在半导体晶片化学机械抛光时输送抛光液的系统技术方案

提供了一个半导体晶片化学机构抛光的系统，它使转动平台上的抛光板与置于转动和振动着的扣环孔中的半导体晶片作周期性相对运动，环圈表面和晶片与抛光板保持摩擦接触。通过环圈表面中的多个沿圆周间隔开的管道，将ＣＭＰ液输送到邻近抛光板的晶片周边。载片架含有热交换器以使抛光液加热或冷却。在晶片、扣环、载片架和轴杆一起转动和振动时，分别将抛光液送至扣环的管道中，将温度调节液送至热交换器，将加压流体送至扣环孔中的晶片背侧。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于在对半导体晶片(如硅片)化学机械抛光(CMP)时输送抛光液的系统，包括方法和设备。特别是关于这样的一个系统，它在抛光表面做周期性相对运动时向抛光表面附近的晶片表面周围输送抛光液，尤其是同时晶片附近抛光液的温度也可调节。这里所用的“半导体晶片”一词的意思是用于集成电路或其他有关电路结构的微电子器件、衬底、芯片或类似物，如硅片，进行化学机械抛光以在晶片整个表面上实现平面化。在晶片衬底或芯片上，如硅片上，制作半导体微电子器件和类似物以形成集成电路(IC)等时，要按选定的顺序淀积各种金属层和绝缘层。为在衬底可用的区域内最大限度地集成元器件以在同一区域内置入更多的元件，就要进一步实现IC的小型化。减小间距尺寸使元件更密集是今天超大规模集成电路(VLSI)的需要，例如亚微米(小于1微米，即1,000纳米或10,000埃)尺寸。一种用于半导体晶片集成电路制造的湿法化学工艺是关于晶片表面的化学机械抛光(CMP)的，这是在晶片对抛光板作周期性相对运动时，用含有精细筛选磨料颗粒的腐蚀性浆液作抛光液，例如含胶质二氧化硅的氢氧化钾(KOH)水溶液。例如，借助于化学腐蚀和机械研磨除去一薄层材料，如1微米或更少，使得晶片的表面变平整。要用CMP重复地得到均匀的材料清除速率必须严格控制抛光液的流速、温度和pH值。常规的CMP工艺是由转台上方静止的管道将抛光液滴到转台(平台)的抛光板上，平台绕其固定轴转动，晶片与携带它的扣环一起在相对于平台做转动和振动时，与平台保持摩擦接触。晶片被置于扣环的中孔内，因而扣环也与抛光板形成摩擦接触。在晶片转动和振动时随着晶片位置的改变，抛光液输送管与晶片总有一个很小的间隙。因此，晶片的不同部分遇到的输送来的抛光液滴有着不同的受热经历。这依赖于晶片的转动与振动相对位置的距离的不断变化，特别是振动的前沿和后沿以及由静止的输送管送到转动平台上的抛光液滴离心向外甩出的位置。所以，晶片局部抛光位置的工作温度是不均匀的，导致了CMP操作的不均匀。再者，抛光板上的一些抛光液被环绕着晶片的扣环推出平台，因为扣环也与抛光板保持摩擦接触且在某些情况下扣环是在正的机械压力作用下。抛光液的不断损耗增加了运转成本。由于晶片是被圈住的，扣环也阻止抛光液流到待抛光的晶片表面的中间部分。这就引起了中间与边缘的不均匀，进而降低了CMP操作的均匀性在需要加热抛光液的工艺中，如多晶硅的CMP，须使用单独的加热模块向输送管提供热抛光液，这就要占用昂贵的晶片面积(模块足印)。以前工艺的上述缺点，使待抛光的晶片表面的不同部分因接触到的抛光液的量和温度不同而引起晶片材料局部清除速率的不一致。这就减小了片内的均匀程度。抛光液的耗费也增加了消耗速率和成本。因此，希望有一个系统，包括方法和设备，能够在抛光液的温度、抛光液输送的流速和向晶片所有部分就地供给抛光液的均匀、可重复的条件下完成半导体晶片的CMP操作，而不管晶片对抛光板相对运动的位置如何，并任选地可在邻近晶片处选择调节抛光液温度的均匀、可重复的条件下完成半导体晶片的CMP操作。