改善铜阻挡层形貌的方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种改善铜阻挡层形貌的方法。

背景技术

随着半导体工艺进入更先进的技术节点，后端铜半导体互连制造工艺对铜化学机械研磨的挑战越来越大，而铜化学机械研磨之后的晶圆形貌直接影响晶圆的电学特性。针对先进工艺阻挡层，铜化学机械研磨需要控制铜阻挡层Ta/TaN，盖帽层TiN、介质层SiOC、介质层BD以及沟槽内所填充的Cu等不同的薄膜厚度，并保证晶圆形貌的均匀性。而前层薄膜沉积的变化和化学机械研磨耗材导致的移除率变化会使得铜化学机械研磨的过程中铜阻挡层的形貌均匀性出现问题。

现有的一种控制铜化学机械研磨后晶圆形貌的方法是根据时间(也即是Pi-lotfix time的方式)对晶圆进行研磨，然而，上述做法是在同一批次的晶圆完成研磨后，根据该批次晶圆的形貌来调整后续批次的不同区域的研磨压力，从而对后续批次的晶圆形貌进行调整。而这种做法不能实现同一批次不同晶圆的形貌的调整，从而也就无法弥补前层薄膜沉积的变化和化学机械研磨移除率变化带来的影响。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种改善铜阻挡层形貌的方法，用于解决现有的对同一批次晶圆的铜阻挡层进行化学机械研磨后晶圆的形貌均匀性差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种改善铜阻挡层形貌的方法，所述方法包括：

提供一批次的晶圆，所述晶圆包括插塞、形成于所述插塞表面的由下而上层叠的停止层、BD层、SiOC层及盖帽层，通过贯穿所述停止层、所述BD层、所述SiOC层与所述盖帽层所形成的沟槽，形成于所述沟槽的底部、侧壁及所述盖帽层表面的铜阻挡层以及填充于所述沟槽内的金属铜；

利用终点控制系统对所述批次的晶圆进行第一次化学机械研磨直至漏出所述BD层；

对所述批次的晶圆进行第二次化学机械研磨，且每研磨一片晶圆得到一时间修正值及一压力修正值，其中，在对第i片晶圆进行研磨时，根据之前研磨的i-1个晶圆所得到的i-1个所述时间修正值对其研磨时间进行修正以得到第i个晶圆的修正研磨时间，并根据之前研磨的i-1个晶圆所得到的i-1个所述压力修正值对其研磨压力进行修正以得到第i个晶圆的修正研磨压力，通过利用所述第i个晶圆的修正研磨时间及所述第i个晶圆的修正研磨压力对所述第i个晶圆进行所述第二次化学机械研磨，其中，i为大于等于2的正整数；

对于所述批次的第一片晶圆，是通过设置初始研磨时间及初始研磨压力对其进行第二次化学机械研磨的，且在所述批次的晶圆完成研磨后，对所述第一片晶圆的研磨时间及研磨压力进行修正以对其进行第三次化学机械研磨。

可选地，在利用终点控制系统对所述批次的晶圆进行第一次化学机械研磨直至漏出所述BD层时，根据所述铜阻挡层、所述盖帽层、所述SiOC层及所述金属铜的摩擦力对其进行研磨，并根据研磨过程中产生的电信号的特征值来确定是否研磨至所述BD层。

可选地，每研磨一片晶圆得到一时间修正值的方法包括：在对一片晶圆进行第二次化学机械研磨后，获取晶圆不同区域的厚度量测值，对各厚度量测值求均值以得到厚度量测均值，所述厚度量测均值与所述目标厚度值相减后再除以研磨速率。

可选地，每研磨一片晶圆得到一压力修正值的方法包括：在对一片晶圆进行第二次化学机械研磨后，获取晶圆不同区域的厚度量测值，各厚度量测值与所述目标厚度值相减再除以研磨转速得到各区域的区域压力修正值，再对所述区域压力修正值求平均以得到所述压力修正值。

