[發明專利]一種金屬化學機械拋光的方法

有效

• 申請號: 201611250890.7
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106783580B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 鐘旻
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: H01L21/306
• 分類號: H01L21/306;H01L21/304
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;陳慧弘

本發明公開了一種金屬化學機械拋光的方法，該方法具體包括:在具有觀察組件的腔體內提供一半導體襯底，所述半導體襯底上形成一介電層，在所述介電層中形成凹槽，所述凹槽分別位于所述半導體襯底的P型區域與N型區域上；在所述介電層上形成一金屬層，所述金屬層填充滿所述介電層中的所述凹槽；降低所述腔體內的光照強度至小于10勒克斯，對所述凹槽進行化學機械拋光，移除所述介電層上的所述金屬層。本發明通過降低化學機械拋光時腔體內的光照強度，有效避免了金屬的光致陽極腐蝕現象，減少了金屬表面的下陷，提高了器件性能和良率。

技術領域

本發明涉及半導體集成電路制造應用技術領域，尤其涉及一種金屬化學機械拋光的方法，本方法通過降低腔體內光照強度，避免金屬光致陽極腐蝕的產生，從而減少金屬凹槽表面的下陷。

背景技術

化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing，簡稱CMP)是半導體制造中的重要關鍵工藝之一，它是通過對具有圖形化的晶片表面的半導體材料，絕緣材料和金屬材料進行研磨和材料去除，實現晶片表面全局平坦化的一種工藝。在拋光過程中，拋光墊被固定在拋光平臺上，待拋光的晶片被固定在拋光載體上，具有研磨顆粒(SuperabrasiveParticles)和化學溶液的拋光液施加在拋光墊上，通過拋光液中的化學物質使晶片表面的材料氧化生成較軟的氧化層，再通過拋光墊、拋光液中的研磨顆粒以及晶片之間接觸摩擦作用，去除前期形成的氧化層。最后，經多孔結構的拋光墊通過拋光液的攜帶作用，將拋光去除的材料帶離晶片表面，露出新生表面，再形成氧化層并去除，將晶片表面凸起部分全部去除，達到表面平坦化。

金屬的化學機械拋光廣泛用于半導體制造工藝中的金屬柵工藝與銅互連工藝中。但是，采用現有拋光方法進行金屬材料的化學機械拋光后，發現介質層某些凹槽中的金屬表面會有下陷和金屬缺失的現象。進一步，研究發現，這種現象是由金屬的光致陽極腐蝕所導致的。如圖1所示，在金屬的化學機械拋光過程中發生光致腐蝕現象的機理為：對于所述需進行化學機械拋光處理的半導體襯底，其襯底101中的P型區域與N型區域等效于一個PN結，而所述P型區域與N型區域上又分別形成在介電層102中的凹槽103、凹槽103被所述層102上的金屬層104中的金屬材料所充滿。所述的凹槽103與金屬層104相當于將襯底101中等效PN結的兩端分別引出。同時，在化學機械拋光過程中，半導體表面會有一層拋光液105，而所述拋光液105是具有一定的導電性能的電解質溶液。因此，所述襯底101中的等效PN結、具有金屬填充的凹槽103、金屬層104以及拋光液105共同構成了導電回路。在拋光過程中，由于存在反應腔體外的光源通過腔體觀察窗110(圖中觀察窗尺寸，比例，位置僅做示例用)對半導體襯底的照射，半導體襯底中的等效PN結接收所述光照能量并在PN結兩端形成電勢差，所述電勢差相當于在導電回路中引入了電源。這時，所述導電回路中的拋光液發生電化學反應，P型區域與N型區域的金屬層104對應于電化學反應的兩個電極。P型區域金屬層104中的金屬原子會部分溶解于拋光液中，并進一步遷移到N型區域的金屬層104上。在這種情況下，P型區域金屬層104由于其中的金屬原子不斷轉移而在其頂部形成下陷，最終使P型區域具有金屬的凹槽103頂部下陷。如圖2所示，由于金屬原子僅沿電流方向在襯底101中遷移，因此，拋光后的凹槽103的下陷106僅位于P型區域上，而N型區域上的具有金屬的凹槽103頂部并不會形成下陷,還可能會有部分遷移的金屬107在凹槽頂部析出。

針對上述問題，現有的解決方法是在拋光液中增加抗腐蝕劑，來降低和避免金屬的光致陽極腐蝕現象，但抗腐蝕劑會導致某些凹槽表面的金屬難以去除而影響器件性能。因此，本領域技術人員亟需提供一種金屬化學機械拋光的方法，通過降低金屬化學機械拋光時的襯底光照強度，抑制了光致陽極腐蝕的能量來源，避免金屬光致陽極腐蝕的產生，從而減少金屬凹槽表面的下陷，提高了器件性能和良率。

發明內容

為了實現上述目的，本專利提供了一種金屬化學機械拋光的方法，改善現有金屬化學機械拋光過程中產生的金屬腐蝕缺陷，提高拋光工藝的性能和良率。

本發明的技術方案如下：

一種金屬化學機械拋光的方法，包括：