專(zhuān)利名稱(chēng)：一種化學(xué)機(jī)械研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置領(lǐng)域，特別涉及一種化學(xué)機(jī)械研磨方法。
技術(shù)背景
在半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域，化學(xué)機(jī)械研磨技術(shù)(CMP技術(shù))兼具有機(jī)械式研磨與化學(xué)式研磨兩種作用，可以使整個(gè)晶圓表面達(dá)到平坦化，以便于后續(xù)進(jìn)行薄膜沉積等工藝。在進(jìn)行 CMP的過(guò)程中，通過(guò)研磨頭將待研磨的晶圓壓在研磨墊上并帶動(dòng)晶圓旋轉(zhuǎn)，而研磨墊則以相反的方向旋轉(zhuǎn)。在進(jìn)行研磨時(shí)，通過(guò)研磨漿料輸送裝置將所需的研磨漿料添加到晶圓與研磨墊之間，然后，隨著研磨墊和待研磨晶圓之間的高速方向運(yùn)轉(zhuǎn)，待研磨晶圓表面的反應(yīng)產(chǎn)物被不斷地剝離，反應(yīng)產(chǎn)物隨著研磨漿料被帶走。進(jìn)一步地，待研磨晶圓的新表面又會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物再被剝離出來(lái)，這樣循環(huán)往復(fù)，在機(jī)械研磨和化學(xué)腐蝕的共同作用下， 使晶圓表面平坦化。
但是，在現(xiàn)有的CMP制程中常常會(huì)使晶圓表面產(chǎn)生劃痕(scratch)，影響產(chǎn)品的優(yōu)良率。所述劃痕包括微劃痕(Micro-scratch)和電弧擦傷(arc-scratch)。通常認(rèn)為造成晶圓表面Micro-scratch和Arc-scratch的主要原因是研磨過(guò)程中的微粒與晶圓表面的摩擦所造成，這些微粒主要來(lái)自于研磨液中研磨粒的聚集，以及研磨機(jī)臺(tái)或外界環(huán)境在研磨過(guò)程中所造成的污染。
淺溝槽隔離技術(shù)(Shallow Trench Isolation，STI)是一種器件隔離技術(shù)，其具體工藝包括提供半導(dǎo)體襯底以及位于所述半導(dǎo)體底表面的刻蝕停止層(stoplayer)；采用刻蝕工藝，去除部分刻蝕停止層和半導(dǎo)體襯底，形成淺溝槽，所述淺溝槽用于隔離襯底上的有源區(qū)；在刻蝕停止層上以及淺溝槽內(nèi)填入介質(zhì)層，所述介質(zhì)材料可以為氧化硅；對(duì)所述介質(zhì)進(jìn)行退火；用化學(xué)機(jī)械研磨法(Chemical Mechanical Polishing, CMP)平坦化所述介質(zhì)層至暴露出刻蝕停止層。所述的化學(xué)機(jī)械研磨法通常包括至少兩個(gè)步驟以第一硬研磨墊進(jìn)行第一研磨工藝；接著，以第一軟研磨墊進(jìn)行第二研磨工藝。
所述的化學(xué)機(jī)械研磨法會(huì)在研磨過(guò)程中產(chǎn)生嚴(yán)重的微劃痕和電弧擦傷缺陷，造成產(chǎn)品的良率下降。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，防止在晶圓表面產(chǎn)生劃痕。
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，包括以第一軟研磨墊進(jìn)行第一研磨工藝；接著，以第一硬研磨墊進(jìn)行第二研磨工藝。
其中，所述待研磨層為介質(zhì)層。
可選的，第一研磨工藝去除的待研磨層的厚度為待研磨層總厚度的20-50%。
可選的，所述第一軟研磨墊的硬度低于50蕭氏硬度。執(zhí)行第一研磨工藝時(shí)，研磨頭向下的壓力范圍為4. 5-6. 5psi，研磨時(shí)間范圍為0-aiiin。
可選的，所述第一硬研磨墊的硬度范圍為50-70蕭氏硬度。執(zhí)行第二研磨工藝時(shí)，研磨頭向下的壓力范圍為4. 5-6. 5psi，研磨時(shí)間范圍為0-aiiin。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明調(diào)整使用硬研磨墊和軟研磨墊的順序，首先使用軟研磨墊進(jìn)行研磨，其次使用硬研磨墊進(jìn)行研磨，避免首先采用硬研磨墊時(shí)對(duì)待研磨材料的尖角或者狹窄部分產(chǎn)生的破裂或者剝落，有效地防止破裂或者剝落的待研磨材料對(duì)晶圓表面產(chǎn)生劃痕的缺陷，從而提高了最終產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。


圖1是本發(fā)明淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)執(zhí)行CMP工藝時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)執(zhí)行CMP工藝時(shí)產(chǎn)生破裂的投射電子顯微鏡圖。