可选地，在对第i片晶圆进行研磨时，通过已得到的i-1个所述压力修正值进行加权以得到研磨第i个晶圆所需的压力修正值f

其中，x

可选地，在对第i片晶圆进行研磨时，通过已得到的i-1个所述时间修正值进行加权以得到研磨第i个晶圆所需时间修正值g

其中，y

可选地，得到所述第i片晶圆的修正研磨时间的方法包括：通过将所述初始研磨时间与研磨第i片晶圆所需的时间修正值相加以得到所述第i片晶圆的研磨修正时间。

可选地，得到所述第i片晶圆的修正研磨压力的方法包括：通过将所述初始研磨压力与研磨第i片晶圆所需的压力修正值相加以得到所述第i片晶圆的修正研磨压力。

可选地，所述插塞的材质包括金属钨。

可选地，所述停止层的材质包括氮化铝。

可选地，所述盖帽层的材质包括氮化钛。

可选地，所述铜阻挡层的材质包括钽与氮化钽的组合。

如上所述，本发明的改善铜阻挡层形貌的方法，在对同一批次的晶圆进行化学机械研磨时，对每片晶圆的研磨时间与研磨压力进行修正，从而使得同一批次晶圆的铜阻挡层形貌的均匀性得到改善；而且，利用同样的方法对下一批次的晶圆进行研磨，能够使得不同批次晶圆的铜阻挡层的形貌均具有较好的均匀性，从而能够有效提升铜化学机械研磨的inline CPK，最终使得晶圆的电学特性能够得到提升。

附图说明

图1显示为本发明的改善铜阻挡层形貌的方法的流程图。

图2显示为本发明的晶圆的剖面结构示意图。

图3显示为本发明的晶圆在进行第一次化学机械研磨后的剖面结构示意图。

图4显示为本发明的利用终点控制系统对各层进行研磨时产生的电信号曲线图。

图5显示为本发明的晶圆的不同区域的分布示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

如图1所示，本实施例提供一种改善铜阻挡层形貌的方法，所述方法包括：

提供一批次的晶圆，所述晶圆包括插塞、形成于所述插塞表面的由下而上层叠的停止层、BD层、SiOC层及盖帽层，通过贯穿所述停止层、所述BD层、所述SiOC层与所述盖帽层所形成的沟槽，形成于所述沟槽的底部、侧壁及所述盖帽层表面的铜阻挡层以及填充于所述沟槽内的金属铜；

利用终点控制系统对所述批次的晶圆进行第一次化学机械研磨直至漏出所述BD层；

对所述批次的晶圆进行第二次化学机械研磨，且每研磨一片晶圆得到一时间修正值及一压力修正值，其中，在对第i片晶圆进行研磨时，根据之前研磨的i-1个晶圆所得到的i-1个所述时间修正值对其研磨时间进行修正以得到第i个晶圆的修正研磨时间，并根据之前研磨的i-1个晶圆所得到的i-1个所述压力修正值对其研磨压力进行修正以得到第i个晶圆的修正研磨压力，通过利用所述第i个晶圆的修正研磨时间及所述第i个晶圆的修正研磨压力对所述第i个晶圆进行所述第二次化学机械研磨，其中，i为大于等于2的正整数；

对于所述批次的第一片晶圆，是通过设置初始研磨时间及初始研磨压力对其进行第二次化学机械研磨的，且在所述批次的晶圆完成研磨后，对所述第一片晶圆的研磨时间及研磨压力进行修正以对其进行第三次化学机械研磨。

下面对本实施例提供的改善铜阻挡层形貌的方法进行具体说明。

如图2所示，提供一批次的晶圆，所述晶圆包括插塞、形成于所述插塞表面的由下而上层叠的停止层、BD层、SiOC层及盖帽层，通过贯穿所述停止层、所述BD层、所述SiOC层与所述盖帽层所形成的沟槽，形成于所述沟槽的底部、侧壁及所述盖帽层表面的铜阻挡层以及填充于所述沟槽内的金属铜。

本实施例中，所述BD层时由C、H、O、Si等元素组成的介质材料，K值为2.5～3.3。

具体的，所述插塞的材质包括金属钨。

具体的，所述停止层的材质包括氮化铝。

具体的，所述盖帽层的材质包括氮化钛。

具体的，所述铜阻挡层的材质包括钽与氮化钽的组合。

如图3所示，利用终点控制系统对所述批次的晶圆进行第一次化学机械研磨直至漏出所述BD层。

本实施例中，在通过所述第一次化学机械研磨对晶圆进行研磨直至漏出所述BD层时，所述盖帽层、所述SiOC层、形成于所述盖帽层表面的所述铜阻挡层被去除，而且，形成于沟槽内的所述铜阻挡层及所述金属铜被研磨至与所述BD层同样的高度。

具体的，在利用终点控制系统对所述批次的晶圆进行第一次化学机械研磨直至漏出所述BD层时，根据所述铜阻挡层、所述盖帽层、所述SiOC层及所述金属铜的摩擦力对其进行研磨，并根据研磨过程中产生的电信号的特征值来确定是否研磨至所述BD层。

