專利名稱：化學機械研磨的流程與基底上銅層氧化物研磨制程的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種被動組件及其制造方法制造高速集成電路的領域，特別是關于一種減少一基底上的缺陷數量的方法，該方法是采用一銅內聯機結構的化學機械研磨步驟。
背景技術：
隨著設計準則(ground rules)的縮小，在半導體組件中使用銅導線作為內聯機的情形呈現令人矚目地增加，以降低金屬導線的阻抗。內聯機通常是以鑲嵌(damascene)的方法來形成，亦即是在一基底上的一或多層的介電層蝕刻出一開口，再將一金屬沉積于上述開口中。雖然銅的阻抗低于鋁或鎢，但是銅有較高的傾向遷移至介電層中。因此例如鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鈦、或氮化鈦(TiN)等擴散阻障層通常在沉積銅層之前就先沉積于上述開口的側壁與底部上。鑲嵌制程中的一項重要指標為金屬層與擴散阻障層的平坦化，而使上述二者與通常為層間介電層(interlevel dielectric layer；ILD)的上層介電層共平面。一化學機械研磨(chemical mechanical polishing；CMP)制程是經常被使用做為達成平坦化的較佳方法，包含機械性的研磨作用與化學的(蝕刻)作用。一化學機械研磨制程可包含超過一次以上的化學機械研磨步驟。例如，一第一化學機械研磨步驟可用來大體上降低銅層的高度，而一第二化學機械研磨步驟可用來移除介電層上的擴散阻障層。最后，第三的拋光(buffing)步驟，一般是用來減少基底表面的刮痕與增加平坦度。
一商業上使用的化學機械研磨工具的例子繪示于圖1的工具1。工具1包含一上旋轉料架(upper carousel)2，可沿著中心軸線4上的中心柱3旋轉。旋轉料架2包含四個可旋轉的承載體(carrier head)5，各固定一芯片6。化學機械研磨工具1的基座7包含三個研磨站8與一中轉站9。每個研磨站具有一旋轉平臺10及一研磨墊11置放于其上，以及一導入一化學漿料(未繪示)的機構以輔助此研磨制程。通常，芯片6是被壓在一研磨墊與研磨漿料上，此時托架沿一方向旋轉而承載體5則沿相反的方向旋轉。另一種溶液例如用來沖洗的去離子水可加在上述的研磨墊上，以在將芯片轉移至其它站之前去除上述研磨漿料。其它化學機械研磨工具1的部分則未繪示，未繪示的部分可包含一終點偵測系統以防止金屬層或介電層的過度研磨。
化學機械研磨制程藉由執行上的方法作改善，以避免一些缺陷例如金屬層或介電層表面上的刮痕、淺碟凹陷(dishing)、以及銅腐蝕。例如以包含苯半唑(benzotriazole；BTA)或其它具類似作用的物質的抑制劑溶液處理芯片上暴露的銅層，而大量地減少腐蝕的現象。一避免淺碟凹陷的方法揭露于美國專利6,503,828號，其中一研磨阻障層是形成于一銅層上，再將其圖形化以保護在貫穿孔(via)或溝槽(trench)內的銅層。
在傳統的化學機械研磨拋光后的芯片上粒子或殘留缺陷的數目是會造成嚴重的問題，其原因是上述缺陷會降低組件的良率及性能，并會降低可靠度。上述缺陷包含一或多種研磨漿料所留下的粒子或殘留物、來自銅層或擴散阻障層的粒子或殘留物、或是研磨漿料與被研磨層的化學反應的副產品。在許多個案中，以來自Tencor、KLA、或應用材料(設備制造商名)的缺陷監測工具作檢驗，而測定的粒子數量達到數千個。
在美國專利第6,395,635號，對一介電層施以三步驟的化學機械研磨制程，之后再施以二步驟的拋光程序，以減少鎢鑲嵌結構上的殘留與刮痕的缺陷。上述的拋光程序包含一氧化物研磨漿料及之后的去離子水沖洗而降低所測量到的缺陷數量。
另一種在鎢的化學機械研磨中移除殘留物的方法是揭露于美國專利第6,153,526號，其中第一步驟的鎢化學機械研磨是使用一硬墊、第二步驟的氧化物拋光是使用軟墊、以及第三步驟的短的鎢化學機械研磨是使用一軟墊。上述第三步驟是用來移除氧化物粒子。
