專利名稱：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)械研磨方法，用以改善高選擇性研磨漿料(highselective slurry，HSS)的化學(xué)機(jī)械研磨工藝(chemical-mechanical polishing，CMP)效果的方法，特別是涉及一種加入去離子水于CMP工藝中以改善HSSCMP研磨效果的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體工藝中，化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)技術(shù)是目前最普遍被使用，同時也是最重要的一種平坦化技術(shù)。
一般而言，CMP技術(shù)利用適當(dāng)?shù)难心{料以及機(jī)械研磨的方式，來均勻地去除一半導(dǎo)體芯片上具有不規(guī)則表面的目標(biāo)薄膜層(target thin film)，以使半導(dǎo)體芯片在經(jīng)過CMP處理后能夠具有一平坦且規(guī)則(regular and planar)的表面。其中，研磨漿料一般由化學(xué)助劑以及研磨粉體所構(gòu)成，而化學(xué)助劑可能為pH值緩沖劑、氧化劑或界面活性劑等，至于研磨粉體則可能為硅土或鋁土等成分。藉由化學(xué)助劑所提供的化學(xué)反應(yīng)，以及研磨粉體和晶片與研磨墊間產(chǎn)生的機(jī)械研磨效應(yīng)，可有效平坦化晶片表面。
目前CMP工藝已廣泛應(yīng)用于淺溝絕緣(shallow trench isolation，STI)的工藝中。請參考圖1至圖3，圖1至圖3為現(xiàn)有一淺溝絕緣的工藝示意圖。如圖1所示，基底10上包括一墊氧化層12以及一氮化硅層(Si3N4)14，而基底10中還包括一淺溝16，并以化學(xué)氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)等方法填入二氧化硅(SiO2)層18作為介電層。接著，對淺溝16外(overburden)二氧化硅層18進(jìn)行一CMP工藝，使研磨終止于氮化硅層14，如圖2所示。接著請參考圖3，移除氮化硅層14和墊氧化層12，在理想狀況下，溝渠16內(nèi)的二氧化硅層18會與鄰近的有源區(qū)(active region)的基底表面具有一高低差ΔD，在優(yōu)選情況下，若CMP工藝能平坦化并均勻移除溝渠外二氧化硅層18，且確實研磨終止于氮化硅層14上，則高低差ΔD距離應(yīng)為正，即淺溝16內(nèi)的二氧化硅層18高于有源區(qū)的基底表面，能有效抑制漏電流(leakage)。
然而，在實際工藝中，為了達(dá)到使高低差ΔD為正，CMP工藝平坦化及研磨終點的決定一直是CMP技術(shù)的一項挑戰(zhàn)，其影響因素包括有二氧化硅層的特性(例如致密性)、二氧化硅層表面均一性(uniformity)、研磨漿料(slurry)的組成以及pH值、研磨墊(polishing pad)的組成、平臺轉(zhuǎn)速(platen rotationspeed)、晶片載具下壓力(head down force)等等。
在淺溝絕緣工藝中，為了確保將氮化硅層14之上的淺溝16外二氧化硅層18完全移除，且避免在研磨時氮化硅層14被磨穿而損及有源區(qū)域的元件，因此必須提高二氧化硅/氮化硅的研磨選擇比。業(yè)界的解決方法是使用一種高選擇性研磨漿料(high selective slurry，HSS)，取代傳統(tǒng)二氧化硅砥粒(silicaabrasive)的堿性水溶液漿料來進(jìn)行CMP工藝，以提高二氧化硅/氮化硅的研磨選擇比，避免過渡蝕刻氮化硅層14而暴露出基底10。目前此種高選擇性研磨漿料已被應(yīng)用于130納米(nm)的STI CMP工藝中，以制造出具有較高可靠度的元件。
