銅化學機械研磨終點檢測裝置及方法制造方法及圖紙

一種銅化學機械研磨終點檢測方法，包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底表面形成有待研磨結構，所述結構的材料含有銅；對所述待研磨結構進行化學機械研磨，并產生研磨副產品；混合所述研磨副產品與顯色劑，并測量所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物的吸光度；根據所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物的吸光度計算所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物中銅的含量，并通過所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物中銅的含量檢測是否到達研磨終點。相應地，本發明專利技術還提供一種銅化學機械研磨終點檢測裝置，以及銅化學機械研磨方法。通過本發明專利技術可以精確檢測銅化學機械研磨的終點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體領域，特別涉及銅化學機械研磨終點檢測裝置及方法，銅化學機械研磨方法。
技術介紹
化學機械研磨(CMP)的機理是被研磨晶片的表面材料與研漿發生化學反應生成一層相對容易去除的表面層，所述表面層通過研漿中的研磨劑以及施加在被研磨晶片上的研磨壓力，在與研磨墊的相對運動中被機械地磨去。特別地，在對金屬材料進行CMP時，研漿與金屬表面接觸并產生金屬氧化物，并通過研磨去除所述金屬氧化物以達到研磨的效果。 在公開號為CN1471141A的中國專利申請中公開了ー種化學機械研磨設備。如圖2所示，現有的化學機械研磨設備包括一個自動旋轉的研磨盤102以及ー個晶圓握把104，通常研磨盤102會被設計成ー種圓形板以方便跟安裝在研磨盤102上的研磨墊106 —起旋轉，提供的晶圓110會被晶圓握把104抓住，而晶圓握把104的位置是可以調節的，晶圓握把104可以施カ在晶圓110上，在研磨期間，晶圓握把104會確定晶圓110有接觸到研磨墊106。在研磨盤102上方放置有一個研漿供應路線108，可以提供研磨用的研漿112，所述研漿112包含反應物和研磨劑，反應物用于與被研磨晶圓110的表面材料發生反應生成相對容易磨去的材料，研磨劑用于研磨墊106與晶圓110之間的機械研磨，在CMP設備中通常會有一個調節器114來調節研磨墊。CMP的一個難題在于檢測研磨終點，即判斷研磨是否完成，是否已將襯底層平坦化成期望的平坦度或厚度。過度研磨(overpolish)導體層或者薄膜會増加電路阻杭。另ー方面，研磨不足(underpolish)會導致短路。現行的兩種最常用的原位終點檢測方法為電機電流終點檢測法和光學終點檢測法。電機電流終點檢測法通過檢測研磨頭或者研磨盤電機中的電流量監控平坦化速率。平坦化量的變化(及電機負載)會導致電機電流量的變化，由于研磨頭是勻速旋轉的，為了補償電機負載的變化，電機電流會有相應變化，即電機電流對晶圓表面粗糙程度的變化是敏感的。由此，通過檢測電機電流量的變化可實現平坦化程度的檢測。更多詳細信息請參考公開號為CN1670923A的中國專利申請。光學終點檢測法是一種基于光反射原理的終點檢測方法，光從膜層上反射，不同的反射率與膜層材料和膜層厚度相關，若膜層材料或厚度發生變化，光學終點檢測可測量從平坦化膜層反射的紫外光或可見光之間的干渉，利用干渉信號處理算法連續地測量平坦化中膜層厚度的變化，可測定平坦化速率。與此同時，銅作為ー種重要的導電材料越來越廣泛地應用于半導體器件中，比如用于互連結構中。所以在對銅進行CMP處理時，精確檢測研磨終點非常重要
技術實現思路
本專利技術解決的問題是提供ー種銅化學機械研磨終點檢測裝置及方法，以精確檢測銅研磨終點。為解決上述問題，本專利技術提供ー種銅化學機械研磨終點檢測方法，包括提供半導體襯底，所述半導體襯底表面形成有待研磨結構，所述結構的材料含有銅；對所述待研磨結構進行化學機械研磨，并產生研磨副產品；其特征在于，還包括混合所述研磨副產品與顯色劑，并測量所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物的吸光度；根據所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物的吸光度計算所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物中銅的含量，并通過所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物中銅的含量檢測是否到達研磨終點。 可選地，所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物的吸光度指的是所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物在入射光波長為607nm和548nm時的吸光度。可選地，根據所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物的吸光度計算所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物中銅的含量的方法包括在研磨所使用的研漿確定的情況下，計算吸光度之比的差AAr，所述 AAr — A607rmi/A548rmi_A 6C|7nm/A 548nm，其中，A6tl7nm 和 A548nm 分力U 疋所述研磨副廣 ロロ與研漿以及顯色劑的混合物在入射光波長為607nm和548nm時的吸光度，A*6(l7nm和A*548nm是研漿與顯色劑的混合物在入射光波長為607nm和548nm時的吸光度；根據AAr = PXCffl+Q計算所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物中的銅的含量，其中，P、Q是回歸常數，Cm是所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物中的銅的含量。可選地，在所述研漿與顯色劑的混合物中，顯色劑的濃度是0.002mmol/L-0. 004mmol/Lo可選地，其特征在于所述顯色劑是ニ溴茜素紫。相應地，本專利技術還提供ー種銅化學機械研磨終點檢測裝置，包括研磨盤；安裝在所述研磨盤上的研磨墊；與所述研磨墊相對設置的晶圓握把、所述晶圓握把固定半導體襯底，所述半導體襯底表面具有待研磨的結構，所述結構的材料包括銅；研漿供應路線，所述研漿供應路線提供顯色劑以及研磨所需要的研漿；吸收光譜探測器，所述吸收光譜探測器用于測量研磨過程中產生的研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物的吸光度。可選地，吸收光譜探測器包括入射光源和吸收光譜采集部件。