CN101456150B - 化学机械抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种化学机械抛光方法，包括两个研磨步骤，包括两个研磨步骤，第一步，以晶圆速率与研磨垫速率的比值在1∶0.9至1∶1.1的范围条件下进行研磨；第二步在晶圆速率与研磨垫速率的比值在5∶1至20∶1的范围条件下进行研磨。本发明通过在主研磨之后加入一步增大晶圆对研磨垫的相对转速的步骤，使晶圆相对研磨垫的线速沿半径方向增加，从而使晶圆上各点的研磨速率沿中心向周边提高，提高晶圆残膜的面内均一性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是半导体制造领域中的化学机械抛光方法。
背景技术
在半导体制造行业中，随着产品性能的不断提高，对表面质量的要求也越来越高。硅片作为集成电路芯片的基础材料，其表面粗糙度和表面平整度成为影响集成电路刻蚀线宽的重要因素之一。抛光是表面平面化加工的重要手段，化学机械抛光是目前广泛采用的并且是几乎唯一的全局平面化技术。化学机械抛光工艺是机械削磨和化学腐蚀的组合技术，其工艺是将待抛光工件在一定的下压力及抛光液的存在下相对于抛光垫作旋转运动，借助抛光液中研磨颗粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用来完成对工件表面的材料去除，并获得光洁表面。
在对于化学机械抛光工艺而言，膜厚的面内均一性和局部的平坦化程度是工艺控制和评估的重要指标。前膜膜厚的均一性及表面形貌都会影响后续化学机械抛光制程的面内均一性。
在已有技术中化学机械研磨工艺均一性的优化，一般通过调节施加在晶圆背面不同区域的压力、改变研磨液滴加在研磨垫上的位置，或采用不同种类的研磨垫、研磨液等等来实现。
某些化学机械研磨工艺前膜成膜工艺的特点，会使靠近晶圆边缘的膜厚较其他区域厚，由于通气体的喷嘴位置固定也很难做工艺调整。从工艺整合的角度，要求随后的化学机械研磨工艺在晶圆周边的研磨速率比较快，从而使最终的膜厚均一性得到提高。通常化学机械研磨的工艺会采用增加控制晶圆边缘压力环的压力来提高周边的研磨速率。但由于化学机械研磨工艺受耗材使用寿命的影响，很难使得在整个耗材使用周期，周边速率都比较快。而且这种方法还会增大压力环的磨损，缩短了压力环的使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种化学机械抛光方法，可以提高化学机械抛光中晶圆残膜的面内均一性。
为解决上述技术问题，本发明化学机械抛光方法的技术方案是，包括两个研磨步骤，第一步，以晶圆速率与研磨垫速率的比值在1∶0.9至1∶1.1的范围条件下进行研磨；第二步在晶圆速率与研磨垫速率的比值在5∶1至20∶1的范围条件下进行研磨。
作为本发明的进一步改进是，第二步中再晶圆速率与研磨垫速率的比值在5∶1至12∶1的范围条件下进行研磨。
本发明采用提高晶圆旋转速率和研磨垫旋转速率的差，使晶圆上各点的研磨速率沿中心向周边增加，从而提高了晶圆残膜的面内均一性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：
图1为化学机械抛光工艺示意图；
图2为化学抛光工艺中晶圆和研磨垫相对运动原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，当利用化学机械抛光工艺对晶圆进行抛光时，晶片搬运部件3将晶片60搬放到研磨垫50上，研磨垫50贴在研磨盘40上，研磨液10经过研磨液供给装置将研磨液原液10传送到研磨垫50的表面。当研磨头将晶圆压在研磨垫上并带动晶圆旋转，研磨垫则通过研磨盘做同向旋转，在进行研磨时，由研磨颗粒所构成的研浆会被引入晶圆与研磨垫间。影响化学机械抛光制程的变量包括有：研磨头所施的各区域的压力与晶圆的平坦度、晶圆与研磨垫的相对旋转速度、研浆与研磨颗粒的化学成份、温度、以及研磨垫的材质与磨损性等等。
如图2所示，R为研磨垫中心与晶圆中心的距离，ω1为研磨垫的旋转角速度，ω2为晶圆的旋转角速度，晶圆的半径为r，根据化学机械抛光工艺的模型方程普莱斯通方程：R＝Kp*P*V，其中Kp为Preston经验常数，P为压力，V为研磨垫与晶圆相对速度，从上述公式可以看出研磨速率与研磨垫和晶圆之间的相对速度成正比。当晶圆与研磨垫围绕各自圆心旋转的速率接近相近时，也就是两者绕各自圆心旋转的角速度接近时，有ω1≈ω2，此时，晶圆表面除中心点的各点的相对线速率是随该点到研磨垫中心点的距离不同而变化的。但考虑到晶圆自身的旋转，降低了表面各点的相对线速度的差异。可以认为随时间平均的晶圆中心点与边缘点的速率是一样的。
某些化学机械抛光工艺前膜成膜工艺的特点，靠近晶圆边缘的膜厚较其他区域厚，由于通气体的喷嘴位置固定，很难对之做工艺调整。从工艺整合的角度，要求随后的化学机械抛光工艺在晶片周边的研磨速率比较快，从而使最终的膜厚均一性得到提高。
本发明的实施例对于前膜靠近晶圆边缘较厚的膜，分两个步骤进行化学机械研磨，第一步是主研磨，在主研磨过程中，晶圆速率ω2与研磨垫速ω1率的比值接近1∶1，一般在1∶0.9至1∶1.1之间。主研磨步骤结束后，加入一定时间的周边速率较快的研磨步骤，使得研磨垫速率ω1＜＜晶圆速率ω2。第二步的研磨过程中，在晶圆速率ω2与研磨垫速率ω1的比值在5∶1至20∶1的范围条件下进行研磨，直至得到符合工艺要求的均一膜厚。
也可以根据工艺需要，调整第二步中晶圆速率ω2和研磨垫速率ω1的比值，使得第二步中晶圆速率ω2与研磨垫速率ω1的比值在5∶1至12∶1之间。
在第一步的主研磨过程中晶圆速率ω2与研磨垫速率ω1的比值为1∶1，第二步中晶圆速率ω2与研磨垫速率ω1的比之为10∶1。
利用本发明方法的化学机械抛光工艺可以适用于对氧化硅、钨、硅和铜的化学机械抛光。
根据化学机械抛光工艺的模型普莱斯通方程(R＝Kp*P*V)，研磨速率与研磨垫和晶圆间的相对速度成正比。本发明通过在主研磨步骤结束后，加入一步增大晶圆对研磨垫的相对转速的步骤，使晶圆相对研磨垫的线速沿半径方向增加，从而使晶圆上各点的研磨速率沿中心向周边提高，提高晶圆残膜的面内均一性。
Claims (3)
1. 一种化学机械抛光方法，其特征在于，包括两个研磨步骤，第一步，以晶圆速率与研磨垫速率的比值在1∶0.9至1∶1.1的范围条件下进行研磨；第二步在晶圆速率与研磨垫速率的比值在5∶1至20∶1的范围条件下进行研磨。
2. 根据权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，第二步中在晶圆速率与研磨垫速率的比值在5∶1至12∶1的范围条件下进行研磨。
3. 根据权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，第一步中晶圆速率与研磨垫速率的比值为1∶1，第二步中晶圆速率与研磨垫速率的比之为10∶1。
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