本专利技术提供的系统，包括方法和设备，可避免前述的缺点，它能够在抛光液的温度、抛光液输送的流速和不管晶片对抛光板相对运动的位置如何而向晶片所有部分就地供给抛光液的条件下均匀、可重复地完成半导体晶片，如硅片，的CMP操作，并任选地可在邻近晶片处选择调节抛光液温度均匀、可重复地完成半导体晶片的CMP操作。本专利技术的系统使待抛光晶片的不同部分的局部材料清除速率的变化减至最小，因为CMP操作限制了与待抛光晶片表面接触的抛光液的量和温度的变化。这就改善了，即增加了，所得到的片内均匀性。抛光液的浪费得以避免，使得其消耗和成本都减至最小。而且，不需要独立的抛光液加热单元，因而节省了占地面积。本专利技术的第一方面是提供了一种对有表面周边的半导体晶片表面进行化学机械抛光CMP的方法。这个方法包括使一个实质上平整的抛光表面，在与半导体晶片表面保持摩擦接触时作周期性相对运动，在邻近抛光表面的晶片表面周边输送化学机械抛光液。抛光液的输送是通过多个沿圆周间隔开的点来实现的，这些点在周期性相对运动时与晶片表面周边保持固定关系。抛光液可以是包含经过精细筛选的磨料颗粒的腐蚀性水溶液，如含胶质二氧化硅的氢氧化钾(KOH)水溶液。在典型情况下，输送的抛光液温度为15-50℃，晶片表面在2-8磅/英寸2(psi)的机械压力下与抛光表面保持摩擦接触，并在周期性相对运动时与抛光表面保持固定关系。更明确地讲，是在2-8psi的机械压力下使晶片表面与抛光表面保持摩擦接触，并在周期性相对运动期间保持固定关系的条件下，调节对抛光液的加热使邻近晶片表面处的抛光液升高到选定的温度，如25-50℃。特别是，抛光表面由转动平台构成，先选定平台绕自身轴线的转速，如25-100转/分(rpm)。与之相协调，选定晶片的转速，如25-100转/分，晶片是在比平台转速高或低5转/分的范围内绕自身轴线转动，其轴线与平台轴线分开且基本上是平行的。晶片也相对于平台轴线以选定的频率和幅度做振动，如频率为3-8周/分(cpm)，幅度为10-30mm。还有一个优点是，晶片被环绕地置于扣环中。扣环的环圈表面环绕着晶片表面周边，并实质上与晶片表面保持平齐的共面关系一起转动和振动。抛光液由环上沿圆周间隔开的多个固定点输送到晶片表面周边。作为一个具体实施方案，这个方法包括以下内容使具有平整的抛光表面的平台与半导体晶片通过使平台相对于平台轴线以选定的第一转速旋转和使晶片以绕自身轴线的第二转速旋转而做周期性相对运动，晶片的轴线与平台轴线是分开的且基本上是平行的，同时以选定的频率和幅度相对于平台轴线振动晶片并使晶片表面与抛光表面保持摩擦接触。同时，在作周期性相对运动时，化学机械抛光液经由沿圆周间隔开的多个点输送到邻近抛光表面的晶片表面周边，这些点与晶片表面周边保持固定关系。晶片表面典型地沿径向相对于平台轴线作振动，即晶片轴线移向和离开平台轴线。有利的是，晶片置于扣环中被环圈表面环绕着，环圈表面基本上与晶片表面保持平齐的共面关系以便一起转动和振动。因此，抛光液可经由环圈上的多个沿圆周间隔开的固定点输送到晶片表面周边。这个方法最好还包括在作周期性相对运动时选择调节在晶片表面附近并与晶片表面保持固定关系的抛光液的温度，这种调节在扣环附近进行。这种调节可包括在作周期性相对运动时，在晶片表面附近加热与晶片表面保持固定关系的抛光液使之升高至选定的温度，如25-50℃。加热是在扣环附近实现的，特别是当晶片表面在2-8psi的机械压力下与抛光表面保持摩擦接触时。按照本专利技术的第二方面，提供了有表面周边的半导体晶片表面CMP的设备。