專(zhuān)利名稱(chēng)：層間介質(zhì)層的化學(xué)機(jī)械研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械研磨(chemical mechanical polishing, CMP)方法， 特別是涉及一種對(duì)層間介質(zhì)層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨的方法。
背景技術(shù)：
化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical Mechanical Polishing, CMP)工藝就是在無(wú)塵室的大 氣環(huán)境中，利用機(jī)械力對(duì)晶圓表面作用，在表面薄膜層產(chǎn)生斷裂腐蝕的動(dòng)力，使晶圓表面趨 于平坦化，以便進(jìn)行后續(xù)的工藝步驟(如光刻)。而這部分必須籍由研磨液中的化學(xué)物質(zhì) 通過(guò)反應(yīng)來(lái)增加其蝕刻的效率。CMP制程中最重要的兩大組件便是研磨液(slurry)和研 磨墊(platen)。研磨液通常是將一些很細(xì)的氧化物粉粒分散在水溶液中而制成。研磨墊 大多是使用發(fā)泡式的多孔聚亞安酯制成。在CMP制程中，先讓研磨液填充在研磨墊的空隙 中，并提供了高轉(zhuǎn)速的條件，讓晶圓在高速旋轉(zhuǎn)下和研磨墊與研磨液中的粉粒作用，同時(shí)控 制下壓的壓力等其它參數(shù)。而研磨液、晶圓與研磨墊之間的相互作用，便是CMP中發(fā)生反應(yīng) 的焦點(diǎn)。現(xiàn)有的CMP拋光工藝包括三個(gè)研磨過(guò)程第一步、在第一研磨墊(Platenl)上對(duì) 晶圓上的待研磨材料進(jìn)行粗加工研磨，通過(guò)較大的材料去除率(Material Removal rate, MRR)形成初步平坦化，其中，第一研磨墊與晶圓之間的壓強(qiáng)大約為2 3PSI，對(duì)晶圓的研磨 速率為1500 2500埃/分鐘左右；第二步、在第二研磨墊(Platen2)上用和第一研磨墊 (Plantenl)相同的MRR對(duì)晶圓上的待研磨材料進(jìn)行研磨，其中，第二研磨墊與晶圓之間的 壓強(qiáng)大約為2 3PSI，對(duì)晶圓的研磨速率為1500 2500埃/分鐘左右，所述的第一步和第 二步化學(xué)機(jī)械研磨步驟主要是為了去除大部分的待研磨材料，但是研磨后的待研磨材料的 平坦度較差，容易留下較大的刮痕；第三步、在第三研磨墊(Platen3)上對(duì)晶圓上的待研磨 材料進(jìn)行研磨，以進(jìn)一步提高表面平坦化程度，減少缺陷，其中，第三研磨墊與晶圓之間的 壓強(qiáng)大約為0. 8 1. 5PSI，對(duì)晶圓的研磨速率為300 700埃/分鐘左右。其中，構(gòu)成第一 研磨墊和第二研磨墊的材料硬度要大于構(gòu)成第三研磨墊的材料。晶圓表面在經(jīng)過(guò)CMP處理后往往會(huì)出現(xiàn)劃痕(Scratch)缺陷。劃痕主要來(lái)源有兩 類(lèi)，一是由研磨液粉粒導(dǎo)致；二是由于研磨墊磨損形成的顆粒導(dǎo)致。其中第一類(lèi)劃痕的尺寸 較小，但數(shù)量眾多，在所有劃痕中占據(jù)絕大部分。以下所述劃痕如未作專(zhuān)門(mén)說(shuō)明，均為上述 第一類(lèi)劃痕。劃痕的數(shù)目以及尺寸會(huì)嚴(yán)重影響晶圓的良品率。半導(dǎo)體制造工藝中，金屬層間介電絕緣體(Intermetal Dielectrics，IMD)和內(nèi)層 介電絕緣體(Interlayer Dielectrics, ILD)都可以被稱(chēng)為層間介質(zhì)層。