CN104802068A

CN104802068A - 化学机械抛光方法

Info

Publication number: CN104802068A
Application number: CN201410035833.1A
Authority: CN
Inventors: 王贤超; 奚民伟
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2034-01-24
Also published as: CN104802068B

Abstract

本申请提供了一种化学机械抛光方法。该方法包括以下步骤：步骤S1，利用第一抛光液对待抛光晶圆的表面进行抛光；步骤S2，利用第二抛光液对抛光后的晶圆进行抛光减薄；步骤S3，利用第三抛光液对抛光减薄的晶圆进行抛光清洗；其中，第一抛光液和第三抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径大于第二抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径，第一抛光液中SiO₂颗粒的颗粒浓度大于第二抛光液和第三抛光液中SiO₂颗粒的颗粒浓度。本申请提供的化学机械抛光方法解决了晶圆在平坦化过程中存在的抛光速率不稳定、晶圆厚度不均匀以及抛光液残留的技术问题。

Description

化学机械抛光方法

技术领域

本申请涉及集成电路芯片制作技术领域，更具体地，涉及一种化学机械抛光方法。

背景技术

在集成电路的制造过程中，随着特征尺寸的缩小和金属互连层数的增加，对晶圆表面平整度的要求也越来越高。目前，化学机械抛光是最有效的全局平坦化技术。化学机械抛光（CMP）是采用旋转的抛光头夹持住晶圆，并将其以一定压力压在旋转的抛光垫上，由磨粒和化学溶液组成的抛光液在晶圆和抛光垫之间流动，晶圆表面在化学和机械的共同作用下实现平坦化。抛光后，通常用清洗液对晶圆进行清洗，以去除残留在晶圆表面的抛光浆料颗粒。

在化学机械抛光过程中，通常采用SiO₂抛光液对晶圆进行抛光，其具体步骤如下所示：首先，在第一抛光垫上利用SiO₂抛光液对晶圆进行粗抛，去除晶圆的粗糙表面；然后，在第二抛光垫上利用SiO₂抛光液对晶圆进行减薄抛光；最后，在第三抛光垫上利用SiO₂抛光液对晶圆进行清洗抛光，去除晶圆表面的缺陷。由于SiO₂抛光液在整个抛光过程的抛光速率不稳定，所以整个抛光过程的抛光程度、厚度变动均难以控制。一般情况下，SiO₂抛光液去除晶圆粗糙面的速率只有0.1-0.2微米/分钟，当粗糙表面被去除后，速率会升高到1微米/分钟，抛光完成后，晶圆不同位置的厚度差异可高达0.6微米。

另外，在利用SiO₂抛光液对晶圆进行抛光后，部分浆料会留在晶圆上，形成残留物缺陷。若不迅速有效地清洗去除这些缺陷，这些缺陷会在晶圆表面继续腐蚀或者随着时间的延长由物理吸附转变为化学吸附最终形成极难去除的化学键合，这一缺陷将严重影响芯片的性能。

为了解决抛光速率不稳定、晶圆厚度不均匀的问题，本领域研究人员尝试增加CMP之前湿法刻蚀的时间，然而这会增加生产成本，减少产品的产量，并且不能实现晶圆粗糙表面的平坦化。为了减少CMP工艺带来的抛光液残留缺陷，本领域研究人员也曾尝试增加后续清洗的时间，但由于现有的SiO₂抛光液是疏水的，很难通过现有工艺去除，所以仍然不能有效地减少晶圆上的抛光液残留缺陷。

发明内容

为了解决现有晶圆在平坦化过程中存在的抛光速率不稳定、晶圆厚度不均匀的技术问题，本申请提供了一种化学机械抛光方法。该方法采用三种不同的抛光液对晶圆进行分步抛光，依次实现了晶圆粗糙面的抛光、晶圆的减薄以及晶圆表面缺陷的去除，从而解决了晶圆在平坦化过程中存在的抛光速率不稳定性、晶圆厚度不均匀的技术问题。本申请提供的化学机械抛光方法可应用于金属氧化物、多晶硅、铜以及介电材料等材料，并适用于0.18微米和0.13微米制程晶圆的抛光。

