发明名称 用以电研磨于半导体装置上之金属内连线之方法与设备
摘要 一种用以研磨晶圆(31)上所构制之金属层之电研磨设备包含一电解液(34),一研磨接受皿(100),一晶圆夹头(29),一流体入口(5,7,9),及至少一阴极(1,2,3)。晶圆夹头(29)保持及置晶圆(31)于研磨接受皿(100)内。电解液(34)输送通过流体入口(5,7,9)而至研磨接受皿(100)中。阴极(1,2,3)然后施加研磨电流至电解液,以电研磨晶圆(31)。依据本发明之一方面,晶圆(31)之分立部份可加以电研磨,以提高经电研磨之晶圆之均匀性。
申请公布号 TW418456 申请公布日期 2001.01.11
申请号 TW088111595 申请日期 1999.07.08
申请人 ACM研究股份有限公司 发明人 王晖
分类号 H01L21/302 主分类号 H01L21/302
代理机构 代理人 林志刚 台北巿南京东路二段一二五号七楼
主权项 1.一种用以电研磨构制于晶圆上之金属层之方法,包括步骤:施加电解液于晶圆之一第一部份上;施加研磨电流于该电解液上,以研磨晶圆之该第一部份上之金属层;施加电解液于晶圆之至少一第二部份上;及施加研磨电流于该电解液上,以研磨晶圆之该至少第二部份上之金属层。2.如申请专利范围第1项所述之方法,其中,研磨电流施加于晶圆之第一部份上,与晶圆上第二部份不相关连。3.如申请专利范围第2项所述之方法,其中,研磨电流施加于晶圆之第一部份下方所置之一第一阴极上,且其中,研磨电流施加于晶圆之第二部份下方所置之至少一第二阴极上。4.如申请专利范围第3项所述之方法,其中,研磨电流同时施加于第一阴极及第二阴极上。5.如申请专利范围第4项所述之方法,其中,研磨电流与晶圆之第一部份及第二部份之表面积成比例施加于第一阴极及第二阴极上,以方便均匀电研磨该晶圆。6.如申请专利范围第3项所述之方法,其中,研磨电流在先施加于第一阴极上后,施加于第二阴极上。7.如申请专利范围第1项所述之方法,其中,电解液施加于晶圆之第一部份上,与晶圆之第二部份不相关连。8.如申请专利范围第7项所述之方法,其中,电解液同时施加于晶圆之第一部份及第二部份上。9.如申请专利范围第8项所述之方法,其中,电解液以一比率施加于晶圆之第一部份及第二部份上,以方便均匀电研磨晶圆。10.如申请专利范围第7项所述之方法,其中,电解液先施加于晶圆之第一部份上后,施加于晶圆之第二部份上。11.如申请专利范围第1项所述之方法,其中,该晶圆包含:一障壁层,在金属层下面;及一介质层,在障壁层下面。12.如申请专利范围第11项所述之方法,其中,多条沟构制于晶圆中,及多条沟延伸进入介质层中,及多条沟衬以障壁层,并填以该金属层。13.如申请专利范围第12项所术之方法,其中,电解液及研磨电流施加于晶圆之第一部份及第二部份上,以移去晶圆上之金属层,唯多条沟内所含之金属层除外。14.如申请专利范围第13项所述之方法,另包括步骤:当金属层已移离障壁层,但多条沟内所含之金属层延伸不超过沟顶500埃时,停止电解液及研磨电流。15.如申请专利范围第13项所述之方法,另包括步骤:决定金属层已移离晶圆之第一部份上之时刻。16.如申请专利范围第15项所述之方法,其中,该决定步骤另包括步骤:量度施加于晶圆之第一部份研磨电流所属之研磨电压;及决定研磨电压增加之时刻。17.如申请专利范围第15项所述之方法,其中,该决定步骤另包括步骤:使用置于晶圆之第一部份下方之厚度感测器,量度留于晶圆之第一部份上之金属层之厚度。18.如申请专利范围第15项所述之方法,另包括步骤:决定金属层已自晶圆之第二部份上移去之时刻。19.如申请专利范围第18项所述之方法,其中,该决定步骤另包括步骤:量度离加于晶圆之第二部份上之研磨电流所属之研磨电压;及决定研磨电压增加之时刻。20.如申请专利范围第18项所述之方法,其中,该决定步骤另包括步骤:使用置于晶圆之第二部份下方之厚度感测器,量度留于晶圆之第二部份上之金属层之厚度。21.如申请专利范围第18项所述之方法,其中,该决定步骤另包括步骤:量度自晶圆之第一边缘至与该第一边缘相对之晶圆之一第二边缘之边缘电阻;及决定边缘电阻增加之时刻。22.如申请专利范围第13项所述之方法,另包括步骤:反转施加于晶圆之第一部份及至少第二部份上之研磨电流,以重行电镀金属于多条沟内之金属层上;及当多条沟内所含之金属层之一部份伸出多条沟时,停止研磨电流。