研磨垫处理方法及化学机械研磨设备技术

本发明专利技术提供一种研磨垫处理方法以及一种化学机械研磨设备。所述研磨垫处理方法向需要处理的研磨垫表面提供氧化剂以及酸性清洗液，利用氧化剂来使铜以及铜的化合物生成易溶于水的铜离子而易于去除，利用酸性清洗液提供的负离子使包埋在沟槽内的研磨粒子被包裹并与研磨垫表面相斥从而易于被去除，然后再通过去离子水冲洗经过氧化剂以及酸性清洗液处理的研磨垫。该方法对研磨垫的清洁效果好，有助于延长研磨垫的寿命，避免研磨垫清洁不力导致后续研磨均一性差以及可能划伤晶圆的问题。所述化学机械研磨设备用于执行铜金属CMP工艺以及上述研磨垫处理方法，由于研磨垫的清洁效果好，有助于提高铜金属CMP工艺的质量以及产出。

【技术实现步骤摘要】
研磨垫处理方法及化学机械研磨设备
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种研磨垫处理方法以及一种化学机械研磨设备。
技术介绍
随着大规模集成电路的发展，半导体元件以高密度聚集制造在晶圆表面，并且工艺设计使一些工序中对晶圆进行精细地研磨。化学机械研磨(ChemicalMechanicalPolishing，以下简称CMP)即是一种常用的对晶圆同步进行机械研磨和化学研磨的研磨工艺。例如，在使用铜金属双镶嵌技术的多层互连工艺中，需要在具有半导体器件的晶圆上形成层间介质层并在层间介质层开孔，接着在孔内填满铜，然后利用CMP工艺对晶圆进行平坦化处理，去除孔外面多余的铜。现有CMP设备包括在研磨平台上设置的研磨垫(pad)，研磨垫表面具有很多小突起，在研磨过程中，向研磨垫上供给研磨液(slurry)，研磨液中包括研磨粒子、化学助剂等多种成分，晶圆被研磨头吸附后与研磨垫接触并受压在研磨垫上移动并旋转，而研磨垫以相反方向旋转，使晶圆表面的材料在摩擦作用和化学作用下被去除。此外，现有CMP设备通常还具有研磨垫修整器(padconditioner)，研磨垫修整器的修整盘(diamonddisk)可以在研磨垫上进行往复运动，修整盘上具有金刚石颗粒，通过使修整盘与研磨垫机械摩擦来对研磨垫进行机械修整(dressing)，使变光滑的研磨垫表面被切削来恢复研磨垫对晶圆的研磨能力，同时，通过修整，来实现对残留在研磨垫沟槽内的研磨副产物和研磨粒子的清理。但是，采用上述研磨垫修整器修整研磨垫的方法对研磨垫的损耗较大，缩短了研磨垫的寿命，并且，对于嵌入到研磨垫表面沟槽内部的研磨副产物和研磨粒子，仅用物理修整的方法并不容易清理干净，清理不干净会导致研磨速率分布不稳定，进而导致研磨晶圆的均一性较差，而且，研磨垫沟槽内聚集的研磨粒子还容易导致晶圆表面刮伤，增加报废风险。
技术实现思路
为了实现对研磨垫的高效清理，延长研磨垫的可使用时间，提升研磨质量，本专利技术提供了一种研磨垫处理方法。另外还提供了一种化学机械研磨设备。一方面，本专利技术提供一种研磨垫处理方法，用于对铜金属CMP工艺中使用的研磨垫进行清洁，该方法包括：第一步骤，向所述研磨垫表面提供氧化剂以及酸性清洗液，使所述氧化剂以及酸性清洗液在所述研磨垫上停留一段时间；第二步骤，利用去离子水冲洗所述研磨垫。可选的，所述研磨垫上方设置有修整器，在所述第一步骤之前，使所述修整器在研磨垫上进行往复运动，以对所述研磨垫进行打磨切削。可选的，在对所述研磨垫进行清洁的过程中，使所述研磨垫作旋转运动或者垂直往复运动。可选的，所述旋转运动的转速为80～150转/min。可选的，所述氧化剂选自双氧水、过氧乙酸、重铬酸钠、铬酸、硝酸、高锰酸钾、过硫酸铵中的一种或者两种以上的混合液。可选的，所述氧化剂的溶液浓度为20％～40％。可选的，所述酸性清洗液选自盐酸、稀硝酸、稀硫酸、乙酸、氢氟酸、氨基磺酸、柠檬酸和草酸中的一种或者两种以上的混合液。可选的，所述酸性清洗液的PH值的范围为5.8～7.8。可选的，所述第一步骤中，仅向所述研磨垫表面提供稀硝酸，利用所述稀硝酸作为所述氧化剂和酸性清洗液。一方面，本专利技术提供一种化学机械研磨设备，用于执行铜金属CMP工艺以及上述研磨垫处理方法，所述化学机械设备具有研磨平台和溶液供给单元，所述研磨平台上贴附有研磨垫，所述溶液供给单元包括出液口均朝向所述研磨垫的第一供液管路、第二供液管路以及第三供液管路，所述第一供液管路用于提供研磨液，所述第二供液管路用于提供氧化剂，所述第三供液管路用于提供酸性清洗液。本专利技术提供的研磨垫处理方法，在所述研磨垫表面提供氧化剂以及酸性清洗液，其中，利用所述氧化剂来使研磨垫上残留的铜以及铜的化合物生成易溶于水的铜离子，更易于去除，另外，利用酸性清洗液深入研磨垫表面的沟槽内，利用酸性清洗液提供的负离子使包埋在沟槽内的研磨粒子被包裹并与研磨垫表面相斥从而易于被去除，然后再通过去离子水冲洗经过氧化剂以及酸性清洗液处理的研磨垫。该方法对研磨垫的清洁效果好，有助于延长研磨垫的寿命，避免研磨垫清洁不力导致后续研磨均一性差以及可能划伤晶圆的问题，因而也有利于提升研磨质量。本专利技术提供的化学机械研磨设备，用于执行铜金属CMP工艺以及上述研磨垫处理方法，由于研磨垫的清洁效果好，因而有助于提高铜金属CMP工艺的质量以及产出。附图说明图1至图3是一种针对铜金属的CMP工艺的步骤示意图。图4是新研磨垫的侧面示意图。图5是待进行研磨后处理的研磨垫的示意图。图6是利用现有工艺对研磨垫进行研磨后处理之后的示意图。图7是利用本专利技术实施例的方法去除研磨垫沟槽中的研磨粒子的示意图。图8是关于二氧化硅研磨粒子与研磨垫之间的zeta电位与清洗液PH值的实验结果。图9是利用本专利技术实施例的方法对研磨垫进行处理的流程示意图。图10是利用本专利技术实施例的方法处理过的研磨垫进行研磨时研磨速率的分布示意图。图11是本专利技术实施例的一种化学机械研磨设备的平面结构图。图12是本专利技术实施例的一种化学机械研磨设备中溶液供给单元的示意图。附图标记说明：110-层间介质层；120-铜；130-铜下方材料；10-研磨垫；20-溶液供给单元。具体实施方式以下结合附图和具体的实施例对本专利技术的研磨垫处理方法及化学机械研磨设备作进一步详细说明。根据下面的说明，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术的实施例，本专利技术的实施例不应该被认为仅限于图中所示区域的特定形状。为了清楚起见，在用于辅助说明本专利技术实施例的全部附图中，对相同部件原则上标记相同的标号，而省略对其重复的说明。下文中的术语“第一”、“第二”、“一类”、“二类”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。随着半导体器件特征尺寸的减小，集成电路的后道工艺中，由铜取代铝作为设置于介质层中的金属插塞的材料。铜制程需要用到研磨工艺，通常采用CMP工艺。图1至图3是一种针对铜金属的CMP工艺的步骤示意图。参见图1至图3，作为示例，一种使用铜金属双镶嵌技术的多层互连工艺中，在晶圆上形成层间介质层110并在层间介质层110中开孔后，利用电镀工艺在孔中填满铜120，多余的铜覆盖在层间介质层110上表面(图1)，对铜的CMP工艺可以分两次进行，第一次研磨(图2)主要用于去除层间介质层110上的大块铜(BulkCu)，即粗磨，第二次研磨(参见图3)相对第一次研磨精度更高，主要用于去除更靠近层间介质层110表面的铜以及铜下方材料130，所述铜下方材料130例如包括氧化物以及氮化钛等材料。现有CMP设备包括在研磨平台上设置的研磨垫(pad)。图4是新研磨垫的侧面示意图。参见图4，研磨垫10上用于在CMP工艺中朝向晶圆的一侧形成有很本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种研磨垫处理方法，用于对铜金属CMP工艺中使用的研磨垫进行清洁，其特征在于，所述研磨垫处理方法包括：/n第一步骤，向所述研磨垫表面提供氧化剂以及酸性清洗液，使所述氧化剂以及酸性清洗液在所述研磨垫上停留一段时间；/n第二步骤，利用去离子水冲洗所述研磨垫。/n