然而，盡管高選擇性研磨漿料可改善STI CMP工藝的效果，但相較于傳統(tǒng)二氧化硅砥粒研磨漿料具有每分鐘3000埃(angstrom，)的研磨速度，使用高選擇性研磨漿料的STI CMP工藝會有研磨速度較慢的問題存在。請參考圖4，圖4顯示現(xiàn)有使用高選擇性研磨漿料進(jìn)行STI CMP工藝的研磨速度對研磨時間的曲線，隨著研磨時間越長，研磨速度就越慢，因此很難達(dá)到每分鐘1500埃的研磨速度。此外，高選擇性研磨漿料的CMP工藝亦容易產(chǎn)生研磨漿料殘留、對晶片產(chǎn)生微刮痕(microscratch)以及二氧化硅層殘留于氮化硅屏蔽層之上等問題，甚而影響到溝渠外二氧化硅層厚度的限制以及工藝寬裕度(process window)。
在美國專利案號第6,132,294號中，揭露了一種改善CMP工藝的方法，以使晶片在CMP工藝后能輕易脫離研磨墊而不易產(chǎn)生刮傷或損壞。其方法是在以傳統(tǒng)二氧化硅或氧化鋁為研磨漿料的CMP工藝結(jié)束后，停止供應(yīng)研磨漿料，并將水通入，同時提高研磨墊的旋轉(zhuǎn)速度，以使晶片能順利脫離研磨墊而進(jìn)行下一工藝。然而，此現(xiàn)有技術(shù)并未提及有關(guān)高選擇性研磨漿料的CMP工藝情形，亦未提及如何解決高選擇性研磨漿料針對淺溝隔離工藝時研磨速度較慢而影響工藝寬裕度等問題。
因此，如何改善高選擇性研磨漿料應(yīng)用于CMP工藝的研磨速度和效果，仍為需要研發(fā)的重要議題。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的主要目的在于提供一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，用以改善高選擇性研磨漿料的CMP工藝的研磨效果，其利用在CMP工藝的后段通入去離子水(deionized，DI)，以繼續(xù)進(jìn)行研磨工藝，而解決上述現(xiàn)有高選擇性研磨漿料的CMP工藝中所產(chǎn)生的問題。
根據(jù)本發(fā)明，揭露一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，用以改善一高選擇性研磨漿料CMP工藝的研磨效果。首先提供一研磨墊(polishing pad)以及一晶片載具(head)，并將晶片裝載于晶片載具上。接著提供一高選擇性研磨漿料于研磨墊上，再對晶片載具施予一晶片載具下壓力(head down force)，以使晶片接觸研磨墊而進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨工藝。然后在研磨一段時間后，提供去離子水于研磨墊上，并利用去離子水持續(xù)進(jìn)行研磨工藝。
本發(fā)明還提供一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，用以改善高選擇性研磨漿料化學(xué)機(jī)械研磨工藝的研磨效果，該方法包括利用一第一研磨墊以及一晶片載具，對一晶片進(jìn)行一第一化學(xué)機(jī)械研磨工藝，且在該第一化學(xué)機(jī)械研磨工藝中通入一第一高選擇性研磨漿料；于該第一化學(xué)機(jī)械研磨工藝的后段通入去離子水以稀釋該第一高選擇性研磨漿料；停止該第一化學(xué)機(jī)械研磨工藝；利用一第二研磨墊對該晶片進(jìn)行一第二化學(xué)機(jī)械研磨工藝，且在該第二化學(xué)機(jī)械研磨工藝中通入一第二高選擇性研磨漿料；以及于該第二化學(xué)機(jī)械研磨工藝的后段提供去離子水以稀釋該第二高選擇性研磨漿料。
由于本發(fā)明在CMP工藝的后段提供去離子水以進(jìn)行研磨工藝，因此去離子水能稀釋高選擇性研磨漿料的濃度，增加CMP工藝的研磨速度，同時降低晶片微刮痕傷害，有效改善工藝寬裕度以及缺陷控制(defectivitycontrol)。


圖1至圖3為現(xiàn)有一淺溝絕緣的工藝示意圖。
圖4顯示現(xiàn)有使用高選擇性研磨漿料進(jìn)行STI CMP工藝的研磨速度對研磨時間的曲線，圖5至圖9為本發(fā)明改善一高選擇性研磨漿料CMP工藝研磨效果的方法的工藝示意圖。
圖10為本發(fā)明方法的二氧化硅層移除量對加入去離子水后的研磨時間的曲線圖。
