专利名称：抛光方法
技术领域：
本发明涉及一种用于化学和机械抛光对象物以形成半导体装置线路的方法。
背景技术：
半导体装置线路的形成首先是通过在具有沟槽(trench)的绝缘层上依次放置阻挡层(barrier layer)和导电层。然后，通过化学和机械抛光除去位于沟槽外侧的部分导电层(导电层外侧部)和位于沟槽外侧的部分阻挡层(阻挡层外侧部)。除去导电层外侧部和阻挡层外侧部的过程通常包括通过化学和机械抛光除去部分导电层外侧部以显露阻挡层上表面的步骤，以及通过化学和机械抛光除去剩余的导电层外侧部和阻挡层外侧部以显露绝缘层上表面的步骤。日本专利申请第8-83780号、第10-116804号和国际专利申请第00/13217号公开了用于化学和机械抛光除去部分导电层外侧部的抛光组合物。
然而，当使用上述专利申请第8-83780号、第10-116804号和第00/13217号中任何一项所公开的抛光组合物进行化学和机械抛光时，应该被除去的部分导电层，即导电层外侧部会有残留的危险，或者除了应该被除去的部分导电层之外的部分导电层，即位于沟槽内侧的部分导电层(导电层内侧部)会有被除去的危险。如果部分导电层外侧部有残留，剩余残渣会造成短路，从而降低半导体装置的产率或半导体装置的质量。相反，如果导电层内侧部被除去，会发生被称为凹陷的现象，导电层的上表面的水平会降低。这样会增大线路电阻或降低表面的平滑度。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种抛光方法，它能够很好地形成半导体装置的线路。
为了达到上述目的以及其他目的，提供了一种用于化学和机械抛光对象物以形成半导体装置线路的方法。对象物包括具有沟槽的绝缘层、置于绝缘层上的阻挡层、以及置于阻挡层上的导电层。阻挡层和导电层分别具有位于沟槽外侧的外侧部和位于沟槽内侧的内侧部。该方法包括通过化学和机械抛光除去部分导电层外侧部以显露阻挡层的上表面；以及在除去部分导电层外侧部之后，通过化学和机械抛光除去导电层外侧部的剩余部分和阻挡层外侧部以显露绝缘层的上表面。除去部分导电层外侧部的步骤包括使用包含成膜剂的第一种抛光组合物化学和机械抛光对象物的上表面；清洗被化学和机械抛光的对象物的上表面，从而除去由第一种抛光组合物中的成膜剂在导电层的上表面形成的保护膜；以及使用包含成膜剂的第二种抛光组合物化学和机械抛光被清洗的对象物上表面。
下面将对本发明的其他方面和优点进行描述，结合附图，以实施例的方式说明本发明的原理。
通过参考以下的优选实施方式结合附图的描述，可以更好地理解本发明及其目的和优点。
图1A～1C所示是根据本发明的一个实施方式解释抛光方法的对象物的横截面图。
具体实施例方式
现在将对本发明的一个实施方式进行描述。
在本实施方式中，半导体装置线路是以下述方式形成的。首先，如图1A所示，在具有沟槽11的绝缘层12上形成阻挡层13和导电层14。
绝缘层12是由例如二氧化硅通过化学汽相淀积(CVD)形成的。使用例如平版印刷技术和图样蚀刻技术，在绝缘层12上形成沟槽11以具有预定的设计模式。
在形成导电层14之前，在绝缘层12上形成阻挡层13，并且位于绝缘层12和导电层14之间。阻挡层13是由例如钽或氮化钽使用溅射技术形成的。要求使阻挡层13的厚度足够比沟槽11的深度更小。
在形成阻挡层13之后，在绝缘层12上形成导电层14，并且位于阻挡层13之上而且至少填满沟槽11。导电层14是由铜或铜合金通过例如电镀或物理汽相淀积(PVD)形成的。
在形成阻挡层13和导电层14之后，通过化学和机械抛光除去位于沟槽11外侧的部分导电层14(导电层14外侧部)和位于沟槽11外侧的部分阻挡层13(阻挡层13外侧部)。这样，位于沟槽11内侧的部分阻挡层13(阻挡层13内侧部)和位于沟槽11内侧的部分导电层14(导电层14内侧部)留在了绝缘层12上。导电层14内侧部起到了半导体装置线路的功能，并且阻挡层13内侧部能够防止导电层14内侧部的金属原子(例如，铜原子)分散到绝缘层12。