圖3是包含四個(gè)旋轉(zhuǎn)手臂和四個(gè)研磨區(qū)域的化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖3所示的一個(gè)研磨區(qū)域進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)的具體結(jié)構(gòu)圖以及研磨流程圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用現(xiàn)有的化學(xué)機(jī)械研磨方法，首先用硬研磨墊進(jìn)行研磨， 然后用軟研磨墊進(jìn)行研磨，會(huì)產(chǎn)生微劃痕和電弧擦傷缺陷，這是因?yàn)殚_(kāi)始采用硬研磨墊進(jìn)行研磨時(shí)，待研磨材料中存在的尖角或者狹窄部分在與硬研磨墊接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生破裂或者剝落，這些破裂或者剝落的待研磨材料在隨后的研磨工藝中成為劃傷晶圓產(chǎn)生劃痕的主要原因。
以淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的CMP工藝為例，參考附圖1所示，附圖中100為半導(dǎo)體襯底， 通常為硅，硅鍺或者絕緣體上硅，110為位于半導(dǎo)體襯底上的刻蝕停止層，通常為氮化硅，位于半導(dǎo)體襯底內(nèi)的淺溝槽120，填充淺溝槽120并且覆蓋刻蝕停止層的介質(zhì)層130，所述的介質(zhì)層130通常采用化學(xué)氣相沉積工藝形成，例如高密度等離子體沉積，等離子體化學(xué)氣相沉積等等工藝，由于化學(xué)氣相沉積工藝的特性，在相鄰溝槽之間的介質(zhì)層130會(huì)存在尖角140，在平面圖上會(huì)成為狹窄的有源線(Active line)；在進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，所述的晶圓在研磨頭210的作用下，使介質(zhì)層130的表面接觸研磨墊220，在研磨頭向下的力，研磨墊，研磨液的共同作用下，對(duì)介質(zhì)層130實(shí)施平坦化工藝，由于首先是采用硬研磨墊進(jìn)行研磨，所以尖角140部分比較容易發(fā)生破裂或者剝落，參考附圖2所示，即為由于硬研磨墊以及研磨頭向下的力的共同作用下產(chǎn)生的破裂缺陷，所述缺陷在繼續(xù)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨的過(guò)程中會(huì)在晶圓表面產(chǎn)生劃痕。
因此，針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，首先以第一軟研磨墊進(jìn)行第一研磨工藝；接著，以第一硬研磨墊進(jìn)行第二研磨工藝。避免剛開(kāi)始研磨時(shí)硬研磨墊對(duì)待研磨材料的尖角或者狹窄部分進(jìn)行擠壓產(chǎn)生的破裂現(xiàn)象，有效地防止散落在研磨墊上的待研磨材料對(duì)晶圓表面產(chǎn)生劃痕的缺陷，從而提高了最終產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。
本實(shí)施例所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，適用于任何現(xiàn)有的化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備，例如附圖3所示的包含四個(gè)旋轉(zhuǎn)手臂和四個(gè)研磨區(qū)域的化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備，包括研磨區(qū)域111， 112，113以及114，還包括旋轉(zhuǎn)手臂121。參考附圖4所示，為其中的一個(gè)研磨區(qū)域進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)的具體結(jié)構(gòu)圖以及研磨流程圖。參考附圖4所示，采用的研磨裝置包括研磨平臺(tái)(platen)、粘附于所述研磨平臺(tái)上的研磨墊(pad) 11、研磨頭(polishing head) 12和液體輸送管道13，所述液體輸送管道13包含研磨液輸送管131和去離子水(DIW)輸送管132。 在研磨過(guò)程中，所述研磨平臺(tái)帶動(dòng)所述研磨墊11 一起旋轉(zhuǎn)(如圖4中的粗箭頭所示)，所述研磨液輸送管131向所述研磨墊11噴射研磨液，并通過(guò)所述研磨墊11旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使所述研磨液均勻地分布在所述研磨墊11上，所述研磨頭12吸附住待研磨晶圓，并將待研磨晶圓的待研磨面壓在所述研磨墊11的研磨表面上，所述研磨頭12帶動(dòng)所述晶圓一起旋轉(zhuǎn)(如圖2中的細(xì)箭頭所示)，通過(guò)待研磨晶圓的待研磨面與所述研磨墊11的研磨表面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)研磨待研磨晶圓的待研磨面。進(jìn)行下一步研磨之前，所述去離子水輸送管 132噴射出去離子水對(duì)待研磨晶圓及研磨墊11進(jìn)行清洗。
