电化学抛光的金属阳极及其密封结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电化学抛光中相关设备的局部结构，尤其涉及针对金属阳极不容易与晶圆达到完全的良好接触，且容易出现短路和电流漏溢而涉及的金属阳极及其密封结构。
【背景技术】
[0002]在集成电路制造过程中，化学机械抛光(CMP)技术在单晶硅衬底和多层金属互连结构的层间全局平坦化方面得到了广泛的应用。化学机械抛光可以抛光和平坦化在介质材料的非凹陷区域上形成的金属层。虽然化学机械抛光可以只抛光金属层而对电介质层没有影响，然而，由于其强机械作用力，化学机械抛光会对集成电路结构带来一些有害的影响，尤其是随着极大规模集成电路和超大规模集成电路的快速发展，铜和低K或者超低K电介质材料被应用在极大规模集成电路和超大规模集成电路中，由于铜和低K或者超低K电介质材料的机械性能有很大的差别，化学机械抛光中的强机械作用力可能会对低K或者超低K电介质材料造成永久性的损伤。
[0003]为了解决化学机械抛光技术存在的缺点，人们在不断完善化学机械抛光技术的同时，也在不断探索和研究新的平坦化技术，其中，电化学抛光技术被逐渐应用在极大规模集成电路和超大规模集成电路的制造中。电化学抛光技术能够克服传统的化学机械抛光技术在超微细特征尺寸集成电路制造中的缺陷。电化学抛光技术能够无机械应力的对金属互连结构进行平坦化。现有的电化学抛光装置使用一个喷头向晶圆表面喷射抛光液，喷头连接电源的阴极，电源的阳极通过金属阳极连接到晶圆边缘，形成电化学抛光电流回路。然而，金属阳极是一整块金属，由于金属阳极容易产生形变，而且晶圆往往也存在翘曲现象，这就导致了金属阳极不能和晶圆边缘达到处处都是良好的接触；而电源阴极与晶圆是通过导电的抛光液联通的，抛光液的流动性和导电性导致电源阴极与阳极易被短路，或出现电流分流现象；这些在工艺过程中是不希望出现的。具体的示例请参见图1和图2所示，其为原始金属阳极结构，金属阳极102完全暴露在外，当抛光液散布在晶圆101表面时，工艺工程中会有一部分电流通过表面的抛光液漏溢，甚至出现短路的现象。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种电化学抛光的金属阳极及其密封结构，提高了金属阳极与晶圆的接触性能且避免由于抛光液的流动性和导电性而导致的电源阴极与阳极易被短路或出现电流分流的现象。
[0005]本发明的技术方案为:本发明揭示了一种电化学抛光的金属阳极及其密封结构，包括:
[0006]金属阳极，所述金属阳极为环状，金属阳极开设有一环形凹槽，金属阳极底部的上表面有一段平面；
[0007]金属弹簧环，所述金属弹簧环卡进金属阳极的凹槽内；
[0008]金属刚性环，所述金属刚性环上有一缺口，金属刚性环套进金属弹簧环内；
[0009]绝缘防护罩，所述绝缘防护罩包裹金属阳极的外侧面和底部的下表面；及
[0010]密封圈，所述密封圈与绝缘防护罩的底部连接并贴靠在金属阳极的内侧面。
[0011]根据本发明的电化学抛光的金属阳极及其密封结构的一实施例，金属弹簧环在自然状态下，金属弹簧环的外径小于金属阳极凹槽的外径。
[0012]根据本发明的电化学抛光的金属阳极及其密封结构的一实施例，金属刚性环的外径比金属阳极凹槽的外径大。
[0013]根据本发明的电化学抛光的金属阳极及其密封结构的一实施例，金属刚性环通过其上的缺口套进金属弹簧环内，金属刚性环套进金属弹簧环后，金属弹簧环处于被拉伸状态。
[0014]根据本发明的电化学抛光的金属阳极及其密封结构的一实施例，金属刚性环套进金属弹簧环后，金属弹簧环的外径略大于金属阳极凹槽的外径，金属弹簧环及金属刚性环卡进金属阳极的凹槽内。
[0015]根据本发明的电化学抛光的金属阳极及其密封结构的一实施例，金属弹簧环卡进金属阳极的凹槽后，金属弹簧环有一部分凸出金属阳极的凹槽，该凸出金属阳极凹槽的部分的顶端高于金属阳极底部的上表面的一段平面。
[0016]根据本发明的电化学抛光的金属阳极及其密封结构的一实施例，绝缘防护罩的侧部包裹金属阳极的外侧面，绝缘防护罩的底部包裹金属阳极底部的下表面。
[0017]根据本发明的电化学抛光的金属阳极及其密封结构的一实施例，密封圈向上侧倾，密封圈顶端高度高于金属阳极底部的上表面的一段平面且低于卡进金属阳极凹槽后的金属弹黃环的顶端。
[0018]根据本发明的电化学抛光的金属阳极及其密封结构的一实施例，密封圈与金属阳极的内侧面可分离。
[0019]根据本发明的电化学抛光的金属阳极及其密封结构的一实施例，当晶圆压在金属弹簧环上后，金属弹簧环和密封圈产生形变，金属弹簧环的顶端与密封圈的顶端和金属阳极底部的上表面的一段平面等高，金属弹簧环、密封圈、金属阳极底部的上表面的一段平面同时与晶圆表面接触。
[0020]本发明对比现有技术有如下的有益效果:本发明通过在金属阳极添加金属刚性环和金属弹簧环来增加晶圆与金属阳极之间的良好接触性能，有效解决了因为晶圆翘曲或金属阳极形变导致的整体接触不良的现象；添加密封圈和绝缘防护罩将金属阳极与晶圆表面的抛光液隔绝开来，达到了防止因为抛光液的流动性和导电性而导致的电源阴极与阳极易被短路或出现电流分流的现象。
【附图说明】
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[0021]图1和图2示出了传统的金属阳极结构存在的问题。
[0022]图3示出了金属刚性环的俯视图和剖视图AA’。
[0023]图4示出了金属弹簧环的俯视图和剖视图BB’。
[0024]图5示出了金属刚性环通过缺口套进金属弹簧环内的俯视图和剖视图CC’。
[0025]图6示出了金属阳极、绝缘防护罩和密封圈组合结构的俯视图和剖视图DD’。
[0026]图7示出了整体组合结构的剖视图。
[0027]图8示出了晶圆固定在晶圆夹具上后被压在本发明结构的示意图。
【具体实施方式】
[0028]为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及效果，下面将结合实施例并配合图式予以详细说明。
[0029]图3给出了金属刚性环201的俯视图和剖视图AA’，其环状结构上有一个缺口202，缺口 202所在弧的长度可以是4-8mm。图4给出了金属弹簧环203的俯视图和剖视图BB’。图5给出了金属刚性环201通过其上的缺口 202套进金属弹簧环203内的俯视图和剖视图CC’，由于金属刚性环201的刚性和金属弹簧环203的伸缩性，使得金属刚性环201套进金属弹簧环203后，金属弹簧环203处于被拉伸状态。图6给出了金属阳极204、绝缘防护罩205和密封圈208组合结构的俯视图和剖视图DD’，金属阳极204大致呈L形，金属阳极204为环状，金属阳极204的底部靠近金属阳极204的