通过化学和机械抛光除去导电层14外侧部和阻挡层13外侧部的过程如下首先如图1B所示通过化学和机械抛光(第一次抛光步骤)除去部分导电层14外侧部以显露阻挡层13的上表面。然后，如图1C所示通过化学和机械抛光(第二次抛光步骤)除去导电层14外侧部的剩余部分和阻挡层13外侧部以显露绝缘层12的上表面。
通过化学和机械抛光除去部分导电层14外侧部的过程如下首先化学和机械抛光(主要抛光子步骤)包含绝缘层12、阻挡层13和导电层14的对象物的上表面。随后，清洗对象物的上表面(清洗子步骤)。然后，再次化学和机械抛光(辅助抛光子步骤)对象物的上表面。
在清洗之前进行的第一次化学和机械抛光中，使用了包含成膜剂的第一种抛光组合物。成膜剂与形成导电层14的材料反应从而在导电层14的上表面形成保护膜。由成膜剂在导电层14的上表面形成的保护膜抑制了对导电层14的过度抛光，从而防止了凹陷。在第一种抛光组合物中的成膜剂优选为表面活性剂，但可以包含少量的苯并三唑或其衍生物。通过以预定的压力将抛光组件例如抛光垫置于与对象物的上表面相接触，并且在向抛光组件提供第一种抛光组合物的同时，使对象物和抛光组件互相滑动，进行使用第一种抛光组合物的化学和机械抛光。化学和机械抛光时的抛光压力优选为大约140hPa。
在第一次化学和机械抛光之后进行的清洗是为了除去由第一种抛光组合物中的成膜剂在导电层14的上表面形成的保护膜。清洗过程可以包括例如抛光、冲洗、或擦洗。然而，当进行抛光时，在对象物和抛光组件互相滑动时向抛光组件提供的液体，优选用水例如净化水代替抛光组合物。当提供水时进行的抛光被特别定为水抛光。在水抛光的情况下，与通常使用抛光组合物的抛光不同，在抛光时不会有在导电层14的上表面形成保护膜的危险。此外，与冲洗或擦洗不同，进行水抛光能够使用清洗前后用于化学和机械抛光的抛光装置。因此，不必配备用于清洗子步骤的清洗装置，也不必在用于主要抛光子步骤和辅助抛光子步骤的抛光装置和用于清洗子步骤的清洗装置之间移动对象物。
当水抛光时水的进给率为200毫升/分或更小时，或更具体地为小于1000毫升/分时，导电层14上表面的保护膜不能被充分除去。结果是，应被除去的部分导电层14会有少量残留在阻挡层13上的危险。因此，水抛光时水的进给率优选为200毫升/分或更大，并且进一步优选为1000毫升/分或更大。然而，即使在进给率为200毫升/分或更小的情况下，如果清洗时间延长，导电层14上表面的保护膜也能够被完全除去。
在清洗之后进行的第二次化学和机械抛光中，使用了包含成膜剂的第二种抛光组合物。第二种抛光组合物的组成可以与第一种抛光组合物不同。然而，当第二种抛光组合物的组成与第一种抛光组合物相同时，第一种抛光组合物和第二种抛光组合物可以通用。当第一种抛光组合物与第二种抛光组合物相同时，不但抛光过程被简化，并且相应地成本下降，而且避免了在辅助抛光子步骤中由于第一种抛光组合物和第二种抛光组合物的混合所造成的问题。通过以预定的压力将抛光组件例如抛光垫置于与对象物的上表面相接触，并且在向抛光组件提供第二种抛光组合物的同时，使对象物和抛光组件互相滑动，进行使用第二种抛光组合物的化学和机械抛光。
当清洗后的化学和机械抛光时的抛光压力等于或大于清洗前的化学和机械抛光时的抛光压力时，抛光后在对象物的表面会有发生轻微凹陷的危险。因此，清洗后的化学和机械抛光时的抛光压力优选为小于清洗前的化学和机械抛光时的抛光压力。此外，当清洗后的化学和机械抛光时的抛光压力大于50hPa时，或更具体地大于10hPa时，抛光后在对象物的表面会有发生轻微凹陷的危险。因此，清洗后的化学和机械抛光时的抛光压力优选为50hPa或更小，进一步优选为10hPa或更小。