本實(shí)施例所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，首先以軟研磨墊進(jìn)行第一研磨工藝，所述的軟研磨墊具有較好的柔韌性，可形變性以及較低的硬度，材料例如為Rohm and haas公司所制造的Polytex，還可以是聚乙烯，或者Rodel公司制造的Embossed pad。其硬度例如低于 50蕭氏硬度，其密度低于0. 5g/CM3。
本實(shí)施例中，進(jìn)行研磨時(shí)，所述的待研磨面例如是STI工藝中待進(jìn)行平坦化處理的介質(zhì)層130，由于采用了軟研磨墊，軟研磨墊比較柔軟，可變形性也較好，即使介質(zhì)層130 表面具有尖角，也可以避免介質(zhì)層在研磨的開(kāi)始階段發(fā)生破裂或者剝落。
若待研磨面為介質(zhì)層130，執(zhí)行研磨工藝時(shí)，研磨頭向下的壓力范圍為 4. 5-6. 5psi，研磨時(shí)間范圍為0-2min，采用所述的軟研磨墊，將所述的介質(zhì)層去除總厚度的 20-50% ο
執(zhí)行上述研磨工藝之后，以第一硬研磨墊進(jìn)行第二研磨工藝。其進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)的具體結(jié)構(gòu)圖以及研磨流程與附圖3和附圖4所示相同，在此不再贅述。
所述的硬研磨墊的材料例如是具有類(lèi)似絨布柔軟性的聚合材料，如摻有聚胺甲酸酯的聚酯纖維，聚酯纖維和聚胺甲酸酯的比例可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，其硬度范圍例如為 50-70蕭氏硬度，其密度例如為0. 5-0. 9g/CM3。
待研磨面為經(jīng)過(guò)軟研磨墊研磨過(guò)的介質(zhì)層130時(shí)，執(zhí)行研磨工藝時(shí)，研磨頭向下的壓力范圍為4. 5-6. 5psi，研磨時(shí)間范圍為0-2min，采用所述的硬研磨墊執(zhí)行研磨工藝，直至暴露出刻蝕停止層。
在所述的第一研磨工藝和第二研磨工藝之間，還包括對(duì)晶圓以及研磨設(shè)備進(jìn)行清洗的工藝，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述的清洗工藝采用的清洗試劑包括硫酸，雙氧水，HF 等，清洗時(shí)間范圍為1-aiiin。
對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)，所述的待研磨層可以是氧化硅，氮氧化硅等介質(zhì)材料，適用的半導(dǎo)體工藝除了 STI工藝，還可以是其它任何溝槽平坦化工藝以及金屬連線層形成工藝等等， 所述的軟研磨墊和硬研磨墊的材料，研磨液的成分以及研磨工藝隨著不同的半導(dǎo)體工藝和待研磨材料進(jìn)行調(diào)整。
本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，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)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，包括 以第一軟研磨墊進(jìn)行第一研磨工藝； 接著，以第一硬研磨墊進(jìn)行第二研磨工藝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述待研磨層為介質(zhì)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，第一研磨工藝去除的待研磨層的厚度為待研磨層總厚度的20% -50%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述第一軟研磨墊的硬度低于50蕭氏硬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，執(zhí)行第一研磨工藝時(shí)，研磨頭向下的壓力范圍為4. 5-6. 5psi，研磨時(shí)間范圍為0-aiiin。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述第一硬研磨墊的硬度范圍為50-70蕭氏硬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，執(zhí)行第二研磨工藝時(shí)，研磨頭向下的壓力范圍為4. 5-6. 5psi，研磨時(shí)間范圍為0-aiiin。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，包括以第一軟研磨墊進(jìn)行第一研磨工藝；接著，以第一硬研磨墊進(jìn)行第二研磨工藝。本發(fā)明有效地防止破裂或者剝落的待研磨材料對(duì)晶圓表面產(chǎn)生劃痕的缺陷，從而提高了最終產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。
文檔編號(hào)B24B37/02GK102528640SQ201210030458
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者李儒興, 李志國(guó), 石強(qiáng), 陳海蓉 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司