23.如申请专利范围第22项所述之方法,另包括步骤:移去多条沟内所含之金属层之伸出多条沟外之部份。24.如申请专利范围第22项所述之方法,另包括步骤:移去介质层。25.如申请专利范围第23项所述之方法,其中,该移去步骤包含使用化学机械研磨(CMP)法,平面化该晶圆。26.如申请专利范围第23项所述之方法,其中,该移去步骤包括蚀刻该晶圆。27.如申请专利范围第11项所述之方法,其中,该金属层包含铜。28.如申请专利范围第11项所述之方法,其中,该介质层包含二氧化矽(Sio2)。29.如申请专利范围第11项所述之方法,其中,该介质层包含低介质常数材料。30.如申请专利范围第29项所述之方法,其中,该介质层包含氢-silsesquioxane(HSQ),乾凝胶,聚合物,或气凝胶。31.如申请专利范围第11项所述之方法,其中,该障壁层包含钛、氮化钛,钽、氮化钽、钨、或氮化钨。32.如申请专利范围第1项所述之方法,另包括步骤:转动晶圆,同时施加电解液及研磨电流于晶圆之第一及至少第二部份上。33.如申请专利范围第32项所述之方法,其中,以约每分钟10转至约每分钟100转之速率转动晶圆。34.如申请专利范围第1项所述之方法,其中,研磨电流具有电流密度约为0.1A/dm2至约40A/dm2。35.如申请专利范围第1项所述之方法,其中,电解液包含正磷酸(H2PO4)。36.如申请专利范围第35项所述之方法,其中,正磷酸具有浓度约百分之60至约百分之85,并包含约百分之1铝金属(对酸之重量而言)。37.一种用以研磨晶圆上所构制之金属层之设备,包含:一电解液,用以研磨金属层;一研磨接受皿,用以接受电解液晶圆;一晶圆夹头,用以保持晶圆,并置晶圆于研磨接受皿内;一流体入口,用以输送电解液进入研磨接受皿中;及至少一阴极,用以施加电研磨电流至电解液,以研磨晶圆。38.如申请专利范围第37项所述之设备,其中,该研磨接受皿分为至少三区段。39.如申请专利范围第38项所述之设备,另包含:一第一阴极,置于三区段之一内;及第二阴极,置于三区段之另一内。40.如申请专利范围第39项所述之设备,其中,该研磨接受皿之三区段包含:一第一区段;一第二区段;其中,第一区段包含于第二区段内;及一第三区段,其中,第二区段包含于第三区段内。41.如申请专利范围第40项所述之设备,其中,第一阴极包含于第一区段内,及第二阴极包含于第二区段内。42.如申请专利范围第40项所述之设备,另包含:一第一流体入口置于第一区段中,用以输送电解液进入第一区段中,及一第二流体入口置于第二区段中,用以输送电解液进入第二区段中。43.如申请专利范围第42项所述之设备,另包含:一流体出口置于第三区段中,用以移去研磨接受皿中之电解液。44.如申请专利范围第40项所述之设备,另包含:一第四区段,其中,第三区段包含于第四区段内。45.如申请专利范围第44项所述之设备,其中,第一阴极包含于第一区段内,及第二阴极包含于第三区段内。46.如申请专利范围第45项所述之设备,另包含:一第一流体入口置于第一区段中,用以输送电解液进入第一区段中,及一第二流体入口置于第三区段中,用以输送电解液进入第三区段中。47.如申请专利范围第45项所述之设备,另包含:一第一流体出口置于第二区段中,及一第二流体出口置于第四区段中,用以移去研磨接受皿中之电解液。48.如申请专利范围第37项所述之设备,另包含:至少一可移动之喷嘴,构造具有该阴极及流体入口,用以施加电镀电流及电解液至晶圆。49.如申请专利范围第48项所述之设备,其中,该可移动喷嘴另包含一第二阴极在流体入口外,并包围流体入口。50.如申请专利范围第49项所述之设备,其中,该可移动喷嘴另包含一绝缘壁置于第二阴极周围,及一第三阴极置于绝缘壁周围。51.如申请专利范围第48项所述之设备,其中,可移动喷嘴可在与晶圆平行之一直线径路上移动。52.如申请专利范围第48项所述之设备,其中,可移动喷嘴可在与晶圆平行之一曲线径路上移动。53.如申请专利范围第52项所述之设备,其中,该曲线径路为螺旋径路。54.如申请专利范围第48项所述之设备,其中,晶圆夹头水平置晶圆于可移动喷嘴邻近。55.如申请专利范围第48项所述之设备,其中,晶圆夹头垂直置晶圆于可移动喷嘴邻近。