本优选的实施方式具有以下优点。
在用于除去部分导电层14外侧部的第一次抛光步骤中，在对象物的上表面经过化学和机械抛光后，清洗对象物的上表面，并且随后对对象物的上表面再次进行化学和机械抛光。在第一次化学和机械抛光之后，在应被除去的部分导电层14有残留的情况下，即使不进行清洗而继续化学和机械抛光，由于第一种抛光组合物中的成膜剂在剩余残渣的上表面形成了保护膜，剩余残渣也不能被完全除去。更糟的是除了应被除去的部分导电层14之外的部分导电层14(导电层14内侧部)会有被除去的危险。相反，如果在第一次化学和机械抛光之后进行清洗，由于导电层14的剩余残渣上的保护膜被除去，通过在清洗后再次进行的化学和机械抛光，导电层14的剩余残渣会被除去。此外，由于用于清洗后的化学和机械抛光的第二种抛光组合物包含成膜剂，而成膜剂能防止产生凹陷。这样，就很好地形成了半导体装置线路。
在用于除去部分导电层14外侧部的第一次抛光步骤之后，如果应被除去的部分导电层14有残留，需要在用于除去导电层14外侧部的剩余部分和阻挡层13外侧部的第二次抛光步骤中，将导电层14的剩余残渣同时除去。在这种情况下，第二次抛光步骤的化学和机械抛光条件的设定会变得复杂。相反，当如上所述在第一次抛光步骤的中间进行清洗时，应被除去的部分导电层14能被更好地除去。这样，第二次抛光步骤的化学和机械抛光条件的设定不会变得复杂。
接下来，将描述本发明的实施例与对照例。
制备由包含钽组成的阻挡层和由铜组成的导电层的SEMATECH制造的854点阵结构的晶片。在实施例1～6和对照例1～8中，通过化学和机械抛光除去部分导电层外侧部以显露阻挡层的上表面。用于化学和机械抛光晶片上表面的主要抛光子步骤、用于随后通过水抛光清洗晶片上表面的清洗子步骤、以及用于随后再次化学和机械抛光晶片上表面的辅助抛光子步骤的细节如表1和表2所示。在各个子步骤中使用的抛光垫为聚氨酯垫，抛光头的扫描宽度为40mm，导环压力为350hPa，在主要抛光子步骤和辅助抛光子步骤中向抛光垫提供的抛光组合物的温度和在清洗子步骤中向抛光垫提供的水的温度为室温。在主要抛光子步骤中使用的抛光组合物的组成和在辅助抛光子步骤中使用的抛光组合物的组成如表3所示。
在表1和表2中标题为“进给率”的一栏中的数值指的是向抛光垫提供的抛光组合物或水的进给率。在表1和表2中标题为“抛光压力”的一栏中的数值指的是晶片和抛光垫之间的接触压力。在表1和表2中标题为“线速度”的一栏中的数值指的是晶片和抛光垫之间的相对线速度。在表1和表2中标题为“扫描率”的一栏中的数值指的是单位时间内抛光头的扫描次数。在表1和表2中标题为“抛光量”的一栏中的数值指的是需要抛光具有所示厚度的导电层而进行一段时间的化学和机械抛光。在表1和表2中标题为“洗涤时间”的一栏中的数值指的是进行水抛光的时间。
根据如表4所示的测量条件测量抛光后的晶片凹陷深度。更具体地，测量在其中宽度为9μm的沟槽以1μm的间隔排列的高密度线路区域的凹陷深度、在其中宽度为10μm的沟槽以10μm的间隔排列的中密度线路区域的凹陷深度、以及在其中宽度为100μm的沟槽以100μm的间隔排列的低密度线路区域的凹陷深度。在高密度线路区域测量的凹陷深度显示在表1和表2中标题为“凹陷量*1”的一栏中，在中密度线路区域测量的凹陷深度显示在表1和表2中标题为“凹陷量*2”的一栏中，以及在低密度线路区域测量的凹陷深度显示在表1和表2中标题为“凹陷量*3”的一栏中。
使用光学显微镜放大50倍观测被抛光的晶片。基于是否有应被除去的部分导电层残留，将被抛光的晶片按两个级别进行评估好和差。即，如果应被除去的部分导电层没有残留，被定为好，并且如果应被除去的部分导电层有残留，被定为差。评估结果显示在表1和表2中标题为“是否存在剩余残渣”的一栏中。
表1
表2
表3
表4