對(duì)于后繼的半導(dǎo) 體制作工藝步驟而言，具有均勻平坦的層間介質(zhì)層是非常重要的，但是，經(jīng)過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨 之后，層間介質(zhì)層的劃痕會(huì)對(duì)產(chǎn)品良率造成很大的影響，參考附圖1所示，為采用現(xiàn)有技術(shù) 的方法對(duì)層間介質(zhì)層進(jìn)行CMP之后晶圓表面的缺陷示意圖，圖中的黑點(diǎn)表示缺陷點(diǎn)，從圖 中可以看出，缺陷數(shù)量很多，因此，對(duì)化學(xué)機(jī)械研磨工藝進(jìn)行改善和優(yōu)化以減少層間介質(zhì)層 由于化學(xué)機(jī)械研磨產(chǎn)生的劃痕是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，可有效減少晶圓層間介質(zhì)層化 學(xué)機(jī)械研磨后產(chǎn)生的劃痕，以減少晶圓層間介質(zhì)層的缺陷，有效提高產(chǎn)品的良率。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種層間介質(zhì)層的化學(xué)機(jī)械研磨方法，包括第 一步、在第一研磨墊上對(duì)晶圓的層間介質(zhì)層進(jìn)行研磨，其中，第一研磨墊與晶圓之間的壓強(qiáng) 為0.8 1.8PSI ；第二步、在第二研磨墊上對(duì)晶圓的層間介質(zhì)層進(jìn)行研磨，其中，第二研磨 墊與晶圓之間的壓強(qiáng)為0. 8 1. 8PSI，所述的第一步和第二步化學(xué)機(jī)械研磨步驟去除大部 分的待研磨材料；第三步、在第三研磨墊上對(duì)晶圓的層間介質(zhì)層進(jìn)行研磨，進(jìn)一步提高表面 平坦化程度，其中，第三研磨墊與晶圓之間的壓強(qiáng)為2. 0 3. 0PSI。可選的，第一步或者第二步中層間介質(zhì)層的研磨速率為500 1200埃/分鐘?？蛇x的，第三步中層間介質(zhì)層的研磨速率為100 1800埃/分鐘?？蛇x的，第一步或者第二步的研磨時(shí)間為30 50秒?？蛇x的，第三步的研磨時(shí)間 為30 60秒?？蛇x的，所述的層間介質(zhì)層為氧化硅，所述研磨液為氧化硅型研磨液。通過(guò)上述方法，在第一步研磨和第二步研磨中對(duì)晶圓施加較小的向下壓力、減小 對(duì)層間介質(zhì)層的研磨速率，來(lái)減少晶圓表面大刮痕的產(chǎn)生，同時(shí)在第三步的研磨中對(duì)第三 研磨盤(pán)施加較大的向下壓力、增加對(duì)層間介質(zhì)層的研磨速率，來(lái)保證整體對(duì)層間介質(zhì)層的 研磨效率，就可以有效地減少層間介質(zhì)層化學(xué)機(jī)械研磨后的劃痕，提高產(chǎn)品良率。


通過(guò)以下實(shí)施例并結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解其發(fā)明的目的，具體工藝 特征和優(yōu)點(diǎn)。圖1為現(xiàn)有技術(shù)層間介質(zhì)層化學(xué)機(jī)械研磨后的缺陷示意圖；圖2為本發(fā)明層間介質(zhì)層化學(xué)機(jī)械研磨后的缺陷示意圖；圖3為本發(fā)明層間介質(zhì)層化學(xué)機(jī)械研磨工藝的流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步 的詳細(xì)闡述。本發(fā)明提供一種層間介質(zhì)層的化學(xué)機(jī)械研磨方法，參考附圖3所示的工藝流程 圖，包括步驟Si，將晶圓置于第一研磨墊上，對(duì)晶圓的層間介質(zhì)層進(jìn)行研磨，其中，第一研 磨墊與晶圓之間的壓強(qiáng)為0. 8 1.8PSI，其中Ipsi 6894. 76Pa，優(yōu)選的，第一研磨墊與晶 圓之間的壓強(qiáng)為1.5PSI。本步驟中，對(duì)層間介質(zhì)層的研磨速率為500 1200埃/分鐘，研磨時(shí)間為30 50 秒。優(yōu)選的研磨速率為1000埃/分鐘，研磨時(shí)間為40秒。其中，所述研磨液應(yīng)該根據(jù)層間介質(zhì)層材料選取，為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常識(shí)， 在此不再贅述，在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述的層間介質(zhì)層為氧化硅，所述研磨液的主要成分 為氧化硅。
