電化學(xué)拋光的金屬陽極及其密封結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電化學(xué)拋光中相關(guān)設(shè)備的局部結(jié)構(gòu)，尤其涉及針對金屬陽極不容易與晶圓達(dá)到完全的良好接觸，且容易出現(xiàn)短路和電流漏溢而涉及的金屬陽極及其密封結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在集成電路制造過程中，化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)技術(shù)在單晶硅襯底和多層金屬互連結(jié)構(gòu)的層間全局平坦化方面得到了廣泛的應(yīng)用?；瘜W(xué)機(jī)械拋光可以拋光和平坦化在介質(zhì)材料的非凹陷區(qū)域上形成的金屬層。雖然化學(xué)機(jī)械拋光可以只拋光金屬層而對電介質(zhì)層沒有影響，然而，由于其強(qiáng)機(jī)械作用力，化學(xué)機(jī)械拋光會對集成電路結(jié)構(gòu)帶來一些有害的影響，尤其是隨著極大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，銅和低K或者超低K電介質(zhì)材料被應(yīng)用在極大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路中，由于銅和低K或者超低K電介質(zhì)材料的機(jī)械性能有很大的差別，化學(xué)機(jī)械拋光中的強(qiáng)機(jī)械作用力可能會對低K或者超低K電介質(zhì)材料造成永久性的損傷。
[0003]為了解決化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)存在的缺點(diǎn)，人們在不斷完善化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)的同時，也在不斷探索和研究新的平坦化技術(shù)，其中，電化學(xué)拋光技術(shù)被逐漸應(yīng)用在極大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的制造中。電化學(xué)拋光技術(shù)能夠克服傳統(tǒng)的化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)在超微細(xì)特征尺寸集成電路制造中的缺陷。電化學(xué)拋光技術(shù)能夠無機(jī)械應(yīng)力的對金屬互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行平坦化?，F(xiàn)有的電化學(xué)拋光裝置使用一個噴頭向晶圓表面噴射拋光液，噴頭連接電源的陰極，電源的陽極通過金屬陽極連接到晶圓邊緣，形成電化學(xué)拋光電流回路。然而，金屬陽極是一整塊金屬，由于金屬陽極容易產(chǎn)生形變，而且晶圓往往也存在翹曲現(xiàn)象，這就導(dǎo)致了金屬陽極不能和晶圓邊緣達(dá)到處處都是良好的接觸；而電源陰極與晶圓是通過導(dǎo)電的拋光液聯(lián)通的，拋光液的流動性和導(dǎo)電性導(dǎo)致電源陰極與陽極易被短路，或出現(xiàn)電流分流現(xiàn)象；這些在工藝過程中是不希望出現(xiàn)的。具體的示例請參見圖1和圖2所示，其為原始金屬陽極結(jié)構(gòu)，金屬陽極102完全暴露在外，當(dāng)拋光液散布在晶圓101表面時，工藝工程中會有一部分電流通過表面的拋光液漏溢，甚至出現(xiàn)短路的現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供了一種電化學(xué)拋光的金屬陽極及其密封結(jié)構(gòu)，提高了金屬陽極與晶圓的接觸性能且避免由于拋光液的流動性和導(dǎo)電性而導(dǎo)致的電源陰極與陽極易被短路或出現(xiàn)電流分流的現(xiàn)象。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:本發(fā)明揭示了一種電化學(xué)拋光的金屬陽極及其密封結(jié)構(gòu)，包括:
[0006]金屬陽極，所述金屬陽極為環(huán)狀，金屬陽極開設(shè)有一環(huán)形凹槽，金屬陽極底部的上表面有一段平面；
[0007]金屬彈簧環(huán)，所述金屬彈簧環(huán)卡進(jìn)金屬陽極的凹槽內(nèi)；
[0008]金屬剛性環(huán)，所述金屬剛性環(huán)上有一缺口，金屬剛性環(huán)套進(jìn)金屬彈簧環(huán)內(nèi)；
[0009]絕緣防護(hù)罩，所述絕緣防護(hù)罩包裹金屬陽極的外側(cè)面和底部的下表面；及
