專(zhuān)利名稱(chēng)：拋光工藝的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體工藝的控制方法，尤其涉及一種拋光工藝的控制方法。
背景技術(shù)：
化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)已廣泛應(yīng)用于雙重金屬鑲嵌、金屬插塞、溝渠式電容器(Trench Capacitor)的上電極等結(jié)構(gòu)的制作以及介電層的平坦化上，為制造集成電路不可或缺的工藝。
化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中的主要的工藝參數(shù)有拋光頭所施的壓力、拋光液與拋光粒的成份、拋光墊的材質(zhì)、晶片與拋光墊的相對(duì)線(xiàn)速度以及溫度等。然而，化學(xué)機(jī)械拋光的結(jié)果會(huì)受到許多非工藝參數(shù)的影響，而影響良率與可靠性(Reliability)。
舉例而言，在雙重金屬鑲嵌工藝中，所電鍍的銅膜在晶片周邊的厚度通常較厚，因此在化學(xué)機(jī)械拋光后，常會(huì)造成晶邊銅殘留，或是造成中心區(qū)域過(guò)度拋光(Over Polish)與盤(pán)凹(Dishing)等問(wèn)題，而導(dǎo)致晶片內(nèi)各區(qū)域的雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)的電性不均的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種拋光工藝的控制方法，用以提升拋光后的膜層均勻度。
本發(fā)明的另一目的是提供一種雙重金屬鑲嵌工藝，使晶片上各區(qū)域所形成的雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)具有均勻的電性。
本發(fā)明提供一種拋光工藝的控制方法，包括提供晶片。此晶片上已覆蓋一層薄膜。然后，量測(cè)薄膜在晶片上的數(shù)個(gè)區(qū)域的膜厚，以得到平均膜厚的分布。之后，依據(jù)此平均膜厚的分布設(shè)定一個(gè)拋光速率(Removal Rate)配方(Recipe)。接著，依據(jù)此拋光速率配方對(duì)此晶片進(jìn)行拋光工藝。
于一實(shí)施例中，此拋光工藝的控制方法是參照一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，以依據(jù)平均膜厚的分布設(shè)定拋光速率配方。此數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存數(shù)個(gè)平均膜厚的分布以及相應(yīng)這些平均膜厚的分布的較佳拋光速率分布。
于一實(shí)施例中，上述設(shè)定拋光速率配方例如是設(shè)定對(duì)應(yīng)晶片的數(shù)個(gè)區(qū)域而施加于拋光墊的壓力，也可以是設(shè)定晶片與拋光墊的相對(duì)線(xiàn)速度。
于一實(shí)施例中，上述拋光工藝的控制方法還包括對(duì)另一晶片進(jìn)行拋光工藝控制。此拋光工藝控制例如是利用進(jìn)階工藝控制(Advanced ProcessControl，APC)方法。
于一實(shí)施例中，上述薄膜的材質(zhì)例如是銅。
于一實(shí)施例中，上述薄膜的形成方法例如是電鍍法(Electroplating)或化學(xué)氣相沉積法。
于一實(shí)施例中，上述拋光工藝?yán)缡腔瘜W(xué)機(jī)械拋光(ChemicalMechanical Polish，CMP)或電化學(xué)拋光(Electrochemical Polish，ECP)。
本發(fā)明依據(jù)沉積的薄膜厚度分布來(lái)控制拋光工藝的速率，因此可以避免拋光后晶片內(nèi)(Within Wafer)膜層不均勻的問(wèn)題。
