专利名称：调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体金属研磨技术，尤其涉及一种调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的方法。
背景技术：
晶圆制造中，随着制程技术的升级、导线与栅极尺寸的缩小，光刻(Lithography) 技术对晶圆表面的平坦程度(Non-uniformity)的要求越来越高，IBM公司于1985年发展 CMOS产品引入，并在1990年成功应用于64MB的DRAM生产中。1995年以后，CMP技术得到了快速发展，大量应用于半导体产业。以目前先进工艺所必需的铜研磨为例，其研磨机理主要是根据铜在研磨液中的氧化反应
1.铜在研磨液中处于一定的较高电位，很容易与其中的化学成分反应生成氧化物或者铜离子；
2.在较低的电位下，铜的氧化被减弱或者抑制。反之，在高电位下，此反应被加快。目前常用的研磨机台是通过研磨垫和晶圆之间的摩擦作用在研磨液的影响下进行研磨的；图1是现有技术中研磨机台的结构示意图，请参见图1 由于不同介质的研磨速率不一样，常会造成所谓的碟形(dishing)、侵蚀(erosion)缺陷；处于工艺质量考量，实际生产中通常采用低压力的研磨方式以达到较好的结果。然而对研磨速率上也会有一定的影响，低的压力对应较低的研磨率，不利于提高产能和降低成本。申请号200780041698. X的中国专利《用于电化学机械抛光nip基底的方法和设备》公开了一种用于加速MP基底研磨的方法。但是此发明并未涉及集成电路生产领域，仅用于NiP基底研磨，集成电路的工艺显然要求更精确的工艺控制；集成电路工艺的金属研磨并不适用于单一方向、大小的电流或电压；且该发明并未涉及到由于电流方向改变引起的阴极保护现象。
发明内容
本发明公开了一种调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的方法，用以解决现有研磨过程中容易形成碟形、侵蚀缺陷的问题。本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的
一种调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的方法，其中，在研磨设备上附加一导电系统，使研磨液带电；在研磨过程中，研磨液流经研磨垫和需要被研磨的晶圆，使晶圆被研磨的金属表面带有电荷，以控制被研磨的金属表面的氧化作用。如上所述的调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的方法，其中，在所述研磨设备用于研磨晶圆的研磨转盘内设有一导电元件层，并且所述导电元件层的边缘部分暴露于研磨转盘的侧边缘之外，在所述研磨液从所述研磨转盘四周流下的过程中与所述导电元件层接触。
如上所述的调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的方法，其中，将所述导电元件层接地。如上所述的调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的方法，其中，所述导电系统提供高电位至所述研磨液，被研磨的金属在研磨液中处于较高电位，加快被研磨的金属与研磨液中的化学成分反应产生金属的氧化物或者金属离子，金属的氧化物反应加速，导致研磨率提高，以降低研磨的压力，降低金属的刮伤程度。如上所述的调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的方法，其中，所述导电系统提供低电位至所述研磨液，被研磨的金属在研磨液中处于较低电位，其中，研磨液中的离子抑制被研磨的金属与研磨液中的化学成分反应，金属的研磨率下降并得到较为平坦的表面。一种调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的装置，包括，研磨机台，其中，所述研磨机台上设有一导电系统，所述导电系统的电压输出端接触所述研磨机的研磨液。如上所述的调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的装置，其中，所述研磨机的研磨转盘内设有一导电元件层，所述导电元件层的边缘部分暴露于研磨转盘的侧边缘之外，所述导电元件层具有一接地的引出端。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明解决了现有研磨过程中容易形成碟形、侵蚀缺陷的问题，通过附加设置导电系统使研磨液电位改变，进而控制被研磨的金属的研磨率，达到减少研磨过程中出现的碟形、侵蚀缺陷的目的。