本申请提供的化学机械抛光方法包括以下步骤：步骤S1，利用第一抛光液对待抛光晶圆进行抛光处理；步骤S2，利用第二抛光液将抛光后的晶圆进行减薄；步骤S3，利用第三抛光液将减薄后的晶圆进行清洗；其中，第一抛光液和第三抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径大于第二抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径，第一抛光液中SiO₂颗粒的颗粒浓度大于第二抛光液和第三抛光液中SiO₂颗粒的颗粒浓度。

进一步地，第一抛光液和第三抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径是第二抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径的1.25至5倍。

进一步地，第一抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径在50-100纳米范围内，SiO₂的颗粒浓度为10%-50%。

进一步地，步骤S1的抛光时间为20-30秒。

进一步地，第二抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径在20-80纳米范围内，SiO₂的颗粒浓度为5%-30%。

进一步地，步骤S2的减薄时间为60-90秒。

进一步地，第三抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径在50-100纳米范围内，SiO₂的颗粒浓度为5%-30%。

进一步地，第三抛光液里含有氧化剂，优选地，所述氧化剂为H₂O₂。

进一步地，步骤S3的清洗时间为90-120秒。

由上述技术方案可以看出，本申请提供的化学机械抛光方法利用三种不同的抛光液对晶圆进行分步抛光，依次实现了晶圆粗糙面的抛光、晶圆的减薄以及晶圆表面缺陷的去除，从而解决了晶圆在平坦化过程中存在的抛光速率不稳定性、晶圆厚度不均匀的技术问题。另外，本申请还可以通过在第三抛光液中加入氧化剂来解决晶片抛光液的残留问题。因此，如果同时采用分步抛光和在第三抛光液中加入氧化剂，则可以同时解决晶圆在平坦化过程中存在的抛光液残留问题。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。下面的将参照图，对本申请作进一步详细的说明。

附图说明

附图构成本说明书的一部分、用于进一步理解本申请，附图示出了本申请的优选实施例，并与说明书一起用来说明本申请的原理。

图1示出了本申请所提供的化学机械抛光方法的流程示意图。

具体实施方式

下面，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。但是本申请可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

由背景技术可知，现有晶圆在平坦化过程中存在抛光速率不稳定、晶圆厚度不均匀的技术问题，本申请的发明人针对上述问题进行研究，提出采用三种不同的抛光液对晶圆进行分步抛光，依次实现晶圆粗糙面的抛光、晶圆的减薄以及晶圆表面缺陷的去除，使得抛光过程得到有效控制，从而解决了晶圆在平坦化过程中存在的抛光速率不稳定、晶圆厚度不均匀的技术问题。

本申请提供的化学机械抛光方法包括以下步骤：步骤S1，利用第一抛光液对待抛光晶圆的表面进行抛光；步骤S2，利用第二抛光液对抛光后的晶圆进行抛光减薄；步骤S3，利用第三抛光液对抛光减薄的晶圆进行抛光清洗；其中，第一抛光液和第三抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径大于第二抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径，第一抛光液中SiO₂颗粒的颗粒浓度大于第二抛光液和第三抛光液中SiO₂颗粒的颗粒浓度。

本申请提供的技术方案中，利用不同抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径及浓度的不同，实现了不同抛光阶段对抛光速率、晶圆厚度的有效控制。其中，第一抛光液和第三抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径大于第二抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径，第一抛光液中SiO₂颗粒的颗粒浓度大于第二抛光液和第三抛光液中SiO₂颗粒的颗粒浓度。因为发明人发现在第一阶段的抛光过程中，晶圆表面为粗糙面，如果硬质SiO₂颗粒含量较高、颗粒尺寸比较大的话，才能使得SiO₂颗粒对晶圆粗糙表面的机械研磨作用稳定、均匀；而在第二阶段的减薄过程中，由于晶圆的粗糙面已经被去除，所以采用的SiO₂颗粒浓度及尺寸都需要减小以防止在抛光减薄阶段对晶圆造成二次抛光缺陷；进入到第三阶段的清洗后，不但要对晶圆进行进一步精细抛光，还需要对残留在晶圆上的抛光液进行清洗，所以SiO₂颗粒的平均粒径要比第二抛光液的SiO₂颗粒平均粒径大，以达到精细抛光的作用，但为了避免造成抛光缺陷，SiO₂颗粒的浓度还不能过高。申请人也是在偶然的实验过程中发现，将第一抛光液、第二抛光液以及第三抛光液的颗粒大小及浓度控制在上述范围内，就可以实现抛光过程的有效控制，从而解决了晶圆在平坦化过程中存在的抛光速率不稳定性、晶圆厚度不均匀的技术问题。

