[发明专利]一种监控CMP研磨剂的腐蚀抑制剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺中的化学机械抛光(CMP)技术，尤其涉及一种监控CMP中研磨剂的方法

背景技术

目前随着目前集成电路(integrated circuit：IC)设计中越来越频繁的使用多层金属技术，并要求更小的器件和内连线尺寸，使得硅片表面起伏更加显著。自20世纪90年代中期以来，CMP成为实现多层金属技术的主要平坦化技术。在硅基半导体工艺中最常用的金属是铝，但由于铜与铝相比，具有更低的电阻率(Resistivity)以及更好的抗电迁移(electro migration resistance)特性，所以，近些年来铜已经开始取代铝作为金属连线，这样可以得到更快更稳定可靠的电流信号。但由于用等离子体(Plasma)很难刻蚀(Etch)铜，因此人们采用了双大马士革(Dual Damascene)结构来CMP，CMP技术也是现在已知的唯一能够去除多余的铜并实现全面平坦化的方法。铜线的CMP会带来很多挑战，如研磨过程中带来的腐蚀就是其中之一。因为铜的硬度要明显低于研磨液中研磨颗粒的硬度，在铜表面形成机械研磨之前，通过研磨液的化学作用在其表面形成较硬的氧化物，所以要求用于铜CMP的研磨液既能氧化铜又不能腐蚀铜。但铜的腐蚀是一种常见的缺陷，引起腐蚀的原因主要有两个：一个是金属/介质界面处没有清晰掉的研磨液等化学物质，与附近铜发生化学反应形成的；另外一个原因主要是产品中的P-N结在光子照射下产生电子流动，使得铜院子从P掺杂的连线转移到N掺杂的一端，在随后的清洗过程中实现了这个P/N结回路的导通，这种缺陷只能通过加入腐蚀抑制剂(corrosion inhibitors)来改善。但如何获得相应的腐蚀抑制剂的相关信息并进而选择合适的腐蚀抑制剂是CMP技术中的一个难点。

摩擦电化学技术是来研究摩擦电化学噪音的，而摩擦电化学噪音是指在电化学噪音系统中同时有腐蚀以及摩擦作用发生，这与金属的CMP环境是一致的。如图2所示，是摩擦电化学技术所用的摩擦电化学装置示意图。参见图2，该技术采用典型的三电极电化学装置来控制导电金属表面的电势变化，同时该金属表面承受一定的垂直力的作用。在这种情况下，摩擦试验就可以在特定的电介质溶液中进行。另外，电化学氧化反应(腐蚀作用)的动力学研究就可以通过简单的监控电流变化得以实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种监控CMP研磨剂的腐蚀抑制剂的方法，可获得相应的CMP研磨剂的腐蚀抑制剂相关信息并进而选择合适的腐蚀抑制剂。

为解决上述技术问题，本发明方法包括：步骤一、在CMP设备研磨垫下方接入至少一个工作电极，同时在研磨剂中接入参考电极和微电极，参考电极和微电极分别与工作电极连接并与一台处理器连接以测量电流和电势；步骤二、在研磨剂中加入腐蚀抑制剂，在硅片上方施加压力并使硅片和研磨垫产生摩擦作用；步骤三、跟踪处理器上实时的电流和电势的变化来评价腐蚀抑制剂的性能，即：当因研磨剂氧化而使金属表面形成表面聚合物时，电流减弱而电势增加；当金属表面形成的聚合物在摩擦作用下被去除时，电流明显增大而电势会减小，多余金属被去除。步骤四、记录步骤三的结果并进行对比，以选定合适的研磨剂中腐蚀抑制剂用于CMP工艺。上述步骤一中工作电极与硅片在硅片的每一个循环周期会接触一次；步骤二中在硅片上方施加压力为10牛顿左右。

本发明由于在CMP过程引入摩擦电化学技术来监控中金属表面的特性变化，从而获得相应的腐蚀抑制剂的精确信息并可据此选择合适的腐蚀抑制剂。

附图说明

图1是本发明的一个具体实施例，即摩擦电化学技术在CMP设备上应用示意图；

图2是传统的摩擦电化学技术装置示意图；

图3是在图1装置中使用0.1摩尔氯化钠溶液及5*10-4摩尔腐蚀抑制剂水杨醛肟(salicylaldoxime)的电流电势变化图；

图4是在图1装置中使用0.1摩尔氯化钠溶液(无腐蚀抑制剂)的电流电势变化图；

附图标记：1、工作电极，2、硅片，3、研磨垫，4、研磨剂。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

本发明原理：本发明方法即在CMP过程通过如前所述的摩擦电化学技术来监控金属表面的特性变化，从而监控腐蚀抑制剂的相关信息。

实施例：