这个设备包含一个扣环，它有一个中孔和环绕着中孔的环圈，环圈表面上有多个沿圆周间隔开的管道。环孔可放置待抛光的晶片，使环与晶片一起运动，这样晶片表面与环绕着它的环圈表面实质上保持平齐的共面关系。环圈表面的管道用以分别输送CMP液到相应的晶片表面周边附近的位置。扣环典型地由消耗性的塑料或可磨蚀的陶瓷材料制成。按照其优选的特点，设备包含了与所说的扣环和环圈表面管道相连的载片架。安装的载片架与平整的抛光表面作周期性相对运动，它具有上部、确定底部的下部和由上部通到下部的抛光液管道。扣环装在载本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对有表面周边的半导体晶片表面进行化学机械抛光的方法，包括：在晶片与基本上平整的抛光表面保持摩擦接触时，使晶片相对于抛光表面作周期性运动；在周期性相对运动时，将化学机械抛光液通过沿圆周间隔开的与晶片周围保持固定关系的多个点输送到邻近抛光表面的晶片表面周边。

【技术特征摘要】
US 1999-5-19 09/3150901.一种对有表面周边的半导体晶片表面进行化学机械抛光的方法，包括在晶片与基本上平整的抛光表面保持摩擦接触时，使晶片相对于抛光表面作周期性运动；在周期性相对运动时，将化学机械抛光液通过沿圆周间隔开的与晶片周围保持固定关系的多个点输送到邻近抛光表面的晶片表面周边。2.权利要求1的方法，其中抛光液是含精细筛选的磨料颗粒的腐蚀性水溶液。3.权利要求1的方法，其中输送的抛光液的温度为15-50℃。4.权利要求1的方法，其中晶片表面在2-8psi的机械压力下与抛光表面保持摩擦接触。5.权利要求1的方法，还包括在周期性相对运动时选择调节邻近晶片表面并与之保持固定关系的抛光液温度。6.权利要求1的方法，还包括在周期性相对运动时加热抛光液，使在邻近晶片表面并与之保持固定关系的抛光液升高到选择的温度。7.权利要求1的方法，还包括在周期性相对运动时且当晶片表面在2-8psi的机械压力下与抛光表面保持摩擦接触时，加热抛光液，将邻近晶片表面处并与之保持固定关系的抛光液温度加热到25-50℃。8.权利要求1的方法，其中抛光表面为转动平台的形式，它绕平台轴线以选择的第一转速转动。晶片以选择的第二转速绕自身轴线转动。晶片的轴线与平台轴线分开且实质上平行，并且晶片以选择的频率和幅度相对于平台轴线作振动。9.权利要求8的方法，其中平台转速为25-100转/分，晶片转速为25-100转/分且在比平台转速高或低5转/分之内。振动的频率为3-8周/分，幅度为10-30mm。10.权利要求8的方法，其中晶片置于扣环中，晶片表面被扣环的环圈表面环绕并与之基本上保持平齐共面关系以便一起转动和振动，抛光液通过扣环上多个沿圆周间隔开的固定点输送到晶片表面周边。11.一种对有表面周边的半导体晶片表面进行化学机械抛光的方法，包括在晶片表面与抛光表面保持摩擦接触时使晶片相对于带有实质上平整的抛光表面的平台作周期性运动，平台绕其轴线以选择的第一转速转动，晶片以选择的第二转速绕自身轴线转动，并相对于平台轴线以选择的频率和幅度作振动，晶片的轴线与平台轴线间隔开并与之基本平行；在周期性相对运动时，抛光液通过沿圆周间隔开的与晶片表面周围保持固定关系的多个点，输送到邻近抛光表面的晶片表面周边。12.权利要求11的方法，其中晶片表面沿径向相对于平台轴线作振动，即晶片移向和离开平台轴线。13.权利要求11的方法，其中抛光液是含精细筛选的磨料颗粒的腐蚀性水溶液。14.权利要求11的方法，其中输送的抛光液的温度为15-50℃。15.