[发明专利]改进的具有精确边界点检测的化学机械抛光系统

说明书

本申请是2002年12月17日提交的美国专利申请序列号10/321,150(NT-280-US)，2002年3月22日提交的美国专利申请序列号10/105,016(NT-250-US)，2002年7月15日提交的美国专利申请序列号10/197,090(NT-248-US)和2002年1月17日提交的美国专利申请序列号10/052,475(NT-238-US)的接续申请，在此可全文引作参考。

本申请要求享有2002年12月27日提交的美国临时专利申请序列号60/436,706(NT-278-P4)，2002年12月23日提交的美国临时专利申请序列号60/436,108(NT-278-P3)，2002年10月10日提交的美国临时专利申请序列号60/417,544(NT-278-P2)，2002年9月27日提交的美国临时专利申请序列号60/415,579(NT-278-P)，2002年7月19日提交的美国临时专利申请序列号60/397,110(NT-273-P)，2002年3月12日提交的美国临时专利申请序列号60/365,016(NT-249-P)的优先权，在此可全文引作参考。

技术领域

本申请涉及半导体集成电路的加工，尤其是涉及一种对导电层和绝缘层进行化学机械抛光的方法。

背景技术

传统的半导体设备通常包括：一个诸如硅基片的半导体基片；多个依次构成的电介质夹层，诸如二氧化硅；以及由导电材料制成的导电通道或者互连。近来，铜和铜合金由于其优越的电迁移和低电阻率特性的缘故作为互连材料已经受到极大的关注。互连通常是通过镀金属工艺向电介质夹层内蚀刻出的凹槽或者轮廓中填充铜而形成的。镀铜工艺的优选方法是电镀。在集成电路中，互连网络的多层相对于基片表面横向延伸。在依次构成的层中形成的互连能利用通道或者接点而电力相连。在一典型工艺中，首先在半导体基片上形成一个绝缘层。接着，进行形成图案和蚀刻的工艺以便在绝缘层中构成诸如沟槽和通道的轮廓。在将该表面用一个阻挡层及一个晶种层涂覆轮廓之后，电镀铜来填充轮廓。然而，除了填充轮廓之外，该电镀工艺还在基片的上表面上形成了一铜层。这些额外的铜称作覆盖层，而且该覆盖层应当在随后工艺步骤之前被去除掉。

图1A示出这样电镀基片9(诸如硅晶片)的一示例部分8。值得注意的是，基片9可以包括固体组件或者其它金属和半导体部分，为清楚起见而没有在图1A中示出。如图1A所示，在绝缘层14上形成诸如通道10和沟槽13的轮廓，其中该绝缘层14可为在基片9上形成的二氧化硅层。通道10、沟槽13以及绝缘层14的上表面15通过电镀的方法用沉积的铜层14来涂覆和填充。通常，在形成图案和蚀刻之后，绝缘层14首先涂覆一阻挡层18，该阻挡层通常为Ta或者Ta/TaN的复合层。阻挡层18覆盖通道、沟槽以及绝缘层的表面15以确保良好的粘附性，而且作为阻挡材料来避免铜扩散到半导体设备和绝缘层中。下面的一晶种层(没有示出，通常为铜层)在阻挡层上沉积下来。在随后的铜沉积过程中，晶种层构成一用于铜膜生长的导电材料基体。在电镀铜膜时，沉积的铜层16快速填充通道10而且以一种正形投影的方式覆盖更宽的沟槽13和上表面15。当继续进行沉积工艺以确保沟槽也被填充时，在基片9的表面上就形成一铜层或者覆盖层。通常，在镀铜之后，可使用各种材料去除方法，例如化学机械抛光(CMP)，蚀刻或者电蚀方法来去除不需要的覆盖层。

CMP法通常包括将一半导体晶片或者其它这样的基片压靠在一移动的抛光表面上，其中该抛光表面用抛光浆料润湿。该浆料可以是碱性、中性或者酸性，而且通常含有铝、二氧化铈、硅或其它硬质研磨陶瓷微粒。抛光表面通常是一平面垫，该平面垫由CMP领域公知的聚合体材料来制成。一些抛光垫含有研磨微粒(固定的研磨垫)。这些垫可以与不含有任何研磨颗粒的CMP溶液一起使用。抛光浆料或者溶液可被供给到垫的表面上或者如果垫是多孔的则会通过垫流到其表面上。在CMP加工过程中，一晶片托架夹持一待加工的晶片并使晶片表面放置在一CMP垫上，而且在抛光垫旋转的同时以可控制的压力将晶片压在该垫上。抛光垫也可以被构造成能够如一线性带一样沿横向运动的线性抛光带的结构形式。当研磨浆料被供给到抛光垫和晶片表面之间的接触面时，该方法通过使晶片相对抛光垫运动，使抛光垫相对晶片运动或者两者都运动来进行。