本發(fā)明再提供一種雙重金屬鑲嵌工藝，此工藝是在襯底的介電層中形成數(shù)個(gè)雙重金屬鑲嵌開(kāi)口。接著，于襯底上覆蓋一層薄膜，此薄膜填滿(mǎn)各雙重金屬鑲嵌開(kāi)口。之后，量測(cè)襯底上數(shù)個(gè)區(qū)域的薄膜的膜厚，以得到平均膜厚的分布，并依據(jù)平均膜厚的分布設(shè)定拋光速率配方。然后，依據(jù)此拋光速率配方對(duì)襯底進(jìn)行拋光工藝，直到暴露此介電層。
于一實(shí)施例中，此雙重金屬鑲嵌工藝是參照一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，以依據(jù)平均膜厚的分布設(shè)定拋光速率配方。此數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存數(shù)個(gè)平均膜厚的分布以及相應(yīng)這些平均膜厚的分布的較佳拋光速率分布。
于一實(shí)施例中，上述設(shè)定拋光速率配方例如是設(shè)定對(duì)應(yīng)襯底的數(shù)個(gè)區(qū)域而施加于拋光墊的壓力，也可以是設(shè)定襯底與拋光墊的相對(duì)線(xiàn)速度。
于一實(shí)施例中，上述的雙重金屬鑲嵌工藝還包括利用進(jìn)階工藝控制方法，對(duì)另一襯底進(jìn)行另一雙重金屬鑲嵌工藝。
于一實(shí)施例中，上述薄膜的材質(zhì)例如是銅。
于一實(shí)施例中，薄膜的形成方法例如是電鍍法或化學(xué)氣相沉積法。
于一實(shí)施例中，上述拋光工藝?yán)缡腔瘜W(xué)機(jī)械拋光或電化學(xué)拋光。
本發(fā)明根據(jù)沉積的薄膜的平均膜厚的分布來(lái)控制拋光工藝的參數(shù)，可避免晶邊銅殘留、過(guò)度拋光與盤(pán)凹等問(wèn)題，使拋光后晶片內(nèi)各區(qū)的雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)具有均勻的電性。此外，以前一片晶片的平均膜厚的分布與拋光速率配方，來(lái)推估后續(xù)的晶片的平均膜厚的分布與拋光速率配方，可以使晶片間的雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)具有更均勻的電性。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1是依照本發(fā)明一實(shí)施例所繪示的晶片100的上視圖以及沿剖面線(xiàn)I-I’的剖面示意圖；圖2是依照本發(fā)明一實(shí)施例所繪示的拋光工藝的控制方法流程圖；圖3繪示薄膜102的平均膜厚的分布104；圖4繪示一部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)106的內(nèi)容；圖5A至5B繪示本發(fā)明另一實(shí)施例的雙重金屬鑲嵌工藝的制造流程剖面示意圖。
主要元件符號(hào)說(shuō)明0原點(diǎn)1、2、3、4、5、6步驟100、200晶片108、110、112、p1、p2、p3區(qū)域102、208薄膜104、d1、d2、d3平均膜厚的分布106數(shù)據(jù)庫(kù)204介電層206、206a、206b開(kāi)口208a雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)r1、r2、r3較佳拋光速率分布具體實(shí)施方式
圖1是依照本發(fā)明一實(shí)施例所繪示的晶片100的上視圖以及沿剖面線(xiàn)I-I’的剖面示意圖。圖2是依照本發(fā)明一實(shí)施例所繪示的拋光工藝的控制方法流程圖。
請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D1與圖2，首先進(jìn)行步驟301提供晶片100。晶片100例如是12寸晶片。然后進(jìn)行步驟302于晶片100上覆蓋一層薄膜102。薄膜102的材質(zhì)例如是銅。薄膜102的形成方法例如是電鍍法或化學(xué)氣相沉積法。
