專利名稱：晶圓表面的化學(xué)機(jī)械研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種晶圓表面的化學(xué)機(jī)械研磨方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造工藝中，經(jīng)常需要使用化學(xué)機(jī)械研磨工藝對(duì)晶圓表面進(jìn)行平鉭化處理。例如在金屬互連工藝中，形成大馬士革雙鑲嵌結(jié)構(gòu)后，需要在溝槽或通孔內(nèi)填充Cu、Al、 Wu等互連金屬，上述互連金屬在沉積時(shí)，通常會(huì)溢出溝槽或通孔，并覆于晶圓的表面。則需要采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝對(duì)晶圓表面進(jìn)行減薄，去除上述溢出的互聯(lián)金屬。通常對(duì)晶圓表面的金屬進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，包括如下三步驟首先，通過(guò)較高的研磨速率(Material Remoal rate，MRR)，進(jìn)行快速研磨，去除大部分厚度的金屬并完成初步的表面平坦化。在此過(guò)程中，并未露出底部的半導(dǎo)體襯底，而保留有部分厚度的表面金屬。然后，采用較低的研磨速率，進(jìn)行精確研磨，去除剩余厚度的表面金屬，并停止于底部的半導(dǎo)體襯底。在此過(guò)程中，根據(jù)所述半導(dǎo)體襯底與金屬在同等研磨參數(shù)下具有不同研磨速率的特點(diǎn)，精確控制所述研磨的終點(diǎn)，使得研磨停留于半導(dǎo)體襯底上。最后，如果半導(dǎo)體襯底表面還存在殘留的金屬，則需要進(jìn)行過(guò)度拋光處理以減少缺陷，所述過(guò)度拋光去除的厚度很小，僅有幾十埃。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，已完成化學(xué)機(jī)械研磨形成金屬互連層的晶圓，由于外界環(huán)境的變化，金屬互連層表面會(huì)出現(xiàn)微腐蝕的情況，造成表面缺陷，而影響后續(xù)工藝，導(dǎo)致芯片的可靠性問(wèn)題。因此必要的時(shí)候，還需要對(duì)上述產(chǎn)生表面缺陷的晶圓進(jìn)行重新化學(xué)機(jī)械研磨的處理?，F(xiàn)有工藝再進(jìn)行重新化學(xué)機(jī)械研磨的處理時(shí)，微腐蝕的金屬互連層部分很容易與研磨液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成新的殘留物，在去除原有缺陷的同時(shí)，又形成新的缺陷；此外，對(duì)已形成金屬互連層的晶圓表面進(jìn)行重新化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，如果減薄的厚度過(guò)大，將導(dǎo)致金屬互連層中的互連線斷裂(參考圖1所示)，從而造成芯片失效甚至報(bào)廢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是在提供一種晶圓表面的化學(xué)機(jī)械研磨方法，在去除晶圓表面的缺陷的同時(shí)，避免引入二次缺陷，提高產(chǎn)品的良率。本發(fā)明提供的晶圓表面的化學(xué)機(jī)械研磨方法，包括提供經(jīng)初次化學(xué)機(jī)械研磨后的晶圓；在晶圓表面形成緩沖層；對(duì)晶圓表面進(jìn)行第二化學(xué)機(jī)械研磨，去除所述緩沖層。可選的，所述第二化學(xué)機(jī)械研磨減薄的厚度等于或大于緩沖層的厚度?？蛇x的，所述緩沖層為氧化硅層或氮化硅層。厚度范圍為50 A 500A。在第二化學(xué)機(jī)械研磨中，調(diào)整研磨壓力以及研磨盤轉(zhuǎn)速，先進(jìn)行快速研磨再進(jìn)行慢速研磨，所述快速研磨所減薄的厚度與慢速研磨所減薄的厚度比為3 1 1 1，研磨速率范圍為
350 A/分 1000 A/分,研磨時(shí)間范圍為30s 180s。作為另一個(gè)可選方案，所述緩沖層為復(fù)合層，包括氮化硅層及其表面的氧化硅層。所述氮化硅層與氧化硅層的厚度比為1 1 1 3。所述緩沖層的總厚度范圍為 loo A ιοοοΑ。在第二化學(xué)機(jī)械研磨中，采用恒定的研磨壓力以及研磨盤轉(zhuǎn)速，研磨速率為50 A/分 4000 A/分,研磨時(shí)間范圍為30s 300s。本發(fā)明所述的晶圓表面化學(xué)機(jī)械研磨方法，在已經(jīng)過(guò)初次化學(xué)機(jī)械研磨的晶圓表面形成緩沖層，所述緩沖層包覆晶圓表面的缺陷，再進(jìn)行第二次化學(xué)機(jī)械研磨去除所述緩沖層，以避免產(chǎn)生新的缺陷，提高了產(chǎn)品的良率。


