观察化学机械研磨工艺中对金属腐蚀情况的方法

摘要

本发明提供一种观察化学机械研磨工艺中对金属腐蚀情况的方法，应用于离子阱浓度不同的半导体器件结构中，所述方法包括：在一晶圆的切割道上设置若干个具有同一离子种类和离子浓度的离子阱；在每个所述离子阱的上方通过两个接触孔连接两个化学机械研磨后形成的金属线；将每个所述离子阱按照所述金属线之间的距离递减的顺序进行排列；通过显微镜对所述金属线表面进行观察。本发明方法可以采用电子显微镜直接观察在不同化学机械研磨工艺条件下形成的互连结构，可以直接发现不同离子浓度的离子阱上不同距离金属线的腐蚀情况，并通过观察晶圆的不同位置可以得到一个完整晶圆的腐蚀分布情况，进而便于对工艺进行快速和有效的优化。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种观察化学机械研磨工 艺中对金属腐蚀情况的方法。

背景技术

先进的集成电路制造工艺一般都包括几百步的工序将上亿个器 件集中到一个硅片上，这些工序大致可分为六大工艺，分别是光刻、 刻蚀、清洗、化学机械研磨、离子注入和薄膜生长。

由于器件电学性能的要求不断的提升，后段电路的形成在130nm 之后的工艺普遍都采用金属铜互连工艺，而金属铜线图形是在经过了 化学机械研磨工艺后形成的。

化学机械研磨的原理是将需要研磨的晶圆在一定的下压力，并且 配合由超细颗粒、化学氧化剂和液体溶液组成的混合物的作用下，使 被研磨的表面相对于一个研磨垫作旋转运动，在旋转运动过程中，借 助磨粒的机械磨削和化学氧化剂的腐蚀作用来对晶圆表面材料进行 去除，获得光洁的表面。然而，在对金属铜表面进行研磨的过程中， 如果研磨液的情况（如酸碱性、浓度和温度等）发生变化，都会引起 各种金属腐蚀的缺陷，从而影响器件的电学性能。

在一个芯片上往往存在多种不同离子阱浓度的器件结构，而离子 阱浓度的差异将直接导致与其连接的金属铜的腐蚀程度。在实际的生 产过程中，由于金属互连结构往往连接有多种不同的器件，因此难以 直接通过化学机械研磨条件来研究对金属腐蚀的影响。

中国专利（CN100592960C）公开了一种在铜化学机械研磨工艺 中减少晶片被腐蚀的方法，包括：在晶片被研磨后并在晶片放回到研 磨头清洗吸放装置前，等待从研磨设备转移到清洗装置器件，打开研 磨设备上的研磨头清洗吸放装置中的喷水嘴，用以清洗掉粘附在晶片 上的研磨液。

上述专利虽然在一定程度上减少了化学机械研磨工艺对于晶片 的腐蚀影响，但是其并不是通过化学机械研磨的条件来减少金属腐蚀 的，所以该专利的方法对于减少金属腐蚀情况的产生具有一定的局限 性。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种观察化学机械研磨工艺中对金属 腐蚀情况的方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案为：

一种观察化学机械研磨工艺中对金属腐蚀情况的方法，应用于离 子阱浓度不同的半导体器件结构中，其中，所述方法包括：

在一晶圆的切割道上设置若干个具有同一离子种类和离子浓度 的离子阱；

在每个所述离子阱的上方通过两个接触孔连接两个化学机械研 磨后形成的金属线；

将每个所述离子阱按照所述金属线之间的距离递减的顺序进行 排列；

通过显微镜对所述金属线表面进行观察。

所述的方法，其中，所述离子阱包括一P型阱区以及形成于该P 型阱区内的一P型阱和一N型阱。

所述的方法，其中，所述接触孔之间通过绝缘材料进行隔离。

所述的方法，其中，形成两个所述金属线的具体方法为：

在所述接触孔和所述绝缘材料的上表面制备一层绝缘层；

在位于每个所述接触孔上方的绝缘层中均形成有一个开口；

制备一层金属层覆盖每个所述开口和所述绝缘层的上表面；

对所述金属层进行化学机械研磨，形成两个所述金属线。

所述的方法，其中，所述金属层的材质为铜。

所述的方法，其中，两个所述接触孔分别位于所述P型阱和所述 N型阱的上方。

所述的方法，其中，通过电镀的工艺方法制备所述金属层。

所述的方法，其中，采用电子显微镜对所述金属线表面进行观察。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明通过将不同离子浓度的离子阱结构放置在晶圆的切割道 上，并采用电子显微镜直接观察在不同化学机械研磨工艺条件下形成 的互连结构，可以直接发现不同离子浓度的离子阱上不同距离金属线 的腐蚀情况，并通过观察晶圆的不同位置可以得到一个完整晶圆的腐 蚀分布情况，进而便于对工艺进行快速和有效的优化。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附 附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1是本发明方法实施例中离子阱的剖面结构示意图；

