專利名稱：調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體金屬研磨技術(shù)，尤其涉及一種調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的方法。
背景技術(shù)：
晶圓制造中，隨著制程技術(shù)的升級、導(dǎo)線與柵極尺寸的縮小，光刻(Lithography) 技術(shù)對晶圓表面的平坦程度(Non-uniformity)的要求越來越高，IBM公司于1985年發(fā)展 CMOS產(chǎn)品引入，并在1990年成功應(yīng)用于64MB的DRAM生產(chǎn)中。1995年以后，CMP技術(shù)得到了快速發(fā)展，大量應(yīng)用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。以目前先進(jìn)工藝所必需的銅研磨為例，其研磨機(jī)理主要是根據(jù)銅在研磨液中的氧化反應(yīng)
1.銅在研磨液中處于一定的較高電位，很容易與其中的化學(xué)成分反應(yīng)生成氧化物或者銅離子；
2.在較低的電位下，銅的氧化被減弱或者抑制。反之，在高電位下，此反應(yīng)被加快。目前常用的研磨機(jī)臺是通過研磨墊和晶圓之間的摩擦作用在研磨液的影響下進(jìn)行研磨的；圖1是現(xiàn)有技術(shù)中研磨機(jī)臺的結(jié)構(gòu)示意圖，請參見圖1 由于不同介質(zhì)的研磨速率不一樣，常會造成所謂的碟形(dishing)、侵蝕(erosion)缺陷；處于工藝質(zhì)量考量，實(shí)際生產(chǎn)中通常采用低壓力的研磨方式以達(dá)到較好的結(jié)果。然而對研磨速率上也會有一定的影響，低的壓力對應(yīng)較低的研磨率，不利于提高產(chǎn)能和降低成本。申請?zhí)?00780041698. X的中國專利《用于電化學(xué)機(jī)械拋光nip基底的方法和設(shè)備》公開了一種用于加速M(fèi)P基底研磨的方法。但是此發(fā)明并未涉及集成電路生產(chǎn)領(lǐng)域，僅用于NiP基底研磨，集成電路的工藝顯然要求更精確的工藝控制；集成電路工藝的金屬研磨并不適用于單一方向、大小的電流或電壓；且該發(fā)明并未涉及到由于電流方向改變引起的陰極保護(hù)現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的方法，用以解決現(xiàn)有研磨過程中容易形成碟形、侵蝕缺陷的問題。本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的方法，其中，在研磨設(shè)備上附加一導(dǎo)電系統(tǒng)，使研磨液帶電；在研磨過程中，研磨液流經(jīng)研磨墊和需要被研磨的晶圓，使晶圓被研磨的金屬表面帶有電荷，以控制被研磨的金屬表面的氧化作用。如上所述的調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的方法，其中，在所述研磨設(shè)備用于研磨晶圓的研磨轉(zhuǎn)盤內(nèi)設(shè)有一導(dǎo)電元件層，并且所述導(dǎo)電元件層的邊緣部分暴露于研磨轉(zhuǎn)盤的側(cè)邊緣之外，在所述研磨液從所述研磨轉(zhuǎn)盤四周流下的過程中與所述導(dǎo)電元件層接觸。
如上所述的調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的方法，其中，將所述導(dǎo)電元件層接地。如上所述的調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的方法，其中，所述導(dǎo)電系統(tǒng)提供高電位至所述研磨液，被研磨的金屬在研磨液中處于較高電位，加快被研磨的金屬與研磨液中的化學(xué)成分反應(yīng)產(chǎn)生金屬的氧化物或者金屬離子，金屬的氧化物反應(yīng)加速，導(dǎo)致研磨率提高，以降低研磨的壓力，降低金屬的刮傷程度。如上所述的調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的方法，其中，所述導(dǎo)電系統(tǒng)提供低電位至所述研磨液，被研磨的金屬在研磨液中處于較低電位，其中，研磨液中的離子抑制被研磨的金屬與研磨液中的化學(xué)成分反應(yīng)，金屬的研磨率下降并得到較為平坦的表面。一種調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的裝置，包括，研磨機(jī)臺，其中，所述研磨機(jī)臺上設(shè)有一導(dǎo)電系統(tǒng)，所述導(dǎo)電系統(tǒng)的電壓輸出端接觸所述研磨機(jī)的研磨液。如上所述的調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的裝置，其中，所述研磨機(jī)的研磨轉(zhuǎn)盤內(nèi)設(shè)有一導(dǎo)電元件層，所述導(dǎo)電元件層的邊緣部分暴露于研磨轉(zhuǎn)盤的側(cè)邊緣之外，所述導(dǎo)電元件層具有一接地的引出端。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明解決了現(xiàn)有研磨過程中容易形成碟形、侵蝕缺陷的問題，通過附加設(shè)置導(dǎo)電系統(tǒng)使研磨液電位改變，進(jìn)而控制被研磨的金屬的研磨率，達(dá)到減少研磨過程中出現(xiàn)的碟形、侵蝕缺陷的目的。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中研磨機(jī)臺的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的裝置的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的裝置的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的裝置的晶片被研磨的金屬研磨前的結(jié)構(gòu)示意圖6是現(xiàn)有技術(shù)中研磨工藝研磨后的結(jié)構(gòu)示意圖7是本發(fā)明調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的裝置的晶片被研磨的金屬研磨后的結(jié)構(gòu)示意圖8是銅的電壓與pH值的曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說明