在此需要声明的是，本申请所采用的第一抛光液、第二抛光液和第三抛光液均为市售产品。SiO₂抛光液一般由研磨剂、表面活性剂、稳定剂、氧化剂等组成。SiO₂颗粒的平均粒径范围可以为1-100纳米，SiO₂颗粒的浓度可以为5-50%。

为了进一步说明本申请所提供的化学机械抛光方法，下面将结合图1进一步阐述该方法。

如图1所示，首先实施步骤S1，利用第一抛光液对待抛光晶圆进行抛光处理。在具体实施方式中，可以将待抛光的晶圆固定于化学机械抛光仪器的第一抛光垫上，正面朝向抛光垫，将第一抛光液滴在抛光垫上，在研磨头上施加一定压力，并使其旋转，进而对晶圆正面进行机械抛光，以去除晶圆的粗糙面。在抛光过程中，用粗糙面厚度除以抛光速率可以计算出抛光所需要的时间，再给出一定的过抛光时间，就可以确保粗糙表面被完全除去。

申请人在不断的生产实践中发现，第一抛光液的机械研磨效率一定要大于化学研磨效率，在SiO₂研磨剂的机械研磨作用下，晶圆的粗糙表面被抛光去除。利用第一抛光液对晶圆的粗糙表面进行抛光的过程中，第一抛光液中的硬质SiO₂颗粒含量较高、颗粒的平均粒径也较大，使得SiO₂颗粒对晶圆粗糙表面的机械研磨作用十分稳定，从而使得第一阶段的抛光速率十分稳定。优选地，第一抛光液的SiO₂颗粒平均粒径为50-100纳米，SiO₂颗粒浓度可以是10%-50%，利用第一抛光液对晶圆粗糙表面进行抛光的时间可根据晶圆的粗糙面厚度而决定，优选地，抛光的时间可以控制在20-30秒。如果将颗粒的平均粒径在上述优选范围内，则对粗糙面抛光和打磨的效果更优良；如果SiO₂颗粒浓度控制在上述优选范围内，则在研磨速率和研磨均匀性上表现出更优异的效果。

另外，在抛光过程中还应该关注压力、转速和流速，使得抛光过程具有较小的压力以防止可能对晶圆造成的破坏。较高的转速可以得到较高的研磨速率，较小的研磨液流量可以防止研磨颗粒被冲走。优选地，研磨头上施加的压力为220-270_g/cm²，研磨头的转速为60-70r/min，第一抛光液的流速为130-160ml／min。

完成步骤S1后实施步骤S2，利用第二抛光液将抛光后的晶圆进行减薄。在具体实施方式中，可以将抛光后的晶圆固定于化学机械抛光仪器的第二抛光垫上，正面朝向抛光垫，将第二抛光液滴在抛光垫上，在研磨头上施加一定压力，并使其旋转，对晶圆正面进行化学刻蚀。所述化学刻蚀的过程为：粘在抛光机上盘的晶圆表面的原子与抛光机下盘上浸有抛光液的多孔抛光布吸附的抛光液中的氧化剂、催化剂等物质在某一设定温度下反应。上下盘高速反向运转，抛光液连续流动，晶圆表面的反应产物被不断地剥离掉，新抛光液补充进来，反应产物随抛光液被带走。新裸露的原子又被氧化，产物再被剥离下来，如此循环，周而复始。