可減少缺陷的銅的平坦化的方法是揭露于美國專利第6,432,826號，其中第一化學機械研磨步驟是用以實質上降低銅層的高度、一拋光步驟是用以移除一層間介電層(inter-level dielectric；ILD)上的一擴散阻障層、以及第二拋光步驟是用以減少局部缺陷。以含檸檬酸、氫氧化銨、以及視需要加入的BTA腐蝕抑制劑的水溶液處理的一最終步驟，是將銅表面及介電層移除了約100的厚度而更降低污染及缺陷的數量。
現行的氧化物拋光制程無法有效地將粒子與殘留的缺陷降低到能確保良好的組件性能的程度，特別在100nm或更小制程的技術領域上。因此，需要包含改善氧化物拋光制程的化學機械研磨程序來達成先進的技術所需要的低缺陷數量。

發明內容
有鑒于此，本發明的主要目的是提供一種氧化物拋光制程，以減低基底上粒子缺陷的數量。
本發明的另一目的是提供一種第二氧化物研磨漿料的研磨步驟與附加的去離子水研磨與沖洗的步驟于一銅層化學機械研磨的拋光制程中，而不至于降低產出。
為達成本發明的上述目的，本發明是提供一種化學機械研磨的流程，包含一第一銅化學機械研磨步驟，實質上降低一基底上的一銅層的高度；一第二化學機械研磨步驟，研磨鄰接的擴散阻障層；以及一氧化物拋光制程，具有一第一研磨漿料研磨及其后的第一去離子水沖洗，和一第二研磨漿料研磨及其后的第二去離子水沖洗。
上述的化學機械研磨流程是提供為一內聯機制造方案的一部分，其中一開口是形成于一基底上的包含較好為低介電常數材料的上介電層與一下蝕刻停止層的迭合層中。在一實施例中，上述開口是連接其下例如為源/漏極的導體層的一接觸孔。在另一實施例中，上述開口可為一鑲嵌結構，其中一溝槽是形成于一介層窗(via)之上，而上述介層窗是通過一擴散阻障層連接至一其下的金屬層。上述的開口是以傳統的圖形化與蝕刻技術所形成，而在新的科技中，其寬度可達100nm或更小。較佳的擴散阻障層為TaN，順應性地沉積于上述開口的側壁與底部上。一銅層是以電化學沉積或任何其它現有的方法沉積于上述擴散阻障層上。
此時，第一銅研磨步驟是執行于一化學機械研磨工具的第一平臺上，以降低上述銅層的高度，直到大約與上述擴散阻障層同平面。在一第二平臺上的一第二研磨步驟是用來移除上述介電層上的上述擴散阻障層。執行于上述化學機械研磨工具的一第三平臺上的一第三研磨步驟包含一氧化物研磨制程，其中包含施用一第一氧化物研磨漿料后為一去離子水沖洗、然后第二次施用上述氧化物研磨漿料后為一第二去離子水沖洗。上述的氧化物研磨制程是已最佳化，而使所有步驟的總時間與現有的僅施用一次氧化物研磨漿料的方法一樣。因此，并未影響到產出。在上述氧化物研磨制程中的去離子水沖洗步驟時，研磨墊的下壓力較現有技術為低，上述的調整亦對降低上述氧化物研磨制程期間所產生的粒子缺陷的數量有所助益。
在一實施例中，執行上述氧化物研磨制程的各個步驟的時間對一個批次中的各芯片不會有變異。在一第二實施例中，上述的氧化物研磨制程可被整合至芯片的先進制程控制(advanced process control；APC)系統中，使各芯片可以在一同時(real time)的基礎上，以回饋與返饋單元調整各芯片的研磨時間。芯片的先進制程控制系統可以補償制程的變異，而使所形成的銅內聯機的片電阻(sheet resistance；Rs)值維持在規格限制內。


圖1是繪示一傳統的化學機械研磨工具，其具有四個托架、三個研磨站、與一個芯片中轉站。
圖2～圖5為一系列的剖面圖，是顯示一同內聯機的制造流程，其中一開口形成于一介電層中，之后沉積一擴散阻障層與一銅層于上述開口中，然后執行本發明的一系列的化學機械研磨平坦化步驟已完成上述內聯機結構。
圖6為一剖面圖，是顯示施用一氧化物研磨漿料中的一銅內聯機，并指出一帶負電的粒子受到基板上一或多層的負電帶電層排斥的可能機構。
圖7為一剖面圖，是顯示一氧化物拋光制程的一去離子水研磨步驟中的一銅內聯機，并指出一帶負電的粒子受到帶正電的銅氧化層吸引的可能機構。