圖2是本發(fā)明調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖， 請參見圖1，一種調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的方法，其中，在研磨設(shè)備上附加一導(dǎo)電系統(tǒng)401，該附加導(dǎo)電系統(tǒng)401提供外加的電流、電場，該附加導(dǎo)電系統(tǒng)401與機(jī)臺的研磨液302連接，使研磨液302帶電；在研磨過程中，研磨液302從研磨液出口 301 流下，研磨液302流經(jīng)研磨墊103，晶圓201安裝在晶圓支架202上，晶圓201需要進(jìn)行研磨的表面由于晶圓支架202施加的下壓力與研磨墊103緊貼，晶圓支架202帶動晶圓201轉(zhuǎn)動，同時研磨轉(zhuǎn)盤102帶動研磨墊103同時轉(zhuǎn)動，晶圓201轉(zhuǎn)動的方向與研磨墊103轉(zhuǎn)動的方向相反，從而達(dá)到對晶圓201進(jìn)行研磨的目的，其中，研磨液302流經(jīng)研磨墊103與晶圓 201被研磨的金屬表面之間，使晶圓201被研磨的金屬表面帶有電荷；晶圓201表面研磨到不同介質(zhì)的時候，由于金屬去除效率較難控制，容易形成碟形(dishing)、侵蝕(erosion) 缺陷，而在晶圓201表面帶有電荷后，晶圓201表面的電位改變，晶圓201被研磨的金屬表面的化學(xué)反應(yīng)被控制，使得金屬研磨率可控，晶圓201表面的金屬帶有電荷后可以對金屬表面起到保護(hù)的作用，從而在研磨的過程中減少碟形(dishing)、侵蝕(erosion)缺陷。本發(fā)明中在所述研磨設(shè)備的研磨轉(zhuǎn)盤102內(nèi)設(shè)有一導(dǎo)電元件層501，導(dǎo)電元件層 501的邊緣部分暴露于研磨轉(zhuǎn)盤102的側(cè)邊緣之外，研磨液302從研磨轉(zhuǎn)盤102四周流下時與導(dǎo)電元件層501接觸，并將所述導(dǎo)電元件層501接地，用以保持晶圓201被研磨的金屬表面的電位的穩(wěn)定性，從而達(dá)到保證研磨率穩(wěn)定的目的，本發(fā)明中的所述研磨液302位電解液。圖8是銅的電壓與pH值的曲線圖，通過圖8可知以目前先進(jìn)工藝所必需的銅研磨為例，其研磨機(jī)理主要是根據(jù)銅在研磨液中的氧化反應(yīng)銅在研磨液中處于一定的較高電位，很容易與其中的化學(xué)成分反應(yīng)生成氧化物或者銅離子；在較低的電位下，銅的氧化被減弱或者抑制。反之，在高電位下，此反應(yīng)被加快。本發(fā)明中的所述導(dǎo)電系統(tǒng)401具有調(diào)節(jié)研磨液302電位的功能，在不同的工藝步驟中，使晶圓201表面的電位不同，進(jìn)而使得晶圓201表面的電位適應(yīng)不同的工藝步驟，在研磨到某階段時使得晶圓201表面金屬處于較低的電位，以減少金屬研磨率，達(dá)到改善研磨后金屬的碟形、侵蝕缺陷的效果，而當(dāng)晶圓201表面為高電位時，金屬研磨率提高，可降低對于晶圓201的下壓力，同樣可以達(dá)到改善研磨后金屬的碟形、侵蝕缺陷的效果。圖3是本發(fā)明調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的裝置的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，請參見圖3，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，在晶圓201表面被研磨的金屬的研磨的過程中，所述導(dǎo)電系統(tǒng)401提供高電位至研磨液302，被研磨的金屬在研磨液302 中處于較高電位，加快被研磨的金屬與研磨液302中的化學(xué)成分反應(yīng)生成金屬的氧化物或者金屬離子，金屬的氧化反應(yīng)加速，導(dǎo)致研磨率提高，以降低研磨的壓力，降低金屬的刮傷程度。圖4是本發(fā)明調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的裝置的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，請參見圖4，與第一實(shí)施例相反，在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，在晶圓201 表面被研磨的金屬的研磨的過程中，所述導(dǎo)電系統(tǒng)401提供低電位至所述研磨液302，被研磨的金屬在研磨液302中處于較低電位，其中，研磨液302中的離子抑制被研磨的金屬與研磨液中的化學(xué)成分反應(yīng)，金屬的研磨率下降并得到較為平坦的表面。