面内移动。计算机322配置成控制光源318和/或荧光检测器308。例如，计算机322将荧光316的检测强度与预定的阈值进行比较，如果荧光316的检测强度小于预定的阈值，则会致使抛光头旋转控制器320停止抛光头302。在某些实施例中，抛光垫304由软性材料和硬性材料(例如，多孔聚合物材料)堆叠制成。
[0039]图4和图5示出了在CMP系统300中使用的包括发射体粒子和表面活性剂粒子的抛光液的示例性示意图。抛光液402包括具有磨蚀作用和腐蚀性的化学浆体(例如，胶质)。例如，如图4所示，