圖8為一銅化學機械研磨的趨勢圖，是顯示缺陷數量與批號的關系，是指出在本發明的方法應用于生產線后，缺陷數量的重大減少。
符號說明1～工具 2～上旋轉料架3～中心柱 4～中心軸線5～承載體 6～芯片7～基座 8～研磨站9～中轉站 10～旋轉平臺11～研磨墊 20～基底21～第一金屬層 22～蝕刻終止層23～介電層 24～光阻層25～開口26～擴散阻障層27～銅層28～氧化物研磨漿料29～氧化銅層30～粒子或殘留物31～去離子水層具體實施方式
本發明對由減少由雙鑲嵌結構的化學機械研磨制程中所形成的粒子缺陷數量有所幫助，其中上述化學機械研磨制程是包含執行于三個不同的研磨站的三個不同的研磨制程。在一實施例中，本發明是一第一與第二化學機械研磨制程之后的一氧化物研磨制程，其中上述第一化學機械研磨制程中，是將一銅層實質地平坦化；上述第二化學機械研磨制程中，是將一擴散阻障層自一介電層的表面移除。雖然圖式是描述上述化學機械研磨制程的流程應用在一銅內聯機的制造上，并將其形成于下層金屬層上方的介層窗內，并不會對本發明的范圍造成限制，仍可將本發明應用于其它方面。例如上述的內聯機亦可以是一底層導電層例如一晶體管的源/漏極的接點。上述的銅內聯機亦可以填充于一雙鑲嵌結構中的一溝槽及其下的介層窗。或者，亦可以將超過一層的介電層與超過一層的蝕刻停止層應用于一雙鑲嵌結構中。另外，所形成的銅內聯機結構可以是一邏輯組件、動態隨機存取存儲器、影像感知器、微機電系統(micro-electro-mechanical systems；MEMS)、磁性隨機存取存儲器(magnetic random access memory；MRAM)、或其它半導體組件的一部分。
在繪示于圖2～圖5的一第一實施例中，沉積于一介層窗開口的一擴散阻障層與一銅層，是以一化學機械研磨的制程流程而平坦化。請參考圖2，提供一基底20，通常為硅基底，亦可能為絕緣層上覆硅(silicon-on-insulator；SOI)、砷化鎵、硅鍺(SiGe)、或是其它用于業界的半導體材料。熟悉此技藝者當了解基底一般是一半導體芯片，且基底與芯片兩名詞的使用可以互通。基底20可具有主動與被動組件，但未繪示以簡化圖式。一第一金屬層21較好為銅，而亦可以是鎢、鋁、鋁/銅、或鋁-硅-銅，是以傳統的技術形成于基底20上。第一金屬層21的側面與底面可為一順應性的擴散阻障層(未繪示)所圍繞，以防止金屬離子遷移至基底20，并保護第一金屬層21不受到基底20的成分的影響而發生腐蝕或氧化。
于基底20與第一金屬層21上沉積一蝕刻終止層22，且其較好為包含碳化硅、氮氧化硅、或氮化硅。接下來，一介電層23例如為磷硅玻璃(phosphosilicate glass；PSG)、硼磷硅玻璃(boro-phosphosilicate glass；BPSG)、氧化硅、或較好為低介電常數材料例如為摻碳的二氧化硅(carbondoped silicon oxide)、摻氟的二氧化硅(fluorine silicon oxide)、或聚倍半硅氧烷(polysilsesquioxane)，是以化學氣相沉積(chemical vapordeposition；CVD)、電漿增益化學氣相沉積(plasma enhanced CVD)、或是旋涂法所沉積，且具有2000～6000的厚度。介電層23更可以加熱至600℃、或是以一電漿制程等熟悉此技藝的人士所了解的方法作處理，以使其致密化、改善其表面性質、避免水氣進入而增加其介電常數。
于介電層23上涂布一光阻層24，并以傳統的方法圖形化而形成一開口25，開口25可以是一介層窗、溝槽、或接觸孔。一抗反射層(anti-reflectioncoating；ARC)(未繪示)亦可以視需要在涂布光阻層24之前形成于介電層23上，以增加后續圖形化步驟中的制程寬容度(latitude)。圖形化的光阻層24是作為蝕刻罩幕，以一或多道的電漿制程將開口25轉移至并穿透介電層23與蝕刻終止層24。剩下的光阻層24與抗反射層則以一市場上可取得的去光阻劑或是以電漿灰化將其移除。通常在去除光阻的步驟之后，是使用一標準的清洗制程，將殘留于介電層23之上或殘留于具有頂端、底部、與側壁的開口25內的有機殘留物去除。
