專利名稱：拋光方法
技術領域：
本發明涉及一種用于化學和機械拋光對象物以形成半導體裝置線路的方法。
背景技術：
半導體裝置線路的形成首先是通過在具有溝槽(trench)的絕緣層上依次放置阻擋層(barrier layer)和導電層。然后，通過化學和機械拋光除去位于溝槽外側的部分導電層(導電層外側部)和位于溝槽外側的部分阻擋層(阻擋層外側部)。除去導電層外側部和阻擋層外側部的過程通常包括通過化學和機械拋光除去部分導電層外側部以顯露阻擋層上表面的步驟，以及通過化學和機械拋光除去剩余的導電層外側部和阻擋層外側部以顯露絕緣層上表面的步驟。日本專利申請第8-83780號、第10-116804號和國際專利申請第00/13217號公開了用于化學和機械拋光除去部分導電層外側部的拋光組合物。
然而，當使用上述專利申請第8-83780號、第10-116804號和第00/13217號中任何一項所公開的拋光組合物進行化學和機械拋光時，應該被除去的部分導電層，即導電層外側部會有殘留的危險，或者除了應該被除去的部分導電層之外的部分導電層，即位于溝槽內側的部分導電層(導電層內側部)會有被除去的危險。如果部分導電層外側部有殘留，剩余殘渣會造成短路，從而降低半導體裝置的產率或半導體裝置的質量。相反，如果導電層內側部被除去，會發生被稱為凹陷的現象，導電層的上表面的水平會降低。這樣會增大線路電阻或降低表面的平滑度。
發明內容
因此，本發明的目的在于提供一種拋光方法，它能夠很好地形成半導體裝置的線路。
為了達到上述目的以及其他目的，提供了一種用于化學和機械拋光對象物以形成半導體裝置線路的方法。對象物包括具有溝槽的絕緣層、置于絕緣層上的阻擋層、以及置于阻擋層上的導電層。阻擋層和導電層分別具有位于溝槽外側的外側部和位于溝槽內側的內側部。該方法包括通過化學和機械拋光除去部分導電層外側部以顯露阻擋層的上表面；以及在除去部分導電層外側部之后，通過化學和機械拋光除去導電層外側部的剩余部分和阻擋層外側部以顯露絕緣層的上表面。除去部分導電層外側部的步驟包括使用包含成膜劑的第一種拋光組合物化學和機械拋光對象物的上表面；清洗被化學和機械拋光的對象物的上表面，從而除去由第一種拋光組合物中的成膜劑在導電層的上表面形成的保護膜；以及使用包含成膜劑的第二種拋光組合物化學和機械拋光被清洗的對象物上表面。
下面將對本發明的其他方面和優點進行描述，結合附圖，以實施例的方式說明本發明的原理。
通過參考以下的優選實施方式結合附圖的描述，可以更好地理解本發明及其目的和優點。
圖1A～1C所示是根據本發明的一個實施方式解釋拋光方法的對象物的橫截面圖。
具體實施例方式
現在將對本發明的一個實施方式進行描述。
在本實施方式中，半導體裝置線路是以下述方式形成的。首先，如圖1A所示，在具有溝槽11的絕緣層12上形成阻擋層13和導電層14。
絕緣層12是由例如二氧化硅通過化學汽相淀積(CVD)形成的。使用例如平版印刷技術和圖樣蝕刻技術，在絕緣層12上形成溝槽11以具有預定的設計模式。
在形成導電層14之前，在絕緣層12上形成阻擋層13，并且位于絕緣層12和導電層14之間。阻擋層13是由例如鉭或氮化鉭使用濺射技術形成的。要求使阻擋層13的厚度足夠比溝槽11的深度更小。
在形成阻擋層13之后，在絕緣層12上形成導電層14，并且位于阻擋層13之上而且至少填滿溝槽11。導電層14是由銅或銅合金通過例如電鍍或物理汽相淀積(PVD)形成的。
在形成阻擋層13和導電層14之后，通過化學和機械拋光除去位于溝槽11外側的部分導電層14(導電層14外側部)和位于溝槽11外側的部分阻擋層13(阻擋層13外側部)。這樣，位于溝槽11內側的部分阻擋層13(阻擋層13內側部)和位于溝槽11內側的部分導電層14(導電層14內側部)留在了絕緣層12上。導電層14內側部起到了半導體裝置線路的功能，并且阻擋層13內側部能夠防止導電層14內側部的金屬原子(例如，銅原子)分散到絕緣層12。
