CN100414666C - 复合式化学机械抛光法 - Google Patents
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Abstract
一种复合式化学机械抛光法，是先在第一抛光机台中，以第一抛光盘对待平坦层进行初步的抛光。接着，再于第二抛光机台中，以第二抛光盘对待平坦层进行进一步的抛光，然后，在同一机台中，以第三抛光盘对待平坦层进行最后的抛光。
Description
技术领域
本发明涉及一种化学机械抛光法以及半导体结构的制作方法，尤其涉及一种复合式化学机械抛光法以及浅沟渠隔离结构与内连线的制作方法。
背景技术
在半导体工艺技术中，表面平坦化是处理高密度光刻的一项重要技术，因为，没有高低起伏的平坦表面，才能够避免曝光时造成散射，以达成精密的图案转移(pattern transfer)。化学机械抛光法为现在唯一能提供大规模集成电路(very-large scale integration，VLSI)，甚至超大规模集成电路(ultra-large scale integration，ULSI)工艺“全面性平坦化(global planarization)”的一种技术，因此，目前晶片的平坦化工艺都是以化学机械抛光工艺来完成。
固定式研磨粒化学机械抛光(fixed abrasive CMP，FACMP)机台为目前较常使用的化学机械抛光机台。在固定式研磨粒化学机械抛光机台中具有二个抛光盘，机械手臂先将待平坦层置于具有较粗抛光颗粒的抛光盘上，进行初步的抛光，然后再将此待平坦层置于另一个具有较细抛光颗粒的抛光盘进行进一步的抛光。虽然以固定式研磨粒化学机械抛光机台进行平坦化工艺的效果较佳，但由于与一般非固定式研磨粒化学机械抛光(non-fixedabrasive CMP)机台比较起来，抛光速率较慢，每小时产能仅8片，且固定式研磨粒化学机械抛光机台本身以及其耗材价格非常昂贵，因而耗费了大量的生产成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合式化学机械抛光法，利用结合非固定式研磨粒化学机械抛光机台与固定式研磨粒化学机械抛光机台进行平坦化工艺，可提高工作效率，进而提高产能，以及降低生产成本。
本发明的另一目的是提供一种浅沟渠隔离结构的制作方法，以固定式研磨粒化学机械抛光机台与非固定式研磨粒化学机械抛光机台将绝缘层平坦化，可提高工作效率并增加产能。
本发明的再一目的是提供一种内连线的制作方法，以固定式研磨粒化学机械抛光机台与非固定式研磨粒化学机械抛光机台对导体层进行抛光，以增加工作效率而提高生产量。
本发明提出一种复合式化学机械抛光法，其是先在第一抛光机台中，以第一抛光盘对待平坦层进行一初步抛光。接着，在第二抛光机台中对待平坦层进行一抛光步骤。其中，上述的第一抛光机台与第二抛光机台不相同。此抛光步骤是先以第二抛光盘对待平坦层进行抛光。然后，在同一机台中，以第三抛光盘对待平坦层进行抛光。
依照本发明实施例所述的复合式化学机械抛光法，上述的第一抛光机台为非固定式研磨粒化学机械抛光机台。
依照本发明实施例所述的复合式化学机械抛光法，上述的第二抛光机台为固定式研磨粒化学机械抛光机台。
依照本发明实施例所述的复合式化学机械抛光法，上述的第一抛光盘的抛光速率大于第二抛光盘与第三抛光盘的抛光速率。
依照本发明实施例所述的复合式化学机械抛光法，上述的第二抛光盘的抛光速率与第三抛光盘的抛光速率实质上相等。