可選的，第一研磨墊的轉(zhuǎn)速為60 90轉(zhuǎn)/分鐘，CMP設(shè)備的研磨頭的轉(zhuǎn)速為60 90轉(zhuǎn)/分鐘。所述的第一研磨墊為硬研磨墊(hard mask)，可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的任意 硬研磨墊，主要用于對(duì)待研磨材料進(jìn)行快速研磨。步驟S2，將晶圓置于第二研磨墊上，在第二研磨墊上對(duì)晶圓的層間介質(zhì)層進(jìn)行研 磨，其中，第二研磨墊與晶圓之間的壓強(qiáng)為0. 8 1. 8PSI，所述的第一步和第二步化學(xué)機(jī)械 研磨步驟去除大部分的待研磨材料；優(yōu)選的，第二研磨墊與晶圓之間的壓強(qiáng)為1. 5PSI。本步驟中，對(duì)層間介質(zhì)層的研磨速率為500 1200埃/分鐘，研磨時(shí)間為30 50 秒。優(yōu)選的研磨速率為1000埃/分鐘，研磨時(shí)間為45秒?？蛇x的，第二研磨墊的轉(zhuǎn)速為 60 90轉(zhuǎn)/分鐘，CMP設(shè)備的研磨頭的轉(zhuǎn)速為60 90轉(zhuǎn)/分鐘。所述的第二研磨墊為硬研磨墊(hard mask)，可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的任意 硬研磨墊，主要用于對(duì)待研磨材料進(jìn)行快速研磨。本實(shí)施例中，與第一研磨墊的材料相同。本實(shí)施例中，步驟Sl和步驟S2的工藝相同，主要是因?yàn)橥徊窖心r(shí)間過(guò)長(zhǎng)，工 藝的穩(wěn)定性就難以控制，因此，分成2步執(zhí)行。另外，分成2步執(zhí)行可以提高CMP設(shè)備的研 磨效率。所述的第一步和第二步化學(xué)機(jī)械研磨步驟去除了大部分的待研磨材料，由于研磨 速率和研磨墊與晶圓之間的壓強(qiáng)都較現(xiàn)有技術(shù)小，因此，對(duì)晶圓上層間介質(zhì)層的劃痕明顯 減小。步驟S3，將晶圓置于第三研磨墊上，在第三研磨墊上對(duì)晶圓的層間介質(zhì)層進(jìn)行研 磨，進(jìn)一步提高表面平坦化程度，其中，第三研磨墊與晶圓之間的壓強(qiáng)為2.0 3. 0PSI。優(yōu) 選的，第三研磨墊與晶圓之間的壓強(qiáng)為2. 3PSI。本步驟中，對(duì)層間介質(zhì)層的研磨速率為1000 1800埃/分鐘，研磨時(shí)間為30 60秒。優(yōu)選的研磨速率為1300埃/分鐘，研磨時(shí)間為50秒?？蛇x的，第二研磨墊的轉(zhuǎn)速為 60 90轉(zhuǎn)/分鐘，CMP設(shè)備的研磨頭的轉(zhuǎn)速為60 90轉(zhuǎn)/分鐘。所述方法在第一步研磨和第二步研磨中對(duì)晶圓施加相對(duì)較小的向下壓力、減小對(duì) 層間介質(zhì)層的研磨速率，來(lái)減少晶圓表面大刮痕的產(chǎn)生，同時(shí)在第三步的研磨中對(duì)第三研 磨盤(pán)施加較大的向下壓力、增加對(duì)層間介質(zhì)層的研磨速率，來(lái)保證整體對(duì)層間介質(zhì)層的研 磨效率，就可以有效地減少層間介質(zhì)層化學(xué)機(jī)械研磨的劃痕，提高產(chǎn)品良率。參考附圖2所 示，為采用本發(fā)明所述的方法對(duì)層間介質(zhì)層進(jìn)行CMP之后晶圓表面的缺陷示意圖，圖中的 黑點(diǎn)表示缺陷點(diǎn)，從圖中可以看出，缺陷數(shù)量相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)明顯減少。表1顯示了采用現(xiàn)有技術(shù)對(duì)層間介質(zhì)層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，以及采用本實(shí)施例所 述的方法對(duì)層間介質(zhì)層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨后晶圓層間介質(zhì)層表面劃痕數(shù)、取樣缺陷數(shù)以及 晶圓上缺陷的總數(shù)對(duì)比情況。從表1中可以看出，采用現(xiàn)有工藝研磨的晶圓層間介質(zhì)層的缺陷總數(shù)為1659顆， 其中，每50顆缺陷中劃痕數(shù)為35顆；而采用本發(fā)明所述的工藝研磨的晶圓層間介質(zhì)層，其 缺陷總數(shù)為79顆，每50顆缺陷中劃痕數(shù)僅為8顆，有效減少了晶圓層間介質(zhì)層化學(xué)機(jī)械研 磨后的缺陷和刮痕數(shù)目，顯著提高了產(chǎn)品的良率。表 權(quán)利要求