請參考圖3，于開口25的側壁與底部以及介電層23上，以化學氣相沉積或電漿增益化學氣相沉積法，沉積一順應性的擴散阻障層26。當擴散阻障層26的厚度在50nm或更薄時，可視需要使用原子層沉積技術(atomic-layerdeposition；ALD)來作沉積。擴散阻障層26較好為TaN，而亦可以是Ta、Ti、TiN、WN、W、TaSiN、或TiSiN中的至少一種。于擴散阻障層26上，以例如電化學沉積或無電電鍍的技術形成一銅層27。銅層27是填滿開口25，并延伸至擴散阻障層26上約6000～13000。
請參考圖4，以一第一化學機械研磨制程將銅層27自擴散阻障層26上移除而與其實質上共平面。上述第一化學機械研磨制程是施行于例如在市場上可取得的應用材料的Mirra Mesa的化學機械研磨工具內的位于一第一研磨站的一平臺上。基底20具有一上表面與一下表面，而以下表面承載于上述第一研磨站的一承載體上。上述第一化學機械研磨制程通常是使用位于一平臺上，材質包含聚氨酯的硬研磨墊來接觸基底20的上表面。在上述第一化學機械研磨制程中，基底的上表面是定義為包含被研磨銅層的表面。上述第一化學機械研磨制程包含一可自市場上取得的研磨漿料，包含二氧化硅、水、以及一或多種專屬的添加物，上述研磨漿料是導入上述基底與上述研磨墊之間。上述研磨漿料的pH值是介于7～10之間，且在20℃～30℃的溫度、流速每分鐘200～400ml，施用80～140分鐘。研磨壓力為1.5～6psi，平臺轉速為70～130rpm。當擴散阻障層26為TaN時，上述第一化學機械研磨制程Cu對TaN的選擇比大于100比1。注意少量的擴散阻障層26可能在形成已研磨的銅層27的第一化學機械研磨制程中被移除。
請參考圖5，施行一第二化學機械研磨制程，包含在一第二研磨站的一平臺上研磨擴散阻障層26，此時基底20的下表面是承載于一第二承載體上，而使擴散阻障層26接觸研磨墊而將其自介電層26上移除。此處基底的上表面是包含被研磨的一擴散阻障層區與一銅層區。注意在上述第二化學機械研磨制程的過程中，被研磨的銅層27的上表面的高度亦被降低，而形成一被研磨兩次的銅層27，并大致與被研磨的擴散阻障層及開口25的頂端共平面。
上述第二化學機械研磨制程是施行于具有一第二研磨墊的一第二平臺上，而第二平臺是位于和第一化學機械研磨制程相同的機械研磨工具。通常使用于上述第二平臺上的硬研磨墊是包含聚氨酯。上述第二化學機械研磨制程包含一第二研磨漿料，包含二氧化硅、水、以及一或多種專屬的添加物，上述研磨漿料是導入上述基底與上述研磨墊之間。上述第二研磨漿料的pH值是介于7～10之間，且在20℃～30℃的溫度、流速每分鐘200～400ml，施用60～120分鐘。研磨壓力為2～4psi，平臺轉速為70～120rpm。當擴散阻障層26為TaN時，上述第二化學機械研磨制程Cu對TaN的選擇比為約20比1，而TaN對介電層23的選擇比為約2比1。因此，一些介電層23可能在第二化學機械研磨制程中被移除。
本發明的一關鍵特征為一第三化學機械研磨制程，包含一系列的步驟，共同被稱為一氧化物研磨制程。一旦將擴散阻障層26自介電層23上移除，基底20的上表面是包含位于介電層23上表面的一介電層區、位于已研磨的擴散阻障層26上表面的一擴散阻障層區、以及位于被研磨兩次的銅層27上表面的一銅層區。輕微地研磨基底20的上表面，以移除前述兩次化學機械研磨所造成的刮痕缺顯與粒子，以形成一平滑的上表面。如此處所引用的相關申請案「TSMC02-0992」所敘述，一氧化物研磨制程亦可以用于調整一銅層的厚度，以使所形成的銅內聯機的片電阻值合乎規格。