本发明还提出一种浅沟渠隔离结构的制作方法，其是先提供一衬底。然后，于衬底上形成图案化的硬掩模层。接着，以图案化的硬掩模层为掩模，于衬底中形成沟渠。接下来，于图案化的硬掩模层上以及沟渠中形成绝缘层。之后，在第一抛光机台中以第一抛光盘对绝缘层进行一初步抛光步骤。然后，在第二抛光机台中对绝缘层进行一抛光步骤。上述的第一抛光机台与第二抛光机台不相同。此抛光步骤是先以第二抛光盘对绝缘层进行抛光，然后，在同一机台中，以第三抛光盘对绝缘层进行抛光，以去除图案化的硬掩模层上的绝缘层。之后，移除图案化的硬掩模层。
依照本发明实施例所述的浅沟渠隔离结构的制作方法，上述的第一抛光机台为非固定式研磨粒化学机械抛光机台。
依照本发明实施例所述的浅沟渠隔离结构的制作方法，上述的第二抛光机台为固定式研磨粒化学机械抛光机台。
依照本发明实施例所述的浅沟渠隔离结构的制作方法，上述的第一抛光盘的抛光速率大于第二抛光盘与第三抛光盘的抛光速率。
依照本发明实施例所述的浅沟渠隔离结构的制作方法，上述的第二抛光盘的抛光速率与第三抛光盘的抛光速率实质上相等。
依照本发明实施例所述的浅沟渠隔离结构的制作方法，上述的第一抛光机台所使用的研磨粒包括二氧化硅(SiO2)，而第二抛光机台所使用的研磨粒包括二氧化铈(CeO2)。依照本发明实施例所述的浅沟渠隔离结构的制作方法，上述的图案化的硬掩模层的材质为氮化硅。
本发明再提出一种内连线的制作方法，其是先提供一衬底。然后，于衬底上形成介电层。接着，于介电层中形成开口。接下来，于开口中与介电层上形成导体层。之后，在第一抛光机台中，以第一抛光盘对导体层进行初步抛光。然后，在与第一抛光机台不相同的第二抛光机台中对导体层进行抛光步骤。此抛光步骤是先以第二抛光盘对导体层进行抛光，然后，在同一机台中，以第三抛光盘对导体层进行抛光，以去除介电层上的导体层。
依照本发明实施例所述的内连线的制作方法，上述的第一抛光机台为非固定式研磨粒化学机械抛光机台。
依照本发明实施例所述的内连线的制作方法，上述的第二抛光机台为固定式研磨粒化学机械抛光机台。
依照本发明实施例所述的内连线的制作方法，上述的第一抛光盘的抛光速率大于第二抛光盘与第三抛光盘的抛光速率。
依照本发明实施例所述的内连线的制作方法，上述的第二抛光盘的抛光速率与第三抛光盘的抛光速率实质上相等。
依照本发明实施例所述的内连线的制作方法，上述的导体层为金属层。
依照本发明实施例所述的内连线的制作方法，上述的金属层的材质为铜。
本发明在进行化学机械抛光工艺时，先利用非固定式研磨粒化学机械抛光机台快速地将待抛光层进行初步的抛光，再利用固定式研磨粒化学机械抛光机台进行更进一步的抛光，且固定式研磨粒化学机械抛光机台中的二个抛光盘的抛光速率实质上相同，因此以本发明的复合式化学机械抛光法所进行的平坦化工艺，其均匀度较高。此外，本发明采用非固定式研磨粒化学机械抛光机台结合固定式研磨粒化学机械抛光机台来进行化学机械抛光，具有较佳的工作效率，进而可以增加产能。而且，由于非固定式研磨粒化学机械抛光机台本身及其耗材价格较低，更可以降低生产成本。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为依照本发明实施例所绘示的复合式化学机械抛光法的步骤流程图；
图2A至图2E为依照本发明实施例所绘示的浅沟渠隔离结构的制作方法的流程剖面图；
图3A至图3D为依照本发明实施例所绘示的内连线的制作方法的流程剖面图。
主要元件符号说明
100～104：步骤
200、300：衬底
202：图案化的硬掩模层
204：沟渠
206、206a、206b：绝缘层
208：浅沟渠隔离结构
302：介电层
304：开口
306、306a、306b：导体层
308：金属内连线
具体实施方式
图1为依照本发明实施例所绘示的复合式化学机械抛光法的步骤流程图。请参照图1，首先，于步骤100中，在第一抛光机台中，对待平坦层进行一初步抛光步骤。其中，第一抛光机台为非固定式研磨粒化学机械抛光机台，抛光盘可为单盘或多盘。此机台适合用来进行初步平坦化，且此机台本身与其耗材如研磨颗粒等，价格较低，可降低生产成本。
