CN103128648B

CN103128648B - 化学机械研磨装置及研磨过程中处理晶片的方法

Info

Publication number: CN103128648B
Application number: CN201110383477.9A
Authority: CN
Inventors: 王庆玲
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2031-11-25
Also published as: CN103128648A

Abstract

本发明公开了一种化学机械研磨装置，该装置包括研磨台、研磨垫、研磨头和存储槽；研磨台，用于在其上表面承载研磨垫；研磨垫，用于研磨晶片；研磨头，用于在其上架设晶片，在研磨时控制晶片与研磨垫对向配置进行晶片的研磨；或者在清洗晶片时从与研磨垫的对向配置处水平旋转预定角度至存储槽上方；存储槽，位于研磨台一侧，用于存储去离子水或者化学液体，在转换研磨台或者研磨出现故障时，上升预定距离，将研磨头上架设的晶片浸没其中进行清洗预定时间之后恢复至原来位置。本发明还公开了一种研磨过程中处理晶片的方法。采用本发明能够降低晶片上研浆残留。

Description

化学机械研磨装置及研磨过程中处理晶片的方法

技术领域

本发明涉及半导体化学机械研磨领域，特别涉及一种化学机械研磨装置及研磨过程中处理晶片的方法。

背景技术

目前，晶片(wafer)的平坦化制作工艺都是依赖化学机械研磨装置来完成，现有化学机械研磨装置的剖面结构示意图，如图1所示。

该化学机械研磨装置包括研磨台101、研磨垫(pad)102和研磨头103。研磨台101承载研磨垫102，当进行研磨时，首先将待研磨的晶片W架设在研磨头103上，使晶片W的待研磨面与旋转的研磨垫102对向配置，此时，在研磨垫102上可提供由研磨粒和化学助剂所构成的研浆(slurry)；接着，研磨头103提供给晶片W可控制的负载如压力，而将晶片W的待研磨面紧压于研磨垫102上，随着晶片与研磨垫之间的相对运动，以及研磨垫上研浆的喷洒，实现对晶片的研磨，形成晶片平坦的表面。

后段工艺互连层的金属互连线一般采用铜，所以需要对铜进行化学机械研磨。现有技术中研磨金属铜层主要通过如上所述的三个研磨台来实现，每个研磨台分别执行一个研磨工序，下面具体说明化学机械研磨金属铜的方法。

图2为现有技术中化学机械研磨方法的第一工序的剖面示意图。在第一研磨台(Platen 1)上执行第一工序，如图2所示，对金属铜进行研磨，去除沟槽上方绝大部分的金属铜。第一工序结束之后要求沟槽上方金属铜的厚度具有一定的厚度值。

图3为现有技术中化学机械研磨方法的第二工序的剖面示意图。在第二研磨台上(Platen 2)执行第二工序，如图3所示，去除沟槽上方剩余的金属铜。

图4为现有技术中化学机械研磨方法的第三工序的剖面示意图。在第三研磨台上(Platen 3)执行第三工序，如图4所示，去除沟槽外的阻挡层和少量的氧化层，以确保沟槽上方剩余的金属铜全部被去除而达到隔离的目的。

需要注意的是，当金属铜在某一研磨台上进行研磨时，如果突然出现故障，研磨会立即停止进行，此时，slurry还没有完全消耗完，这些slurry带有强烈的腐蚀性，残留在金属铜上，很容易使金属铜受到腐蚀。

另外，化学机械研磨装置还可以实现对多晶硅、铜、铝、钨、浅沟槽隔离(STI)、层间介质层(ILD)或金属间介质层(IMD)等的研磨。在研磨过程中也会出现类似问题。例如，在制作金属栅电极过程中，需要对层间介质层进行研磨，根据研磨工序的不同，在第二研磨台上的slurry PH值约为10.5，在第三研磨台上的slurry PH值约为3.5，在从第二研磨台转向第三研磨台时，晶片上肯定残留有大量PH值约为10.5的slurry，当晶片接触到第三研磨台上的slurry时，由于两者PH值相差较大，所以就会对第三研磨台上的研磨过程产生影响，使研磨达不到预定值。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是：降低晶片上研浆残留。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明公开了一种化学机械研磨装置，该装置包括研磨台、研磨垫、研磨头和存储槽；