图1是现有技术中研磨机台的结构示意图2是本发明调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的装置的结构示意图； 图3是本发明调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的装置的第一实施例的结构示意图4是本发明调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的装置的第二实施例的结构示意图5是本发明调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的装置的晶片被研磨的金属研磨前的结构示意图6是现有技术中研磨工艺研磨后的结构示意图7是本发明调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的装置的晶片被研磨的金属研磨后的结构示意图8是铜的电压与pH值的曲线图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的说明
图2是本发明调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的装置的结构示意图， 请参见图1，一种调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的方法，其中，在研磨设备上附加一导电系统401，该附加导电系统401提供外加的电流、电场，该附加导电系统401与机台的研磨液302连接，使研磨液302带电；在研磨过程中，研磨液302从研磨液出口 301 流下，研磨液302流经研磨垫103，晶圆201安装在晶圆支架202上，晶圆201需要进行研磨的表面由于晶圆支架202施加的下压力与研磨垫103紧贴，晶圆支架202带动晶圆201转动，同时研磨转盘102带动研磨垫103同时转动，晶圆201转动的方向与研磨垫103转动的方向相反，从而达到对晶圆201进行研磨的目的，其中，研磨液302流经研磨垫103与晶圆 201被研磨的金属表面之间，使晶圆201被研磨的金属表面带有电荷；晶圆201表面研磨到不同介质的时候，由于金属去除效率较难控制，容易形成碟形(dishing)、侵蚀(erosion) 缺陷，而在晶圆201表面带有电荷后，晶圆201表面的电位改变，晶圆201被研磨的金属表面的化学反应被控制，使得金属研磨率可控，晶圆201表面的金属带有电荷后可以对金属表面起到保护的作用，从而在研磨的过程中减少碟形(dishing)、侵蚀(erosion)缺陷。本发明中在所述研磨设备的研磨转盘102内设有一导电元件层501，导电元件层 501的边缘部分暴露于研磨转盘102的侧边缘之外，研磨液302从研磨转盘102四周流下时与导电元件层501接触，并将所述导电元件层501接地，用以保持晶圆201被研磨的金属表面的电位的稳定性，从而达到保证研磨率稳定的目的，本发明中的所述研磨液302位电解液。图8是铜的电压与pH值的曲线图，通过图8可知以目前先进工艺所必需的铜研磨为例，其研磨机理主要是根据铜在研磨液中的氧化反应铜在研磨液中处于一定的较高电位，很容易与其中的化学成分反应生成氧化物或者铜离子；在较低的电位下，铜的氧化被减弱或者抑制。反之，在高电位下，此反应被加快。本发明中的所述导电系统401具有调节研磨液302电位的功能，在不同的工艺步骤中，使晶圆201表面的电位不同，进而使得晶圆201表面的电位适应不同的工艺步骤，在研磨到某阶段时使得晶圆201表面金属处于较低的电位，以减少金属研磨率，达到改善研磨后金属的碟形、侵蚀缺陷的效果，而当晶圆201表面为高电位时，金属研磨率提高，可降低对于晶圆201的下压力，同样可以达到改善研磨后金属的碟形、侵蚀缺陷的效果。图3是本发明调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的装置的第一实施例的结构示意图，请参见图3，在本发明的第一实施例中，在晶圆201表面被研磨的金属的研磨的过程中，所述导电系统401提供高电位至研磨液302，被研磨的金属在研磨液302 中处于较高电位，加快被研磨的金属与研磨液302中的化学成分反应生成金属的氧化物或者金属离子，金属的氧化反应加速，导致研磨率提高，以降低研磨的压力，降低金属的刮伤程度。图4是本发明调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的装置的第二实施例的结构示意图，请参见图4，与第一实施例相反，在本发明的第二实施例中，在晶圆201 表面被研磨的金属的研磨的过程中，所述导电系统401提供低电位至所述研磨液302，被研磨的金属在研磨液302中处于较低电位，其中，研磨液302中的离子抑制被研磨的金属与研磨液中的化学成分反应，金属的研磨率下降并得到较为平坦的表面。