[发明专利]一种消除金属表面突起物的化学机械抛光装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路制造方法，尤其涉及在集成电路制造过程中，消除晶圆的金属表面突起物的化学机械抛光装置及方法。

背景技术

在半导体制造领域中，随着集成度的提高，对于各器件间互联的信号传递提出了更高的要求。在当今半导体制造领域，铜鉴于其低电阻以及较好的电子迁移率，而引入了双大马士革结构的铜互联技术在半导体制造中，成为最常用的互联金属。但在制造过程中，我们发现由于铜的特性，作为互联层金属中，铜在平坦化后，其金属互联层中仍然残余有较大的内应力，而在半导体后续工艺中，在以较高的温度下，这些内应力得到释放，从而在平坦化后的金属互联层表面形成尖刺等突起物（hillock）。其中，对于部分金属，如铜，其自身便具有自退火（self-anneal）的特性，，在其进行平坦化后，在长时间（大于8小时）的放置中慢慢产生小尖刺等突起物。而这些hillock的产生会使得之后的制程（比如绝缘层的生长）受到影响，同时也有可能造成铜扩散到绝缘介质中，以及刻蚀停止层、钝化层、以及嵌在所述钝化层中的焊垫层的制备，从而影响半导体芯片的电性。并且，随着半导体尺寸的减小，hillock也越来越容易成为致命缺陷，影响半岛体的整体性能。所以，有效的消除hillock的产生，成为影响晶圆良率的关键因素之一。

中国专利CN 101740479 A公开了一种半导体器件的制造方法，在化学机械抛光（Chemical Mechanical Polish，CMP）或者部分CMP之后，将晶圆在形成所述刻蚀停止层的设备中退火的方法。但在该发明中，实现金属互联层的退火需要通过不同的机台，如化学气相沉积机台（Chemical Vapor Deposition, CVD），并在CMP机台以及CVD机台之间来回使用，在这过程中，一方面降低了机台的使用效率，增加额外的退火设备，增大了人力物力成本，而且晶圆在制造过程中，在CMP机台和CVD机台中往返，晶圆在机台与机台间的等待时间，提高了hillock产生的几率，从而影响抛光效果。

发明内容

本发明提供了一种消除半导体晶圆的金属表面突起物的化学机械抛光装置及方法，在CMP机台上设有退火装置，使得化学机械抛光与退火交替进行，有效释放金属的内应力，并及时有效消除因金属内应力从而在金属表面产生的突起物（Hillock），提高晶圆的抛光效果，从而解决现有技术中在金属互联层平坦化后，由于金属内应力使得在抛光后的金属表面形成Hillock，影响半导体性能的问题。

本发明一种消除金属表面突起物的化学机械抛光装置及方法通过以下技术方案实现其目的：

一种消除金属表面突起物的化学机械抛光装置，其中，包括研磨装置和退火装置；所述退火装置通过晶圆传送装置与所述研磨装置连接；所述退火装置设有退火腔，用于承载金属晶圆在其中退火；其中，退火装置用于在晶圆研磨抛光后进行退火处理，使累积在晶圆上的金属互联层的应力充分释放，以使金属互联层内部的不稳定状态充分反应，包括由于应力的释放而在所述金属互联层表面形成突起物，从而使得金属互联层处于稳定的状态。所述晶圆传送装置为常用的在CMP机台的各位置间晶圆的传送装置，如抓手。

上述的消除金属表面突起物的化学机械抛光装置，其中，所述退火装置还设有缓冲腔，所述缓冲腔与所述研磨模块和所述退火腔间分别设有晶圆传送装置。

上述的消除金属表面突起物的化学机械抛光装置，其中，所述缓冲腔中充有惰性气体，以防止研磨抛光后的晶圆的金属互联层与空气发生反应。所述的惰性气体泛指不与金属发生反应的气体，包括氮气和氦气、氖气、氩气等惰性气体等不与金属发生反应的气体。

一种利用权利要求1所述的消除金属表面突起物的化学机械抛光装置消除金属表面突起物的方法，其中，半导体制造过程中，晶圆研磨抛光和退火工艺交替连续进行，其包括以下步骤：

步骤一：在半导体晶圆上形成金属互联层后，采用所述研磨装置对晶圆进行预抛光，除去所述晶圆上的多余金属和其他多余介质层部分；

步骤二：将预抛光的晶圆载入所述退火腔中，高温退火，充分释放所属金属互联层中的内应力，使所述金属互联层中的不稳定状态充分显现，并在金属互联层表面形成突起物；

步骤三：将经过退火后的晶圆重新载入所述研磨装置，对所述金属互联层进一步研磨抛光，除去由步骤二中金属互联层表面形成的突起物。