發明人所實施的一現有的氧化物研磨方法，是包含一氧化物研磨漿料與之后的去離子水的研磨與沖洗步驟。然而，此方法通常被一監測工具例如KLA2350或ATMT Compass檢測到，在一基底上留下數千個缺陷。此現有的方法概略地描述于表一，并包含一第一步驟A，其實施時間為20秒且以2psi的下壓力作用在一Rodel Politex(聚氨酯)的軟研磨墊上，并以約300ml/min.的流速施加一包含二氧化硅、水、以及一添加物的研磨漿料。上述研磨漿料的pH值范圍為7～10且施用溫度為20℃～30℃。平臺的轉速為40～70rpm。在步驟B至步驟D中，停止供應研磨漿料，而將去離子水以每分鐘300～500ml的流速導入上述平臺。上述的去離子水是沖洗在上述平臺持續以約40rpm的轉速旋轉時，沖洗上述研磨墊與基底。步驟B持續約20秒，而其下壓力為2psi。步驟C則進行15秒，其下壓力為-1psi，而步驟D持續20秒，其下壓力為1psi。-1psi的下壓力是表示承載體輕微地舉起而使其不接觸到研磨墊。
表一現有技術的研磨參數(總時間約75秒)

發明人驚訝地發現包含一第一氧化物研磨漿料及一第一去離子水的研磨與沖洗、以及之后的一第二氧化物研磨漿料與一第二去離子水的研磨與沖洗的一氧化物研磨制程，是成功地將粒子數量自每片芯片1000個減少至每片芯片少于100個。上述的氧化物研磨制程是施行于位于一第三研磨站的一平臺上，此時基底20仍承載于之前的兩個化學機械研磨制程的同一個化學機械研磨工具的承載體上。基底20的上表面是與位于上述第三研磨站的一研磨墊與一研磨漿料接觸。
上述新的氧化物研磨制程概略地描述于表二，并包含一步驟1，其中基底20的上表面的研磨，是使用與發明人所實施的現有方法中的步驟A具有相同的氧化物研磨漿料與制程參數的制程。步驟2中，對基底20施以一去離子水沖洗，時間為10秒，而流量為約500ml/min.，此時上述平臺持續以40～70rpm的轉速旋轉，而下壓力為1psi。步驟3中，是混合施以流速為500～1000ml/min.的去離子水、與流速為200～300ml/min.的前述的氧化物研磨漿料，時間為10秒，下壓力為-1psi。步驟4中，上述的氧化物漿料是以約300ml/min.的流速施加，時間為15秒，此時上述平臺的轉速為40～70rpm，下壓力為1psi。在最后的步驟中，以約500ml/min.的流速施以去離子水沖洗，此時上述平臺持續以40～70rpm的轉速旋轉，而下壓力為1psi。雖然步驟2、4、5中可接受的下壓力的范圍達1～3psi，較好為施以較輕的下壓力1psi，以減少在此輕拋光制程中所產生的缺陷數量。注意在步驟2中，上述的研磨墊以去離子水清潔后，在步驟3是使用氧化物研磨漿料/去離子水的混合來灌注上述研磨墊，而使上述的研磨墊在步驟4開始時已均勻地涂布上研磨漿料。在步驟5之后，較好于組裝于上述化學機械研磨工具上的一旋干(spin-rinse-dry)模塊內，使水分干燥。
表二外加的漿料研磨參數(總時間約75秒)

本發明的氧化物研磨制程的總時間為75秒，因此上述化學機械工具的產出與表一所列示的現有方法相比并無減少。上述的氧化物研磨制程通常是施行于一第三平臺上的芯片，如前所述，此時正在一第二平臺上研磨另一芯片上的擴散阻障層，并在一第一平臺上研磨一第三芯片上的銅層。重要的一件事，是維持三個平臺具有相近的制程時間，才不會減緩芯片通過上述化學機械工具的流程。本實施例可適用于一系列的芯片例如具有1～25片芯片的一個批號，都具有相似的介電層、擴散阻障層、及銅層的厚度，而使上述氧化物研磨制程的小變動不致造成所完成的銅內聯機的片電阻超出規格范圍。需了解表二所提供的氧化物研磨條件為本發明實施例中的一例，而不致對本發明的范圍造成限制。舉例來說，各步驟的條件例如時間與下壓力可因使用不同的化學機械研磨工具、不同的研磨漿料、或是不同的研磨墊，而作些許的變化。