接著，進(jìn)行步驟303量測(cè)薄膜102在晶片100的數(shù)個(gè)區(qū)域的膜厚，以得到繪示于圖3的平均膜厚的分布104?！捌骄ず竦姆植肌崩缡蔷霃介L(zhǎng)度與平均膜厚的函數(shù)。平均膜厚的分布104例如是晶片100的中心點(diǎn)、距離中心點(diǎn)130毫米(mm)處以及距離中心點(diǎn)140毫米處的平均膜厚?！捌骄ず瘛崩缡窃谝欢ň嚯x內(nèi)多點(diǎn)膜厚的平均值，也可以是單點(diǎn)膜厚的多次膜厚量測(cè)結(jié)果的平均值。為便于說(shuō)明，平均膜厚的分布的示意圖均以相同方法繪示，而且均為二維圖案。在圖3中，橫軸代表晶片100的半徑長(zhǎng)度，其中原點(diǎn)0代表晶片100中心點(diǎn)的位置；縱軸代表平均膜厚。
然后，進(jìn)行步驟304參照數(shù)據(jù)庫(kù)106，依據(jù)此平均膜厚的分布104設(shè)定拋光速率(Removal Rate)配方。晶片100例如分為區(qū)域108、110與112。設(shè)定拋光速率配方例如是設(shè)定相對(duì)于晶片100上的區(qū)域108、110與112而施加于拋光墊的壓力，或是設(shè)定晶片100與拋光墊的相對(duì)線(xiàn)速度。數(shù)據(jù)庫(kù)106中已儲(chǔ)存著多個(gè)平均膜厚的分布以及相應(yīng)該些平均膜厚的分布的較佳拋光速率分布，如圖4所示。請(qǐng)參照?qǐng)D4，其繪示出一部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)106內(nèi)容，如平均膜厚的分布d1、d2與d3以及與其相應(yīng)的較佳拋光速率分布r1、r2與r3。當(dāng)然，數(shù)據(jù)庫(kù)106所儲(chǔ)存的平均膜厚的分布與其相應(yīng)的較佳拋光速率分布可以更多。“拋光速率分布”例如是拋光速率與晶片半徑長(zhǎng)度的函數(shù)。為方便說(shuō)明，拋光速率分布r1、r2與r3是以二維圖案表示，其中橫軸代表晶片的晶片半徑長(zhǎng)度，例如可分為區(qū)域p1、p2與p3；縱軸代表拋光速率。步驟304例如是將實(shí)際測(cè)量所得的平均膜厚的分布104與數(shù)據(jù)庫(kù)中的平均膜厚的分布d1、d2與d3進(jìn)行比較，取數(shù)據(jù)庫(kù)中的平均膜厚的分布d1、d2與d3與實(shí)際測(cè)量所得的平均膜厚的分布104較接近者。例如，是取晶片中心點(diǎn)的平均膜厚、距離中心點(diǎn)130mm處的平均膜厚與距離中心點(diǎn)140mm處的平均膜厚最接近平均膜厚的分布104者。然后，采用相應(yīng)的較佳拋光速率分布來(lái)設(shè)定拋光速率配方。在圖4中，數(shù)據(jù)庫(kù)106中的平均膜厚的分布d2與平均膜厚的分布104在上述三個(gè)區(qū)域的平均膜厚最接近，因此采用相應(yīng)的較佳拋光速率分布r2來(lái)設(shè)定拋光速率配方。其中區(qū)域p1、p2與p3的拋光速率分別對(duì)應(yīng)于圖1所示的晶片100中區(qū)域108、110與112于后續(xù)拋光工藝的拋光速率。
然后，進(jìn)行步驟305依據(jù)此拋光速率配方對(duì)晶片100進(jìn)行拋光工藝。此拋光工藝?yán)缡腔瘜W(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polish，CMP)或電化學(xué)拋光(Electrochemical Polish，ECP)。
此外，上述的控制方法還包括對(duì)另一晶片進(jìn)行拋光工藝控制。例如對(duì)一批(Lot)晶片進(jìn)行取樣(Sample)，以對(duì)此批晶片的采樣進(jìn)行上述的控制方法，進(jìn)而以所設(shè)定的拋光速率配方對(duì)此批晶片中的其他晶片進(jìn)行拋光工藝。
另外，為了增進(jìn)產(chǎn)能，應(yīng)設(shè)法減少上述的取樣頻率。然而，由于各種工藝條件會(huì)隨著時(shí)間而變化，薄膜的平均膜厚的分布也會(huì)隨著時(shí)間而變化，因此在設(shè)法減少取樣頻率時(shí)，必須顧及平均膜厚的分布的變化情形。在此情形下，可以利用先前采樣的平均膜厚的分布，來(lái)推估目前平均膜厚的分布，并以此平均膜厚的分布來(lái)設(shè)定拋光速率配方?；蛘撸孟惹安蓸拥膾伖馑俾逝浞?，來(lái)推估目前適用的拋光速率配方。此類(lèi)技術(shù)例如是利用進(jìn)階工藝控制(Advanced Process Control，APC)方法來(lái)達(dá)成。
