專利名稱：一種化學(xué)機(jī)械研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical-MechanismPolishing, CMP)方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的飛速發(fā)展，集成電路制造エ藝變得越來(lái)越復(fù)雜和精細(xì)。為了提高集成度、降低制造成本，集成電路的器件的特征尺寸不斷變小，集成度越來(lái)越高，平面布線已難以滿足器件高密度分布的要求，因此，常常采用多層互連的后端結(jié)構(gòu)來(lái)提高器件的集成度。但是，多層互連后端結(jié)構(gòu)的制備過(guò)程中，需要形成平坦的表面來(lái)進(jìn)ー步進(jìn)行精細(xì)圖形制作，例如，布線層之間的層間介質(zhì)層(Inter-Middle Layer。IMD),在沉積完成之后，需要 平坦化(Planarization)處理。當(dāng)前，CMP是常見(jiàn)的ー種平坦化處理方法,尤其在半導(dǎo)體制作エ藝進(jìn)入亞微米領(lǐng)域以后，其已經(jīng)稱為集成電路制造中的必不可少的制備エ藝。CMP是利用混有極小磨粒的化學(xué)溶液與加工表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)改變表面的化學(xué)鍵，生成容易以機(jī)械方式去除的產(chǎn)物，再經(jīng)過(guò)機(jī)械摩擦去除化學(xué)反應(yīng)物來(lái)獲得超光滑無(wú)損傷的平坦表面。圖I所示為現(xiàn)有技術(shù)的CMP設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)的俯視圖。該CMP設(shè)備主要包括研磨平臺(tái)(圖中未示出)、置于研磨平臺(tái)上面的研磨墊(Pad) 140、研磨頭(Polishing head) 130、衆(zhòng)料傳送裝置(Slurry delivery)120以及研磨墊調(diào)整裝置(Pad Conditioner)110。在進(jìn)行CMP時(shí),將需要平坦化處理的晶圓置于研磨頭130中，在研磨頭的一定下壓カ(Down force)的作用下，使待平坦化的晶圓表面緊壓到研磨墊上；然后，研磨平臺(tái)在動(dòng)カ裝置的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，研磨頭130也進(jìn)行同向旋轉(zhuǎn)(例如均為逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn))，從而在漿料的同時(shí)作用下實(shí)現(xiàn)化學(xué)機(jī)械研磨。但是，在CMP處理晶圓的后端結(jié)構(gòu)時(shí)，例如，硅玻璃的層間介質(zhì)層時(shí)，會(huì)在研磨墊等上面殘留衆(zhòng)料殘余物(Slurry residue)及其它雜質(zhì)顆粒等,這會(huì)導(dǎo)致在晶圓研磨面上形成刮痕、表面粒子等缺陷，從而影響芯片的良率，甚至可能導(dǎo)致晶圓報(bào)廢。當(dāng)前，主要通過(guò)改進(jìn)CMP設(shè)備結(jié)構(gòu)的方法來(lái)防止缺陷的產(chǎn)生。例如，在中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200810037311. X的、名稱為“ー種用于化學(xué)機(jī)械拋光的研磨墊調(diào)整裝置”的專利中，通過(guò)改進(jìn)研磨墊調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)來(lái)減少CMP產(chǎn)生的缺陷。另外，也可以通過(guò)増加清理研磨墊、調(diào)整CMP裝置的清洗部分的化學(xué)流量等方法來(lái)減少缺陷，但是這些方法存在相對(duì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、易損壞化學(xué)流量計(jì)、缺陷減少不明顯等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，通過(guò)改進(jìn)CMP方法來(lái)減少CMP所產(chǎn)生的缺陷。為實(shí)現(xiàn)以上目的或者其它目的，本發(fā)明提ー種化學(xué)機(jī)械研磨方法，用于對(duì)在集成電路的后端互連結(jié)構(gòu)制備過(guò)程中的晶圓上的硅玻璃層進(jìn)行平坦化處理，所述方法包括以下步驟(1)主要對(duì)所述晶圓的邊緣進(jìn)行研磨；
(2)第一沖洗;
(3)主要對(duì)所述晶圓的中央進(jìn)行研磨；以及
