用于具有熒光檢測的化學機械平坦化的系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明描述的技術總體涉及材料處理，并且更具體地，涉及平坦化。
【背景技術】
[0002]通常通過多種工藝(例如，化學機械平坦化(CMP)、蝕刻等)來制造半導體器件。CMP工藝通常將化學力和機械力結合使用來使晶圓的表面平坦化。單純進行機械研磨會造成許多表面損傷，而單純進行濕蝕刻不能實現(xiàn)良好的平坦化。CMP工藝同時包括機械研磨和濕蝕刻以在晶圓上生成平滑的表面，并且為后續(xù)工藝(例如，光刻)制備晶圓。例如，CMP工藝用于避免光刻過程中的焦深問題。

【發(fā)明內容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明描述的技術，提供了對物品實施化學機械平坦化的系統(tǒng)和方法。一種對物品實施化學機械平坦化的示例性系統(tǒng)包括拋光頭、熒光源、拋光液、拋光墊、熒光檢測器以及一個或多個處理器。拋光頭被配置為對物品實施化學機械平坦化(CMP)。拋光墊被配置為支撐物品。熒光源被配置為發(fā)出入射光。拋光液被配置為實施CMP，該拋光液包括多個能夠響應入射光而生成熒光的發(fā)射體粒子。熒光檢測器被配置為檢測熒光。一個或多個處理器被配置為基于檢測到的熒光來控制拋光頭。
[0004]在一個實施例中，提供了一種用于對物品實施化學機械平坦化的方法。提供了入射光。使用拋光液來對物品實施化學機械平坦化(CMP)，該拋光液包括多個能夠響應入射光而生成熒光的發(fā)射體粒子。檢測熒光。響應于熒光，化學機械平坦化停止。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一方面提供了一種用于對物品實施化學機械平坦化的系統(tǒng)，包括:拋光頭，配置為對所述物品實施所述化學機械平坦化(CMP);拋光墊，配置為支撐所述物品；光源，配置為發(fā)出入射光；拋光液，包括能夠響應所述入射光而發(fā)出熒光的多個發(fā)射體粒子；熒光檢測器，配置為檢測所述熒光；以及至少一個處理器，配置為基于檢測到的熒光來控制所述拋光頭。
[0006]在該系統(tǒng)中，所述拋光液還包括多個附著于所述發(fā)射體粒子的表面活性劑粒子，其中，所述表面活性劑粒子能夠從所述發(fā)射體粒子處分離。
[0007]在該系統(tǒng)中，所述物品包括CMP停止材料，當所述CMP停止材料暴露于所述拋光液時，所述表面活性劑粒子從所述發(fā)射體粒子處分離以附著于所述物品的所述CMP停止材料。
[0008]在該系統(tǒng)中，當所述表面活性劑粒子附著于所述發(fā)射體粒子時，所述熒光被檢測到具有第一強度，而當所述表面活性劑粒子從所述發(fā)射體粒子處分離時，所述熒光被檢測到具有第二強度。
[0009]在該系統(tǒng)中，所述至少一個處理器配置為基于檢測到的所述熒光的強度來控制所述拋光頭。
[0010]在該系統(tǒng)中，所述至少一個處理器配置為在所述熒光被檢測到具有所述第二強度時控制所述拋光頭以停止所述CMP。
[0011]在該系統(tǒng)中，所述CMP停止材料包括氮化鈦和氮化硅中的至少一種。
[0012]在該系統(tǒng)中，所述CMP停止材料形成所述物品中的CMP停止層。
[0013]在該系統(tǒng)中，所述表面活性劑粒子包括含有羥基和羧基中的至少一種的有機物分子。
[0014]在該系統(tǒng)中，所述發(fā)射體粒子包括0(^、0(156、21^、21^6、21^6、11^8、11^、11^、6&隊GaP、GaAs、藍銅礦以及藍寶石中的至少一種。
[0015]在該系統(tǒng)中，所述拋光液還包括一種或多種研磨材料。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一方面提供了一種用于實施化學機械平坦化的方法，所述方法包括:提供入射光；使用拋光液來對物品實施所述化學機械拋光(CMP)，所述拋光液包括多個能夠響應所述入射光而發(fā)出熒光的發(fā)射體粒子；檢測所述熒光；響應于檢測到的所述熒光來調節(jié)所述CMP的實施。
[0017]在該方法中，所述拋光液還包括多個附著于所述發(fā)射體粒子的表面活性劑粒子，其中，所述表面活性劑粒子能夠從所述發(fā)射體粒子處分離。
[0018]在該方法中，所述物品包括CMP停止材料，當所述CMP停止材料暴露于所述拋光液時，所述表面活性劑粒子從所述發(fā)射體粒子處分離以附著于所述物品的所述CMP停止材料。
[0019]在該方法中，當所述表面活性劑粒子附著于所述發(fā)射體粒子時，所述熒光被檢測到具有第一強度，而當所述表面活性劑粒子從所述發(fā)射體粒子處分離時，所述熒光被檢測到具有第二強度。
[0020]在該方法中，基于檢測到的所述熒光的強度來調節(jié)所述CMP的實施。
