制造半导体元件的方法及其化学机械抛光系统技术方案

制造半导体元件的方法，包括在半导体衬底上形成第一层，提供由第一组份和第二组份组成的混合物，光学检测混合物中第一组份的浓度，并将混合物涂在第一层上。本方法使用的化学机械抛光（ＣＭＰ）系统（１００）包括导管（１１０），它具有第一输入端（１１１）、ＣＭＰ研磨剂输出端（１１３）和ＣＭＰ研磨剂感应端（１１４）。ＣＭＰ系统还包括位于ＣＭＰ研磨剂感应端附近的折射计（１５０）。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及制造半导体元件，更具体地说，涉及检测制造半导体元件时使用的混合物组份浓度。
技术介绍
化学机械抛光(CMP)研磨剂可以用来平整金属层。这种CMP研磨剂可以包括缓冲液，氧化剂和磨料。氧化剂化学钝化或氧化金属，而磨料物理抛光或去除氧化金属，氧化金属要软于非氧化金属。用来抛光金属钨的CMP研磨剂需要准确数量的氧化剂，这种氧化剂使用寿命非常短。因此，必须在CMP研磨剂中新添加一定数量的氧化剂，以保持必要的化学活性。判定何时需要增加氧化剂数量的现有技术包括手工技术，如滴定法。典型地，在CMP研磨剂中添加适当数量的氧化剂之前，这些手工技术需要至少一刻钟来完成判定。CMP研磨剂取样和添加氧化剂之间的长时间延迟，产生不良的制造工艺控制。某些CMP研磨剂的短使用寿命也会在现有的CMP系统中产生其它问题。例如，许多CMP系统使用大的日槽，它装有供一整天或至少一个八小时工作班使用的大量CMP研磨剂。这些日槽占用大量的地面空间并且价格昂贵。并且，必须定期在储存于日槽的几种CMP研磨剂中添加大量的氧化剂。此外，许多新的CMP研磨剂可能具有居留时间或停留时间，在此时间之前可以使用或超过之后CMP研磨剂不能使用。因此，当新一批研磨剂导入日槽和/或旧研磨剂的时间超过它的使用寿命时，日槽中大量的CMP研磨剂可能具有居留时间问题，必须通过化学添加剂使其再生。因此，制造半导体元件的方法需要包括一种容易、准确和高成本效率地测量并控制混合物中组份浓度的工艺。对于CMP工艺而言，需要一种CMP系统，它可以容易、准确和高成本效率地测量并控制CMP研磨剂中氧化剂或其它时间敏感化学的浓度。
技术实现思路
制造半导体元件的方法，包括在半导体衬底上形成第一层，提供由第一组份和第二组份组成的混合物，光学检测混合物中第一组份的浓度，并将混合物涂在第一层上。本方法使用的化学机械抛光(CMP)系统包括导管，它具有第一输入端、CMP研磨剂输出端和CMP研磨剂感应端。CMP系统还包括位于CMP研磨剂感应端附近的折射计。附图说明通过参照附图阅读下文的详述，可以更好地理解本专利技术，其中图1是表示按照本专利技术具体实施方式的部分化学机械抛光系统横截面视图；图2是表示按照本专利技术具体实施方式的半导体元件制造方法的流程图；图3和图4是表示按照本专利技术具体实施方式的图2中方法的模糊逻辑图；图5是表示按照本专利技术具体实施方式的图2中方法的模糊逻辑图表；而图6是表示按照本专利技术具体实施方式的图2中方法的另一模糊逻辑图。为了简要清楚地进行说明，附图说明结构的一般形式，图中的元件没必要按照比例绘制。另外，不同图中的相同标号表示相同的元件，并省略了众所周知的特征和技术的描述和细节，以避免不必要地使本专利技术难理解。此外，说明书和权利要求书中的第一，第二，第三，第四，顶部，底部，在...之上(over)，在...之下(under)，上(above)，下(below)等术语中的任何一个，是用来区分相似的元件，而并不必一定是描述相对位置或顺序或时间顺序。但是，应该理解，这里描述的本专利技术具体实施方式能够以不同于这里描述或表示的方向或顺序操作。应该进一步理解所用的术语在适当的情况下是可以互换的。具体实施例方式图1表示化学机械抛光(CMP)系统100的局部横截面视图。具体说来，图1表示系统100的化学供应部分。CMP100包括导管110，它具有第一输入端111，第二输入端112，CMP研磨剂输出端113，CMP研磨剂感应端114，和虚线119表示的CMP研磨剂填充高度。在优选的具体实施方式中，CMP研磨剂输出端113位于CMP研磨剂填充面的下方，而输入端111和112位于CMP研磨剂输出端113的下方。