(4)第二沖洗。按照本發(fā)明提供的化學(xué)機(jī)械研磨方法的一實(shí)施例中，在所述第(I)和/或第(3)步驟中，所述晶圓置于化學(xué)機(jī)械研磨裝置的研磨頭中，所述研磨頭相對(duì)所述研磨裝置的研磨墊做正弦曲線運(yùn)動(dòng)。較佳地，所述研磨頭的運(yùn)動(dòng)速率設(shè)置可以為44轉(zhuǎn)/分鐘
較佳地，所述第(I)步驟中所述研磨頭中的內(nèi)部塊的壓力大于所述第(3)步驟中所述研磨頭中的內(nèi)部塊的壓力。其中，所述第(I)步驟中所述研磨頭中的內(nèi)部塊的壓力可以設(shè)置為5. 2磅/平方英寸，所述第(3)步驟中所述研磨頭中的內(nèi)部塊的壓力可以設(shè)置為3.0磅/平方英寸。較佳地，所述第(I)步驟中，所述研磨頭中的墊環(huán)的壓力可以設(shè)置為4.5磅/平方英寸，所述研磨頭中的膜組件的壓力可以設(shè)置為0.5磅/平方英寸。所述第(3)步驟中，所述研磨頭中的墊環(huán)的壓力可以設(shè)置為3. 3磅/平方英寸，所述研磨頭中的膜組件的壓力可以設(shè)置為3. O磅/平方英寸。按照本發(fā)明提供的化學(xué)機(jī)械研磨方法的又一實(shí)施例，其中，在所述第(I)步驟和/或第(3 )步驟之后，還包括步驟
化學(xué)機(jī)械研磨裝置的研磨墊調(diào)整裝置的擺動(dòng)清除步驟。按照本發(fā)明提供的化學(xué)機(jī)械研磨方法的再一實(shí)施例，其中，在所述第(3)步驟中對(duì)每片晶圓的研磨時(shí)間可以設(shè)置為23秒。具體地，所述硅玻璃可以為硼磷硅酸玻璃或者磷硅玻璃。較佳地，所述硅玻璃層用作所述后端互連結(jié)構(gòu)的層間介質(zhì)層。本發(fā)明的技術(shù)效果是，主要通過(guò)先進(jìn)行邊緣研磨、再進(jìn)行中央研磨的方式來(lái)進(jìn)行CMP，避免了進(jìn)行邊緣研磨時(shí)壓力過(guò)于集中邊緣而產(chǎn)生過(guò)多缺陷，大大減少了 CMP所產(chǎn)生的缺陷，并且通過(guò)改進(jìn)CMP方法方式減少缺陷，相對(duì)具有成本低、省時(shí)省力的優(yōu)點(diǎn)。


從結(jié)合附圖的以下詳細(xì)說(shuō)明中，將會(huì)使本發(fā)明的上述和其它目的及優(yōu)點(diǎn)更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的標(biāo)號(hào)表示。圖I是現(xiàn)有技術(shù)的CMP設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖2是按照本發(fā)明實(shí)施例提供的CMP方法的流程示意圖。圖3是晶圓在CMP之后、其上面形成缺陷的示意圖，其中圖3 (a)為先進(jìn)行主研磨再進(jìn)行邊緣研磨的CMP方法所形成的研磨面上的缺陷，圖3 (b)為先進(jìn)行邊緣研磨再進(jìn)行主研磨的CMP方法所形成的研磨面上的缺陷。
具體實(shí)施例方式下面介紹的是本發(fā)明的多個(gè)可能實(shí)施例中的一些，旨在提供對(duì)本發(fā)明的基本了解。并不旨在確認(rèn)本發(fā)明的關(guān)鍵或決定性的要素或限定所要保護(hù)的范圍。容易理解，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，在不變更本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神下，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以提出可相互替換的其它實(shí)現(xiàn)方式。因此，以下具體實(shí)施方式
以及附圖僅是對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案的示例性說(shuō)明，而不應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的全部或者視為對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限定或限制。在該發(fā)明中，主要針對(duì)集成電路的后端互連結(jié)構(gòu)制備過(guò)程中的晶圓進(jìn)行CMP處理，例如，對(duì)用作MD的硅玻璃層進(jìn)行CMP處理。具體地，該硅玻璃可以為BPSG (硼磷硅酸玻璃)或者PSG (磷硅玻璃)等。例如，在BPSG沉積回流形成以后，需要通過(guò)平坦化來(lái)形成IMD層,從而為下ー層的金屬布線制備作準(zhǔn)備。圖2所示為按照本發(fā)明實(shí)施例提供的CMP方法的流程示意圖。以下結(jié)合圖I及圖2對(duì)該發(fā)明實(shí)施例的CMP方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 首先，步驟S11，進(jìn)行研磨前的準(zhǔn)備步驟