图4示出了所述盖帽层(TiN)及所述SiOC层所对应的特征值(图中黑色圆圈圈出的地方)。由于所述铜阻挡层、所述盖帽层、所述SiOC层及所述金属铜的摩擦力不同，因此，在研磨过程产生的电信号对应不同的特征值，因此，能够根据各层对应的特征值来判断其是否被研磨去除。需要说明的是，去除的所述铜阻挡层包括形成于所述盖帽层表面的铜阻挡层以及位于所述BD层上方区域且位于所述沟槽侧壁的所述铜阻挡层，而去除的所述金属铜位于所述沟槽内并处于所述BD层上方区域。

对所述批次的晶圆进行第二次化学机械研磨以使其达到目标厚度值，且每研磨一片晶圆得到一时间修正值及一压力修正值，其中，在对第i片晶圆进行研磨时，根据之前研磨的i-1个晶圆所得到的i-1个所述时间修正值对其研磨时间进行修正以得到第i个晶圆的修正研磨时间，并根据之前研磨的i-1个晶圆所得到的i-1个所述压力修正值对其研磨压力进行修正以得到第i个晶圆的修正研磨压力，通过利用所述第i个晶圆的修正研磨时间及所述第i个晶圆的修正研磨压力对所述第i个晶圆进行所述第二次化学机械研磨，其中，i为大于等于2的正整数。

具体的，每研磨一片晶圆得到一时间修正值的方法包括：在对一片晶圆进行第二次化学机械研磨后，获取晶圆不同区域的厚度量测值，对各厚度量测值求均值以得到厚度量测均值，所述厚度量测均值与所述目标厚度值相减后再除以研磨速率。

如图5所示，本实施例中，每一片晶圆可由内到外分为8个区域，通过测量以获取8个区域的所述厚度量测值。当然，晶圆所划分的区域个数及划分方式可根据需要进行选择，这对本实施例并没有什么影响。

具体的，在对第i片晶圆进行研磨时，通过已得到的i-1个所述时间修正值进行加权以得到研磨第i个晶圆所需时间修正值g

其中，y

具体的，得到所述第i片晶圆的修正研磨时间的方法包括：通过将所述初始研磨时间与研磨第i片晶圆所需的时间修正值相加以得到所述第i片晶圆的研磨修正时间。

具体的，每研磨一片晶圆得到一压力修正值的方法包括：在对一片晶圆进行第二次化学机械研磨后，获取晶圆不同区域的厚度量测值，各厚度量测值与所述目标厚度值相减再除以研磨转速得到各区域的区域压力修正值，再对所述区域压力修正值求平均以得到所述压力修正值。

本实施例中，每一片所述晶圆可分由内到外为8个区域，通过测量以获取8个区域的所述厚度量测值。当然，晶圆所划分的区域个数可根据需要进行选择，这对本实施例并没有什么影响。

具体的，在对第i片晶圆进行研磨时，通过已得到的i-1个所述压力修正值进行加权以得到研磨第i个晶圆所需的压力修正值f

其中，x

具体的，得到所述第i片晶圆的修正研磨压力的方法包括：通过将所述初始研磨压力与研磨第i片晶圆所需的压力修正值相加以得到所述第i片晶圆的修正研磨压力。

对于所述批次的第一片晶圆，是通过设置初始研磨时间及初始研磨压力对其进行第二次化学机械研磨的，且在所述批次的晶圆完成研磨后，对所述第一片晶圆的研磨时间及研磨压力进行修正以对其进行第三次化学机械研磨。

本实施例中，对所述批次的第一片晶圆进行第二次化学机械研磨时采用的所述初始研磨时间及所述初始研磨压力是根据经验自行设置的，因此，会使得所述第一片晶圆经过第二次化学机械研磨无法形成较好的形貌，在这种情况下，可对所述第一片晶圆的研磨时间及研磨压力进行修正，以进行第三次化学机械研磨，从而使得晶圆形成良好的形貌。

需要说明的是，本实施例中，所述第i片晶圆的修正研磨压力、所述第i片晶圆的修正研磨时间及由各晶圆研磨后得到的所述压力修正值及与所述时间修正值均是在先进工艺控制(APC)系统中计算得到的。

综上所述，本发明的改善铜阻挡层形貌的方法，在对同一批次的晶圆进行化学机械研磨时，对每片晶圆的研磨时间与研磨压力进行修正，从而使得同一批次晶圆的铜阻挡层形貌的均匀性得到改善；而且，利用同样的方法对下一批次的晶圆进行研磨，能够使得不同批次晶圆的铜阻挡层的形貌均具有较好的均匀性，从而能够有效提升铜化学机械研磨的inline CPK，最终使得晶圆的电学特性能够得到提升。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。