一种金属化学机械抛光的方法技术

本发明专利技术公开了一种金属化学机械抛光的方法，该方法具体包括:在具有观察组件的腔体内提供一半导体衬底，所述半导体衬底上形成一介电层，在所述介电层中形成凹槽，所述凹槽分别位于所述半导体衬底的P型区域与N型区域上；在所述介电层上形成一金属层，所述金属层填充满所述介电层中的所述凹槽；降低所述腔体内的光照强度至小于10勒克斯，对所述凹槽进行化学机械抛光，移除所述介电层上的所述金属层。本发明专利技术通过降低化学机械抛光时腔体内的光照强度，有效避免了金属的光致阳极腐蚀现象，减少了金属表面的下陷，提高了器件性能和良率。

Method for chemical mechanical polishing of metal

The invention discloses a method for metal chemical mechanical polishing, the method includes: providing a semiconductor substrate in the cavity with observation components, forming a dielectric layer on the semiconductor substrate, a groove is formed on the dielectric layer, wherein the grooves are respectively positioned on the semiconductor substrate of the P region with the N type region; forming a metal layer on the dielectric layer, wherein the groove of the metal layer filled with the dielectric layer; reduce the cavity light intensity to less than 10 lux, the chemical mechanical polishing on the groove, remove the metal layer the dielectric layer. By reducing the light intensity in the cavity of the chemical mechanical polishing, the invention effectively avoids the phenomenon of light induced anode corrosion of the metal, reduces the subsidence of the metal surface, and improves the performance and yield of the device.

