CN105983899A - 化学机械研磨方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种化学机械研磨方法，将研磨过程分三个阶段，即第一阶段，所述研磨头与承载所述研磨垫的研磨平台先做同向旋转；第二阶段，所述研磨头停止旋转，所述研磨平台沿原方向继续旋转；以及所述研磨平台停止旋转，所述研磨头沿原方向继续旋转。第三阶段，所述研磨头与承载所述研磨垫的研磨平台做同向旋转。由于第二阶段及第三阶段的存在，提高了对晶圆的研磨速率，相比采用现有的化学机械研磨方法减少了研磨时间，与此同时还降低了研磨液的消耗量，减少了研磨垫上残留的浆料残余物，从而降低了晶圆的研磨面上引入刮痕、表面粒子等缺陷的几率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种化学机械研磨方法。
背景技术
随着集成电路的飞速发展，集成电路制造工艺变得越来越复杂和精细。为了提高集成度、降低制造成本，集成电路的器件的特征尺寸不断变小，集成度越来越高，平面布线已难以满足器件高密度分布的要求，因此，常常采用多长互连的后端结构来提高器件的集成度。但是，多层互连后端结构的制备过程中，需要形成平坦的表面来进一步进行精细图形制作，例如，布线层之间的层间介质层，在沉积完成之后，需要平坦化处理。当前，化学机械研磨(CMP)是常见的一种平坦化处理方法，尤其在半导体制作工艺进入亚微米领域之后，其已经称为集成电路制造中的必不可少的制备工艺。
CMP是利用混有极小磨粒的化学溶液与加工表面发生化学反应来改变表面的化学键，生成容易以机械方式去除的产物，再经过机械摩擦去除化学反应物来获得超光滑无损伤的平坦表面。
图1所示为现有技术的CMP设备的基本结构的俯视图。该CMP设备主要包括研磨平台(图中未示出)、置于研磨平台上面的研磨垫(Pad)140、研磨头(Polishing head)130、浆料传送装置(Slurry delivery)120以及研磨垫调整装置(Pad Conditioner)110。在进行CMP时，将需要平坦化处理的晶圆置于研磨头130中，在研磨头的一定压力(Down force)的作用下，使待平坦化的晶圆表面紧压到研磨垫上；然后，研磨平台在动力装置的带动下旋转，研磨头130也进行同向旋转(例如均为逆时针旋转)，从而在浆料的同时作用下实现化学机械研磨。
但是，在CMP处理晶圆的后端结构时，例如，硅玻璃的层间时，会在研磨垫等上面残留浆料残余物(Slurry residue)及其它杂质颗粒等，这会导致在晶圆研磨面上形成刮痕、表面粒子等缺陷，从而影响芯片的良率，甚至可能导致晶圆报废。
发明内容
本发明的目的在于提供一种化学机械研磨方法，以解决在进行CMP处理后晶圆研磨面上形成刮痕、表面粒子等缺陷，从而影响芯片的良率，甚至可能导致晶圆报废的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种化学机械研磨方法，所述化学机械研磨方法包括如下步骤：
S1：将一待平坦化晶圆置于研磨头中，所述研磨头施加一定压力使所述待平坦化晶圆的表面紧压到研磨垫上；
S2：所述研磨头与承载所述研磨垫的研磨平台做同向旋转；
S3：所述研磨头停止旋转，所述研磨平台沿原方向继续旋转；以及所述研磨平台停止旋转，所述研磨头沿原方向继续旋转；
S4：所述研磨头与承载所述研磨垫的研磨平台做同向旋转。
可选的，在所述的化学机械研磨方法中，所述步骤S2及所述步骤S4中，所述研磨头的转速均为25～30rpm/min，所述研磨平台的转速均为60～65rpm/min，所述研磨头施加的压力均为4.85～5.15psi。
可选的，在所述的化学机械研磨方法中，在所述步骤S2中，向所述研磨垫上添加研磨液，所述研磨液的流量为190～210ml/min，添加时长为20～25sec。
可选的，在所述的化学机械研磨方法中，在所述步骤S3中，所述研磨平台沿原方向继续旋转时转速为75～80rpm/min，所述研磨头施加的压力为4.85～5.15psi。
