CN101121245A - 改善氧化膜cmp均一性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善氧化膜化学机械抛光(CMP)均一性的方法，该方法包括步骤：在晶圆的主研磨阶段，采用高硬度的研磨垫研磨晶圆表面，以消除段差；用中等硬度的研磨垫对经前述步骤研磨的晶圆表面进行研磨。本发明的改善氧化膜CMP均一性的方法通过在不同的主研磨阶段分别采用高硬度和中等硬度的研磨垫，改善了残膜的面内均一性和局部的平坦化程度，且控制了制程缺陷率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造工艺技术领域，尤其涉及一种改善氧化膜化学机械抛光(CMP)均一性的方法。
背景技术
膜厚的面内均一性和局部的平坦化程度是化学机械抛光(ChemicalMechanical Planarization，CMP)工艺控制和评估的重要指标。除了前膜膜厚的均一性及表面状况(topography)的影响，CMP制程相关的耗材(consumables)，如研磨垫(pad)，研磨液(slurry)都会影响残膜的面内均一性和局部的平坦化程度。
研磨垫在CMP工艺中是影响研磨速率和平坦化效果的重要耗材。作为研磨液的载体，研磨垫与被研磨的晶圆(wafer)表面直接接触，通过压力和剪切力的共同作用去除晶圆表面一定量的膜层，达到平坦化的作用。因此研磨垫的特性(硬度，弹性，可压缩性等)及表面的形变直接影响到膜厚的面内均一性和局部的平坦化程度。图1、2所示为CMP研磨时研磨垫与晶圆的作用情况。
大多数研磨垫都是以聚氨酯作为基础原料。根据聚氨酯物理特性的不同，可以将研磨垫分为软硬两种。一般地，研磨垫材质越硬，可以较快消除段差及得到较好局部化均一性(Within-die)，但是容易造成晶圆表面的划伤，而软质研磨垫的面内研磨均一性较好(within-wafer)，晶圆表面产生划伤的几率较小。研磨垫的物理特性与研磨特性的关系如下表1所示。
表1CMP研磨垫硬度与研磨特性的关系
| 软质研磨垫 | 硬质研磨垫 | |
| 晶圆面内均一性 | 好 | 难控制 |
| 研磨速率 | 较稳定 | 随研磨时间呈下降趋势 |
| 平坦化长度 | 小于10微米 | 几百微米 |
| 凹陷 | 显著 | 不显著 |
| 晶圆表面划伤几率 | 很小 | 较高 |
以应用材料(Applied Material)的Mirra机台为例。目前，在200mm工艺中应用较多的氧化膜CMP工艺多采用2个IC研磨垫作研磨平台1和2的主要研磨外加Politex研磨垫作研磨平台3的细研磨或者使用3个IC研磨垫来进行3个研磨平台的研磨。
IC系列研磨垫属于中等硬度研磨垫。使用IC系列研磨垫可以达到较好的膜厚均一性和较低的表面表面的划伤几率。但是由于其材料的物理特性，在研磨过程中形变使得在晶圆表面一些低的区域造成凹陷(dishing)，特别是在浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation，STI)的化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)制程中，在大的隔离结构(trench)产生较大凹陷，从而对器件的电性能造成影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改善氧化膜CMP均一性的方法，该方法能改善残膜的面内均一性和局部的平坦化程度。
为了解决上述技术问题，本发明通过如下技术方案实现：
一种改善氧化膜CMP均一性的方法，包括如下步骤：
(1)在主研磨的第一阶段，采用高硬度的研磨垫研磨晶圆表面，以消除段差；
(2)在主研磨的第二阶段，用中等硬度的研磨垫对经步骤(1)研磨的晶圆表面进行研磨。
本发明的改善氧化膜CMP均一性的方法，在氧化膜化学机械抛光工艺中，晶圆的主研磨阶段采用高硬度和中等硬度特性的研磨垫组合研磨，改善了残膜的面内均一性和局部的平坦化程度，同时兼顾了制程缺陷率的控制，且由于在研磨平台1采用硬质研磨垫，不仅提高晶圆在开始研磨平台2之前的表面平坦化，而且提高了研磨平台2终点检出的稳定性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
图1是现有CMP研磨时研磨垫与晶圆作用的宏观示意图；
图2是现有CMP研磨时研磨垫与晶圆作用的局部示意图；
图3是本发明改善氧化膜CMP均一性的方法在工艺改进前的示意图；
图4是本发明改善氧化膜CMP均一性的方法在工艺改进后的示意图；