圖11為氮化硅層移除量對加入去離子水后的研磨時間的曲線圖。簡單符號說明10 基底12 墊氧化層14 氮化硅層16 淺溝18 二氧化硅層 50 第一研磨墊52 第一研磨平臺54 晶片載具56 晶片58、62、70、74進(jìn)料管60 第一高選擇性研磨漿料64 去離子水66 第二研磨墊68 第二研磨平臺72 第二高選擇性研磨漿料具體實施方式
請參考圖5至圖9，圖5至圖9為本發(fā)明改善一高選擇性研磨漿料CMP工藝研磨效果的方法的工藝示意圖，在此實施例中，CMP工藝應(yīng)用于一淺溝絕緣的工藝中，以移除溝渠外二氧化硅層。如圖5所示，首先提供一第一研磨墊50以及一晶片載具54，其中第一研磨墊50設(shè)置于一第一研磨平臺(platen)52之上，而晶片載具54用于固定一晶片56。晶片56優(yōu)選為一半導(dǎo)體晶片，其上制作有半導(dǎo)體等集成電路元件，而晶片56以可分離的方式固定于晶片載具54上。
然后如圖6所示，對晶片載具54提供一晶片載具下壓力F1，以使晶片56與設(shè)于第一研磨平臺52上的第一研磨墊50接觸，并藉由進(jìn)料管(slurryfeed)58將一第一高選擇性研磨漿料60通入至第一研磨墊50上，以進(jìn)行一第一CMP工藝。在第一CMP工藝中，晶片載具54以及第一研磨墊50各具有一晶片載具轉(zhuǎn)速以及一第一研磨墊轉(zhuǎn)速，分別朝箭頭A與箭頭B的方向旋轉(zhuǎn)。
接著，請參考圖7，在進(jìn)行一預(yù)定時間的第一CMP工藝后，利用另一進(jìn)料管62提供去離子水64于第一研磨墊50，并持續(xù)進(jìn)行第一CMP工藝數(shù)秒，優(yōu)選為5～60秒，然后停止第一CMP工藝，使晶片56脫離第一研磨墊50。值得注意的是，因為提高晶片載具轉(zhuǎn)速與第一研磨墊轉(zhuǎn)速會造成研磨速度降低，因此本發(fā)明方法在通入去離子水64而持續(xù)進(jìn)行第一CMP工藝時，皆并未增加晶片載具轉(zhuǎn)速與第一研磨墊轉(zhuǎn)速，以確保在去離子水64通入后，能持續(xù)提高第一CMP工藝的研磨速度。
然后如圖8所示，提供一第二研磨墊66設(shè)置于一第二研磨平臺68上，以預(yù)備進(jìn)行一第二CMP工藝。另一方面，第二研磨墊66也可選擇性以第一研磨墊50取代，其方法是先利用晶片載具54將晶片56移開第一研磨墊50表面，接著再利用一調(diào)器(conditioner)以及去離子水來對第一CMP工藝中的第一研磨墊50進(jìn)行清洗，以使清洗干凈的第一研磨墊50代替第二研磨墊66而作為第二CMP工藝的研磨墊使用。在第二CMP工藝中，提供一晶片載具下壓力F2，以使晶片56接觸第二研磨墊66，同時利用進(jìn)料管70提供一第二高選擇性研磨漿料72給第二研磨墊66，并藉由使晶片載具54朝方向A具有一晶片載具轉(zhuǎn)速，以及第二研磨墊66朝方向C具有一第二研磨墊轉(zhuǎn)速，以對晶片56研磨工藝。
接著，在進(jìn)行一預(yù)定時間的第二CMP工藝后，例如50～80秒，停止通入第二高選擇性研磨漿料72，而藉由進(jìn)料管74通入去離子水64，并維持原來的晶片載具轉(zhuǎn)速以及第二研磨墊轉(zhuǎn)速，持續(xù)進(jìn)行第二CMP工藝數(shù)秒，優(yōu)選為5～60秒。然后停止第二化學(xué)機(jī)械研磨工藝。
在本發(fā)明中，第一高選擇性研磨漿料60與第二高選擇性研磨漿料72為一含鈰(ceric-base)漿料或一含鋯漿(zirconic-base)料漿料，例如為包括二氧化鈰(ceria，CeO2)或二氧化鋯(zirconia，ZrO2)的漿料。
此外，根據(jù)本發(fā)明方法，可依據(jù)工藝需要，在進(jìn)行第一或第二化學(xué)機(jī)械研磨工藝時，選擇性降低晶片載具下壓力F1或F2，以調(diào)整研磨工藝于一優(yōu)選的工藝條件。再者，若工藝需要，可還提供第三、第四研磨墊，分別對晶片56進(jìn)行一第三與第四化學(xué)機(jī)械研磨工藝，而為了提高高選擇性研磨漿料的研磨速度，在每次化學(xué)機(jī)械研磨工藝的后段皆可通入去離子水，已稀釋高選擇性研磨漿料的濃度，進(jìn)而改善研磨速度和研磨效果。