接着，将已进行完初步平坦化的待平坦层取出，置于第二抛光机台中。此第二抛光机台与上述的第一抛光机台不相同，其例如为固定式研磨粒化学机械抛光机台，抛光盘为多盘，例如为四盘。于步骤102中，在第二抛光机台中，先以一抛光盘对待平坦层进行进一步的抛光，此抛光盘的抛光速率较低于第一抛光机台中的抛光盘的抛光速率，但其抛光待抛光层后的均匀度较高于第一抛光机台中的抛光盘所抛光者。
然后，于步骤104中，同样地在第二机台中，将待平坦层置于另一抛光盘上，以此抛光盘对待平坦层进行抛光。在第二机台中，二抛光盘的抛光速率实质上相等，表示二者的抛光速率介于一定范围内。
值得一提的是，在进行初步的抛光时，因为对于均匀度的要求较低，所以使用抛光速度较快，且机台本身价格较低的非固定式研磨粒化学机械抛光机台，可降低生产成本。之后，在进行进一步的抛光时，则使用固定式研磨粒化学机械抛光机台，因为此机台中的二个抛光盘抛光速率大致相等，因此以此二抛光盘同时进行抛光，可加快生产速率，进而提高生产效能，且此机台的抛光均匀度较佳，也同时提升了产品品质。以下实施例是以本发明的复合式化学机械抛光法来制作浅沟渠隔离结构与内连线。
图2A至图2E为依照本发明实施例所绘示的浅沟渠隔离结构的制作方法的流程剖面图。请参照图2A，首先，提供一衬底200，衬底200上已以图案化的硬掩模层202定义出沟渠204，并于且在图案化的硬掩模层202上以及沟渠204中已形成绝缘层206，绝缘层206的材质例如为二氧化硅。此外，图案化的硬掩模层的材质例如为氮化硅。
然后，请参照图2B，在第一抛光机台中对绝缘层206进行初步的抛光，以去除绝缘层206中高低起伏的部分而形成绝缘层206a。第一抛光机台为非固定式研磨粒化学机械抛光机台，抛光盘可为单盘或多盘。在一实例中，所使用的研磨粒为二氧化硅，抛光盘上的待平坦层的抛光速率例如是3500
/min。
接下来，请参照图2C，将晶片取出，置于与第一抛光机台不相同的第二抛光机台中，以一抛光盘对绝缘层206a进行进一步地抛光，以形成绝缘层206b。第二抛光机台为固定式研磨粒化学机械抛光机台，抛光盘为多盘，例如为四盘。
之后，请参照图2D，在同一机台中，以另一抛光盘对绝缘层206b进行抛光，以去除图案化的硬掩模层202上的绝缘层206b而形成浅沟渠隔离结构208。二抛光盘的抛光速率实质上相等，表示二者的抛光速率介于一定范围内，且皆小于第一抛光盘。在一实例中，所使用的研磨粒为二氧化铈，其抛光速率例如是介于50
/min至1500
/min之间，更优选的是介于200
/min至800/min之间。使用研磨粒为二氧化铈，与一般的二氧化硅研磨粒比较起来，对于绝缘层具有较高的抛光选择比，而经过抛光后的不均匀度为3％，也比经一般研磨粒抛光后的不均匀度6％为佳。之后，请参照图2E，移除图案化的硬掩模层202。
以下将以上述实施例所述的机台与方法，来进行内连线的制作。
图3A至图3D为依照本发明实施例所绘示的内连线的制作方法的流程剖面图。请参照图3A，首先，提供一衬底300。然后，于衬底300上形成介电层302。接着，于介电层302中形成开口304。接下来，于开口304中与介电层302上形成导体层306。其中，导体层306例如为金属层，其材质例如为铜。
然后，请参照图3B，在第一抛光机台中对导体层306进行初步的抛光，以去除导体层306中高低起伏的部分而形成导体层306a。接下来，请参照图3C，将导体层306a取出，置于与第一抛光机台不相同的第二抛光机台中，以一抛光盘对导体层306a进行进一步地抛光，以形成导体层306b。之后，请参照图3D，在同一机台中，以另一抛光盘对导体层306b进行抛光，以去除介电层302上的导体层306b而形成金属内连线308。