圖6與圖7中是繪示一用以解釋實施本發明的方法而減少缺陷數量的理由的可能的機構。在圖6中，一氧化物研磨漿料28是在前述的步驟或步驟1，施用于介電層23與已研磨兩次的銅層27。因為暴露于pH值為約9.1的氧化物研磨漿料28，已研磨兩次的銅層27的表面部分受到氧化，而形成一薄的氧化銅層29。熟悉此技藝者當了解為了說明的需要，圖中氧化銅層29的厚度是較為夸大，而在現實的氧化物研磨制程中，其厚度僅為數埃(Angstrom；)。一負電荷發生于氧化銅層29與介電層2 3的表面上，而排斥帶負電的粒子或殘留物30。請注意在之后的敘述中，粒子與殘留物名詞的使用可以互通。氧化物研磨制程的步驟B或步驟2的過程是繪示于圖7，其中一pH值為7的去離子水層31是施用于介電層23與氧化銅層29的表面。由前步驟所留下來帶負電荷的粒子30受到此時帶正電的氧化銅層29的吸引。如步驟、D進一步的水洗可能無法逐出粒子30而發生殘留，成為現有方法的缺陷。然而，在圖7所繪示的去離子水沖洗之后，施以如本發明的步驟3～5，在低下壓力下施以第二氧化物研磨漿料及之后短暫的去離子水沖洗時，是移除大量的粒子30。
據信另一機制可能在本發明的氧化物研磨制程中，在減少缺陷數量方面扮演著重要的角色。在開始上述的氧化物制程時，介電層23與已研磨兩次的銅層27的表面可能具有一殘留的鈍態保護劑，來自前面的化學機械研磨制程中，用于研磨TaN擴散阻障層的研磨漿料。結合此鈍態保護劑，即為上述氧化物研磨漿料中的BTA或類似BTA的添加劑時，上述研磨漿料中整體的鈍態保護劑的濃度可達到飽和，而使一些BTA析出于介電層23與已研磨兩次的銅層27的表面。上述鈍態保護劑通常為一極性化合物，并難以自一帶電層的表面上去除。雖然上述鈍態保護劑在去離子水中的溶解度不佳，本發明的第二氧化物研磨步驟可以降低上述鈍態保護劑的濃度，而足以使其回溶，而在其后的去離子水沖洗的步驟5中去除。
在TaN為擴散阻障層時，又另一機制可能對上述氧化物研磨制程中所產生的粒子缺陷數量發生效用。在上述氧化物研磨制程中的第一步驟中，有TaN研磨漿料的殘留物與氧化物研磨漿料反應而產生一復合物。不含研磨劑的去離子水無法移除上述復合物而成為殘留物缺陷，但是一第二氧化物研磨漿料的施用是包含研磨劑，而可磨掉上述復合物并減少總缺陷數量。
請參考圖8，本發明的優點是繪示于缺陷數量對批號的趨勢圖中，其中批號1～10是使用現有的氧化物研磨制程，而批號11～26是使用本發明的氧化物研磨制程使用現有方法時的缺陷數量超過1000，且通常為數千；而在實施本發明之后，缺陷數量則降到低于1000，且多數的批號則降到少于100。
熟知此技藝者會了解前述包含本發明的氧化物研磨制程的鑲嵌制程，可能在一基底上施行多次，而制造多層的銅層，而形成一堆棧的銅結構。
本發明亦可以預期上述的氧化物研磨制程可整合至一先進制程控制系統，例如揭示于「TSMC02-0992」。如果介電層厚度、或銅層寬度與/或厚度的芯片間變異大到足以使得固定研磨時間的氧化物研磨制程無法在每片芯片上制造具可接受的片電阻值的銅層時，上述的選項便特別有用。在此處，前一道氧化物研磨制程中所移除的銅層與介電層的厚度是提供至一計算機的回饋模塊，上述計算機是聯機至一先進制程控制的控制器，上述控制器依序將信息與數據傳遞至上述化學機械研磨工具的工具控制系統(tool controlsystem；TCS)。上述計算機亦包含具有一前饋模塊的程序，使用每片待研磨的芯片的相關于銅層厚度與寬度的度量衡數據，例如片電阻的目標值，來計算送至上述氧化物研磨制程的每片芯片的研磨時間。根據前一片芯片上的氧化物拋光速率的偏移，每一片芯片的拋光時間是自表2所示的起始參數實時地上下調整，而使所制造的內聯機的片電阻值可以維持在規格范圍內。
一方面，表2的上述氧化物研磨制程的步驟1～5中的一或多項是受到上述先進制程控制的控制器所控制，而可藉由調整上述步驟的時間或其它參數例如下壓力或氧化物研磨漿料的流量而被改善，以補償氧化物研磨速率的變異。熟悉此技藝者會了解到片電阻值與上述氧化物研磨制程的各參數的關系，可決定于制造一基底的實驗批后，將結果輸入上述先進制程控制系統的計算機并程序化，而管理回饋值與前饋值的計算。因此，可決定即將在上述氧化物研磨制程中被研磨的一系列基底中的每一個基底的最佳參數，而達成提供一可接受的片電阻值，給所制造的銅內聯機。