由于本發(fā)明方法在高選擇性研磨漿料的淺溝絕緣CMP工藝后段中通入去離子水(不論是否停止持續(xù)通入高選擇性研磨漿料)，因此稀釋后的高選性研磨漿料的黏滯度會降低，提高研磨速度，同時減少漿料殘留而避免在晶片表面產(chǎn)生刮痕。請參考圖10與圖11，圖10為本發(fā)明方法的二氧化硅層移除量對加入去離子水后的研磨時間的曲線圖，圖11則為氮化硅層移除量對加入去離子水后的研磨時間的曲線圖。如圖10所示，加入去離子水后約10秒，二氧化硅層的移除量大幅增加，顯示利用本發(fā)明方法可有效提高高選擇性研磨漿料的淺溝絕緣CMP速度，而從圖11可知，加入去離子水后對于氮化硅層的移除速度并未明顯增加，可維持CMP工藝中二氧化硅/氮化硅的高選擇比。
相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明方法在每段高選擇性研磨漿料的CMP工藝后段提供去離子水，使去離子水與高選擇性研磨漿料混合以持續(xù)進(jìn)行CMP工藝，而在加入去離子水后，是否持續(xù)通入高選擇性研磨漿料則可依實際研磨需要而做調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明方法，可大幅提高CMP工藝對氧化層的研磨速度，進(jìn)而提高二氧化硅/氮化硅的研磨選擇比，且可改善研磨漿料殘留、刮傷晶片等問題，而不會加速氮化硅層的移除。因此，本發(fā)明方法能有效改善工藝寬裕度以及工藝成品率。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，用以改善高選擇性研磨漿料的化學(xué)機(jī)械研磨工藝的研磨效果，該方法包括提供一研磨墊以及一晶片載具，該晶片載具上裝載有一晶片；提供一高選擇性研磨漿料于該研磨墊上，并提供一晶片載具下壓力于該晶片載具，以使該晶片接觸該研磨墊而進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨工藝，其中該研磨墊以及該晶片載具分別具有一研磨墊轉(zhuǎn)速以及一晶片載具轉(zhuǎn)速；以及提供去離子水于該研磨墊上，并利用去離子水持續(xù)進(jìn)行該研磨工藝。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該方法包括在提供去離子水于該研磨墊之前，先停止對該研磨墊提供該高選擇性研磨漿料。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在提供去離子水于該研磨墊時，該高選擇性研磨漿料持續(xù)提供于該研磨墊。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在提供去離子水于該研磨墊時，該研磨墊轉(zhuǎn)速以及該晶片載具轉(zhuǎn)速維持不變。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在提供去離子水于該研磨墊時，該晶片載具下壓力維持不變。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在提供去離子水于該研磨墊時，同時減小該晶片載具下壓力。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在提供去離子水后，該研磨工藝持續(xù)進(jìn)行5～60秒后停止。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該高選擇性研磨漿料為一含鈰漿料或一含鋯漿料。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該高選擇性研磨漿料為一包括二氧化鈰或二氧化鋯的漿料。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該化學(xué)機(jī)械研磨工藝應(yīng)用于一淺溝絕緣工藝。