图2是本发明调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的装置的结构示意图，请参见图2，一种调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的装置，包括，研磨机101台，其中，所述研磨机101台上设有一导电系统401，所述导电系统401的电压输出端接触所述研磨机101的研磨液出口 301，使得流经的研磨液302带有电荷，从而在研磨的过程中研磨液302流经研磨垫103与晶圆201之间，使晶圆201表面的金属带有电荷，从而起到控制金属研磨率的效果。本发明中的所述研磨机101的研磨转盘102内设有一导电元件层501，所述导电元件层501的边缘部分暴露于研磨转盘102的侧边缘之外，所述导电元件层501具有一接地的引出端502，用以保持晶圆201表面的电位的稳定性。图5是本发明调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的装置的晶片被研磨的金属研磨前的结构示意图，图6是现有技术中研磨工艺研磨后的结构示意图，请参见图5、图6，可以清楚的看出经过现有技术中的研磨工艺后在晶片的表面具有明显的侵蚀缺陷和碟形缺陷，图7是本发明调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的装置的晶片被研磨的金属研磨后的结构示意图，请参见图7，经过本发明的刻蚀工艺后研磨出的晶片非常平整，有效去除了碟形和侵蚀缺陷。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明解决了现有研磨过程中容易形成碟形、侵蚀缺陷的问题，通过附加设置导电系统使研磨液电位改变，进而控制被研磨的金属的研磨率，达到减少研磨过程中出现的碟形、侵蚀缺陷的目的。以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
权利要求
1.一种调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的方法，其特征在于，在研磨设备上附加一导电系统，使研磨液带电；在研磨过程中，研磨液流经研磨垫和需要被研磨的晶圆，使晶圆被研磨的金属表面带有电荷，以控制被研磨的金属表面的氧化作用。
2.根据权利要求1所述的调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的方法，其特征在于，在所述研磨设备用于研磨晶圆的研磨转盘内设有一导电元件层，并且所述导电元件层的边缘部分暴露于研磨转盘的侧边缘之外，在所述研磨液从所述研磨转盘四周流下的过程中与所述导电元件层接触。
3.根据权利要求1所述的调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的方法，其特征在于，将所述导电元件层接地。
4.根据权利要求1所述的调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的方法，其特征在于，所述导电系统提供高电位至所述研磨液，被研磨的金属在研磨液中处于较高电位，加快被研磨的金属与研磨液中的化学成分反应产生金属的氧化物或者金属离子，金属的氧化物反应加速，导致研磨率提高，以降低研磨的压力，降低金属的刮伤程度。
5.根据权利要求1所述的调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的方法，其特征在于，所述导电系统提供低电位至所述研磨液，被研磨的金属在研磨液中处于较低电位，其中，研磨液中的离子抑制被研磨的金属与研磨液中的化学成分反应，金属的研磨率下降并得到较为平坦的表面。
6.一种调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的装置，包括，研磨机台，其特征在于，所述研磨机台上设有一导电系统，所述导电系统的电压输出端接触所述研磨机的研磨液。
7.根据权利要求6所述的调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的装置，其特征在于，所述研磨机的研磨转盘内设有一导电元件层，所述导电元件层的边缘部分暴露于研磨转盘的侧边缘之外，所述导电元件层具有一接地的引出端。
全文摘要
本发明公开了一种调节金属研磨速率并改善研磨过程中产生的缺陷的方法，其中，在研磨设备上附加一导电系统，使研磨液带电；在研磨过程中，研磨液流经研磨垫和需要被研磨的晶圆，使晶圆被研磨的金属表面带有电荷，以控制被研磨的金属表面的氧化作用。本发明解决了现有研磨过程中容易形成碟形、侵蚀缺陷的问题，通过附加设置导电系统使研磨液电位改变，进而控制被研磨的金属的研磨率，达到减少研磨过程中出现的碟形、侵蚀缺陷的目的。
文档编号B24B37/34GK102407482SQ20111011036
公开日2012年4月11日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者张守龙, 白英英, 陈玉文 申请人:上海华力微电子有限公司