图2是本发明方法实施例中在离子阱上形成接触孔后的剖面结 构示意图；

图3是本发明方法实施例中形成开口后的剖面结构示意图；

图4是本发明方法实施例中覆盖金属铜之后的剖面结构示意图；

图5是本发明方法实施例中进行化学机械研磨后的剖面结构示 意图；

图6是本发明方法实施例中具有N1浓度的离子阱结构的俯视结 构示意图；

图7是本发明方法实施例中具有N2浓度的离子阱结构的俯视结 构示意图；

图8是本发明方法实施例中具有N3浓度的离子阱结构的俯视结 构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种观察化学机械研磨工艺中对金属腐蚀情况的方 法，可应用于技术节点为90nm、65/55nm、45/40nm、32/28nm、大 于等于130nm和小于等于22nm的工艺中；以及应用于以下技术平台 中：Logic、Memory、RF、HV、Analog/Power、MEMS、CIS、Flash、 eFlash。

本发明的核心思想是提供若干个分析用的离子阱以及通过接触 孔连接连接的金属互连结构，控制离子阱中离子的种类和浓度，以及 控制金属互连结构中两个并列的金属线之间的距离，以芯片上金属最 小距离为基础按照一定比例递减进行排序，形成若干个不同的离子阱 结构。通过对这些离子阱结构中的金属互连结构进行电子显微镜的观 察，可以观测出过度金属腐蚀的区域，通过这些过度金属腐蚀的区域 就可以掌握对应的离子阱情况，从而掌握各种工艺条件对不同离子阱 浓度上金属铜的腐蚀情况。

下面结合具体实施例和附图对本发明方法进行详细说明。

首先，提供若干个离子种类相同而离子浓度不同的离子阱，离子 阱的种类应与产品器件中的离子阱种类相同，如图1所示，在本实施 例中的离子阱包括一个P阱和位于该P阱内部上方的一P阱和一N 阱。在位于P阱内部上方的P阱和N阱表面形成未填充的接触孔， 接触孔之间以绝缘材料2隔离，在该接触孔中填充导电的金属材料， 形成接触孔1，优选的采用铜进行填充，填充后的结构如图2所示。

然后，在图2所示的结构表面涂覆一层绝缘层，并在该绝缘层位 于接触孔上方的部分形成开口3，以暴露出填充后的接触孔的上表面， 如图3所示，通过电镀等工艺方法将金属铜4’电镀进开口内，使之与 接触孔内的金属材料接触，在该过程中，金属铜完全覆盖开口和绝缘 层的上表面，形成如图4所示的结构。

之后对图4中所示的结构进行化学机械研磨，以露出绝缘层部 分，形成两个金属线4，在该两个金属线之间存在一定的间隔，如图 5所示。

通过上述的方法得到多组离子阱结构，这些离子阱结构中的离子 阱浓度不相同，且位于离子阱上的金属线之间的距离也互不相同。如 图6～8所示，其中，图6所示的一组离子阱结构中，各离子阱的离子 浓度相同均以N1表示，而金属线之间的间距从上到下依次减小；如 图7所示，图7中的一组离子阱结构中，各离子阱的浓度也相同，均 以N2表示，但均大于图6中所示的离子阱结构的浓度，在图7中所 绘示的离子阱结构中的金属线之间的间距也从上到下依次减小；如图 8所示，图8中的一组离子阱结构中，各离子阱的浓度也相同，均以 N3表示，但均大于图6和图7中所示的离子阱结构的浓度，在图8 中所绘示的离子阱结构中的金属线之间的间距也从上到下依次减小。

然后，将所有具有不同离子浓度的离子阱结构放置在晶圆的切割 道上，采用电子显微镜对这些离子阱结构中的金属线的表面进行观 察，从而发现不同离子浓度的离子阱上不同距离金属线表面的腐蚀情 况，然后观察晶圆不同位置的金属线的腐蚀情况，可以得到一个完整 晶圆的腐蚀分布情况，从而在后续的产品研发过程中能够进行有效和 快速的工艺优化。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正 无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真 实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等 价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。