圖2是本發(fā)明調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，請參見圖2，一種調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的裝置，包括，研磨機(jī)101臺，其中，所述研磨機(jī)101臺上設(shè)有一導(dǎo)電系統(tǒng)401，所述導(dǎo)電系統(tǒng)401的電壓輸出端接觸所述研磨機(jī)101的研磨液出口 301，使得流經(jīng)的研磨液302帶有電荷，從而在研磨的過程中研磨液302流經(jīng)研磨墊103與晶圓201之間，使晶圓201表面的金屬帶有電荷，從而起到控制金屬研磨率的效果。本發(fā)明中的所述研磨機(jī)101的研磨轉(zhuǎn)盤102內(nèi)設(shè)有一導(dǎo)電元件層501，所述導(dǎo)電元件層501的邊緣部分暴露于研磨轉(zhuǎn)盤102的側(cè)邊緣之外，所述導(dǎo)電元件層501具有一接地的引出端502，用以保持晶圓201表面的電位的穩(wěn)定性。圖5是本發(fā)明調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的裝置的晶片被研磨的金屬研磨前的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是現(xiàn)有技術(shù)中研磨工藝研磨后的結(jié)構(gòu)示意圖，請參見圖5、圖6，可以清楚的看出經(jīng)過現(xiàn)有技術(shù)中的研磨工藝后在晶片的表面具有明顯的侵蝕缺陷和碟形缺陷，圖7是本發(fā)明調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的裝置的晶片被研磨的金屬研磨后的結(jié)構(gòu)示意圖，請參見圖7，經(jīng)過本發(fā)明的刻蝕工藝后研磨出的晶片非常平整，有效去除了碟形和侵蝕缺陷。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明解決了現(xiàn)有研磨過程中容易形成碟形、侵蝕缺陷的問題，通過附加設(shè)置導(dǎo)電系統(tǒng)使研磨液電位改變，進(jìn)而控制被研磨的金屬的研磨率，達(dá)到減少研磨過程中出現(xiàn)的碟形、侵蝕缺陷的目的。以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的方法，其特征在于，在研磨設(shè)備上附加一導(dǎo)電系統(tǒng)，使研磨液帶電；在研磨過程中，研磨液流經(jīng)研磨墊和需要被研磨的晶圓，使晶圓被研磨的金屬表面帶有電荷，以控制被研磨的金屬表面的氧化作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的方法，其特征在于，在所述研磨設(shè)備用于研磨晶圓的研磨轉(zhuǎn)盤內(nèi)設(shè)有一導(dǎo)電元件層，并且所述導(dǎo)電元件層的邊緣部分暴露于研磨轉(zhuǎn)盤的側(cè)邊緣之外，在所述研磨液從所述研磨轉(zhuǎn)盤四周流下的過程中與所述導(dǎo)電元件層接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的方法，其特征在于，將所述導(dǎo)電元件層接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電系統(tǒng)提供高電位至所述研磨液，被研磨的金屬在研磨液中處于較高電位，加快被研磨的金屬與研磨液中的化學(xué)成分反應(yīng)產(chǎn)生金屬的氧化物或者金屬離子，金屬的氧化物反應(yīng)加速，導(dǎo)致研磨率提高，以降低研磨的壓力，降低金屬的刮傷程度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電系統(tǒng)提供低電位至所述研磨液，被研磨的金屬在研磨液中處于較低電位，其中，研磨液中的離子抑制被研磨的金屬與研磨液中的化學(xué)成分反應(yīng)，金屬的研磨率下降并得到較為平坦的表面。
6.一種調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的裝置，包括，研磨機(jī)臺，其特征在于，所述研磨機(jī)臺上設(shè)有一導(dǎo)電系統(tǒng)，所述導(dǎo)電系統(tǒng)的電壓輸出端接觸所述研磨機(jī)的研磨液。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的裝置，其特征在于，所述研磨機(jī)的研磨轉(zhuǎn)盤內(nèi)設(shè)有一導(dǎo)電元件層，所述導(dǎo)電元件層的邊緣部分暴露于研磨轉(zhuǎn)盤的側(cè)邊緣之外，所述導(dǎo)電元件層具有一接地的引出端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種調(diào)節(jié)金屬研磨速率并改善研磨過程中產(chǎn)生的缺陷的方法，其中，在研磨設(shè)備上附加一導(dǎo)電系統(tǒng)，使研磨液帶電；在研磨過程中，研磨液流經(jīng)研磨墊和需要被研磨的晶圓，使晶圓被研磨的金屬表面帶有電荷，以控制被研磨的金屬表面的氧化作用。本發(fā)明解決了現(xiàn)有研磨過程中容易形成碟形、侵蝕缺陷的問題，通過附加設(shè)置導(dǎo)電系統(tǒng)使研磨液電位改變，進(jìn)而控制被研磨的金屬的研磨率，達(dá)到減少研磨過程中出現(xiàn)的碟形、侵蝕缺陷的目的。
文檔編號B24B37/34GK102407482SQ20111011036
公開日2012年4月11日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者張守龍, 白英英, 陳玉文 申請人:上海華力微電子有限公司