通過化學和機械拋光除去導電層14外側部和阻擋層13外側部的過程如下首先如圖1B所示通過化學和機械拋光(第一次拋光步驟)除去部分導電層14外側部以顯露阻擋層13的上表面。然后，如圖1C所示通過化學和機械拋光(第二次拋光步驟)除去導電層14外側部的剩余部分和阻擋層13外側部以顯露絕緣層12的上表面。
通過化學和機械拋光除去部分導電層14外側部的過程如下首先化學和機械拋光(主要拋光子步驟)包含絕緣層12、阻擋層13和導電層14的對象物的上表面。隨后，清洗對象物的上表面(清洗子步驟)。然后，再次化學和機械拋光(輔助拋光子步驟)對象物的上表面。
在清洗之前進行的第一次化學和機械拋光中，使用了包含成膜劑的第一種拋光組合物。成膜劑與形成導電層14的材料反應從而在導電層14的上表面形成保護膜。由成膜劑在導電層14的上表面形成的保護膜抑制了對導電層14的過度拋光，從而防止了凹陷。在第一種拋光組合物中的成膜劑優選為表面活性劑，但可以包含少量的苯并三唑或其衍生物。通過以預定的壓力將拋光組件例如拋光墊置于與對象物的上表面相接觸，并且在向拋光組件提供第一種拋光組合物的同時，使對象物和拋光組件互相滑動，進行使用第一種拋光組合物的化學和機械拋光。化學和機械拋光時的拋光壓力優選為大約140hPa。
在第一次化學和機械拋光之后進行的清洗是為了除去由第一種拋光組合物中的成膜劑在導電層14的上表面形成的保護膜。清洗過程可以包括例如拋光、沖洗、或擦洗。然而，當進行拋光時，在對象物和拋光組件互相滑動時向拋光組件提供的液體，優選用水例如凈化水代替拋光組合物。當提供水時進行的拋光被特別定為水拋光。在水拋光的情況下，與通常使用拋光組合物的拋光不同，在拋光時不會有在導電層14的上表面形成保護膜的危險。此外，與沖洗或擦洗不同，進行水拋光能夠使用清洗前后用于化學和機械拋光的拋光裝置。因此，不必配備用于清洗子步驟的清洗裝置，也不必在用于主要拋光子步驟和輔助拋光子步驟的拋光裝置和用于清洗子步驟的清洗裝置之間移動對象物。
當水拋光時水的進給率為200毫升/分或更小時，或更具體地為小于1000毫升/分時，導電層14上表面的保護膜不能被充分除去。結果是，應被除去的部分導電層14會有少量殘留在阻擋層13上的危險。因此，水拋光時水的進給率優選為200毫升/分或更大，并且進一步優選為1000毫升/分或更大。然而，即使在進給率為200毫升/分或更小的情況下，如果清洗時間延長，導電層14上表面的保護膜也能夠被完全除去。
在清洗之后進行的第二次化學和機械拋光中，使用了包含成膜劑的第二種拋光組合物。第二種拋光組合物的組成可以與第一種拋光組合物不同。然而，當第二種拋光組合物的組成與第一種拋光組合物相同時，第一種拋光組合物和第二種拋光組合物可以通用。當第一種拋光組合物與第二種拋光組合物相同時，不但拋光過程被簡化，并且相應地成本下降，而且避免了在輔助拋光子步驟中由于第一種拋光組合物和第二種拋光組合物的混合所造成的問題。通過以預定的壓力將拋光組件例如拋光墊置于與對象物的上表面相接觸，并且在向拋光組件提供第二種拋光組合物的同時，使對象物和拋光組件互相滑動，進行使用第二種拋光組合物的化學和機械拋光。
當清洗后的化學和機械拋光時的拋光壓力等于或大于清洗前的化學和機械拋光時的拋光壓力時，拋光后在對象物的表面會有發生輕微凹陷的危險。因此，清洗后的化學和機械拋光時的拋光壓力優選為小于清洗前的化學和機械拋光時的拋光壓力。此外，當清洗后的化學和機械拋光時的拋光壓力大于50hPa時，或更具體地大于10hPa時，拋光后在對象物的表面會有發生輕微凹陷的危險。因此，清洗后的化學和機械拋光時的拋光壓力優選為50hPa或更小，進一步優選為10hPa或更小。
本優選的實施方式具有以下優點。