一種層間介質(zhì)層的化學(xué)機(jī)械研磨方法，包括第一步、在第一研磨墊上對(duì)晶圓的層間介質(zhì)層進(jìn)行研磨，其中，第一研磨墊與晶圓之間的壓強(qiáng)為0.8～1.8PSI；第二步、在第二研磨墊上對(duì)晶圓的層間介質(zhì)層進(jìn)行研磨，其中，第二研磨墊與晶圓之間的壓強(qiáng)為0.8～1.8PSI，所述的第一步和第二步化學(xué)機(jī)械研磨步驟去除大部分的待研磨材料；第三步、在第三研磨墊上對(duì)晶圓的層間介質(zhì)層進(jìn)行研磨，進(jìn)一步提高表面平坦化程度，其中，第三研磨墊與晶圓之間的壓強(qiáng)為2.0～3.0PSI。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層間介質(zhì)層的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，第一步或者 第二步中層間介質(zhì)層的研磨速率為500 1200埃/分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層間介質(zhì)層的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，第三步中層 間介質(zhì)層的研磨速率為1000 1800埃/分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層間介質(zhì)層的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，第一步或者 第二步的研磨時(shí)間為30 50秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層間介質(zhì)層的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，第三步的研 磨時(shí)間為30 60秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層間介質(zhì)層的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述的層間 介質(zhì)層為氧化硅，所述研磨液為氧化硅型研磨液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層間介質(zhì)層的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，第一研磨墊 和第二研磨墊的材料硬度要大于構(gòu)成第三研磨墊的材料。
全文摘要
一種層間介質(zhì)層的化學(xué)機(jī)械研磨方法，包括第一步、在第一研磨墊上對(duì)晶圓的層間介質(zhì)層進(jìn)行研磨，其中，第一研磨墊與晶圓之間的壓強(qiáng)為0.8～1.8PSI；第二步、在第二研磨墊上對(duì)晶圓的層間介質(zhì)層進(jìn)行研磨，其中，第二研磨墊與晶圓之間的壓強(qiáng)為0.8～1.8PSI，所述的第一步和第二步化學(xué)機(jī)械研磨步驟去除大部分的待研磨材料；第三步、在第三研磨墊上對(duì)晶圓的層間介質(zhì)層進(jìn)行研磨，進(jìn)一步提高表面平坦化程度，其中，第三研磨墊與晶圓之間的壓強(qiáng)為2.0～3.0PSI。上述方法可以有效地減少層間介質(zhì)層化學(xué)機(jī)械研磨的劃痕，提高產(chǎn)品良率。
文檔編號(hào)B24B37/04GK101961852SQ20091005539
公開(kāi)日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者劉俊良, 李健 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司