权利要求11的方法，其中晶片表面在2-8psi的机械压力下与抛光表面保持摩擦接触。16.权利要求11的方法，其中晶片置于扣环中，晶片表面被扣环的环圈表面环绕着并与之基本上保持平齐共面关系以便一起转动和振动，抛光液通过扣环上的多个沿圆周间隔开的固定点输送到晶片表面周边。17.权利要求16的方法，还包括在周期性相对运动时，选择调节输送到邻近晶片表面并与之保持固定关系的抛光液温度，这一调节是在邻近扣环处实现的。18.权利要求16的方法，还包括在周期性相对运动时加热抛光液，使在邻近晶片表面并与之保持固定关系的抛光液升高到选择的温度，加热是在邻近扣环处实现的。19.权利要求16的方法，还包括在周期性相对运动时，将邻近晶片表面并与之保持固定关系的抛光液加热到25-50℃，加热是在邻近扣环处实现的，同时晶片表面在2-8psi的机械压力下与抛光表面保持摩擦接触。20.一种对有表面周边的半导体晶片表面进行化学机械抛光的设备，包括一个有中孔的扣环，孔周围为环圈，待抛光的半导体晶片置于孔中以便与环一起运动，这样晶片表面基本上与环圈表面保持平齐共面关系，并被环圈表面包围着；环圈表面中有多个沿圆周间隔开的管道，用以分别输送化学机械抛光液到邻近晶片表面周边的相应部分。21.权利要求20的设备，其中扣环是由消耗性的塑料或可磨蚀的陶瓷材料制成的。22.一种对有表面周边的半导体晶片表面进行化学机械抛光的设备，包括一个载片架，其适于相对于实质上平整的抛光表面作周期性运动，它具有上部、确定底部的下部和由上部到下部的抛光液管道；装在载片架底部以便一起运动的扣环，扣环有中孔，为环圈表面环绕着，待抛光的半导体晶片置于孔中以便与环一起运动，这样晶片表面基本上与环圈表面保持平齐共面关系，并被环圈表面包围着；和环圈表面中多个沿圆周间隔开的管道，用以分别输送化学机械抛光液到邻近晶片表面周边的相应部分，这些管道共同被安排得与载片架中的抛光液管道流体连通。23.权利要求22的设备，其中扣环是由消耗性的塑料或可磨蚀的陶瓷材料制成的。24.权利要求22的设备，还包括载片架中的温度调节装置，用以选择调节抛光液管道中抛光液流的温度。25.权利要求22的设备，还包括载片架中的热交换器，用以选择调节抛光液管道中抛光液流的温度；温度调节液的流入管道由载片架的上部通到热交换器；温度调节液的流出管道由热交换器通到载片架的上部，以便通过温度调节液的流动与抛光液管道中流动的抛光液间接换热来进行这样的温度调节。26.一种对有表面周边的半导体晶片表面进行化学机械抛光的设备，包括一根轴杆，适于相对于实质上平整的抛光表面作周期性运动，它具有上端、下端和由上端到下端的抛光液通道；载片架，装在轴杆下端以便一起运动，其上部与轴杆的下端相接，其下部确定了底部，抛光液管道由其上部通到下部并与轴杆的抛光液通道连通；扣环，装在载片架的底部以便一起运动，它有中孔和环绕着孔的环圈表面，待抛光的半导体晶片置于孔中以与环一起运动，这样晶片表面基本上与环圈表面保持平齐共面关系，并被环圈表面包围着；和环圈表面中多个沿圆周间隔开的管道，用以分别输送化学机械抛光液到邻近晶片表面周边的相应部分，这些管道被安排得与载片架中的抛光液管道连通。27.权利要求26的设备，其中扣环是由消耗性的塑料或可磨蚀的陶瓷材料制成的。28.权利要求26的设备，还包括载片架中的温度调节装置，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：S潘迪，FF亚明，
申请(专利权)人：因芬尼昂技术北美公司，国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]