与利用第一抛光液对晶圆抛光的过程相比，此过程所采用的SiO₂颗粒浓度及尺寸都需要减小以防止在抛光减薄阶段对晶圆造成二次抛光缺陷。优选地，第二抛光液的SiO₂颗粒平均粒径为20-80纳米，SiO₂颗粒的浓度为5%-30%；更优选地，SiO₂颗粒为胶状的SiO₂颗粒，因为SiO₂的胶体粒子不会对器件造成物理损伤。同第一阶段的抛光过程一样，可根据需要减薄的厚度确认此阶段的处理时间，优选地，第二抛光液对晶圆进行抛光减薄的时间为60-90秒。当然，在第二抛光液中，除了含有SiO₂颗粒之外，还含有发生化学刻蚀反应所必须的氧化剂和催化剂。在减薄过程中发生的主要化学反应过程包括：抛光液中氧化剂、催化剂等与晶圆表面的原子发生化学反应，反应得到的反应产物脱离晶圆表面，从而实现晶圆的减薄。由于化学反应过程均匀稳定，而且将SiO₂颗粒的平均粒径和浓度控制在本申请所限定的范围内，就不会因为SiO₂颗粒的存在而影响刻蚀减薄的速率，因此整个刻蚀减薄速率比较稳定。优选地，第一抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径是第二抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径的1.25至5倍。因为存在上述平均粒径的差异，所以经过第一抛光液抛光后的晶圆表面情况（凹凸情况等）能够与第二抛光液中的SiO₂颗粒形成良好的表面接触，既不会造成物理损伤，还能起到很好的抛光减薄作用。

在整个减薄过程中，同样需要关注压力、转速和流速。优选地，研磨头上施加的压力为220-270g/cm²，研磨头的转速为60-70r/min，第二抛光液的流速为250-320ml／min。与利用第一抛光液对晶圆抛光的过程相比，对晶圆减薄的过程中所采用第二抛光液的流速较高，以使抛光液与晶圆之间的反应更加充分。

在利用第二抛光液对晶圆进行减薄的过程中，需要监测晶圆是否达到目标厚度，常用的方法为：1.研磨完成后，用量测机台去量剩余的厚度是否达到目标厚度，如果没有达到目标厚度，继续进行抛光减薄，直到达到目标厚度；2.用有实时量测功能的机台在研磨过程中检测厚度，到目标厚度时停止研磨。

最后，实施步骤S3，利用第三抛光液将减薄后的晶圆进行清洗。在具体实施方式中，可以将减薄后的晶圆固定于化学机械抛光仪器的第三抛光垫上，正面朝向抛光垫，将第三抛光液滴在抛光垫上，在研磨头上施加一定压力，并使其旋转，利用第三抛光液对晶圆正面进行化学机械清洗，以去除晶圆表面的缺陷。在这一阶段，不但需要对晶圆进行进一步精细抛光，还需要对残留在晶圆上的抛光液进行清洗，所以SiO₂颗粒的平均粒径要比第二抛光液的SiO₂颗粒平均粒径大一些，以达到去除抛光液的作用，但为了避免造成抛光缺陷，SiO₂颗粒的浓度还不能过高。优选地，第三抛光液SiO₂颗粒的平均粒径为50-100纳米，SiO₂颗粒浓度为5%-30%。更优选地，第三抛光液SiO₂颗粒的平均粒径为第二抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径的1.25至5倍，而SiO₂颗粒的浓度可以等于或小于第二抛光液中SiO₂的颗粒浓度。与上述两个步骤一样，可根据需要清洗的情况确认此阶段的处理时间，优选地，第三抛光液对晶圆进行抛光清洗的时间可以控制在90-120秒。

在这一抛光清洗过程中同样需要控制压力、转速和流速。优选地，研磨头上施加的压力为220-270g/cm²，研磨头的转速为60-70r/min，抛光液的流速220-250ml／min。

更优选地，在第三抛光液里面含可以加入氧化剂。可采用的氧化剂为H₂O₂，、Fe(NO₃)₃或者二者的混合物。氧化剂可以把硅表面氧化成极薄的一层二氧化硅（厚度<1纳米），而这层极薄的二氧化硅具有亲水性，从而增大了抛光液与晶圆表面之间的接触面积，并且使抛光液对晶圆表面残留物的去除能力得到增加。通过一定时间的物理研磨作用后，黏附在硅表面的抛光液残留被完全去除，同时晶圆表面的缺陷也被去除。这一技术方案克服了抛光液不易去除的技术缺陷，因为现有的第三抛光液通常采用的是去离子水，去离子水不能将晶圆表面氧化，故不能够使硅表面变成斥水性，很难克服抛光液残留问题。通常氧化剂在第三抛光液中的浓度可以在0.1～10wt%的范围，根据处理的晶圆材质情况可以选择合适的浓度范围。