通過(guò)附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述及其他目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。附圖中與現(xiàn)有技術(shù)相同的部件使用了相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按比例繪制，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。在附圖中為清楚起見，放大了層和區(qū)域的尺寸。圖1是晶圓上化學(xué)機(jī)械研磨后的缺陷掃描電鏡圖；圖2是本發(fā)明化學(xué)機(jī)械研磨方法的流程示意圖；圖3至圖7是本發(fā)明實(shí)施例化學(xué)機(jī)械研磨方法的剖面示意圖；圖8是采用本發(fā)明所述化學(xué)機(jī)械研磨方法以及現(xiàn)有的化學(xué)機(jī)械研磨方法后晶圓表面示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)有工藝對(duì)晶圓表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，在完成減薄的研磨后，為了去除晶圓表面產(chǎn)生的缺陷，直接進(jìn)行重新研磨，容易產(chǎn)生新的缺陷，導(dǎo)致芯片的可靠性問(wèn)題。本發(fā)明在進(jìn)行重新研磨前，先在晶圓表面形成緩沖層，以防止晶圓表面的殘留物與研磨液接觸，避免形成新的缺陷，所述緩沖層還起到精確控制化學(xué)機(jī)械研磨的停止位置的作用。下面結(jié)合說(shuō)明書附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹。本發(fā)明所述晶圓表面化學(xué)機(jī)械研磨方法的流程圖如圖2所示，基本步驟包括S101、對(duì)晶圓表面進(jìn)行初次化學(xué)機(jī)械研磨，去除待減薄層；其中，所述晶圓可以形成有半導(dǎo)體器件圖形；所述待減薄層應(yīng)當(dāng)與底部的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有材質(zhì)差異，以便于控制化學(xué)機(jī)械研磨的停止位置；進(jìn)一步的，所述半導(dǎo)體器件圖形可以是金屬互連結(jié)構(gòu)，所述待減薄層可以是金屬互連制作工藝中，溢出金屬互連結(jié)構(gòu)多余的互連金屬層。所述初次化學(xué)機(jī)械研磨后，晶圓表面具有研磨的殘留物或研磨后因?yàn)楸┞队诳諝庵邪l(fā)生微腐蝕而產(chǎn)生的缺陷。S102、在晶圓表面形成緩沖層；其中，所述緩沖層應(yīng)當(dāng)形成于具有上述缺陷的晶圓表面部分，將包覆或填充所述缺陷。所述緩沖層可以是單一材質(zhì)的硅化物層例如氧化硅、氮化硅等，還可以是復(fù)合層，利用各層的研磨速率的差異起到精確控制后續(xù)的二次化學(xué)機(jī)械研磨停止位置的作用。S103、對(duì)晶圓表面進(jìn)行第二化學(xué)機(jī)械研磨，去除所述緩沖層。其中，所述第二化學(xué)機(jī)械研磨所減薄的厚度可以等于或略大于所述緩沖層的厚度?？梢酝ㄟ^(guò)已知的緩沖層厚度，以及預(yù)先設(shè)定或?qū)崟r(shí)獲得的研磨速率，調(diào)整研磨時(shí)間以精確去除緩沖層或進(jìn)行部分過(guò)拋光。圖3至圖7提供了一個(gè)具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明所述晶圓表面化學(xué)機(jī)械研磨方法的特點(diǎn)以及優(yōu)點(diǎn)進(jìn)一步介紹。首先如圖3所示，提供晶圓10，所述晶圓10包括半導(dǎo)體襯底100、形成于半導(dǎo)體襯底100內(nèi)的半導(dǎo)體器件圖形101，以及位于所述半導(dǎo)體器件圖形101上的待減薄層102。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體器件圖形101可以為金屬互連結(jié)構(gòu)，包括雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的溝槽101a、通孔IOlb以及填充于所述溝槽101a、通孔IOlb內(nèi)的互連金屬，所述互連金屬可以是銅、鋁、鎢等，本實(shí)施例以銅為例。所述待減薄層102是形成上述金屬互連結(jié)構(gòu)時(shí)，溢出溝槽/通孔表面，而覆于半導(dǎo)體襯底100表面的銅金屬，因此本實(shí)施例所述化學(xué)機(jī)械研磨是對(duì)銅進(jìn)行的化學(xué)化學(xué)機(jī)械研磨(Cu CMP)。如圖4所示，對(duì)晶圓10進(jìn)行初次化學(xué)機(jī)械研磨，所述初次化學(xué)機(jī)械研磨用于去除待減薄層102。