同样在优选的具体实施方式中，CMP研磨剂感应端114位于输出端113和CMP研磨剂填充面的下方，而CMP研磨剂感应端114也位于输入端111和112的上方。下文解释这种优选的输入端111和112，CMP研磨剂输出端113，CMP研磨剂感应端114和CMP研磨剂填充面的相对位置的原因。导管110还包括限定容器120的内壁115。在优选的具体实施方式中，壁115是光滑的，但可能会从壁115伸出毛刺(图1没有显示)以增加容器120内的紊流。在优选的具体实施方式中，导管110和容器120最好密封，以使连接至输入端111，112的泵可以用来通过输入端111，112把研磨剂组份抽入导管110，也可以用来通过输出端113把研磨剂抽出导管110。为了密封导管110和容器120，CMP系统100可以包括柔性O型圈117，刚性盖116，和可移动的机械卡爪118，机械卡爪118用来把盖116连接或固定至导管110的顶部。O型圈用来提供空气密封。CMP系统100还可以包括位于导管110底部的动态混和装置130。装置130动态地混和容器120中的CMP研磨剂。举例来说，装置130可以包括旋转搅拌器或叶片131，它磁性连接至磁驱动器132。在装置130的这种实施方式中，叶片131位于容器120内部，磁驱动器132位于容器120外部。在CMP系统100的操作中，CMP研磨剂的第一组份可以通过输入端111传递至容器120的底部，CMP研磨剂的第二组份可以通过输入端112传递至容器120的底部。举例来说，第一组份可以是氧化剂，第二组份可以是磨料，它由悬浮液或液态载体中的氧化硅颗粒组成。CMP研磨剂也可以包括其它组份，如缓冲液。当CMP研磨剂的组份以理想的比率导入容器120时，装置130动态地把组份混和在一起形成CMP研磨剂。因此，装置130最好位于输入端111和112的附近，这样CMP研磨剂的组份导入容器120后可以立即混和在一起。当CMP研磨剂混和时，增加导入容器120中的CMP研磨剂组份数量，以增加容器120中的CMP研磨剂数量至虚线119表示的CMP研磨剂填充面。CMP系统100还包括连接至输入端111的泵171。泵171促使CMP研磨剂的第一组份通过输入端111进入容器120。另外，CMP系统100包括连接至输入端112的泵172。泵172促使CMP研磨剂的第二组份通过输入端112进入容器120。泵171和172也可以用来促使CMP研磨剂通过输出端113排出至导管110外，并将CMP研磨剂传递至半导体，绝缘体或要平整或去除的金属层。CMP系统100还包括光学传感器或折射计150，位于CMP研磨剂感应端114附近。折射计150的第一部分位于容器120的外部，而折射计150的第二部分位于容器120的内部。具体说来，折射计150的第二部分贯穿CMP研磨剂感应端114，从壁115进入容器120。在优选定具体实施方式中，折射计150的第二部分在容器120内伸出至壁115之外。但是，折射计150的第二部分不延伸至容器120的中心部分，以使界面152不位于CMP研磨剂的涡流中，而是位于容器120中CMP研磨剂的相对高切向速度区。在优选定具体实施方式中，CMP研磨剂感应端114和界面152位于虚线119表示的CMP研磨剂填充面的下方，以避免测量或感应容器120内CMP研磨剂上方的蒸气。举例来说，折射计150可以是REFRAC DS型处理折射计(ProcessRefractometer)，能够从Rosemount Analytical本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造半导体元件的方法，包括： 在半导体衬底上形成第一层； 提供由第一组份和第二组份组成的混合物； 光学检测混合物中第一组份的浓度；并 将混合物涂在第一层上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯F凡内尔，查德B布雷，
申请(专利权)人：自由度半导体公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]