[0021]在該方法中，當所述熒光被檢測到具有所述第二強度時，停止所述CMP的實施。
[0022]在該方法中，所述CMP停止材料包括氮化鈦和氮化硅中的至少一種。
[0023]在該方法中，所述CMP停止材料形成所述物品中的CMP停止層。
[0024]在該方法中，所述物品用于制造至少一個半導體器件。
【附圖說明】
[0025]圖1 (a)至圖1 (C)示出了正在經歷CMP工藝和蝕刻工藝的晶圓的示例性示意圖。
[0026]圖2不出了在CMP工藝和蝕刻工藝之后的晶圓的側視圖的不例性不意圖。
[0027]圖3 (a)至圖3 (b)示出了具有熒光檢測的CMP系統(tǒng)的示例性示意圖。
[0028]圖4和圖5示出了在如圖3 (a)和圖3 (b)所示的CMP系統(tǒng)中使用的包括發(fā)射體粒子和表面活性劑粒子的拋光液的示例性示意圖。
[0029]圖6示出了熒光強度隨著拋光液中表面活性劑粒子的濃度而改變的示例性示意圖。
[0030]圖7(a)至圖7(c)示出了正在經歷CMP系統(tǒng)中的CMP工藝和蝕刻工藝的晶圓的示例性示意圖。
[0031]圖8不出了在CMP工藝和蝕刻工藝之后的晶圓的側視圖的不例性不意圖。
[0032]圖9示出了用于對物品實施化學機械平坦化的示例性流程圖。
【具體實施方式】
[0033]常規(guī)的CMP技術具有一些劣勢。例如，難以精確控制何時停止CMP工藝。在半導體器件制造中，通常將薄材料層(例如，氮化鈦和氮化硅)用作CMP工藝的CMP停止層和CMP工藝之后的蝕刻工藝的蝕刻硬掩模。當去除了 CMP停止層上形成的一個或多個材料層并露出CMP停止層(例如，氮化鈦和氮化硅)時，應該停止CMP工藝。如果CMP工藝沒有及時停止，那么可能將薄CMP停止層去除并且使其不能用作蝕刻硬掩模。CMP停止層下方的材料層在后續(xù)的蝕刻工藝中將不能受到保護。
[0034]圖1 (a)至圖1 (C)示出了正在經歷CMP工藝和蝕刻工藝的晶圓的示例性示意圖。如圖1 (a)所示，晶圓100包括在覆蓋介電層106 (例如，柵極氧化物)的CMP停止層104 (例如，氮化物層)上形成的一個或多個材料層102。將CMP工藝應用于晶圓100以進行平坦化。如圖1(b)所示，如果CMP工藝在CMP停止層104露出時沒有停止，則去除了位于介電層106頂部上的CMP停止層104并且也去除了介電層106的一部分。然后，如圖1 (c)所示，當晶圓100經歷蝕刻工藝時，在沒有CMP停止層104保護的情況下，蝕刻掉了介電層106的至少一部分。
[0035]圖2示出了在CMP工藝和蝕刻工藝之后的晶圓100的側視圖的示例性示意圖。如圖2所示，因為CMP工藝在CMP停止層104(例如，氮化物層)露出時沒有停止，所以蝕刻掉了介電層106的一部分。例如，因此嚴重減小了介電層106的最終高度。
[0036]本發(fā)明描述了用于利用熒光檢測來實施CMP工藝的系統(tǒng)和方法，以便CMP工藝在CMP停止層(例如，氮化物)露出時停止，從而在CMP工藝期間減小對CMP停止層的去除。
[0037]圖3 (a)和圖3 (b)示出了利用熒光檢測的CMP系統(tǒng)的示例性示意圖。如圖3 (a)和圖3(b)所示，CMP系統(tǒng)包括拋光頭302、拋光墊304、壓板306以及熒光檢測器308。拋光墊304中的一個或多個小窗口 310允許入射光312穿過并落在包括CMP停止層(例如，氮化物層)的晶圓314上，并允許熒光316穿透到達熒光檢測器308。在CMP工藝期間，當CMP停止層露出時，熒光316的強度受到影響。熒光檢測器308配置成檢測熒光316的強度變化，以便在去除了 CMP停止層上形成的一個或多個材料層之后，CMP工藝在露出CMP停止層時停止。例如，使用對入射光312和熒光316近似透明的一種或多種材料來制造窗口 310。在一些實施例中，第一窗口用于允許入射光312穿透，而第二窗口用于允許熒光316穿透。這兩個窗口由分別對入射光312和熒光316近似透明的不同材料進行制造。
[0038]在一些實施例中，CMP系統(tǒng)300還包括生成入射光312的光源318、拋光頭旋轉控制器320以及包括一個或多個處理器(未示出)的計算機322。例如，拋光頭旋轉控制器320配置成控制拋光頭302的旋轉和振蕩以使晶圓314與拋光墊304接觸，拋光墊304 (例如，連同壓板306)在將要進行平坦化的晶圓表面的平面內移動。計算機322配置成控制光源318和/或熒光檢測器308。例如，計算機322將熒光316的檢測強度與預定的閾值進行比較，如果熒光316的檢測強度小于預定的閾值，則會致使拋光頭旋轉控制器320停止拋光頭302。在某些實施例中，拋光墊304由軟性材料和硬性材料(例如，多孔聚合物材料)堆疊制成。
[0039]圖4和圖5示出了在CMP系統(tǒng)300中使用的包括發(fā)射體粒子和表面活性劑粒子的拋光液的示例性示意圖。拋光液402包括具有磨蝕作用和腐蝕性的化學漿體(例如，膠質)。例如，如圖4所示，