可选的，在所述的化学机械研磨方法中，在所述步骤S3中，所述研磨头沿原方向继续旋转时转速为25～30rpm/min，所述研磨头施加的压力为4.85～5.15psi。
可选的，在所述的化学机械研磨方法中，在所述步骤S3中，向所述研磨垫上添加研磨液，所述研磨液的流量为180～185ml/min，添加时长为15～20sec。
可选的，在所述的化学机械研磨方法中，在所述步骤S4中，向所述研磨垫上添加研磨液，所述研磨液的流量为190～210ml/min，添加时长为20～25sec。
可选的，在所述的化学机械研磨方法中，所述步骤S2及所述步骤S4中所述同向旋转是顺时针旋转。
可选的，在所述的化学机械研磨方法中，所述步骤S2及所述步骤S4中所述同向旋转是逆时针旋转。
可选的，在所述的化学机械研磨方法中，在所述步骤S3中，首先，所述研磨头停止旋转，所述研磨平台沿原方向继续旋转；然后，所述研磨平台停止旋转，所述研磨头沿原方向继续旋转。
可选的，在所述的化学机械研磨方法中，在所述步骤S3中，首先，所述研磨平台停止旋转，所述研磨头沿原方向继续旋转；然后，所述研磨头停止旋转，所述研磨平台沿原方向继续旋转。
在本发明所提供的化学机械研磨方法中，将研磨过程分三个阶段，即第一阶段，所述研磨头与承载所述研磨垫的研磨平台先做同向旋转；第二阶段，所述研磨头停止旋转，所述研磨平台沿原方向继续旋转；以及所述研磨平台停止旋转，所述研磨头沿原方向继续旋转。第三阶段，所述研磨头与承载所述研磨垫的研磨平台做同向旋转。由于第二阶段及第三阶段的存在，提高了对晶圆的研磨速率，相比采用现有的化学机械研磨方法减少了研磨时间，与此同时还降低了研磨液的消耗量，减少了研磨垫上残留的浆料残余物，从而降低了晶圆的研磨面上引入刮痕、表面粒子等缺陷的几率。
附图说明
图1是现有技术的CMP设备的基本结构的俯视图；
图2是本发明一实施例中化学机械研磨方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的化学机械研磨方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图2，其为本发明一实施例中化学机械研磨方法的流程图，如图2所示，所述的化学机械研磨方法，包括如下步骤：
首先，执行步骤S1，将一待平坦化晶圆置于研磨头中，所述研磨头施加一定压力使所述待平坦化晶圆的表面紧压到研磨垫上；
接着，执行步骤S2，所述研磨头与承载所述研磨垫的研磨平台做同向旋转；
具体的，在所述步骤S2中，向所述研磨垫上添加研磨液，所述研磨液的流量为190～210ml/min，添加时长为20～25sec，所述研磨头的转速均为25～30rpm/min，所述研磨平台的转速均为60～65rpm/min，所述研磨头施加的压力均为4.85～5.15psi。
接着，执行步骤S3，所述研磨头停止旋转时，所述研磨平台沿原方向继续旋转；以及所述研磨平台停止旋转，所述研磨头沿原方向继续旋转。
具体的，在所述步骤S3中，所述研磨平台沿原方向继续旋转时转速为75～80rpm/min，所述研磨头施加的压力为4.85～5.15psi，所述研磨头沿原方向继续旋转时转速为25～30rpm/min，所述研磨头施加的压力为4.85～5.15psi，向所述研磨垫上添加研磨液，所述研磨液的流量为180～185ml/min，添加时长为15～20sec。
进一步的，所述步骤S3包括两种情况：第一种，首先，所述研磨头停止旋转，所述研磨平台沿原方向继续旋转；然后，所述研磨平台停止旋转，所述研磨头沿原方向继续旋转；第二种，首先，所述研磨平台停止旋转，所述研磨头沿原方向继续旋转；然后，所述研磨头停止旋转，所述研磨平台沿原方向继续旋转。
接着，执行步骤S4，所述研磨头与承载所述研磨垫的研磨平台做同向旋转。
具体的，所述步骤S4中涉及的工艺参数为：所述研磨头的转速均为25～30rpm/min，所述研磨平台的转速均为60～65rpm/min，所述研磨头施加的压力均为4.85～5.15psi，向所述研磨垫上添加研磨液，所述研磨液的流量为190～210ml/min，添加时长为20～25sec。
进一步的，所述步骤S2及所述步骤S4中所述同向旋转是顺时针旋转。