具體的，本實(shí)施例中所述初次化學(xué)機(jī)械研磨可以根據(jù)銅金屬以及半導(dǎo)體襯底的研磨速率差異作為研磨停止條件，或者以待減薄層102的厚度以及預(yù)設(shè)的研磨速率估算研磨時(shí)間控制減薄厚度，而無(wú)需進(jìn)行過(guò)拋光的措施。可以采用較快的研磨速率對(duì)所述待減薄層 102進(jìn)行研磨，去除大量的銅金屬以及表面的波形結(jié)構(gòu)形成初步平坦化的半導(dǎo)體器件圖形 101。其中，對(duì)銅金屬的研磨速率可以設(shè)置為ioooA/分 8000 A/分,具體的研磨時(shí)間為待減薄層102的厚度除以研磨速率得到。在初次化學(xué)機(jī)械研磨結(jié)束后，還包括采用去離子水沖洗晶圓表面的步驟。如圖5所示，在進(jìn)行初次化學(xué)機(jī)械研磨，初步平坦化后，所述晶圓10表面露出半導(dǎo)體襯底100以及半導(dǎo)體器件圖形101，其中半導(dǎo)體器件圖形101上可能存在減薄物殘留或不平坦的凸起、凹陷等各種缺陷。具體的，本實(shí)施例中，在進(jìn)行初次化學(xué)機(jī)械研磨后，晶圓10表面可能殘留有銅金屬，所述殘留的銅金屬凸出于晶圓10的表面。此外，所述缺陷還包括當(dāng)金屬互連結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間暴露于不良外界環(huán)境下，發(fā)生微腐蝕而形成的氧化銅等金屬化合物。如圖6所示，在所述晶圓10的表面形成緩沖層103。所述緩沖層103將包覆或填充晶圓10表面的缺陷。所述緩沖層103可以是單一材質(zhì)的硅化物層例如氧化硅、氮化硅等，還可以是復(fù)合層。本實(shí)施例中，所述緩沖層103包括底部的氮化硅層103a及其表面的氧化硅層103b，可以通過(guò)化學(xué)氣相沉積形成。其中，氮化硅層103a相較于氧化硅層103b，結(jié)構(gòu)性質(zhì)較為致密，硬度更高，因此通常在同等研磨參數(shù)(例如研磨壓力、研磨盤轉(zhuǎn)速等)下，氮化硅層103a的研磨速率會(huì)更慢。將所述氮化硅層103a設(shè)置于氧化硅層10 底部，可以起到緩沖的作用，并易于在較薄的減薄厚度下，精確控制化學(xué)機(jī)械研磨的停止位置。所述緩沖層103的厚度無(wú)需太厚，以避免浪費(fèi)研磨時(shí)間， 增加工藝成本，本實(shí)施例中，所述緩沖層103的厚度范圍為100 A 1000A,其中氮化硅層 103a與氧化硅層10 的厚度比約為1 1 1 3。如圖7所示，對(duì)晶圓10的表面進(jìn)行第二化學(xué)機(jī)械研磨，去除所述緩沖層103 ；作為可選方案，還可以對(duì)底部的半導(dǎo)體襯底102進(jìn)行一定程度的過(guò)拋光。具體的，所述緩沖層103包覆于晶圓表面的殘留銅金屬、氧化銅等金屬化合物。在進(jìn)行第二化學(xué)機(jī)械研磨過(guò)程中，上述殘留物尤其氧化銅等金屬化合物，不會(huì)與研磨液接觸， 而避免了兩者之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生新的缺陷，當(dāng)緩沖層103被去除后，其包覆的金屬殘留物也會(huì)被一并去除。從而實(shí)現(xiàn)，在去除初次化學(xué)機(jī)械研磨所形成的缺陷同時(shí)，避免形成二次缺陷。此外，所述緩沖層103還填充晶圓10表面可能的凹陷等部分，有利于進(jìn)一步提高表面的平整度。本實(shí)施例中，所述緩沖層103包括氮化硅層103a以及氧化硅層103b，因此可以采用恒定的研磨參數(shù)(研磨壓力、研磨盤轉(zhuǎn)速)既能夠?qū)崿F(xiàn)先快速研磨后慢速研磨的過(guò)程， 并實(shí)時(shí)測(cè)量研磨速率，根據(jù)實(shí)際的減薄厚度，判斷當(dāng)前的減薄位置，其中，研磨速率控制在 50 A/分 4000 A/分,研磨時(shí)間控制在30s 300s。進(jìn)一步的，當(dāng)研磨速率明顯減慢時(shí)， 表示已減薄至氮化硅層103a，此時(shí)也可以根據(jù)需要微調(diào)整所述研磨參數(shù)，以達(dá)到最終精確控制研磨停止位置的目的。作為另一個(gè)可選實(shí)施例，如果所述第二化學(xué)機(jī)械研磨的減薄對(duì)象為氮化硅或氧化硅單一材質(zhì)的緩沖層103，通常沉積的厚度相對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)較薄，范圍為50 A 500 A,可以調(diào)整研磨壓力以及研磨盤轉(zhuǎn)速，先進(jìn)行快速研磨再進(jìn)行慢速研磨，以精確控制研磨的停止位置。其中快速研磨所減薄的厚度與慢速研磨所減薄的厚度比為3 1 1 1，可以預(yù)先設(shè)定快速研磨以及慢速研磨兩階段的研磨速度，然后根據(jù)各階段所需減薄的厚度除以預(yù)先設(shè)定的研磨速度計(jì)算獲得各階段的研磨時(shí)間。