在該步驟中，首先需要將待研磨的晶圓裝入研磨頭130中，以使待磨面可操作地與研磨墊相接觸。然后，研磨頭開(kāi)始做準(zhǔn)備研磨的動(dòng)作，并且此時(shí)，研磨平臺(tái)可以按預(yù)定速率開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)、研磨頭也可以按預(yù)定速率開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)130、漿料傳送裝置120也可以開(kāi)始按預(yù)定流量開(kāi)始輸送漿料。需要理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員基本了解研磨前的各種細(xì)節(jié)準(zhǔn)備步驟，在此不再詳述。進(jìn)ー步，步驟S12，主要對(duì)晶圓的邊緣進(jìn)行研磨。在該步驟中，主要對(duì)晶圓的邊緣部分進(jìn)行研磨，也即邊緣研磨(Edge Polish)步驟。在施加下壓カ時(shí)，其主要施加于研磨頭的邊緣，從而晶圓的邊緣部分與研磨墊之間的壓力相對(duì)較大，在研磨的過(guò)程中，邊緣部分研磨速率相對(duì)較快，中央部分相對(duì)較慢。具體地，在該實(shí)施例中，研磨頭130以正弦曲線(sinusoidal)軌跡在研磨墊上擺動(dòng)運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)速率范圍可以為5次擺動(dòng)/分鐘(sweeps/min),同時(shí)研磨頭130在研磨墊上高速旋轉(zhuǎn),例如旋轉(zhuǎn)速度是44轉(zhuǎn)/分鐘；旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和正弦曲線軌跡擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。研磨頭130中的內(nèi)部塊的壓力相對(duì)增加，例如，設(shè)置為5.2磅/平方英寸；另外，研磨頭中的墊環(huán)(Retaining Ring, RR)可以設(shè)置為4. 5磅/平方英寸,研磨頭中的膜組件(Membrane)的壓カ可以設(shè)置為O. 5磅/平方英寸。在研磨的過(guò)程中，漿料傳送裝置120也按預(yù)定速率(150毫升/分鐘)不停地輸送漿料。在邊緣研磨進(jìn)行一定時(shí)間后(在該實(shí)施例中通過(guò)時(shí)間終止法來(lái)終止研磨過(guò)程)，終止該邊緣研磨過(guò)程，在該終止過(guò)程中，主要通過(guò)CMP裝置中的先進(jìn)エ藝控制模塊(Advance Process Controller, APC)來(lái)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)理解的是,在其它實(shí)施例中，也可以采用其它方法實(shí)現(xiàn)終止，例如終止點(diǎn)檢測(cè)法。優(yōu)選地，在步驟S12結(jié)束后，還包括研磨墊調(diào)整裝置110的擺動(dòng)(swe印)清除步驟來(lái)去除研磨墊上殘余漿料以及漿料殘余物等。研磨墊調(diào)整裝置110的擺動(dòng)的過(guò)程中，向研磨墊調(diào)整裝置110施加一定的下壓力，可以有效去除研磨墊上的殘余漿料以及漿料殘余物，從而有助于在后續(xù)研磨過(guò)程中減少缺陷的形成。進(jìn)ー步,步驟S13,沖洗。在該步驟中，可以沖洗掉研磨墊的上的殘余漿料等。在該實(shí)施例中，可以以新鮮漿料來(lái)沖洗，例如，在該過(guò)程中，漿料傳送裝置120也按預(yù)定速率(150毫升/分鐘)繼續(xù)輸送漿料。進(jìn)ー步，步驟S14，主要對(duì)晶圓的中央部分進(jìn)行研磨。在該步驟中，主要對(duì)晶圓的中央部分進(jìn)行研磨，也即主研磨(Main Polish)步驟。在施加下壓力時(shí)，其主要施加于研磨頭的中央部分，從而晶圓的中央部分與研磨墊之間的壓力相對(duì)較大，在研磨的過(guò)程中，中央部分研磨速率相對(duì)較快，邊緣部分相對(duì)很慢。具體地，在該實(shí)施例中，研磨頭130以正弦曲線(sinusoidal)軌跡在研磨墊上擺動(dòng)運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)速率范圍可以為5次擺動(dòng)/分鐘(sweeps/min),同時(shí)研磨頭130在研磨墊上高速旋轉(zhuǎn),例如旋轉(zhuǎn)速度是44轉(zhuǎn)/分鐘；旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和正弦曲線軌跡擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。