【技术特征摘要】
1.一种研磨垫处理方法，用于对铜金属CMP工艺中使用的研磨垫进行清洁，其特征在于，所述研磨垫处理方法包括：
第一步骤，向所述研磨垫表面提供氧化剂以及酸性清洗液，使所述氧化剂以及酸性清洗液在所述研磨垫上停留一段时间；
第二步骤，利用去离子水冲洗所述研磨垫。


2.如权利要求1所述的研磨垫处理方法，其特征在于，所述研磨垫上方设置有修整器，在所述第一步骤之前，使所述修整器在研磨垫上进行往复运动，以对所述研磨垫进行打磨切削。


3.如权利要求1所述的研磨垫处理方法，其特征在于，在对所述研磨垫进行清洁的过程中，使所述研磨垫作旋转运动或者垂直往复运动。


4.如权利要求3所述的研磨垫处理方法，其特征在于，所述旋转运动的转速为80～150转/min。


5.如权利要求1所述的研磨垫处理方法，其特征在于，所述氧化剂选自双氧水、过氧乙酸、重铬酸钠、铬酸、硝酸、高锰酸钾、过硫酸铵中的一种或者两种以上的混合液。


6.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李武祥，程建秀，许玉媛，
申请(专利权)人：合肥晶合集成电路股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34