在用于除去部分導電層14外側部的第一次拋光步驟中，在對象物的上表面經過化學和機械拋光后，清洗對象物的上表面，并且隨后對對象物的上表面再次進行化學和機械拋光。在第一次化學和機械拋光之后，在應被除去的部分導電層14有殘留的情況下，即使不進行清洗而繼續化學和機械拋光，由于第一種拋光組合物中的成膜劑在剩余殘渣的上表面形成了保護膜，剩余殘渣也不能被完全除去。更糟的是除了應被除去的部分導電層14之外的部分導電層14(導電層14內側部)會有被除去的危險。相反，如果在第一次化學和機械拋光之后進行清洗，由于導電層14的剩余殘渣上的保護膜被除去，通過在清洗后再次進行的化學和機械拋光，導電層14的剩余殘渣會被除去。此外，由于用于清洗后的化學和機械拋光的第二種拋光組合物包含成膜劑，而成膜劑能防止產生凹陷。這樣，就很好地形成了半導體裝置線路。
在用于除去部分導電層14外側部的第一次拋光步驟之后，如果應被除去的部分導電層14有殘留，需要在用于除去導電層14外側部的剩余部分和阻擋層13外側部的第二次拋光步驟中，將導電層14的剩余殘渣同時除去。在這種情況下，第二次拋光步驟的化學和機械拋光條件的設定會變得復雜。相反，當如上所述在第一次拋光步驟的中間進行清洗時，應被除去的部分導電層14能被更好地除去。這樣，第二次拋光步驟的化學和機械拋光條件的設定不會變得復雜。
接下來，將描述本發明的實施例與對照例。
制備由包含鉭組成的阻擋層和由銅組成的導電層的SEMATECH制造的854點陣結構的晶片。在實施例1～6和對照例1～8中，通過化學和機械拋光除去部分導電層外側部以顯露阻擋層的上表面。用于化學和機械拋光晶片上表面的主要拋光子步驟、用于隨后通過水拋光清洗晶片上表面的清洗子步驟、以及用于隨后再次化學和機械拋光晶片上表面的輔助拋光子步驟的細節如表1和表2所示。在各個子步驟中使用的拋光墊為聚氨酯墊，拋光頭的掃描寬度為40mm，導環壓力為350hPa，在主要拋光子步驟和輔助拋光子步驟中向拋光墊提供的拋光組合物的溫度和在清洗子步驟中向拋光墊提供的水的溫度為室溫。在主要拋光子步驟中使用的拋光組合物的組成和在輔助拋光子步驟中使用的拋光組合物的組成如表3所示。
在表1和表2中標題為“進給率”的一欄中的數值指的是向拋光墊提供的拋光組合物或水的進給率。在表1和表2中標題為“拋光壓力”的一欄中的數值指的是晶片和拋光墊之間的接觸壓力。在表1和表2中標題為“線速度”的一欄中的數值指的是晶片和拋光墊之間的相對線速度。在表1和表2中標題為“掃描率”的一欄中的數值指的是單位時間內拋光頭的掃描次數。在表1和表2中標題為“拋光量”的一欄中的數值指的是需要拋光具有所示厚度的導電層而進行一段時間的化學和機械拋光。在表1和表2中標題為“洗滌時間”的一欄中的數值指的是進行水拋光的時間。
根據如表4所示的測量條件測量拋光后的晶片凹陷深度。更具體地，測量在其中寬度為9μm的溝槽以1μm的間隔排列的高密度線路區域的凹陷深度、在其中寬度為10μm的溝槽以10μm的間隔排列的中密度線路區域的凹陷深度、以及在其中寬度為100μm的溝槽以100μm的間隔排列的低密度線路區域的凹陷深度。在高密度線路區域測量的凹陷深度顯示在表1和表2中標題為“凹陷量*1”的一欄中，在中密度線路區域測量的凹陷深度顯示在表1和表2中標題為“凹陷量*2”的一欄中，以及在低密度線路區域測量的凹陷深度顯示在表1和表2中標題為“凹陷量*3”的一欄中。
使用光學顯微鏡放大50倍觀測被拋光的晶片。基于是否有應被除去的部分導電層殘留，將被拋光的晶片按兩個級別進行評估好和差。即，如果應被除去的部分導電層沒有殘留，被定為好，并且如果應被除去的部分導電層有殘留，被定為差。評估結果顯示在表1和表2中標題為“是否存在剩余殘渣”的一欄中。
表1
表2
表3
表4