可選地，所述研漿供應路線所提供研磨所需要的研漿以及顯色劑中，顯色劑的含量是 0. 002mmol/L-0. 004mmol/L。可選地，所述顯色劑是ニ溴茜素紫。相應地，本專利技術還提供ー種銅化學機械研磨方法，包括提供半導體襯底，所述半導體襯底上具有待研磨的結構，所述結構的材料包括銅；將所述半導體襯底固定于晶圓握把，并對所述待研磨結構進行研磨；研磨過程中，研漿供應路線提供研磨所需要的研漿以及顯色劑；吸收光譜探測器測量研磨過程中產生的研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物的吸光度；根據所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物的吸光度計算所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物中銅的含量，如果所述銅含量達到預定的值，則停止研磨，如果所述銅含量未達到預定的值，則繼續研磨。可選地，根據所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物的吸光度計算所述研磨畐IJ產品與研漿以及顯色劑的混合物中銅的含量的方法是，在研磨所使用的研漿確定的情況下，計算吸光度之比的差AAr,所述AAr =^-60711111/^-54811111 A 607nmZA 548nm， 其中， ^-607nm 和A548nm分別是所述研磨副產品與研衆以及顯色劑的混合物在入射光波長為607nm和548nm時的吸光度，A*6(l7nm和W548nm是研漿與顯色劑的混合物在入射光波長為607nm和548nm時的吸光度；根據AAr = PXCm+Q計算所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物中的銅的含量，其中，P、Q是回歸常數，Cffl是所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物中的銅的含量。可選地，所述顯色劑是ニ溴茜素紫。與現有技術相比，本專利技術具有以下優點·本專利技術利用顯色劑與含銅溶液混合后，吸光度會發生變化，并且吸光度的變化與混合液中銅的含量相關，通過檢測在研磨過程中，顯色劑與研磨副產品以及研漿的混合物的吸光度的變化，檢測混合物中銅的含量的變化，提供了ー種快速、便捷、準確地檢測銅研磨終點的裝置和方法，同時提供了一種可以精確控制的銅化學機械研磨方法；進ー步，本專利技術的實施例所提供的檢測銅研磨終點的裝置，通過研漿供應路線在被研磨結構表面提供顯色劑，作為一個實施例，所采用的顯色劑是ニ溴茜素紫，研磨產生研磨副產品后，研磨副產品即可與顯本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種銅化學機械研磨終點檢測方法，包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底表面形成有待研磨結構，所述結構的材料含有銅；對所述待研磨結構進行化學機械研磨，并產生研磨副產品；其特征在于，還包括：混合所述研磨副產品與顯色劑，并測量所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物的吸光度；根據所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物的吸光度計算所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物中銅的含量，并通過所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物中銅的含量檢測是否到達研磨終點。

【技術特征摘要】
1.ー種銅化學機械研磨終點檢測方法，包括提供半導體襯底，所述半導體襯底表面形成有待研磨結構，所述結構的材料含有銅；對所述待研磨結構進行化學機械研磨，并產生研磨副產品；其特征在于，還包括 混合所述研磨副產品與顯色劑，并測量所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物的吸光度； 根據所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物的吸光度計算所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物中銅的含量，并通過所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物中銅的含量檢測是否到達研磨終點。2.依據權利要求I所述的銅化學機械研磨終點檢測方法，其特征在于，所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物的吸光度指的是所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物在入射光波長為607nm和548nm時的吸光度。3.依據權利要求2所述的銅化學機械研磨終點檢測方法，其特征在于，根據所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物的吸光度計算所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物中銅的含量的方法包括 在研磨所使用的研漿確定的情況下，計算吸光度之比的差AAr, 所述AAr = A6ci7mZA548nm-A^ci7miZf548nm，其中，A6tl7nm和A548nm分別是所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物在入射光波長為607nm和548nm時的吸光度，A*6(l7nm和A*548nm是研漿與顯色劑的混合物在入射光波長為607nm和548nm時的吸光度； 根據AAr = PXCm+Q計算所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物中的銅的含量，其中，P、Q是回歸常數，Cffl是所述研磨副產品與研漿以及顯色劑的混合物中的銅的含量。4.依據權利要求2所述的銅化學機械研磨終點檢測方法，其特征在于，所述研漿供應路線所提供的研磨所需要的研衆以及顯色劑中，顯色劑的濃度是0. 002mmol/L-0. 004mmol/し5.依據權利要求I至4中任意ー項所述的銅化學機械研磨終點檢測方法，其特征在于所述顯色劑是ニ溴茜素紫。6.ー種銅化學機械研磨終點檢測裝置，包括研磨盤；安裝在所述研磨盤上的研磨墊；與所述研磨墊相對設置的晶圓握把、所述晶圓握把固定半導體襯底，所述半導體襯底表面具有待研磨的結構，所述結構的材料包括銅...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧武鋒，洪中山，
申請(專利權)人：中芯國際集成電路制造上海有限公司，
類型：發明
國別省市：