[发明专利]铜化学机械研磨方法和设备

说明书

本发明公开了一种铜化学机械研磨方法中，在对晶圆上的铜层进行化学机械研磨之前或之后，进行研磨垫清洗工艺以去除研磨垫上积累的研磨副产物，研磨垫清洗工艺包括：步骤11、进行正甲基比喀酮和去离子水的混合并形成混合液。步骤12、将混合液流入到研磨垫，混合液中的正甲基比喀酮和研磨副产物反应使研磨副产物脱离研磨垫从而实现研磨副产物去除。本发明还公开了一种铜化学机械研磨设备。本发明能很好的去除积累在研磨垫上的研磨副产物并从而提高研磨速率。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种铜(Cu)化学机械研磨(CMP)方法。本发明还涉及一种铜化学机械研磨设备。

背景技术

在铜制程中，由于铜的刻蚀难度比较大，故都是采用大马士革工艺来形成铜的图形结构。大马士革工艺主要是先在介质层如介质层组成的层间膜上形成凹槽，凹槽通常为通孔的开口和金属线的沟槽；之后再进行铜电镀形成铜层将凹槽完全填充，铜层还会延伸到凹槽外的层间膜表面；之后，则需要采用Cu CMP将凹槽外的层间膜表面的铜层去除，使铜层仅保留在凹槽中。

在Cu CMP中，需要将晶圆放置在铜化学机械研磨设备的研磨垫上，然后通入研磨液，之后采用研磨头对晶圆上的铜层进行研磨。研磨液中通常包括研磨颗粒如氧化铝颗粒和研磨浆料(Slurry)；研磨浆料包括氧化剂，抑制剂，PH调整剂等。其中研磨颗粒主要用于物理机械研磨，研磨浆料的化学物质则用于和铜层进行化学反应，最后实现化学进行研磨。

在研磨浆料中，在酸性环境下，铜会变成Cu2⁺，之后再形成可溶解物质；

在碱性环境下，Cu容易和OH^-反应形成Cu(OH)₂，Cu(OH)₂容易分解形成CuO和水。CuO最后会在研磨垫上形成不易去除的钝化层，这种氧化铜钝化层即为比较难以去除的研磨副产物。而且Cu CMP的研磨速率较高，这会导致Cu CMP的研磨副产物增多，不及时排除会造成研磨垫上积累较多的研磨副产物，主要为铜绿，对研磨速率造成影响。

现有方法主要是采用用水冲洗去除研磨垫上的研磨副产物，但是作用有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种铜化学机械研磨方法，能很好的去除积累在研磨垫上的研磨副产物并从而提高研磨速率。为此，本发明还提供一种铜化学机械研磨设备。

为解决上述技术问题，本发明提供的铜化学机械研磨方法中，在对晶圆上的铜层进行化学机械研磨之前或之后，进行研磨垫清洗工艺以去除所述研磨垫上积累的研磨副产物，所述研磨垫清洗工艺包括：

步骤11、进行正甲基比喀酮和去离子水的混合并形成混合液，所述去离子水用于增加所述混合液的流动性。正甲基比喀酮的英文简称为EC。

步骤12、将所述混合液流入到所述研磨垫，所述混合液中的正甲基比喀酮和所述研磨副产物反应使所述研磨副产物脱离所述研磨垫从而实现所述研磨副产物去除。

进一步的改进是，所述研磨垫清洗工艺还包括：

步骤13、采用研磨头对所述研磨垫进行研磨，以增加所述研磨副产物的去除速率。

进一步的改进是，所述研磨副产物包括铜的氧化物。

进一步的改进是，铜化学机械研磨方法包括如下步骤：

步骤一、进行所述研磨垫清洗工艺。

步骤二、对所述研磨垫进行第一次水冲洗。

步骤三、将所述晶圆传送到所述研磨垫上，对所述铜层进行化学机械研磨；之后将所述晶圆从所述研磨垫上传出。

步骤四、对所述研磨垫进行第二次水冲洗。

进一步的改进是，所述晶圆由半导体衬底组成；所述半导体衬底包括硅衬底。