观察化学机械研磨工艺中对金属腐蚀情况的方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种，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。本专利技术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。【专利说明】
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种。
技术介绍
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。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提供一种。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案为:一种，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.-^4 ，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型讲和一 N型讲。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:本专利技术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。【专利附图】【附图说明】参考所附附图，以更加充分的描述本专利技术的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本专利技术范围的限制。图1是本专利技术方法实施例中离子阱的剖面结构示意图；图2是本专利技术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是本专利技术方法实施例中形成开口后的剖面结构示意图；图4是本专利技术方法实施例中覆盖金属铜之后的剖面结构示意图；图5是本专利技术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是本专利技术方法实施例中具有NI浓度的离子阱结构的俯视结构示意图；图7是本专利技术方法实施例中具有N2浓度的离子阱结构的俯视结构示意图；图8是本专利技术方法实施例中具有N3浓度的离子阱结构的俯视结构示意图。【具体实施方式】本专利技术提供一种，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。本专利技术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专利技术方法进行详细说明。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讲内部上方的一 P讲和一 N讲。在位于P讲内部上方的P讲和N讲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NI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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征在于，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：倪棋梁，范荣伟，陈宏璘，龙吟，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：