[0010]密封圈，所述密封圈與絕緣防護(hù)罩的底部連接并貼靠在金屬陽極的內(nèi)側(cè)面。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)拋光的金屬陽極及其密封結(jié)構(gòu)的一實施例，金屬彈簧環(huán)在自然狀態(tài)下，金屬彈簧環(huán)的外徑小于金屬陽極凹槽的外徑。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)拋光的金屬陽極及其密封結(jié)構(gòu)的一實施例，金屬剛性環(huán)的外徑比金屬陽極凹槽的外徑大。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)拋光的金屬陽極及其密封結(jié)構(gòu)的一實施例，金屬剛性環(huán)通過其上的缺口套進(jìn)金屬彈簧環(huán)內(nèi)，金屬剛性環(huán)套進(jìn)金屬彈簧環(huán)后，金屬彈簧環(huán)處于被拉伸狀態(tài)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)拋光的金屬陽極及其密封結(jié)構(gòu)的一實施例，金屬剛性環(huán)套進(jìn)金屬彈簧環(huán)后，金屬彈簧環(huán)的外徑略大于金屬陽極凹槽的外徑，金屬彈簧環(huán)及金屬剛性環(huán)卡進(jìn)金屬陽極的凹槽內(nèi)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)拋光的金屬陽極及其密封結(jié)構(gòu)的一實施例，金屬彈簧環(huán)卡進(jìn)金屬陽極的凹槽后，金屬彈簧環(huán)有一部分凸出金屬陽極的凹槽，該凸出金屬陽極凹槽的部分的頂端高于金屬陽極底部的上表面的一段平面。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)拋光的金屬陽極及其密封結(jié)構(gòu)的一實施例，絕緣防護(hù)罩的側(cè)部包裹金屬陽極的外側(cè)面，絕緣防護(hù)罩的底部包裹金屬陽極底部的下表面。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)拋光的金屬陽極及其密封結(jié)構(gòu)的一實施例，密封圈向上側(cè)傾，密封圈頂端高度高于金屬陽極底部的上表面的一段平面且低于卡進(jìn)金屬陽極凹槽后的金屬彈黃環(huán)的頂端。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)拋光的金屬陽極及其密封結(jié)構(gòu)的一實施例，密封圈與金屬陽極的內(nèi)側(cè)面可分離。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)拋光的金屬陽極及其密封結(jié)構(gòu)的一實施例，當(dāng)晶圓壓在金屬彈簧環(huán)上后，金屬彈簧環(huán)和密封圈產(chǎn)生形變，金屬彈簧環(huán)的頂端與密封圈的頂端和金屬陽極底部的上表面的一段平面等高，金屬彈簧環(huán)、密封圈、金屬陽極底部的上表面的一段平面同時與晶圓表面接觸。
[0020]本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果:本發(fā)明通過在金屬陽極添加金屬剛性環(huán)和金屬彈簧環(huán)來增加晶圓與金屬陽極之間的良好接觸性能，有效解決了因為晶圓翹曲或金屬陽極形變導(dǎo)致的整體接觸不良的現(xiàn)象；添加密封圈和絕緣防護(hù)罩將金屬陽極與晶圓表面的拋光液隔絕開來，達(dá)到了防止因為拋光液的流動性和導(dǎo)電性而導(dǎo)致的電源陰極與陽極易被短路或出現(xiàn)電流分流的現(xiàn)象。
【附圖說明】
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[0021]圖1和圖2示出了傳統(tǒng)的金屬陽極結(jié)構(gòu)存在的問題。
[0022]圖3示出了金屬剛性環(huán)的俯視圖和剖視圖AA’。
[0023]圖4示出了金屬彈簧環(huán)的俯視圖和剖視圖BB’。
[0024]圖5示出了金屬剛性環(huán)通過缺口套進(jìn)金屬彈簧環(huán)內(nèi)的俯視圖和剖視圖CC’。
[0025]圖6示出了金屬陽極、絕緣防護(hù)罩和密封圈組合結(jié)構(gòu)的俯視圖和剖視圖DD’。
[0026]圖7示出了整體組合結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0027]圖8示出了晶圓固定在晶圓夾具上后被壓在本發(fā)明結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及效果，下面將結(jié)合實施例并配合圖式予以詳細(xì)說明。
[0029]圖3給出了金屬剛性環(huán)201的俯視圖和剖視圖AA’，其環(huán)狀結(jié)構(gòu)上有一個缺口202，缺口 202所在弧的長度可以是4-8mm。圖4給出了金屬彈簧環(huán)203的俯視圖和剖視圖BB’。圖5給出了金屬剛性環(huán)201通過其上的缺口 202套進(jìn)金屬彈簧環(huán)203內(nèi)的俯視圖和剖視圖CC’，由于金屬剛性環(huán)201的剛性和金屬彈簧環(huán)203的伸縮性，使得金屬剛性環(huán)201套進(jìn)金屬彈簧環(huán)203后，金屬彈簧環(huán)203處于被拉伸狀態(tài)。圖6給出了金屬陽極204、絕緣防護(hù)罩205和密封圈208組合結(jié)構(gòu)的俯視圖和剖視圖DD’，金屬陽極204大致呈L形，金屬陽極204為環(huán)狀，金屬陽極204的底部靠近金屬陽極204的