本發(fā)明依據(jù)沉積的薄膜厚度分布來(lái)設(shè)定拋光的配方，可以避免拋光后晶片內(nèi)(Within Wafer)膜層不平均的問(wèn)題。此外，如上所述，利用先前采樣的平均膜厚的分布或拋光速率配方，來(lái)推估后續(xù)晶片的平均膜厚的分布或適用的拋光速率配方，可以使晶片間(Wafer to Wafer)具有平均的拋光品質(zhì)。
在另一實(shí)施例中，上述拋光工藝的控制方法，可以應(yīng)用于雙重金屬鑲嵌(Dual Damascene)工藝。以下說(shuō)明此雙重金屬鑲嵌工藝。此雙重金屬鑲嵌工藝的制造流程剖面示意圖繪示于圖5A至5B。
請(qǐng)參照?qǐng)D2與圖5A，首先進(jìn)行步驟301提供一晶片200以作為雙重金屬鑲嵌工藝的襯底。晶片200中例如已形成有半導(dǎo)體元件202，且晶片200的最上層已覆蓋一層介電層204。
接著，進(jìn)行步驟306于晶片200的介電層204中形成雙重金屬鑲嵌開(kāi)口206。此雙重金屬鑲嵌開(kāi)口206位于介電層204中，雙重金屬鑲嵌開(kāi)口206包括預(yù)定形成金屬插塞的開(kāi)口206a與導(dǎo)線(xiàn)的開(kāi)口206b，其制造過(guò)程為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，故此處不再贅述。
然后，進(jìn)行步驟302于此晶片上覆蓋一層薄膜208。此薄膜208填滿(mǎn)這些雙重金屬鑲嵌開(kāi)口206，以作為金屬插塞與導(dǎo)線(xiàn)的材料。薄膜208的材料例如是銅。薄膜208的形成方法例如是電鍍法。
之后，進(jìn)行步驟303量測(cè)薄膜在晶片上數(shù)個(gè)區(qū)域的膜厚，以得到平均膜厚的分布。步驟303的詳細(xì)內(nèi)容已于前一實(shí)施例說(shuō)明。
然后，進(jìn)行步驟304依據(jù)此平均膜厚的分布設(shè)定拋光速率配方。步驟304的詳細(xì)內(nèi)容亦已于前一實(shí)施例說(shuō)明。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D5B，進(jìn)行步驟305依據(jù)此拋光速率配方對(duì)此晶片進(jìn)行拋光工藝直到暴露介電層204，以形成一雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)208a。此拋光工藝?yán)缡腔瘜W(xué)機(jī)械拋光或電化學(xué)拋光。
依據(jù)前一實(shí)施例的說(shuō)明，本實(shí)施例的雙重金屬鑲嵌工藝還包括以既得的拋光速率配方，對(duì)另一襯底進(jìn)行另一雙重金屬鑲嵌工藝。此外，例如利用進(jìn)階工藝控制方法，可以利用先前采樣的平均膜厚的分布，來(lái)推估后續(xù)的平均膜厚的分布，進(jìn)而設(shè)定另一拋光速率配方，以應(yīng)用于雙重金屬鑲嵌工藝?；蛘撸孟惹安蓸铀褂玫膾伖馑俾逝浞?，來(lái)推估后續(xù)所適用的拋光速率配方。
本發(fā)明根據(jù)沉積的薄膜的平均膜厚的分布來(lái)控制拋光工藝的參數(shù)，可避免晶邊銅殘留、過(guò)度拋光與盤(pán)凹等問(wèn)題，使拋光后晶片內(nèi)各區(qū)的雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)具有均勻的電性。此外，以先前晶片的平均膜厚的分布與拋光速率配方，來(lái)推估后續(xù)的晶片的平均膜厚的分布與拋光速率配方，可以使晶片間的雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)具有更平均的電性。
雖然本發(fā)明已以?xún)?yōu)選實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種拋光工藝的控制方法，包括提供一晶片，該晶片已覆蓋一薄膜；量測(cè)該晶片的數(shù)個(gè)區(qū)域上的該薄膜的膜厚，以得到一平均膜厚的分布；依據(jù)該平均膜厚的分布設(shè)定一拋光速率配方；以及依據(jù)該拋光速率配方對(duì)該晶片進(jìn)行一拋光工藝。