11.一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，用以改善高選擇性研磨漿料化學(xué)機(jī)械研磨工藝的研磨效果，該方法包括利用一第一研磨墊以及一晶片載具，對一晶片進(jìn)行一第一化學(xué)機(jī)械研磨工藝，且在該第一化學(xué)機(jī)械研磨工藝中通入一第一高選擇性研磨漿料；于該第一化學(xué)機(jī)械研磨工藝的后段通入去離子水以稀釋該第一高選擇性研磨漿料；停止該第一化學(xué)機(jī)械研磨工藝；利用一第二研磨墊對該晶片進(jìn)行一第二化學(xué)機(jī)械研磨工藝，且在該第二化學(xué)機(jī)械研磨工藝中通入一第二高選擇性研磨漿料；以及于該第二化學(xué)機(jī)械研磨工藝的后段提供去離子水以稀釋該第二高選擇性研磨漿料。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在以去離子水稀釋該第一高選擇性研磨漿料時，停止通入該第一高選擇性研磨漿料。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在以去離子水稀釋該第一高選擇性研磨漿料時，持續(xù)通入該第一高選擇性研磨漿料。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在以去離子水稀釋該第二高選擇性研磨漿料時，停止通入該第二高選擇性研磨漿料。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在以去離子水稀釋該第二高選擇性研磨漿料時，持續(xù)通入該第二高選擇性研磨漿料。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在提供去離子水進(jìn)行該第一或該第二化學(xué)機(jī)械研磨工藝時，該第一研磨墊轉(zhuǎn)速或該第二研磨墊轉(zhuǎn)速，以及該晶片載具轉(zhuǎn)速維持不變。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在提供去離子水于該第一研磨墊或該第二研磨墊時，該晶片載具的下壓力維持不變。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在提供去離子水于該第一研磨墊或該第二研磨墊時，同時減小該晶片載具的下壓力。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在提供去離子水后，該第一化學(xué)機(jī)械研磨工藝或該第二化學(xué)機(jī)械研磨工藝持續(xù)進(jìn)行5～60秒后停止。
20.如權(quán)利要求11所述的方法，其中該第一以及該第二高選擇性研磨漿料為一含鈰漿料或一含鋯漿料。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中該高選擇性研磨漿料為一包括二氧化鈰或二氧化鋯的漿料。
22.如權(quán)利要求11所述的方法，其中該化學(xué)機(jī)械研磨工藝應(yīng)用于一淺溝絕緣工藝。
全文摘要
本發(fā)明提供一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，用以改善一高選擇性研磨漿料化學(xué)機(jī)械研磨工藝的研磨效果。其主要在利用高選擇性研磨漿料進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨工藝一預(yù)定時間后，提供去離子水于研磨墊上以繼續(xù)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，以提高研磨速度和效果。
文檔編號B24B37/27GK1815696SQ20051000624
公開日2006年8月9日 申請日期2005年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月2日
發(fā)明者朱辛堃, 蔡騰群, 楊凱鈞, 李志岳 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司