进一步的，所述步骤S2及所述步骤S4中所述同向旋转是逆时针旋转。
本实施例中，所述研磨液优选为SiO2颗粒浓度为5％～18％的研磨液。
综上，在本发明所提供的化学机械研磨方法中，将研磨过程分三个阶段，即第一阶段，所述研磨头与承载所述研磨垫的研磨平台先做同向旋转；第二阶段，所述研磨头停止旋转，所述研磨平台沿原方向继续旋转；以及所述研磨平台停止旋转，所述研磨头沿原方向继续旋转。第三阶段，所述研磨头与承载所述研磨垫的研磨平台做同向旋转。由于第二阶段及第三阶段的存在，提高了对晶圆的研磨速率，相比采用现有的化学机械研磨方法减少了研磨时间，与此同时还降低了研磨液的消耗量，减少了研磨垫上残留的浆料残余物，从而降低了晶圆的研磨面上引入刮痕、表面粒子等缺陷的几率。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (11)
1.一种化学机械研磨方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将一待平坦化晶圆置于研磨头中，所述研磨头施加一定压力使所述待平坦化晶圆的表面紧压到研磨垫上；
S2：所述研磨头与承载所述研磨垫的研磨平台做同向旋转；
S3：所述研磨头停止旋转，所述研磨平台沿原方向继续旋转；以及所述研磨平台停止旋转，所述研磨头沿原方向继续旋转；
S4：所述研磨头与承载所述研磨垫的研磨平台做同向旋转。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于，所述步骤S2及所述步骤S4中，所述研磨头的转速均为25～30rpm/min，所述研磨平台的转速均为60～65rpm/min，所述研磨头施加的压力均为4.85～5.15psi。
3.如权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述步骤S2中，向所述研磨垫上添加研磨液，所述研磨液的流量为190～210ml/min，添加时长为20～25sec。
4.如权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述研磨平台沿原方向继续旋转时转速为75～80rpm/min，所述研磨头施加的压力为4.85～5.15psi。
5.如权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述研磨头沿原方向继续旋转时转速为25～30rpm/min，所述研磨头施加的压力为4.85～5.15psi。
6.如权利要求1或4或5所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述步骤S3中，向所述研磨垫上添加研磨液，所述研磨液的流量为180～185ml/min，添加时长为15～20sec。
7.如权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述步骤S4中，向所述研磨垫上添加研磨液，所述研磨液的流量为190～210ml/min，添加时长为20～25sec。
8.如权利要求1至5任一项中所述的化学机械研磨方法，其特征在于，所述步骤S2及所述步骤S4中所述同向旋转是顺时针旋转。
9.如权利要求1至5任一项中所述的化学机械研磨方法，其特征在于，所述步骤S2及所述步骤S4中所述同向旋转是逆时针旋转。
10.如权利要求1至5任一项中所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述步骤S3中，首先，所述研磨头停止旋转，所述研磨平台沿原方向继续旋转；然后，所述研磨平台停止旋转，所述研磨头沿原方向继续旋转。
11.如权利要求1至5任一项中所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述步骤S3中，首先，所述研磨平台停止旋转，所述研磨头沿原方向继续旋转；然后，所述研磨头停止旋转，所述研磨平台沿原方向继续旋转。
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