2.如權(quán)利要求1所述的拋光工藝的控制方法，其中依據(jù)該平均膜厚的分布設(shè)定該拋光速率配方是參照一數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存多個(gè)平均膜厚的分布以及相應(yīng)該些平均膜厚的分布的較佳拋光速率分布。
3.如權(quán)利要求1所述的拋光工藝的控制方法，其中設(shè)定該拋光速率配方包括設(shè)定該晶片的多個(gè)區(qū)域施加于拋光墊的壓力。
4.如權(quán)利要求1所述的拋光工藝的控制方法，其中設(shè)定該拋光速率配方包括設(shè)定該晶片與拋光墊的相對(duì)線(xiàn)速度。
5.如權(quán)利要求1所述的拋光工藝的控制方法，還包括利用進(jìn)階工藝控制方法對(duì)另一晶片進(jìn)行一拋光工藝控制。
6.如權(quán)利要求1所述的拋光工藝的控制方法，其中該拋光工藝包括化學(xué)機(jī)械拋光或電化學(xué)拋光。
7.如權(quán)利要求1所述的拋光工藝的控制方法，其中該薄膜的材質(zhì)包括銅。
8.如權(quán)利要求1所述的拋光工藝的控制方法，其中該薄膜的形成方法包括電鍍法或化學(xué)氣相沉積法。
9.一種雙重金屬鑲嵌工藝，包括提供一襯底，該襯底上已覆蓋一介電層；于該介電層中形成多個(gè)雙重金屬鑲嵌開(kāi)口；于該襯底上覆蓋一薄膜，該薄膜填滿(mǎn)該些雙重金屬鑲嵌開(kāi)口；量測(cè)襯底上的數(shù)個(gè)區(qū)域的該薄膜的膜厚，以得到一平均膜厚的分布；依據(jù)該平均膜厚的分布設(shè)定一拋光速率配方；以及依據(jù)該拋光速率配方對(duì)該襯底進(jìn)行一拋光工藝，直到暴露該介電層。
10.如權(quán)利要求9所述的雙重金屬鑲嵌工藝，其中依據(jù)該平均膜厚的分布設(shè)定該拋光速率配方是參照一數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存多個(gè)平均膜厚的分布以及相應(yīng)該些平均膜厚的分布的較佳拋光速率分布。
11.如權(quán)利要求9所述的雙重金屬鑲嵌工藝，其中設(shè)定該拋光速率配方包括設(shè)定該襯底的多個(gè)區(qū)域施加于拋光墊的壓力。
12.如權(quán)利要求9所述的雙重金屬鑲嵌工藝，其中設(shè)定該拋光速率配方包括設(shè)定該襯底與拋光墊的相對(duì)線(xiàn)速度。
13.如權(quán)利要求9所述的雙重金屬鑲嵌工藝，還包括對(duì)另一襯底進(jìn)行另一雙重金屬鑲嵌工藝。
14.如權(quán)利要求13所述的雙重金屬鑲嵌工藝，其中對(duì)該另一襯底進(jìn)行該另一雙重金屬鑲嵌工藝包括利用進(jìn)階工藝控制方法。
15.如權(quán)利要求9所述的雙重金屬鑲嵌工藝，其中該薄膜的材質(zhì)包括銅。
16.如權(quán)利要求9所述的雙重金屬鑲嵌工藝，其中該薄膜的形成方法包括電鍍法或化學(xué)氣相沉積法。
17.如權(quán)利要求9所述的雙重金屬鑲嵌工藝，其中該拋光工藝包括化學(xué)機(jī)械拋光或電化學(xué)拋光。
全文摘要
一種拋光工藝的控制方法。首先，提供一晶片，此晶片上已覆蓋一層薄膜。量測(cè)薄膜在晶片上的數(shù)個(gè)區(qū)域的膜厚，以得到平均膜厚的分布。之后，依據(jù)這些平均膜厚的分布設(shè)定一個(gè)拋光速率配方。接著，依據(jù)此拋光速率配方對(duì)該晶片進(jìn)行拋光工藝。此方法可以改善拋光后膜厚的均勻度，進(jìn)而提升拋光工藝的效率與晶片的良率。
文檔編號(hào)B24B49/02GK1992178SQ20051013755
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月30日
發(fā)明者鄧清文, 林進(jìn)坤, 梁文中 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司