研磨台，用于在其上表面承载研磨垫；

研磨垫，用于研磨晶片；

研磨头，用于在其上架设晶片，在研磨时控制晶片与研磨垫对向配置进行晶片的研磨；或者在清洗晶片时从与研磨垫的对向配置处水平旋转预定角度至存储槽上方；

存储槽，位于研磨台一侧，用于存储去离子水或者化学液体，在转换研磨台或者研磨出现故障时，上升预定距离，将研磨头上架设的晶片浸没其中进行清洗预定时间之后恢复至原来位置。

所述存储槽侧壁上有进液口，底部上有出液口。

所述装置进一步包括气体输送管路，该气体输送管路的出口位于存储槽的上方，用于将清洗之后的晶片进行稀有气体喷射以干燥晶片表面。

所述稀有气体为氮气或者氩气。

所述化学液体为苯并三唑BTA。

本发明还公开了一种研磨过程中处理晶片的方法，该方法应用于金属研磨、层间介质层研磨、浅沟槽隔离研磨或者相变材料研磨工序中，在转换研磨台或者研磨出现故障时进行，该方法包括：

架设有晶片的研磨头从与研磨垫的对向配置处水平旋转预定角度至存储槽上方；

上升存储有去离子水或者化学液体的存储槽，将晶片浸没其中清洗预定时间之后恢复存储槽至原来位置。

在恢复存储槽至原来位置之后，该方法进一步包括：采用稀有气体干燥晶片表面。

所述清洗的预定时间为2～200秒。

所述清洗的预定时间为10～20秒。

所述晶片进行清洗时，研磨头旋转速度为10～110转每分钟RPM。

所述稀有气体的流量为5～50升每分钟L/min。

由上述的技术方案可见，本发明的化学机械研磨装置增加了存储有去离子水或者化学液体的存储槽，对晶片进行清洗，有效地降低了晶片上研浆的残留。

附图说明

图1为现有化学机械研磨装置的剖面结构示意图。

图2为现有技术中化学机械研磨方法的第一工序的剖面示意图。

图3为现有技术中化学机械研磨方法的第二工序的剖面示意图。

图4为现有技术中化学机械研磨方法的第三工序的剖面示意图。

图5为本发明化学机械研磨装置的俯视示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

图5为本发明化学机械研磨装置的俯视示意图。该装置包括：

研磨台501，用于在其上表面承载研磨垫502；

研磨垫502，用于研磨晶片；

研磨头503，用于在其上架设晶片，在研磨时控制晶片与研磨垫502对向配置进行晶片的研磨；或者在清洗晶片时从与研磨垫502的对向配置处水平旋转预定角度至存储槽504上方；

具体地，当进行研磨时，与现有技术相同，首先将待研磨的晶片W架设在研磨头503上，使晶片W的待研磨面与旋转的研磨垫502对向配置，此时，在研磨垫502上可提供由研磨粒和化学助剂所构成的研浆(slurry)；接着，研磨头503提供给晶片W可控制的负载如压力，而将晶片W的待研磨面紧压于研磨垫502上，随着晶片与研磨垫之间的相对运动，以及研磨垫上研浆的喷洒，实现对晶片的研磨，形成晶片平坦的表面。

存储槽504，位于研磨台501一侧，用于存储去离子水或者化学液体，在转换研磨台或者研磨出现故障时，上升预定距离，将研磨头503上架设的晶片浸没其中进行清洗预定时间之后恢复至原来位置。

其中，存储槽504的侧壁上还具有进液口，底部具有出液口，去离子水或者化学液体从进液口进入存储槽，在清洗完晶片后从出液口排出。当然，从进液口或者出液口流动的去离子水或者化学液体可以通过流量计对流量进行严格控制。

进一步地，该装置还包括气体输送管路505，该气体输送管路的出口位于存储槽504的上方，用于将清洗之后的晶片进行稀有气体喷射以干燥晶片表面。稀有气体优选可以为氮气或者氩气。

根据上述提供的化学机械研磨装置，本发明提供了一种研磨过程中处理晶片的方法，下面列举实施例分别进行说明。

实施例一：在制作金属栅电极过程中对层间介质层研磨，首先在第一研磨台上对氧化层进行研磨，去除替代栅极上方绝大部分的氧化层；接着在第二研磨台上继续对氧化层进行研磨，去除替代栅极上方剩余的氧化层，其中在第二研磨台上使用的slurry PH值约为10.5；最后在第三研磨台进行研磨，去除替代栅极上方的氮化硅层及少量氧化层，其中，在第三研磨台上使用的slurry PH值约为3.5。