研磨頭130中的內(nèi)部塊(Inner Tuber，IT)上所設(shè)置的壓力小于步驟(2)中的內(nèi)部塊上所設(shè)置的壓力，例如，其范圍可以設(shè)置為3. O磅/平方英寸；另外,研磨頭中的墊環(huán)(Retaining Ring, RR)的壓力范圍可以設(shè)置為3. 3磅/平方英寸；研磨頭中的膜組件(Membrane)的壓力范圍可以設(shè)置為3. O磅/平方英寸。在研磨的過(guò)程中，漿料傳送裝置120也按預(yù)定速率(150毫升/分鐘)不停地輸送漿料。在進(jìn)行邊緣研磨一定時(shí)間后(在該實(shí)施例中通過(guò)時(shí)間終止法來(lái)終止研磨過(guò)程)，終止該邊緣研磨過(guò)程，在該終止過(guò)程中，主要通過(guò)CMP裝置中的先進(jìn)工藝控制模塊(Advance Process Controller, APC)來(lái)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)理解的是,在其它實(shí)施例中，也可以采用其它方法實(shí)現(xiàn)終止，例如終止點(diǎn)檢測(cè)法。主研磨終止時(shí)，晶圓的研磨表面達(dá)到預(yù)定的平面度要求。
優(yōu)選地，在該步驟中，相對(duì)常規(guī)的主研磨步驟，降低每片晶圓的主研磨步驟的時(shí)間，例如，相對(duì)于常規(guī)的主研磨步驟降低5秒/片，設(shè)置為23秒/片，這樣是由于選擇本實(shí)施例的方法研磨晶圓時(shí)，由于缺陷減少，從而可以減少研磨的時(shí)間，進(jìn)而可以提高研磨效率、節(jié)省研磨成本。在再一優(yōu)選實(shí)施例中，在步驟S14結(jié)束后，也還包括研磨墊調(diào)整裝置110的擺動(dòng)(swe印)清除步驟來(lái)去除研磨墊上殘余漿料以及漿料殘余物等。研磨墊調(diào)整裝置110的擺動(dòng)的過(guò)程中，向研磨墊調(diào)整裝置110施加一定的下壓力，可以有效去除研磨墊上的殘余漿料以及漿料殘余物，從而有助于在后續(xù)研磨過(guò)程中減少缺陷的形成。進(jìn)一步,步驟S15,沖洗。在該步驟中，研磨頭130繼續(xù)以正弦曲線(sinusoidal)軌跡在研磨墊上擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速率范圍可以為5次擺動(dòng)/分鐘(sweeps/min),同時(shí)研磨頭130在研磨墊上高速旋轉(zhuǎn)，例如旋轉(zhuǎn)速度是44轉(zhuǎn)/分鐘；旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和正弦曲線軌跡運(yùn)動(dòng)兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。研磨頭上偏置的下壓力減小，同時(shí)可以通過(guò)漿料傳送裝置120按預(yù)定速率(150毫升/分鐘)輸送去離子水。通過(guò)該清洗步驟，可以在化學(xué)吸附形成前清除顆粒，并保護(hù)研磨表面不受二次污染，研磨墊上的殘余物得到有效去除。至此，一次CMP過(guò)程基本完成。在該過(guò)程中，采用兩次研磨的方式(邊緣研磨、主研磨)可以在避免晶圓的研磨面產(chǎn)生“碟形”(或邊緣環(huán)形)缺陷的同時(shí)，先進(jìn)行邊緣研磨、再進(jìn)行主研磨，避免了進(jìn)行邊緣研磨時(shí)壓力過(guò)于集中邊緣而產(chǎn)生過(guò)多缺陷，大大減少了 CMP所產(chǎn)生的缺陷。圖3所示為晶圓在CMP之后、其上面形成缺陷的示意圖，其中圖3 (a)為先進(jìn)行主研磨再進(jìn)行邊緣研磨的CMP方法所形成的研磨面上的缺陷，圖3 (b)為先進(jìn)行邊緣研磨再進(jìn)行主研磨的CMP方法所形成的研磨面上的缺陷。從其中可以看出，使用圖2所示實(shí)施例的CMP方法后，通過(guò)改進(jìn)CMP方法過(guò)程即可大大減少缺陷的形成，不需要增加或改進(jìn)CMP設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)，成本低。以上例子主要說(shuō)明了本發(fā)明的CMP方法。盡管只對(duì)其中一些本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā)明可以在不偏離其主g與范圍內(nèi)以許多其他的形式實(shí)施。