[发明专利]通过控制抛光温度改进化学机械抛光

说明书

技术领域

本发明整体上涉及集成电路的加工工艺，更特别地涉及进行化学机械 抛光(CMP)工艺的设备和方法。

背景技术

CMP处理被广泛地用于制造集成电路。由于集成电路是通过在半导体 晶片的表面上逐层建立起来的，因此，CMP被用于使得最上层或者最上几 层平坦化，以提供水平的表面进行后续制造步骤。通过将晶片置于载具中 进行CMP，其中所述载具将被抛光的晶片表面压到压盘上的抛光垫。旋转 压盘和晶片载具，同时将含有磨料微粒和反应性化学制品的浆液施加到抛 光垫。通过多孔抛光垫的旋转，将浆液传送到晶片表面。抛光垫和晶片表 面之间的相对移动结合浆液中反应性化学制品的共同作用使得CMP通过 物理和化学力将晶片表面变平。

在制造集成电路的过程中的许多节点都可以使用CMP。例如，CMP 可以用于使得层间电介质层平坦化，其中所述层间电介质层将集成电路中 的多个电路层分开。CMP通常还用于形成铜线，该铜线将集成电路的组件 相互连接。

传统的CMP工艺具有多种缺点。首先，难以控制均匀性，包括晶片内 部的均匀性和晶片间的均匀性。例如，当对铜互连层进行平坦化时，即使 使用高级的工艺控制来调节抛光时间，铜的薄层电阻(Rs)的总变化(晶 片间加上晶片内)也会高于15％。第二，传统的CMP工艺通常不能从晶片 上去除所期望的量的材料，这意味着需要对晶片再加工。通常，20％以上 的晶片需要再加工。第三，需要许多假片(dummy wafer)用于调节新的抛 光垫，及用于调节每批次之间抛光垫(在每批次之间CMP设备被闲置)， 通常每天超过20个假片。第四，由于晶片间显著的不均匀性，各抛光垫的 抛光寿命会显著不同。上面所述的缺点意味着CMP工艺具有低产率和高消 耗品成本(例如假片、抛光垫等)。

为了解决上述问题，已经开发了用于改进CMP处理的方法。例如，已 经提出的包括控制压盘、晶片载具和浆液的温度的方法。然而，发现这些 方法具有有限的效果。因此，需要得到改进效果的新方法。

发明内容

本发明的实施方式包括制备CMP工艺用抛光垫的方法，在CMP工艺 中在用抛光垫抛光晶片之前，使用温度控制的清洗溶液对所述抛光垫进行 清洗。分配到晶片上的清洗溶液的温度与室温不同。所述清洗溶液可以含 有去离子(DI)水，或可以仅由去离子水构成。而且，在对晶片进行抛光 之后，在进行下一步抛光步骤之前，可以使用不同温度的清洗溶液对该抛 光垫进行清洗。本发明通过使用不同温度的清洗溶液，来调整最佳化的抛 光温度。

本发明的其他实施方式包括用于制造集成电路的设备，其中所述设备 包括抛光垫；清洗臂，其被设置成可以在所述抛光垫上移动；连接到所述 清洗臂上的管；和连接到所述管的温度控制器。在将清洗溶液分配到所述 抛光垫之前，所述温度控制器将所述清洗溶液的温度控制到期望的温度设 定点。

本发明的有利特征包括提高的晶片间和晶片内部的均匀性，延长的抛 光垫寿命以及减少了假片的使用。

附图说明

为了更全面地理解本发明以及其优点，请参考后面结合附图的描述， 其中：

图1描述了本发明的第一实施方式，具有温度控制器的CMP系统，其 中所述温度控制器采用含有热交换介质的罐；

图2描述了本发明的第二实施方式，其中CMP系统中包括具有温度控 制器的CMP系统，其中所述温度控制器包括热交换管；

图3描述了本发明的第三实施方式，其中在CMP系统中包括两种温度 控制器；

图4描述了一种集成电路结构，在其上可以有效地进行两个连续的 CMP工艺；

图5描述了在使用室温去离子水对用于抛光晶片的抛光垫进行清洗之 后，沿着多个晶片的直径所去除的TaN的量的变化；

图6描述了在使用温度控制的去离子水对用于抛光晶片的抛光垫进行 清洗之后，沿着多个晶片的直径所去除的TaN的量的变化。

具体实施方式

下面详细讨论本发明优选实施方式的实施和应用。然而，需要理解的 是本发明提供了许多可以实施的发明概念，可以在许多具体的情况中被实 现。所讨论的具体实施方式仅仅是以具体的方式进行说明以实施和利用本 发明，并不限制本发明的范围。