如表2所示，在对照例1～8中，抛光后测得的凹陷深度较小，但应被除去的部分导电层有残留。相反，如表1所示，在实施例1～6中，应被除去的部分导电层被完全除去，并且抛光后测得的凹陷深度不大。结果表明根据本发明的抛光方法很好地形成了半导体装置线路。此外，实施例1和4中测得的凹陷深度小于实施例2和3中测得的凹陷深度。结果表明通过设定清洗后的化学和机械抛光的抛光压力低于清洗前的化学和机械抛光的抛光压力，或更具体地通过设定清洗后的化学和机械抛光的抛光压力为50hPa或更小，能够减小凹陷深度。
权利要求
1.一种用于化学和机械抛光对象物以形成半导体装置线路的方法，对象物包括具有沟槽的绝缘层、置于绝缘层上的阻挡层、以及置于阻挡层上的导电层，其中阻挡层和导电层分别具有位于沟槽外侧的外侧部和位于沟槽内侧的内侧部，所述方法的特征在于通过化学和机械抛光除去部分导电层外侧部以显露阻挡层的上表面；以及在除去部分导电层外侧部之后，通过化学和机械抛光除去导电层外侧部的剩余部分和阻挡层外侧部以显露绝缘层的上表面，其中所述除去部分导电层外侧部的步骤包括使用包含成膜剂的第一种抛光组合物化学和机械抛光对象物的上表面；清洗被化学和机械抛光的对象物的上表面，从而除去由第一种抛光组合物中的成膜剂在导电层的上表面形成的保护膜；以及使用包含成膜剂的第二种抛光组合物化学和机械抛光被清洗的对象物上表面。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述清洗已被化学和机械抛光的对象物的上表面是通过水抛光进行的。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述水抛光时水的进给率为200毫升/分或更大。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述水抛光时水的进给率为1000毫升/分或更大。
5.如权利要求1～4中任何一项所述的方法，其特征在于，所述第一种抛光组合物的组成和第二种抛光组合物的组成相同，并且当使用第二种抛光组合物化学和机械抛光清洗后的对象物的上表面时的抛光压力小于当使用第一种抛光组合物化学和机械抛光对象物上表面时的抛光压力。
6.如权利要求1～4中任何一项所述的方法，其特征在于，所述第一种抛光组合物的组成和第二种抛光组合物的组成相同，并且当使用第二种抛光组合物化学和机械抛光清洗后的对象物的上表面时的抛光压力为50hPa或更小。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当使用第二种抛光组合物化学和机械抛光清洗后的对象物的上表面时的抛光压力为10hPa或更小。
8.如权利要求1～4中任何一项所述的方法，其特征在于，所述第一种抛光组合物中的成膜剂为表面活性剂。
9.如权利要求1～4中任何一项所述的方法，其特征在于，所述导电层由铜或铜合金形成。
全文摘要
一种用于化学和机械抛光对象物以形成半导体装置线路的方法，其包括通过化学和机械抛光除去部分导电层外侧部以显露阻挡层的上表面；以及在除去部分导电层外侧部之后，通过化学和机械抛光除去导电层外侧部的剩余部分和阻挡层外侧部以显露绝缘层的上表面。当除去部分导电层外侧部时，使用包含成膜剂的第一种抛光组合物化学和机械抛光对象物的上表面。随后，清洗被化学和机械抛光的对象物的上表面，从而除去由第一种抛光组合物中的成膜剂在导电层的上表面形成的保护膜。然后，使用包含成膜剂的第二种抛光组合物再次化学和机械抛光对象物的上表面。这样，就很好地形成了半导体装置线路。
文档编号H01L21/304GK1769006SQ20051011939
公开日2006年5月10日 申请日期2005年11月4日 优先权日2004年11月5日
发明者吴俊辉, 河村笃纪, 松田刚, 平野达彦, 堀和伸, 酒井谦儿 申请人:福吉米株式会社