56.如申请专利范围第37项所述之设备,另包含:至少一流体出口,用以移去研磨接受皿中之电解液;及一电解液贮器,用以保持电解液,其中,流体入口及流体出口连接至电解液贮器。57.如申请专利范围第56项所述之设备,另包含:至少一质量流率控制器,连接于电解液贮器及流体入口之间。58.如申请专利范围第57项所述之设备,其中,该质量流率控制器为液体质量流率控制器(LMFC)。59.如申请专利范围第56项所述之设备,另包含:至少一流体泵连接于电解液贮器及流体入口之间。60.如申请专利范围第59项所述之设备,其中,流体泵包含一膜片泵。61.如申请专利范围第59项所述之设备,另包含:一漏压阀,置于该泵之出口及电解液贮器之间。62.如申请专利范围第56项所述之设备,另包含:一加热器,用以加热电解液贮器中之电解液;一温度感测器,用以侦测电解液贮器中之电解液之温度;及一加热控制器,用以控制电解液贮器中之电解液之温度。63.如申请专利范围第62项所述之设备,其中,加热控制器维持电解液于15度C及60度C间之温度。64.如申请专利范围第37项所述之设备,另包含:至少一电源,连接至晶圆及阴极。65.如申请专利范围第64项所述之设备,其中,电源施加约5A/dm2至约40A/dm2之研磨电流。66.如申请专利范围第64项所述之设备,其中,电源构造工作于直流(DC)模式。67.如申请专利范围第64项所述之设备,其中电源构造工作于脉波模式。68.如申请专利范围第67项所述之设备,其中,电源构造使用双极脉波,修改之正弦波,单极脉波,反向脉波,或双工脉波工作。69.如申请专利范围第64项所述之设备,其中,电源构造工作于恒定电流模式。70.如申请专利范围第69项所述之设备,其中,电源另构造工作于恒定电压模式。71.如申请专利范围第64项所述之设备,其中,电源构造工作于恒定电压模式。72.如申请专利范围第37项所述之设备,另包含驱动机构,用以转动晶圆。73.如申请专利范围第72项所述之设备,其中,该驱动机构以约每分钟10转至约每分钟30转转动晶圆。74.如申请专利范围第37项所述之设备,其中,电解液包含正磷酸(H2PO4)。75.如申请专利范围第74项所述之设备,其中,该正磷酸具有浓度约百分之60至百分之85之重量百分比。76.如申请专利范围第75项所述之设备,其中,该正磷酸另包含约百分之1之铝金属(对酸之重量而言)。77.如申请专利范围第37项所述之设备,其中,晶圆夹头构造用以移动晶圆与阴极关系之位置。78.如申请专利范围第77项所述之设备,其中,阴极构造成可相对晶圆作移动。图式简单说明:第一图A-第一图D为本发明之不同方面之半导体晶圆之断面图。第二图为流程图,用以依本发明之不同方面处理晶圆;第三图A-第三图C为本发明之不同方面之晶圆处理工具之概要顶视,断面,及侧视图;第四图A-第四图D为本发明之不同方面之另一晶图之断面图。第五图为另一流程图,用以依本发明之不同方面处理晶圆;第六图A-第六图C为本发明之不同方面之另一晶圆处理工具之概要顶视、断面、及侧视图;第七图A为本发明之不同方面之电研磨设备及一部份之顶视图;第七图B为第七图A所示之电研磨设备之视图,沿第七图A之线第七图B—第七图B上所取之部份断面图,及部份方块图形态;第八图为各种波形图,此等可用于第七图A所示之电研磨设备中;第九图A-第九图D为本发明之不同方面之电研磨设备之另外实施例之一部份之顶视图;第十图为各种波形图,显示本发明之不同方面之电研磨处理之一部份;第十一图A为本发明之不同方面之另一实施例之一部份之顶视图;第十一图B为第十一图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第十一图A之线第十一图B-第十一图B上所取之断面图,及部份为方块图形态;第十二图A为本发明之不同方面之一第二实施例之一部份之顶视图;第十二图B为第十二图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第十二图A之线第十二图B-第十二图B上所取之断面图,及部分为方块图形态;第十三图A为本发明之不同方面之一第三实施例之一部份之顶视图;第十三图B为第十三图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第