如表2所示，在對照例1～8中，拋光后測得的凹陷深度較小，但應被除去的部分導電層有殘留。相反，如表1所示，在實施例1～6中，應被除去的部分導電層被完全除去，并且拋光后測得的凹陷深度不大。結果表明根據本發明的拋光方法很好地形成了半導體裝置線路。此外，實施例1和4中測得的凹陷深度小于實施例2和3中測得的凹陷深度。結果表明通過設定清洗后的化學和機械拋光的拋光壓力低于清洗前的化學和機械拋光的拋光壓力，或更具體地通過設定清洗后的化學和機械拋光的拋光壓力為50hPa或更小，能夠減小凹陷深度。
權利要求
1.一種用于化學和機械拋光對象物以形成半導體裝置線路的方法，對象物包括具有溝槽的絕緣層、置于絕緣層上的阻擋層、以及置于阻擋層上的導電層，其中阻擋層和導電層分別具有位于溝槽外側的外側部和位于溝槽內側的內側部，所述方法的特征在于通過化學和機械拋光除去部分導電層外側部以顯露阻擋層的上表面；以及在除去部分導電層外側部之后，通過化學和機械拋光除去導電層外側部的剩余部分和阻擋層外側部以顯露絕緣層的上表面，其中所述除去部分導電層外側部的步驟包括使用包含成膜劑的第一種拋光組合物化學和機械拋光對象物的上表面；清洗被化學和機械拋光的對象物的上表面，從而除去由第一種拋光組合物中的成膜劑在導電層的上表面形成的保護膜；以及使用包含成膜劑的第二種拋光組合物化學和機械拋光被清洗的對象物上表面。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述清洗已被化學和機械拋光的對象物的上表面是通過水拋光進行的。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述水拋光時水的進給率為200毫升/分或更大。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述水拋光時水的進給率為1000毫升/分或更大。
5.如權利要求1～4中任何一項所述的方法，其特征在于，所述第一種拋光組合物的組成和第二種拋光組合物的組成相同，并且當使用第二種拋光組合物化學和機械拋光清洗后的對象物的上表面時的拋光壓力小于當使用第一種拋光組合物化學和機械拋光對象物上表面時的拋光壓力。
6.如權利要求1～4中任何一項所述的方法，其特征在于，所述第一種拋光組合物的組成和第二種拋光組合物的組成相同，并且當使用第二種拋光組合物化學和機械拋光清洗后的對象物的上表面時的拋光壓力為50hPa或更小。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，當使用第二種拋光組合物化學和機械拋光清洗后的對象物的上表面時的拋光壓力為10hPa或更小。
8.如權利要求1～4中任何一項所述的方法，其特征在于，所述第一種拋光組合物中的成膜劑為表面活性劑。
9.如權利要求1～4中任何一項所述的方法，其特征在于，所述導電層由銅或銅合金形成。
全文摘要
一種用于化學和機械拋光對象物以形成半導體裝置線路的方法，其包括通過化學和機械拋光除去部分導電層外側部以顯露阻擋層的上表面；以及在除去部分導電層外側部之后，通過化學和機械拋光除去導電層外側部的剩余部分和阻擋層外側部以顯露絕緣層的上表面。當除去部分導電層外側部時，使用包含成膜劑的第一種拋光組合物化學和機械拋光對象物的上表面。隨后，清洗被化學和機械拋光的對象物的上表面，從而除去由第一種拋光組合物中的成膜劑在導電層的上表面形成的保護膜。然后，使用包含成膜劑的第二種拋光組合物再次化學和機械拋光對象物的上表面。這樣，就很好地形成了半導體裝置線路。
文檔編號H01L21/304GK1769006SQ20051011939
公開日2006年5月10日 申請日期2005年11月4日 優先權日2004年11月5日
發明者吳俊輝, 河村篤紀, 松田剛, 平野達彥, 堀和伸, 酒井謙兒 申請人:福吉米株式會社