以下将通过实施例进一步说明本申请所提供的化学机械抛光方法。但是，本申请所提供的化学机械抛光方法并不仅仅限于以下实施例所提供的硅片，现有半导体集成电路产业中见到的金属氧化物、多晶硅、铜以及介电材料等的抛光都可以采用本申请提供的方法。

实施例1

本实施例所采用的第一抛光液中的研磨剂为纳米SiO₂颗粒，SiO₂颗粒平均粒径为50纳米，SiO₂颗粒浓度为10%，碱性组分为KOH，pH值为11；第二抛光液中的研磨剂为平均粒径为20纳米的SiO₂颗粒，SiO₂颗粒的浓度为5%，碱性组分为KOH，pH值为9.5；第三抛光液中的研磨剂为含有H₂O₂的亲水性SiO₂抛光液，其浓度为0.3wt%，SiO₂颗粒的平均粒径为50纳米，SiO₂颗粒的浓度为5%，碱性组分为KOH，pH值为10。

在机械化学抛光过程中，测量经过每步抛光后硅衬底厚度的去除率。例如，在晶圆上选取55个测量点，利用膜厚测量仪测量这55个测量点在化学机械抛光前后的厚度差。计算这55个测量点的厚度差的平均值和标准差，其中：晶圆表面抛光厚度的去除率＝55个测量点的厚度差的平均值/化学机械抛光时间。

首先，将待抛光的硅衬底固定于化学机械抛光仪器的第一抛光垫上，正面朝向抛光垫，将第一抛光液滴在抛光垫上，在研磨头上施加一定压力，并使其旋转，进而对硅衬底正面进行机械抛光，其工艺条件为：研磨头上施加的压力为270g/cm²，研磨头的转速为65r/min，抛光液的流速150ml／min，抛光温度为25℃，抛光时间为为30秒。经测定，抛光去除的硅材料的厚度为0.2微米，抛光速率为0.5微米/分钟。

然后，将上述硅衬底固定于化学机械抛光仪器的第二抛光垫上，正面朝向抛光垫，将第二抛光液滴在抛光垫上，在研磨头上施加一定压力，并使其旋转，对硅衬底正面进行刻蚀减薄，其工艺条件为：研磨头上施加的压力为220g/cm²，研磨头的转速为65r/min，抛光液的流速300ml／min，抛光温度为25℃，抛光时间为60秒。经测定，抛光去除的硅材料的厚度为1.0微米，抛光速率为0.8微米/分钟。

最后，将上述硅衬底固定于化学机械抛光仪器的第三抛光垫上，正面朝向抛光垫，将第三抛光液滴在抛光垫上，在研磨头上施加一定压力，并使其旋转，利用第三抛光液对硅衬底正面进行化学机械清洗，其工艺条件为：研磨头上施加的压力为220g/cm2，研磨头的转速为65r/min，抛光液的流速240ml／min，抛光温度为25℃，抛光时间为100秒。清洗完毕后，用SEM扫描电子显微镜对全片进行缺陷检测，指标是检测>0.2um大小的缺陷。抛光清洗后，缺陷减少82%。同样，用SEM扫描电子显微镜对清洗完毕的晶圆进行抛光液残留检测，发现抛光液残留的面积<1%。另外，经测定，55个测量点的厚度差控制在0.2微米之内。

实施例2

本实施例所采用的第一抛光液中的研磨剂为纳米SiO₂颗粒，SiO₂颗粒平均粒径为70纳米，SiO₂颗粒浓度为25%，碱性组分为KOH，pH值为11；第二抛光液中的研磨剂为胶状SiO₂颗粒，SiO₂颗粒的平均粒径为40纳米，SiO₂颗粒的浓度为25%，碱性组分为KOH，pH值为9.5；第三抛光液中的研磨剂为含有Fe(NO₃)₃的亲水性SiO₂抛光液，氧化剂的浓度为0.1wt%，SiO₂颗粒的平均粒径为75纳米，SiO₂颗粒的浓度为15%，碱性组分为KOH，pH值为10。