在本實(shí)施例中，所述研磨速率范圍為 50 A/分 1000 A/分,總的研磨時(shí)間范圍為30s 180s。半導(dǎo)體器件圖形101通常較為脆弱，在進(jìn)行過(guò)拋光時(shí)，極易損壞半導(dǎo)體器件圖形 101。例如本實(shí)施例中，金屬互連結(jié)構(gòu)如果在過(guò)拋光過(guò)程中被損壞，極易形成金屬互連線的斷裂，造成第二化學(xué)機(jī)械研磨的失敗。因此可以根據(jù)需要，選擇過(guò)拋光的厚度，所述過(guò)拋光厚度加上緩沖層厚度即第二化學(xué)機(jī)械研磨所需的減薄厚度。上述實(shí)施例均可以通過(guò)精確控制研磨停止位置實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的減薄，而避免在過(guò)拋光時(shí)損壞金屬互連線。在第二化學(xué)機(jī)械研磨結(jié)束后，同樣還需用去離子水沖洗晶圓，去除殘留的研磨液以及研磨聚合物的步驟，最終完成本發(fā)明所述晶圓表面的化學(xué)機(jī)械研磨工藝。圖8為本發(fā)明化學(xué)機(jī)械研磨方法與傳統(tǒng)對(duì)晶圓表面重新化學(xué)機(jī)械研磨，晶圓表面對(duì)比示意圖。如圖8所示，經(jīng)過(guò)本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械研磨方法，晶圓10表面的殘留物以及不平整缺陷不僅較處理前大為減少，且相比于現(xiàn)有的二次機(jī)械研磨工藝也大為減少，可見本發(fā)明具有良好的技術(shù)效果。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種晶圓表面的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，包括 提供經(jīng)初次化學(xué)機(jī)械研磨后的晶圓；在晶圓表面形成緩沖層；對(duì)晶圓表面進(jìn)行第二化學(xué)機(jī)械研磨，去除所述緩沖層。
2.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述第二化學(xué)機(jī)械研磨減薄的厚度等于或大于緩沖層的厚度。
3.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述緩沖層為氧化硅層或氮化硅層。
4.如權(quán)利要求3所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述緩沖層的厚度范圍為 50 A 500A。
5.如權(quán)利要求4所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，在第二化學(xué)機(jī)械研磨中，調(diào)整研磨壓力以及研磨盤轉(zhuǎn)速，先進(jìn)行快速研磨再進(jìn)行慢速研磨，所述快速研磨所減薄的厚度與慢速研磨所減薄的厚度比為3 ι ι 1，研磨速率范圍為50 A/分 1000 A/分,研磨時(shí)間范圍為30s 180s。
6.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述緩沖層為復(fù)合層，包括氮化硅層及其表面的氧化硅層。
7.如權(quán)利要求6所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述氮化硅層與氧化硅層的厚度比為1 1 1 3。
8.如權(quán)利要求6所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述緩沖層的厚度范圍為loo A ιοοοΑ。
9.如權(quán)利要求8所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，在第二化學(xué)機(jī)械研磨中，采用恒定的研磨壓力以及研磨盤轉(zhuǎn)速，研磨速率為50 ~分~4000 A/分,研磨時(shí)間范圍為 30s 300s。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種晶圓表面的化學(xué)機(jī)械研磨方法，包括提供經(jīng)初次化學(xué)機(jī)械研磨后的晶圓；在晶圓表面形成緩沖層；對(duì)晶圓表面進(jìn)行第二化學(xué)機(jī)械研磨，去除所述緩沖層。所述緩沖層在第二化學(xué)機(jī)械研磨中，能夠防止晶圓表面的殘留物與研磨液接觸而形成新的缺陷，還起到精確控制研磨的停止位置，以避免損壞晶圓上半導(dǎo)體器件的作用。
文檔編號(hào)B24B37/04GK102371534SQ201010267508
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者李佩, 馬智勇, 魏紅建, 黃軍平 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司