因此，所展示的例子與實(shí)施方式被視為示意性的而非限制性的，在不脫 離如所附各權(quán)利要求所定義的本發(fā)明精神及范圍的情況下，本發(fā)明可能涵蓋各種的修改與替換。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，用于對(duì)在集成電路的后端互連結(jié)構(gòu)制備過(guò)程中的晶圓上的硅玻璃層進(jìn)行平坦化處理，其特征在于，所述方法包括以下步驟 (1)主要對(duì)所述晶圓的邊緣進(jìn)行研磨； (2)第一沖洗; (3)主要對(duì)所述晶圓的中央進(jìn)行研磨；以及 (4)第二沖洗。
2.如權(quán)利要求I所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，在所述第(I)和/或第(3)步驟中，所述晶圓置于化學(xué)機(jī)械研磨裝置的研磨頭中，所述研磨頭相對(duì)所述研磨裝置的研磨墊做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)所述研磨頭相對(duì)所述研磨墊做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的速率設(shè)置為5次擺動(dòng)/分鐘，所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速率設(shè)置為44轉(zhuǎn)/分鐘。
4.如權(quán)利要求I或2所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述第(I)步驟中所述研磨頭中的內(nèi)部塊的壓力大于所述第(3)步驟中所述研磨頭中的內(nèi)部塊的壓力。
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，所述第(I)步驟中所述研磨頭中的內(nèi)部塊的壓力設(shè)置為5. 2磅/平方英寸，所述第(3)步驟中所述研磨頭中的內(nèi)部塊的壓力設(shè)置為3. O磅/平方英寸。
6.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，所述第(I)步驟中，所述研磨頭中的墊環(huán)的壓力設(shè)置為4. 5磅/平方英寸，所述研磨頭中的膜組件的壓力設(shè)置為O. 5磅/平方英寸。
7.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，所述第(3)步驟中，所述研磨頭中的墊環(huán)的壓力設(shè)置為3. 3磅/平方英寸，所述研磨頭中的膜組件的壓力設(shè)置為3. O磅/平方英寸。
8.如權(quán)利要求I所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，在所述第(I)步驟和/或第(3)步驟之后，還包括步驟 化學(xué)機(jī)械研磨裝置的研磨墊調(diào)整裝置的擺動(dòng)清除步驟。
9.如權(quán)利要求I所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，在所述第(3)步驟中對(duì)每片晶圓的研磨時(shí)間設(shè)置為23秒。
10.如權(quán)利要求I所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述硅玻璃為硼磷硅酸玻璃或者磷硅玻璃。
11.如權(quán)利要求I或10所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述硅玻璃層用作所述后端互連結(jié)構(gòu)的層間介質(zhì)層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)方法，屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域。該CMP方法用于對(duì)在集成電路的后端互連結(jié)構(gòu)制備過(guò)程中的晶圓上的硅玻璃層進(jìn)行平坦化處理，其包括以下步驟主要對(duì)所述晶圓的邊緣進(jìn)行研磨；第一沖洗；主要對(duì)所述晶圓的中央進(jìn)行研磨；以及第二沖洗。使用該CMP方法處理的晶圓的研磨面缺陷少，并且成本低、省時(shí)省力。
文檔編號(hào)H01L21/304GK102814725SQ20111015179
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者楊貴璞, 張禮麗, 李萬(wàn)山, 李飛, 徐娟 申請(qǐng)人:無(wú)錫華潤(rùn)上華半導(dǎo)體有限公司, 無(wú)錫華潤(rùn)上華科技有限公司