本實施例的優勢與第一實施例相同。第一實施例中，氧化物研磨參數是在每步驟為固定的制程時間，而本發明最重要的特征是在上述氧化物研磨制程中，一第一氧化物研磨漿料與去離子水沖洗的流程之后為一第二氧化物研磨漿料與去離子水沖洗的流程。換句話說，各步驟的時間與上述第一與第二流程的其它參數固然重要，但是熟悉此技藝者可了解，各步驟的時間及其它參數可在不危及任何實施本發明的制程所得到的優點的情況下，作些許的變化。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視所附的權利要求范圍所界定者為準。
權利要求
1.一種基底上銅層氧化物研磨制程，該基底具有一上表面與下表面，而該制程，包含(a)提供一基底，具有一上表面，該上表面包含一銅層區與一介電層區，該銅層區為一銅層的上表面，該介電層區為一介電層的上表面；(b)使用一平臺上的一研磨墊與一研磨漿料來接觸該基底的該上表面，以在一研磨治具的一第一研磨站中，施行一第一氧化物研磨步驟，其中該基底是藉由其下表面承載于具有一向下力與一轉速的一承載體上；(c)以去離子水沖洗該基底；(d)使用一平臺上的該研磨墊與一研磨漿料來接觸該基底的該上表面，以在該第一研磨站中，施行一第二氧化物研磨步驟，其中該基底是藉由其下表面承載于具有一下壓力與一轉速的一承載體上；以及(e)第二次以去離子水沖洗該基底。
2.根據權利要求1所述的基底上銅層氧化物研磨制程，其中該銅層是已被一或多次先前的化學機械研磨制程所研磨。
3.根據權利要求1所述的基底上銅層氧化物研磨制程，其中該第一氧化物研磨步驟與該第二氧化物研磨步驟是施行于一化學機械研磨治具中，而該化學機械研磨治具具有pH值為7～10的一研磨漿料，包含硅石、水、以及一或多種的添加物。
4.根據權利要求1所述的基底上銅層氧化物研磨制程，其中該基底的與該上表面更包含位于一擴散阻障層上表面的一擴散阻障層區，其中該擴散阻障層包含TaN或Ta、Ti、TiN、WN、W、TaSiN、或TiSiN中的至少一種，且該擴散阻障層是形成于該銅層與該介電層之間。
5.根據權利要求1所述的基底上銅層氧化物研磨制程，其中該第一氧化物研磨步驟與該第二氧化物研磨步驟是施行于20～30℃的溫度與40～70RPM的平臺轉速。
6.根據權利要求1所述的基底上銅層氧化物研磨制程，其中以去離子水沖洗該基底時的去離子水流量為500ml/min.、沖洗時間為10秒、下壓力為1psi。
7.根據權利要求1所述的基底上銅層氧化物研磨制程，其中在步驟(c)與(d)之間更包含一研磨墊涂底步驟，包含以500～1000ml/min.的去離子水流量、與200～300ml/min.的氧化物研磨漿料流量來涂底，涂底時間為10秒，此時該承載體是上升至該研磨墊的上方，而使該基底的該上表面不接觸該研磨墊。
8.根據權利要求1所述的基底上銅層氧化物研磨制程，其中該第二氧化物研磨步驟包含以300ml/min.的氧化物研磨漿料流量、與1psi的下壓力來研磨，研磨時間為15秒。
9.根據權利要求1所述的基底上銅層氧化物研磨制程，其中第二次以去離子水沖洗該基底時的去離子水流量為500～1000ml/min.、下壓力為1psi、轉速為40rpm、沖洗時間為20秒。