图5是本发明方法中的晶圆在STI CMP工艺中的表面变化示意图。
具体实施方式
本发明改善氧化膜CMP均一性的方法，包括如下步骤：
(1)在主研磨的第一阶段，采用高硬度的研磨垫研磨晶圆表面，以消除段差；
(2)在主研磨的第二阶段，用中等硬度的研磨垫对经步骤(1)研磨的晶圆表面进行研磨。
本发明的方法可适用于包括浅沟槽隔离的化学机械抛光(shallowtrench isolation CMP，STI CMP)，层间绝缘膜的化学机械抛光(interlayer dielectric CMP，ILD CMP)，金属间绝缘介质的化学机械抛光(inter-metal dielectric CMP，IMD CMP)等在化学机械抛光工艺前晶圆表面已具有段差(step height)的氧化膜CMP工艺。
以STI的化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)工艺为例。图3所示为本发明方法的工艺改进前的示意图，图4为本发明方法的工艺改进后的示意图，其中，在Applied Material的Mirra机台上，用高硬度的研磨垫来取代研磨平台1(platenl)的IC研磨垫(中等硬度)，可以较快消除段差，提高晶圆在开始研磨平台2之前的表面平坦化。在进行完研磨平台2的中等硬度的IC研磨垫研磨后，晶圆的残膜的面内均一性和局部的平坦化程度将会得到改善。而且，如果研磨平台2采用终点检出的工艺控制，研磨平台1研磨后平坦化的提高也可改善终点检出的稳定性。
此外，用硬度适中的IC研磨垫作为硬质研磨垫的后研磨步骤，兼顾了制程缺陷率的控制。
图5为晶圆在STI CMP工艺中的表面变化示意图，从图中可看出，在研磨平台1阶段，用硬度中等的研磨垫研磨会在表面低的隔离结构区域形成较明显的凹陷，无法达到很好的平坦化程度，而用硬度高的研磨垫研磨则会显著改善凹陷形成；在研磨平台2阶段，虽然都使用硬度中等的研磨垫进行继续研磨，但由于在前阶段使用不同硬度的研磨垫，晶圆表面的平坦化程度不同。前面研磨平台1阶段用硬度中等的研磨垫研磨的，在隔离结构(trench)处仍产生较大凹陷，而前面研磨平台1阶段用硬度高的研磨垫研磨的，在隔离结构处平坦均一，凹陷得到改善。
Claims (3)
1.一种改善氧化膜CMP均一性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在主研磨的第一阶段，采用高硬度的研磨垫研磨晶圆表面，以消除段差；
(2)在主研磨的第二阶段，用中等硬度的研磨垫对经步骤(1)研磨的晶圆表面进行研磨。
2.如权利要求1所述的改善氧化膜CMP均一性的方法，其特征在于，步骤(1)所述的晶圆包括在化学机械抛光工艺前表面具有段差的晶圆。
3.如权利要求2所述的改善氧化膜CMP均一性的方法，其特征在于，所述化学机械抛光工艺包括：浅沟槽隔离的化学机械抛光、层间绝缘膜的化学机械抛光以及金属间绝缘介质的化学机械抛光。
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| CNA2006100299983A CN101121245A (zh) | 2006-08-11 | 2006-08-11 | 改善氧化膜cmp均一性的方法 |
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| CN101121245A true CN101121245A (zh) | 2008-02-13 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108406575A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-08-17 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | Cmp研磨方法 |
| CN111863643A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-10-30 | 武汉新芯集成电路制造有限公司 | 晶圆键合结构、晶圆键合方法及芯片键合结构 |
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2006
- 2006-08-11 CN CNA2006100299983A patent/CN101121245A/zh active Pending
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