在机械化学抛光过程中，测量经过每步抛光后硅衬底厚度的去除率。例如，在晶圆上选取55个测量点，利用膜厚测量仪测量这55个测量点在化学机械抛光前后的厚度差。计算这49个测量点的厚度差的平均值和标准差，其中：晶圆表面抛光厚度的去除率＝55个测量点的厚度差的平均值/化学机械抛光时间。

首先，将待抛光的硅衬底固定于化学机械抛光仪器的第一抛光垫上，正面朝向抛光垫，将第一抛光液滴在抛光垫上，在研磨头上施加一定压力，并使其旋转，进而对硅衬底正面进行机械抛光，其工艺条件为：研磨头上施加的压力为270g/cm²，研磨头的转速为65r/min，抛光液的流速150ml／min，抛光温度为25℃，抛光时间为20秒。经测定，抛光去除的硅材料的厚度为0.2微米，抛光速率为0.6微米/分钟。

然后，将上述硅衬底固定于化学机械抛光仪器的第二抛光垫上，正面朝向抛光垫，将第二抛光液滴在抛光垫上，在研磨头上施加一定压力，并使其旋转，对硅衬底正面进行刻蚀减薄，其工艺条件为：研磨头上施加的压力为220g/cm²，研磨头的转速为65r/min，抛光液的流速300ml／min，抛光温度为25℃，抛光时间为90秒。经测定，抛光去除的硅材料的厚度为1.1微米，抛光速率为0.7微米/分钟。

最后，将上述硅衬底固定于化学机械抛光仪器的第三抛光垫上，正面朝向抛光垫，将第三抛光液滴在抛光垫上，在研磨头上施加一定压力，并使其旋转，利用第三抛光液对硅衬底正面进行化学机械清洗，其工艺条件为：研磨头上施加的压力为220g/cm²，研磨头的转速为65r/min，抛光液的流速240ml／min，抛光温度为25℃，抛光时间为90秒。经测定，抛光清洗后，缺陷减少80%。经测定，55个测量点的厚度差控制在0.2微米之内。用SEM扫描电子显微镜对清洗完毕的晶圆进行抛光液残留检测，发现抛光液残留的面积<1%。

实施例3

本实施例所采用的第一抛光液中的研磨剂为纳米SiO₂颗粒，SiO₂颗粒平均粒径为100纳米，SiO₂颗粒浓度为50%，碱性组分为KOH，pH值为11；第二抛光液中的研磨剂为胶状SiO₂颗粒，SiO₂颗粒的平均粒径为80纳米，SiO₂颗粒的浓度为30%，碱性组分为KOH，pH值为9.5；第三抛光液中的研磨剂为含有H₂O₂的亲水性SiO₂，其浓度为3wt%。SiO₂颗粒的平均粒径为100纳米，SiO₂颗粒的浓度为38%，碱性组分为KOH，pH值为10。

首先，将待抛光的硅衬底固定于化学机械抛光仪器的第一抛光垫上，正面朝向抛光垫，将第一抛光液滴在抛光垫上，在研磨头上施加一定压力，并使其旋转，进而对硅衬底正面进行机械抛光，其工艺条件为：研磨头上施加的压力为270g/cm²，研磨头的转速为65r/min，抛光液的流速150ml／min，抛光温度为25℃，抛光时间为25秒。经测定，抛光去除的硅材料的厚度为0.2微米，抛光速率为0.5微米/分钟。

然后，将上述硅衬底固定于化学机械抛光仪器的第二抛光垫上，正面朝向抛光垫，将第二抛光液滴在抛光垫上，在研磨头上施加一定压力，并使其旋转，对硅衬底正面进行刻蚀减薄，其工艺条件为：研磨头上施加的压力为220g/cm²，研磨头的转速为65r/min，抛光液的流速300ml／min，抛光温度为25℃，抛光时间为70秒。经测定，抛光去除的硅材料的厚度为0.9微米，抛光速率为0.7微米/分钟。