十三图A之线第十三图B-第十三图B上所取之断面图,及部份为方块图形态;第十四图A为本发明之不同方面之一第四实施例之一部份之顶视图;第十四图B为第十四图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第十四图A之线第十四图B-第十四图B上所取之断面图,及部份为方块图形态;第十五图为本发明之不同方面之一第五实施例之一部份之顶视图;第十六图A为本发明之不同方面之一第六实施例之一部份之顶视图;第十六图B为第十六图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第十六图A之线第十六图B-第十六图B上所取之断面图,及部份为方块图形态;第十七图A为本发明之不同方面之一第七实施例之一部份之顶视图;第十七图B为第十七图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第十七图A之线第十七图B—第十七图B上所取之断面图,及部份为方块图形态;第十八图A为本发明之不同方面之一第八实施例之断面图;第十八图B为本发明之不同方面之一第九实施例之断面图;第十九图A为本发明之不同方面之一第十实施例之断面图;第十九图B为本发明之不同方面之一第十一实施例之断面图;第二十图A为本发明之不同方面之一第十二实施例之一部份之顶视图;第二十图B为第二十图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第二十图A之线第二十图B—第二十图B上所取之断面图,及部份为方块图形态;第二十一图A为本发明之不同方面之一第十三实施例之一部份之顶视图;第二十一图B为本发明之不同方面之一第十四实施例之一部份之顶视图;第二十二图A为本发明之不同方面之一第十五实施例之一部份之顶视图;第二十二图B为第二十二图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第二十二图A之线第二十二图B—第二十二图B上所取之断面图,及部份为方块图形态;第二十三图A为本发明之不同方面之一第十六实施例之一部份之顶视图;第二十三图B为本发明之不同方面之一第十七实施例之一部份之顶视图;第二十三图C为本发明之不同方面之一第十八实施例之一部份之顶视图;第二十四图A为本发明之不同方面之一第十九实施例之一部份之顶视图;第二十四图B为第二十四图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第二十四图A之线第二十四图B—第二十四图B上所取之断面图,及部份为方块图形态;第二十五图为本发明之不同方面之一第二十实施例之一部份之顶视图;第二十六图为本发明之不同方面之一第二十一实施例之一部份之顶视图;第二十七图A为本发明之不同方面之一第二十二实施例之一部份之顶视图;第二十七图B为本发明之不同方面之一第二十三实施例之一部份之顶视图;第二十七图C为本发明之不同方面之一第二十四实施例之一部份之顶视图;第二十八图A为本发明之不同方面之一第二十五实施例之一部份之顶视图;第二十八图B为第二十八图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第二十八图A之线第二十八图B—第二十八图B上所取之断面图,及部份为方块图形态;第二十九图A为本发明之不同方面之一第二十六实施例之一部份之顶视图;第二十九图B为第二十九图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第二十九图A之线第二十九图B—第二十九图B上所取之断面图,及部份为方块图形态;第三十图A为本发明之不同方面之一第二十七实施例之一部份之顶视图;第三十图B为第三十图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第三十图A之线第三十图B—第三十图B上所取之断面图,及部份为方块图形态;第三十一图A为本发明之不同方面之一第二十八实施例之一部份之顶视图;第三十一图B为第三十一图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第三十一图A之线第三十一图B—第三十一图B上所取之断面图,及部