[发明专利]化学机械研磨装置和化学机械研磨方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制作领域，特别涉及一种化学机械研磨装置和化学机械研磨方法。

背景技术

本发明随着超大规模集成电路ULSI（Ultra Large Scale Integration）的飞速发展，集成电路工艺制作工艺变得越来越复杂和精细。为了提高集成度，降低制造成本，芯片单位面积内的元件数量不断增加，平面布线已难以满足元件高密度分布的要求，只能采用采用多层布线技术利用芯片的垂直空间，进一步提高器件的集成度。但是多层布线技术的应用会造成硅片表面的起伏不平，对图形制作极其不利。为此，要在大直径硅片上实现多层布线结构，首先就要实现每一层都具有很高的全局平整度，即要求对多层布线互连结构中的导体、层间介质层、金属、硅氧化物、氮化物等进行平坦化(Planarization)处理。

目前，化学机械研磨（CMP，Chemical Mechanical Polishing）是达成全局平坦化的最佳方法，尤其在半导体工艺进入亚微米领域后，化学机械研磨已成为一种不可或缺的制作工艺技术。化学机械研磨（CMP）是通过晶片与研磨头之间的相对运动来平坦化晶片待研磨表面的。

图1为现有技术化学机械研磨装置结构示意图。

如图1所示的化学机械研磨装置，包括：研磨盘（Platen）100，铺垫在所述研磨盘100上的研磨垫（Polish Pad）102；用于夹持待研磨晶圆的研磨头104；用于带动所述研磨头转动的卡盘105；用于供应研磨液（Slurry）的研磨液供应管106。研磨时，将待研磨的晶圆103附着在所述研磨头104上，所述待研磨的晶圆103的待研磨面朝下，并在所述研磨头104提供的下压力下紧贴在所述研磨垫102上，当所述研磨盘100在电机带动下旋转时，所述研磨头104也在所述卡盘105的带动下同向转动，同时研磨液107通过所述研磨液供应管106输送到所述研磨垫102上，在所述研磨头104、研磨垫102、研磨盘100共同作用下，研磨液均匀的分布到所述研磨垫102上，在研磨过程中，研磨液在离心力的作用下，直接从所述研磨垫102边缘流出。

但是现有的化学机械研磨装置在对晶圆进行研磨时容易对晶圆产生刮伤，化学机械研磨设备的性能需要进一步提升。

发明内容

本发明解决的问题是提高化学机械研磨装置的性能，防止研磨的过程中产生晶圆的刮伤。

为解决上述问题，本发明提供一种化学机械研磨装置，包括：研磨盘，所述研磨盘上安装有研磨垫；碱性溶液供应端，位于研磨盘上方，用于向研磨垫表面供应碱性溶液；研磨液供应端，位于研磨盘上方，用于向研磨垫表面供应研磨液；负电压源，用于向研磨垫施加负电压。

可选的，所述碱性溶液的PH值为10～12。

可选的，所述碱性溶液为稀释的氨水、氢氧化铵溶液或氢氧化钾溶液。

可选的，所述稀释的氨水、氢氧化铵溶液或氢氧化钾溶液的体积百分比浓度为20%～40%。

可选的，所述研磨液中的研磨粒子为二氧化硅粒子，研磨液的PH值为9～11。

可选的，所述碱性溶液的PH值等于研磨液的PH值。

可选的，所述研磨垫包括研磨层和位于研磨层底部的金属层。

可选的，所述负电压源与金属层电连接。

可选的，所述研磨垫上施加的负电压的大小为-25mV～-5mV。

可选的，所述研磨盘上具有绝缘层，研磨垫安装在研磨盘上时，研磨垫的金属层与研磨盘通过绝缘层隔离。

可选的，还包括：喷淋头，碱性溶液供应端供应的碱性溶液通过喷淋头喷洒在研磨垫的表面，所述喷淋头的长度等于或大于研磨垫的半径。

本发明还提供了一种化学机械研磨方法，包括：提供待研磨晶圆，研磨头夹持待研磨晶圆压合在研磨盘表面的研磨垫上；向研磨垫表面供入研磨液，研磨头和研磨盘旋转，对待研磨晶圆进行研磨；研磨头将研磨完成后的晶圆从研磨垫上移开；晶圆移开后，向研磨垫表面供入碱性溶液，清洗研磨垫。

可选的，所述碱性溶液的PH值为10～12。

可选的，所述碱性溶液为稀释的氨水、氢氧化铵溶液或氢氧化钾。

可选的，所述研磨液中的研磨粒子为二氧化硅粒子，研磨液的PH值为9～11。

可选的，还包括：在研磨垫表面供入碱性溶液时，在研磨垫上施加负电压。

可选的，所述供应的碱性溶液的压力10～20psi，供应时间为5～20秒，研磨盘的转速为60～110转/分钟。