最后，将上述硅衬底固定于化学机械抛光仪器的第三抛光垫上，正面朝向抛光垫，将第三抛光液滴在抛光垫上，在研磨头上施加一定压力，并使其旋转，利用第三抛光液对硅衬底正面进行化学机械清洗，其工艺条件为：研磨头上施加的压力为220g/cm²，研磨头的转速为65r/min，抛光液的流速240ml／min，抛光温度为25，抛光时间为120秒℃。经测定，抛光清洗后，缺陷减少90%。经测定，55个测量点的厚度差控制在0.15微米之内。用SEM扫描电子显微镜对清洗完毕的晶圆进行抛光液残留检测，发现抛光液残留的面积<1%。

实施例4

本实施例所采用的第一抛光液中的研磨剂为纳米SiO₂颗粒，SiO₂颗粒平均粒径为100纳米，SiO₂颗粒浓度为10%，碱性组分为KOH，pH值为11；第二抛光液中的研磨剂为平均粒径为15纳米的SiO₂颗粒，SiO₂颗粒的浓度为5%，碱性组分为KOH，pH值为9.5；第三抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径为60纳米，SiO₂颗粒的浓度为5%，碱性组分为KOH，pH值为10。

首先，将待抛光的硅衬底固定于化学机械抛光仪器的第一抛光垫上，正面朝向抛光垫，将第一抛光液滴在抛光垫上，在研磨头上施加一定压力，并使其旋转，进而对硅衬底正面进行机械抛光，其工艺条件为：研磨头上施加的压力为270g/cm²，研磨头的转速为65r/min，抛光液的流速150ml／min，抛光温度为25℃，抛光时间为为30秒。经测定，抛光去除的硅材料的厚度为0.2微米，抛光速率为0.4微米/分钟。

然后，将上述硅衬底固定于化学机械抛光仪器的第二抛光垫上，正面朝向抛光垫，将第二抛光液滴在抛光垫上，在研磨头上施加一定压力，并使其旋转，对硅衬底正面进行刻蚀减薄，其工艺条件为：研磨头上施加的压力为220g/cm²，研磨头的转速为65r/min，抛光液的流速300ml／min，抛光温度为25℃，抛光时间为60秒。经测定，抛光去除的硅材料的厚度为1.0微米，抛光速率为0.9微米/分钟。

最后，将上述硅衬底固定于化学机械抛光仪器的第三抛光垫上，正面朝向抛光垫，将第三抛光液滴在抛光垫上，在研磨头上施加一定压力，并使其旋转，利用第三抛光液对硅衬底正面进行化学机械清洗，其工艺条件为：研磨头上施加的压力为220g/cm²，研磨头的转速为65r/min，抛光液的流速240ml／min，抛光温度为25℃，抛光时间为100秒。经测定，抛光清洗后，缺陷减少75%。经测定，55个测量点的厚度差控制在0.3微米之内。用SEM扫描电子显微镜对清洗完毕的晶圆进行抛光液残留检测，发现抛光液残留的面积<1%。

由以上实施例可以看出，本申请上述的实例实现了如下技术效果：

1.利用三种不同的抛光液对晶圆进行分步抛光，依次实现晶圆粗糙面的抛光、晶圆的减薄和晶圆表面缺陷的去除，抛光过程得到有效控制，抛光后晶圆厚度均匀。

2.本申请提供的化学机械抛光方法在晶圆平坦化过程中的抛光速率稳定，并且经过抛光清洗后，晶圆表面缺陷减少75%-90%。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种化学机械抛光方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1，利用第一抛光液对待抛光晶圆进行抛光处理；

步骤S2，利用第二抛光液将抛光后的所述晶圆进行减薄；

步骤S3，利用第三抛光液将减薄后的所述晶圆进行清洗；其中，

所述第一抛光液和所述第三抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径大于第二抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径，所述第一抛光液中SiO₂颗粒的颗粒浓度大于第二抛光液和第三抛光液中SiO₂颗粒的颗粒浓度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一抛光液和所述第三抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径是第二抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径的1.25至5倍。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径在50-100纳米范围内，所述SiO₂的颗粒浓度为10%-50%。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S1的抛光时间为20-30秒。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径在20-80纳米范围内，所述SiO₂的颗粒浓度为5%-30%。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S2的减薄时间为60-90秒。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第三抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径在50-100纳米范围内，所述SiO₂的颗粒浓度为5%-30%。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第三抛光液里含有氧化剂。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述氧化剂为H₂O₂。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤S3的清洗时间为90-120秒。