在从第二研磨台转向第三研磨台时，架设有晶片的研磨头从与研磨垫的对向配置处水平旋转预定角度至存储槽上方；

上升存储有去离子水的存储槽，将晶片浸没其中清洗预定时间之后恢复存储槽至原来位置。

由于晶片在存储槽中已经用去离子水将残留的PH值约为10.5的slurry清洗干净，所以接下来可以直接在第三研磨台上进行研磨，而不发生现有技术所出现的问题。

实施例二：后段工艺互连层的金属互连线一般采用铜，所以需要对铜进行化学机械研磨。研磨金属铜层主要通过如上所述的三个研磨台来实现，每个研磨台分别执行一个研磨工序。

当金属铜在某一研磨台上进行研磨时，如果突然出现故障，研磨会立即停止进行，此时，架设有晶片的研磨头从与研磨垫的对向配置处水平旋转预定角度至存储槽上方；

上升存储有化学液体的存储槽，将晶片浸没其中清洗预定时间之后恢复存储槽至原来位置；

采用稀有气体干燥晶片表面。

其中，为保护铜不受侵蚀，本发明实施例化学液体优选为苯并三唑 (BTA)，采用BTA对金属铜表面钝化保护后，不容易再被研磨液或者去离子水腐蚀，并在晶片表面喷射一定时间的稀有气体，将晶片表面干燥，这样待研磨装置恢复正常后可继续在该研磨台上进行研磨，而不发生现有技术所出现的问题。

实施例三：金属铝或钨的研磨与金属铜的研磨相类似，但是由于铝或钨不像金属铜那样容易被去离子水侵蚀，因此可以在存储槽中存储去离子水，对晶片进行清洗即可。

当金属铝或钨在某一研磨台上进行研磨时，如果突然出现故障，研磨会立即停止进行，此时，架设有晶片的研磨头从与研磨垫的对向配置处水平旋转预定角度至存储槽上方；

上升存储有去离子水的存储槽，将晶片浸没其中清洗预定时间之后恢复存储槽至原来位置；

采用稀有气体干燥晶片表面。

接下来就可以待研磨装置恢复正常后，继续在该研磨台上进行研磨，而不会发生铝或钨被残留的slurry腐蚀的问题。

综上，本发明提供了一种研磨过程中处理晶片的方法，该方法应用于金属研磨、层间介质层研磨、浅沟槽隔离研磨或者相变材料研磨工序中，在转换研磨台或者研磨出现故障时进行，该方法包括：

上升存储有去离子水或者化学液体的存储槽，将晶片浸没其中清洗预定时间之后恢复存储槽至原来位置。其中，化学液体包括但不限于BTA，可以根据具体研磨材料的不同，灵活选择各种化学液体对研磨材料进行清洗。

优选地，在恢复存储槽至原来位置之后，该方法进一步包括：采用稀有气体干燥晶片表面。

其中，清洗晶片的预定时间可以为2～200秒，优选为10～20秒。进一步地，在存储槽中清洗晶片时，为更好地达到清洗目的，研磨头的旋转速度优选为10～ 110转每分钟(RPM)。进一步地，干燥晶片表面时稀有气体的流量为5～50升每分钟(L/min)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种化学机械研磨装置，其特征在于，该装置包括研磨台、研磨垫、研磨头和存储槽；

研磨台，用于在其上表面承载研磨垫；

研磨垫，用于研磨晶片；

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述存储槽侧壁上有进液口，底部上有出液口。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括气体输送管路，该气体输送管路的出口位于存储槽的上方，用于将清洗之后的晶片进行氮气或者稀有气体喷射以干燥晶片表面。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述稀有气体为氩气。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述化学液体为苯并三唑。

6.一种研磨过程中处理晶片的方法，其特征在于，该方法应用于金属研磨、层间介质层研磨、浅沟槽隔离研磨或者相变材料研磨工序中，在转换研磨台或者研磨出现故障时进行，该方法包括：

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在恢复存储槽至原来位置之后，该方法进一步包括：采用稀有气体干燥晶片表面。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述清洗的预定时间为2～200秒。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述清洗的预定时间为10～20秒。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述晶片进行清洗时，研磨头旋转速度为10～110转每分钟。

11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述稀有气体的流量为5～50升每分钟。