综上所述，本发明在进行平坦化工艺时，先利用较便宜的非固定式研磨粒化学机械抛光机台快速地将待抛光层进行初步的抛光，再利用均匀度较佳的固定式研磨粒化学机械抛光机台进行更进一步的抛光，因此均匀度较高。此外，将非固定式研磨粒化学机械抛光机台结合固定式研磨粒化学机械抛光机台来进行平坦化工艺，可以达到每小时18片的产能。而且，由于非固定式研磨粒化学机械抛光机台本身及其耗材价格较低，更可以降低生产成本。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
Claims (13)
1. 一种复合式化学机械抛光法，包括：
在一第一抛光机台中以一第一抛光盘对一待平坦层进行一初步抛光步骤；以及
在一第二抛光机台中对该待平坦层进行一抛光步骤，其中该第一抛光机台为非固定式研磨粒化学机械抛光机台，该第二抛光机台为固定式研磨粒化学机械抛光机台，该抛光步骤包括：
以一第二抛光盘对该待平坦层进行抛光；以及
以一第三抛光盘对该待平坦层进行抛光。
2. 如权利要求1所述的复合式化学机械抛光法，其中该第一抛光盘的抛光速率大于该第二抛光盘与该第三抛光盘的抛光速率。
3. 如权利要求1所述的复合式化学机械抛光法，其中该第二抛光盘的抛光速率与该第三抛光盘的抛光速率相等。
4. 一种浅沟渠隔离结构的制作方法，包括：
提供一衬底；
于该衬底上形成一图案化的硬掩模层；
以该图案化的硬掩模层为掩模于该衬底中形成一沟渠；
于该图案化的硬掩模层上以及该沟渠中形成一绝缘层；
在一第一抛光机台中以一第一抛光盘对该绝缘层进行一初步抛光步骤；
在一第二抛光机台中对该绝缘层进行一抛光步骤，其中该第一抛光机台为非固定式研磨粒化学机械抛光机台，该第二抛光机台为固定式研磨粒化学机械抛光机台，该抛光步骤包括：
以一第二抛光盘对该绝缘层进行抛光；以及
以一第三抛光盘对该绝缘层进行抛光，以去除该图案化的硬掩模层上的该绝缘层；以及
移除该图案化的硬掩模层。
5. 如权利要求4所述的浅沟渠隔离结构的制作方法，其中该第一抛光盘的抛光速率大于该第二抛光盘与该第三抛光盘的抛光速率。
6. 如权利要求4所述的浅沟渠隔离结构的制作方法，其中该第二抛光盘的抛光速率与该第三抛光盘的抛光速率相等。
7. 如权利要求4所述的浅沟渠隔离结构的制作方法，其中该第一抛光机台所使用的研磨粒包括二氧化硅，该第二抛光机台所使用的研磨粒包括二氧化铈。
8. 如权利要求5所述的浅沟渠隔离结构的制作方法，其中该图案化的硬掩模层的材质包括氮化硅。
9. 一种内连线的制作方法，包括：
提供一衬底；
于该衬底上形成一介电层；
于该介电层中形成一开口；
于该开口中与该介电层上形成一导体层；
在一第一抛光机台中以一第一抛光盘对该导体层进行抛光；以及
在一第二抛光机台中对该导体层进行一抛光步骤，其中该第一抛光机台为非固定式研磨粒化学机械抛光机台，该第二抛光机台为固定式研磨粒化学机械抛光机台，该抛光步骤包括：
以一第二抛光盘对该导体层进行抛光；以及
以一第三抛光盘对该导体层进行抛光，以去除该介电层上的该导体层。
10. 如权利要求9所述的内连线的制作方法，其中该第一抛光盘的抛光速率大于该第二抛光盘与该第三抛光盘的抛光速率。
11. 如权利要求9所述的内连线的制作方法，其中该第二抛光盘的抛光速率与该第三抛光盘的抛光速率相等。
12. 如权利要求9所述的内连线的制作方法，其中该导体层包括一金属层。
13. 如权利要求9所述的内连线的制作方法，其中该金属层的材质包括铜。
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