份为方块图形态;第三十二图A为本发明之不同方面之一第二十九实施例之一部份之顶视图;第三十二图B为本发明之不同方面之一第三十实施例之一部份之顶视图;第三十二图C为本发明之不同方面之一第三十一实施例之一部份之顶视图;第三十二图D为本发明之不同方面之一第三十二实施例之一部份之顶视图;第三十三图为依本发明之不同方面之进行电研磨中之晶圆之顶视图;第三十四图A为本发明之不同方面之一第三十三实施例之一部份之顶视图;第三十四图B为本发明之不同方面之一第三十四实施例之一部份之顶视图;第三十四图C为本发明之不同方面之一第三十五实施例之一部份之顶视图;第三十四图D为本发明之不同方面之一第三十六实施例之一部份之顶视图;第三十五图A为本发明之不同方面之一第三十七实施例之一部份之断面图;第三十五图B为本发明之不同方面之一第三十八实施例之一部份之断面图;第三十六图A为本发明之不同方面之一第三十九实施例之一部份之顶视图;第三十六图B为第三十六图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第三十六图A之线第三十六图B—第三十六图B上所取之断面图,及部份为方块图形态;第三十七图为一组波形,显示依本发明之不同方面之电研磨处理之一部份;第三十八图A为本发明之不同方面之一第四十实施例之一部份之顶视图;第三十八图B为第三十八图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第三十八图A之线第三十八图B—第三十八图B上所取之断面图,及部份为方块图形态;第三十九图A为本发明之不同方面之一第四十一实施例之一部份之顶视图;第三十九图B为第三十九图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第三十九图A之线第三十九图B—第三十九图B上所取之断面图,及部份为方块图形态;第四十图A为本发明之不同方面之一第四十二实施例之一部份之顶视图;第四十图B为第四十图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第四十图A之线第四十图B—第四十图B上所取之断面图,及部份为方块图形态;第四十一图为一组波形图,显示依本发明之不同方面之电研磨处理之一部分;第四十二图为另一组波形,此可用于本发明中;第四十三图A为本发明之不同方面之一第四十三实施例之一部份之顶视图;第四十三图B为第四十三图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第四十三图A之线第四十三图B—第四十三图B上所取之断面图,及部份为方块图形态;第四十四图A为本发明之不同方面之一第四十四实施例之一部份之顶视图;第四十四图B为第四十四图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第四十四图A之线第四十四图B—第四十四图B上所取之断面图,及部份为方块图形态;第四十五图为本发明之不同方面之一第四十五实施例之一部份之视图,部份为断面,及部份为方块形态;第四十六图为本发明之不同方面之一第四十六实施例之一部份之视图,部份为断面,及部份为方块形态;第四十七图A-第四十七图C为本发明之不同方面之一晶圆处理工具之另一实施例之概要顶视,断面,及侧视图;第四十八图为流程图,显示本发明之不同方面之晶圆处理工具之软体之一部份之操作;第四十九图A-第四十九图C为本发明之不同方面之一晶圆处理工具之又另一实施例之概要顶视,断面,及侧视图。第五十图为本发明之不同方面之晶圆处理工具之另一实施例之一部份之概要顶视图;第五十一图为本发明之不同方面之晶圆处理工具之另一实施例之一部份之概要顶视图;第五十二图A-第五十二图C为本发明之不同方面之一晶圆处理工具之又另一实施例之概要顶视,断面,及侧视图;第五十三图为波形图,显示本发明之不同方面之晶圆处理操作之一部份;第五十四图A为本发明之不同方面之一第四十七实施例之一部份之顶视图;第五十四图B为第五十四图A所示之另外实施例之视图,部份为沿第五十四图A之线第五十四图B—第五十四图B上所取之断面图,及部份为方块图形态;
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