10.一種化學機械研磨的流程，適用于制造銅內聯機時研磨具有一上表面與一下表面的一基底，包含(a)提供一基底，具有一開口，該開口具有一頂端、一底部、與側壁，該開口是填入有一順應性的擴散阻障層于其側壁與底部上、與一銅層于該擴散阻障層上，其中該擴散阻障層與該銅層是延伸至該開口的頂端，而該基底的該上表面包含即將被研磨的銅層區于該銅層的上表面；(b)使用位于一平臺上的一研磨墊與一研磨漿料于一第一研磨站施行一第一化學機械研磨制程，以除去該銅層的一部分，而使該被研磨的銅層與該擴散阻障層共平面，而該基底是藉由其下表面承載于具有一下壓力與一轉速的一承載體上；(c)使用位于一平臺上的一研磨墊與一研磨漿料于一第二研磨站施行一第二化學機械研磨制程，以除去該擴散阻障層的一部分與該被研磨的銅層的一部分，而使該被研磨的擴散阻障層與該被研磨兩次的銅層與該開口的頂端共平面，而該基底是藉由其下表面承載于具有一下壓力與一轉速的一承載體上；以及(d)使用位于一平臺上的一研磨墊與一研磨漿料于一第三研磨站施行一第三化學機械研磨制程，以形成一更平滑的上表面，其中該上表面包含一擴散阻障區于被研磨的該擴散阻障層的上表面、與一銅層區于被研磨兩次的該銅層的上表面，并移除先前化學機械研磨制程的殘留物，而該基底是藉由其下表面承載于具有一下壓力與一轉速的一承載體上，其中該第三化學機械研磨制程包含(1)施行一第一氧化物研磨步驟；(2)以去離子水沖洗該基底；(3)施行一第二氧化物研磨步驟；以及(4)第二次以去離子水沖洗該基底。
11.根據權利要求10所述的化學機械研磨的流程，其中該第一氧化物研磨步驟與該第二氧化物研磨步驟是施行于一化學機械研磨治具中，而該化學機械研磨治具具有pH值為7～10的一研磨漿料，包含硅石、水、以及一或多種添加物。
12.根據權利要求10所述的化學機械研磨的流程，其中該第一氧化物研磨步驟與該第二氧化物研磨步驟是施行于20～30℃的溫度與40～70RPM的平臺轉速。
13.根據權利要求10所述的化學機械研磨的流程，其中該第一氧化物研磨步驟包含以2psi的下壓力與300ml/min.的氧化物研磨漿料流量下，施行時間為20秒。
14.根據權利要求10所述的化學機械研磨的流程，其中以去離子水沖洗該基底時的去離子水流量為500ml/min.、沖洗時間為10秒、下壓力為1psi。
15.根據權利要求10所述的化學機械研磨的流程，其中在步驟(2)之后與步驟(3)之前更包含一研磨墊涂底步驟，包含以500～1000ml/min.的去離子水流量、與200～300ml/min.的氧化物研磨漿料流量來涂底，涂底時間為10秒，此時該承載體是上升至該研磨墊的上方，而使該基底的該上表面不接觸該研磨墊。
16.根據權利要求10所述的化學機械研磨的流程，其中該第二氧化物研磨步驟包含以300ml/min.的氧化物研磨漿料流量、與1psi的下壓力來研磨，研磨時間為15秒。
17.根據權利要求10所述的化學機械研磨的流程，其中第二次以去離子水沖洗該基底時的去離子水流量為500～1000ml/min.、下壓力為1psi、轉速為40rpm、沖洗時間為20秒。
18.根據權利要求10所述的化學機械研磨的流程，其中該第一化學機械研磨制程、該第二化學機械研磨制程、與該第三化學機械研磨制程是施行于同一化學機械研磨治具，而該化學機械研磨治具組裝有一旋干機模塊以使該基底干燥。
19.根據權利要求10所述的化學機械研磨的流程，其中該化學機械研磨的流程是作為一鑲嵌制程的一部分，而該鑲嵌制程是多次施行于一基底，以制造多個銅層，而形成一堆棧銅結構。
全文摘要
本發明揭示一種氧化物研磨制程，是一化學機械研磨制程的流程的一部分。在一第一研磨站中研磨一銅層與一第二研磨站中研磨一擴散阻障層之后，一第三研磨站中的一關鍵步驟為一第一氧化物研磨漿料與一第一去離子水沖洗的應用，以及其后的一第二氧化物研磨漿料與一第二去離子水沖洗。其結果為缺陷的數量由數千降至低于一百。另一個重要的因子為低下壓力(down force)，能更有效地去除粒子。改善后的氧化物研磨制程與一單一的氧化物研磨與一去離子水沖洗的方法，具有相同的產出，并可以實行于任何三元研磨漿料的制程流程中。
文檔編號B24B1/00GK1618569SQ20041005942
公開日2005年5月25日 申請日期2004年6月18日 優先權日2003年11月17日
發明者洪偉倫, 莊佳哲, 鐘基偉, 邱文智, 陳盈和, 章勛明 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司