【技术实现步骤摘要】
一种金属化学机械抛光的方法
本专利技术涉及半导体集成电路制造应用
，尤其涉及一种金属化学机械抛光的方法，本方法通过降低腔体内光照强度，避免金属光致阳极腐蚀的产生，从而减少金属凹槽表面的下陷。
技术介绍
化学机械抛光(ChemicalMechanicalPolishing，简称CMP)是半导体制造中的重要关键工艺之一，它是通过对具有图形化的晶片表面的半导体材料，绝缘材料和金属材料进行研磨和材料去除，实现晶片表面全局平坦化的一种工艺。在抛光过程中，抛光垫被固定在抛光平台上，待抛光的晶片被固定在抛光载体上，具有研磨颗粒(SuperabrasiveParticles)和化学溶液的抛光液施加在抛光垫上，通过抛光液中的化学物质使晶片表面的材料氧化生成较软的氧化层，再通过抛光垫、抛光液中的研磨颗粒以及晶片之间接触摩擦作用，去除前期形成的氧化层。最后，经多孔结构的抛光垫通过抛光液的携带作用，将抛光去除的材料带离晶片表面，露出新生表面，再形成氧化层并去除，将晶片表面凸起部分全部去除，达到表面平坦化。金属的化学机械抛光广泛用于前道的金属栅和后道的互连制造工艺中。但是，采用现有抛光方法进行金属材料的化学机械抛光后，发现介质层某些凹槽中的金属表面会有下陷和金属缺失的现象。进一步，研究发现，这种现象是由金属的光致阳极腐蚀所导致的。如图1所示，在金属的化学机械抛光过程中发生光致腐蚀现象的机理为：对于所述需进行化学机械抛光处理的半导体衬底，其衬底101中的P型区域与N型区域等效于一个PN结，而所述P型区域与N型区域上又分别形成在介电层102中的凹槽103、凹槽103被所述层102上的金属层104中的金属材料所充满。所述的凹槽103与金属层104相当于将衬底101中等效PN结的两端分别引出。同时，在化学机械抛光过程中，半导体表面会有一层抛光液105，而所述抛光液105是具有一定的导电性能的电解质溶液。因此，所述衬底101中的等效PN结、具有金属填充的凹槽103、金属层104以及抛光液105共同构成了导电回路。在抛光过程中，由于存在反应腔体外的光源通过腔体观察窗110(图中观察窗尺寸，比例，位置仅做示例用)对半导体衬底的照射，半导体衬底中的等效PN结接收所述光照能量并在PN结两端形成电势差，所述电势差相当于在导电回路中引入了电源。这时，所述导电回路中的抛光液发生电化学反应，P型区域与N型区域的金属层104对应于电化学反应的两个电极。P型区域金属层104中的金属原子会部分溶解于抛光液中，并进一步迁移到N型区域的金属层104上。在这种情况下，P型区域金属层104由于其中的金属原子不断转移而在其顶部形成下陷，最终使P型区域具有金属的凹槽103顶部下陷。如图2所示，由于金属原子仅沿电流方向在衬底101中迁移，因此，抛光后的凹槽103的下陷106仅位于P型区域上，而N型区域上的具有金属的凹槽103顶部并不会形成下陷,还可能会有部分迁移的金属107在凹槽顶部析出。针对上述问题，现有的解决方法是在抛光液中增加抗腐蚀剂，来降低和避免金属的光致阳极腐蚀现象，但抗腐蚀剂会导致某些凹槽表面的金属难以去除而影响器件性能。因此，本领域技术人员亟需提供一种金属化学机械抛光的方法，通过降低金属化学机械抛光时的衬底光照强度，抑制了光致阳极腐蚀的能量来源，避免金属光致阳极腐蚀的产生，从而减少金属凹槽表面的下陷，提高了器件性能和良率。
技术实现思路
为了实现上述目的，本专利提供了一种金属化学机械抛光的方法，改善现有金属化学机械抛光过程中产生的金属腐蚀缺陷，提高抛光工艺的性能和良率。本专利技术的技术方案如下：一种金属化学机械抛光的方法，包括：步骤S1：在具有观察组件的腔体内提供一半导体衬底，所述半导体衬底上形成一介电层，在所述介电层中形成凹槽，所述凹槽分别位于所述半导体衬底的P型区域与N型区域上；步骤S2：在所述介电层上形成一金属层，所述金属层填充满所述介电层中的所述凹槽；步骤S3：降低所述腔体内的光照强度至小于10勒克斯，对所述凹槽进行化学机械抛光，移除所述介电层上的所述金属层。优选的，所述腔体内的光照强度通过所述腔体上的观察组件的透光率来调节，在步骤S3中，所述观察组件的透光率<20％。优选的，所述观察组件含有电致变色玻璃，在步骤S3中，向所述电致变色玻璃施加一特定电压，使得所述电致变色玻璃的透光率<10％。优选的，所述观察组件具有透明的观察窗和可移动的光线遮挡板，在步骤S3中，所述光线遮挡板移动至遮盖所述观察窗的位置，以使光线不能通过所述观察窗进入所述腔室。优选的，所述的介电层中的凹槽可以是沟槽、通孔中的一种或多种。优选的，所述金属层的材料包括Ti、TiN、TiAl、TiC、TaC、Ta、TaN、Cu、CuAl、Al、W、AlW、Ag、Au等的一种或多种。优选的，所述金属层采用物理气相沉积、化学气相沉积或原子气相沉积法形成。优选的，所述化学机械抛光过程的反应条件包括：衬底表面的温度为15℃-60℃，抛光压力为0.5-5.0普西(psi)，晶片转速为15-120转/分钟(rpm)。优选的，所述的抛光过程采用的抛光液中的研磨颗粒包括SiO2、Al2O3、CeO2、有机材料和无机－有机复合材料颗粒中的一种或多种，抛光液的pH值为2-13。从上述技术方案可以看出，本专利技术提供了一种金属材料化学机械抛光的方法，在化学机械抛光过程中，化学机械抛光装置具有独立的反应腔体，腔体内的光照强度可以调节。通过降低化学机械抛光时化学机械抛光装置腔体内的光照强度，有效避免了金属的光致阳极腐蚀现象，减少了金属表面的下陷，提高了器件性能和良率。在抛光工艺停止时，提高腔体内的光照强度，便于通过观察组件对腔体内的情况进行查看。附图说明图1为化学机械抛光过程中金属材料发生光致腐蚀现象的机理示意图图2为现有技术中化学机械抛光后金属顶部的凹陷剖面示意图图3为本专利技术金属化学机械抛光方法的流程示意图图4a-图4c为本专利技术金属化学机械抛光方法第一实施例各个步骤的剖面示意图图5和图6为本专利技术金属化学机械抛光方法第二实施例的剖面示意图具体实施方式体现本专利技术特征与优点的实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本专利技术能够在不同的示例上具有各种的变化，其皆不脱离本专利技术的范围，且其中的说明及图示在本质上当做说明之用，而非用以限制本专利技术。以下结合附图3-6，通过具体实施例对本专利技术的金属化学机械抛光方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、明晰地达到辅助说明本专利技术实施例的目的。图3为本专利技术提出的金属化学机械抛光方法的流程示意图。本专利技术提供了本专利技术提供了一种金属材料化学机械抛光的方法，包括：在具有观察组件的腔体内提供一半导体衬底，所述半导体衬底上形成一介电层，在所述介电层中形成凹槽，所述凹槽分别位于所述半导体衬底的P型区域与N型区域上；在所述介电层上形成一金属层，所述金属层填充满所述介电层中的所述凹槽；降低所述腔体内的光照强度至小于10勒克斯，对所述凹槽进行化学机械抛光，移除所述介电层上的所述金属层。实施例1：请参阅图4a-图4c，图4a-图4c为本专利技术金属化学机械抛光方法第一实施例各个步骤的剖面示意图，本专利技术第一实施例提供了一种金属材料化学机械抛光的方法，包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属材料化学机械抛光的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：在具有观察组件的腔体内提供一半导体衬底，所述半导体衬底上形成一介电层，在所述介电层中形成凹槽，所述凹槽分别位于所述半导体衬底的P型区域与N型区域上；S2:在所述介电层上形成一金属层，所述金属层填充满所述介电层中的所述凹槽；S3：降低所述腔体内的光照强度至小于10勒克斯，对所述凹槽进行化学机械抛光，移除所述介电层上的所述金属层；从而避免金属光致阳极腐蚀，减少金属凹槽表面的下陷。

【技术特征摘要】
1.一种金属材料化学机械抛光的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：在具有观察组件的腔体内提供一半导体衬底，所述半导体衬底上形成一介电层，在所述介电层中形成凹槽，所述凹槽分别位于所述半导体衬底的P型区域与N型区域上；S2:在所述介电层上形成一金属层，所述金属层填充满所述介电层中的所述凹槽；S3：降低所述腔体内的光照强度至小于10勒克斯，对所述凹槽进行化学机械抛光，移除所述介电层上的所述金属层；从而避免金属光致阳极腐蚀，减少金属凹槽表面的下陷。2.根据权利要求1所述的金属材料化学机械抛光的方法，其特征在于，所述腔体内的光照强度通过所述腔体上的观察组件的透光率来调节，在步骤S3中，所述观察组件的透光率<20％。3.根据权利要求1-2所述的任意一种金属材料化学机械抛光的方法，其特征在于，所述观察组件含有电致变色玻璃，在步骤S3中，向所述电致变色玻璃施加一特定电压，使得所述电致变色玻璃的透光率<10％。4.根据权利要求1-2所述的任意一种金属材料化学机械抛光的方法，其特征在于，所述观察组件具有透明的观察窗和可移动的光线遮挡板，在步骤S3中，所述光线遮挡板移动至遮盖所...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟旻，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31