[发明专利]脉冲电化学抛光方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及抛光沉积在晶圆上的金属层的方法及装置，尤其涉及一种脉冲电化学抛光方法及装置以制造半导体器件。

背景技术

众所周知，沉积工艺是制造半导体器件必不可少的工艺，采用沉积工艺在晶圆的槽和通孔以及晶圆的非凹陷区域沉积金属层。为了隔离晶圆上的互连结构，沉积在晶圆非凹陷区域上的金属层需要去除。通常，金属层沉积在晶圆的介电层上，相应地，沉积在介电层的非凹陷区域上的金属层需要去除。

为了去除沉积在介电层的非凹陷区域上的金属层，采用了化学机械研磨(CMP)方法，该方法包括如下步骤：提供转台、设置于转台上的研磨垫、夹持晶圆的研磨头以及向晶圆和研磨垫之间供应研磨液的研磨液供应管道；向研磨头施加下压力，使晶圆按压在研磨垫上，同时使晶圆相对研磨垫旋转，晶圆上的待研磨金属层被去除。

然而，随着半导体器件特征尺寸不断缩小，铜/低K或超低K电介质材料应用于半导体器件制造。由于铜/低K或超低K电介质材料的机械应力较弱，化学机械研磨过程中向研磨头施加的下压力会对铜/低K或超低K电介质材料产生损伤。

为了解决上述问题，电化学抛光方法被用于去除介电层的非凹陷区域上的金属层。首先，提供夹持晶圆的晶圆夹盘及喷嘴，喷嘴设置在抛光腔室内，喷嘴向晶圆上的金属层喷射电解液。在电化学抛光过程中，晶圆夹盘能够夹持晶圆在水平方向线性移动和旋转。电源与晶圆夹盘及喷嘴电连接，电源的阳极与晶圆夹盘电连接，电源的阴极与喷嘴电连接。电化学抛光方法利用电解液与金属层之间的化学反应达到去除金属层的目的。在抛光过程中，由于仅有电解液与金属层接触，因此金属层能够无机械应力的去除，有效解决了铜/低K或超低K电介质集成问题。

通常，晶圆夹盘的运动速度及电源提供的电流或电压决定了金属层的去除厚度。电流或电压的设定值随着介电层的非凹陷区域上的金属层的厚度值的不同而改变。如果晶圆表面沉积的金属层不均匀，例如，图形晶圆镀层后，晶圆表面具有若干凸起或凹陷，晶圆表面上相邻区域的金属层的厚度差异较大，由于电化学抛光过程中，晶圆夹盘高速旋转，为了保证介电层的非凹陷区域上的金属层被去除，电流或电压的设定值需要在极短的时间内快速改变，且电流或电压的设定值为离散值，而在实际操作中，很难在极短的时间内快速改变离散的电流或电压的设定值，因此，该方法仅适合抛光无图形晶圆，而抛光图形晶圆时，抛光精度难以控制。

发明内容

根据本发明的一方面，提出的脉冲电化学抛光方法，该方法包括如下步骤：建立占空比表，占空比表揭示了晶圆上所有点、与各点相对应的金属层去除厚度值及与金属层去除厚度值相对应的占空比；驱动夹持有晶圆的晶圆夹盘以预设的速度移动，晶圆上一特定点位于向晶圆喷射带电荷的电解液的喷嘴的正上方；查占空比表，获得与该特定点相对应的金属层去除厚度值及占空比；及提供预设的脉冲电源至晶圆及喷嘴，抛光该特定点的实际抛光电源等于与该特定点相对应的占空比乘以预设的脉冲电源。

根据本发明的另一方面，提出的脉冲电化学抛光装置，该装置包括：晶圆夹盘、喷嘴、电源及主机。晶圆夹盘夹持晶圆。喷嘴向晶圆喷射带电荷的电解液。电源向晶圆及喷嘴提供脉冲电源。主机储存占空比表，占空比表揭示了晶圆上所有点、与各点相对应的金属层去除厚度值及与金属层去除厚度值相对应的占空比，主机根据占空比表控制晶圆上所有点的实际抛光电源。

综上所述，主机根据占空比表控制晶圆上所有点的实际抛光电源，实际抛光电源即使为离散值，仍可以快速改变以抛光晶圆上各特定点相对应的金属层，因此，晶圆上每个点对应的金属层去除厚度能够得到精确的控制，从而提高了电化学抛光精度及抛光均匀性，该抛光方法不仅适用于抛光无图形晶圆，同样也适用于抛光图形晶圆。

附图说明

图1为本发明脉冲电化学抛光装置的一实施例的结构示意图。

图2为本发明脉冲电化学抛光装置的一实施例的又一结构示意图。

图3为金属层去除厚度表，该去除厚度表揭示了晶圆上的点及与点相对应处金属层去除厚度的一一对应关系。

图4揭示了占空比与金属层去除厚度之间一一对应关系。

图5揭示了占空比与金属层去除厚度之间的线性关系示意图。

图6揭示了晶圆上的点、金属层去除厚度及占空比之间的一一对应关系示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合图式予以详细说明。