CN111318955A - 化学机械研磨装置以及执行氧化铈基化学机械研磨的方法 - Google Patents

化学机械研磨装置以及执行氧化铈基化学机械研磨的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111318955A
CN111318955A CN201911233333.8A CN201911233333A CN111318955A CN 111318955 A CN111318955 A CN 111318955A CN 201911233333 A CN201911233333 A CN 201911233333A CN 111318955 A CN111318955 A CN 111318955A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wafer
slurry
polishing pad
polishing
cooling water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911233333.8A
Other languages
English (en)
Inventor
李善雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xia Tai Xin Semiconductor Qing Dao Ltd
Original Assignee
Xia Tai Xin Semiconductor Qing Dao Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xia Tai Xin Semiconductor Qing Dao Ltd filed Critical Xia Tai Xin Semiconductor Qing Dao Ltd
Publication of CN111318955A publication Critical patent/CN111318955A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/07—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool
    • B24B37/10—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for single side lapping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/015—Temperature control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27—Work carriers
    • B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/34—Accessories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
    • B24B53/017—Devices or means for dressing, cleaning or otherwise conditioning lapping tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B55/00—Safety devices for grinding or polishing machines; Accessories fitted to grinding or polishing machines for keeping tools or parts of the machine in good working condition
    • B24B55/02—Equipment for cooling the grinding surfaces, e.g. devices for feeding coolant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B57/00—Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents
    • B24B57/02—Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents for feeding of fluid, sprayed, pulverised, or liquefied grinding, polishing or lapping agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1409—Abrasive particles per se
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/31051—Planarisation of the insulating layers
    • H01L21/31053—Planarisation of the insulating layers involving a dielectric removal step
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

本公开提供了一种执行氧化铈基化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，简称CMP)过程的方法。方法包括步骤S401至S404。在步骤S401中，将包含氧化铈颗粒的浆料提供至研磨垫上。在步骤S402中，通过浆料在研磨垫上研磨晶圆的氧化物层。在步骤S403中，将温度在0℃至5℃范围内的冷却水提供至研磨垫上。在步骤S404中，通过冷却水在研磨垫上研磨晶圆以从晶圆的氧化物层上去除氧化铈颗粒。

Description

化学机械研磨装置以及执行氧化铈基化学机械研磨的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年12月13日提交的第62/778909号美国临时专利申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及一种执行氧化铈基化学机械研磨(Chemical MechanicalPolishing，简称CMP)过程的方法及其CMP装置。更具体而言，本公开涉及一种执行氧化铈基CMP过程的方法，该方法提供冷却水以减小在CMP工艺之后氧化铈颗粒与晶圆的表面之间的粘着力。
背景技术
化学机械研磨(CMP)过程是通过在受控的温度、压力和化学成分条件下，将半导体晶圆抵靠在旋转研磨表面上或者以其他方式将晶圆相对于研磨表面移动来完成的。研磨表面可以是由相对柔软的多孔材料(例如发泡聚氨酯)形成的平面状的垫，并用具有化学活性和研磨性的水性浆料润湿。水性浆料可以是酸性或碱性的，通常包括磨料颗粒，诸如过渡金属螯合盐或氧化剂之类的反应性化学试剂，以及诸如溶剂、缓冲剂和钝化剂之类的助剂。在这种浆料中，盐或其他试剂提供化学蚀刻作用，而磨料颗粒与研磨垫配合提供机械研磨作用。
图1示出了CMP装置的示例性示意图。CMP装置100包括用于固定住半导体晶圆W的研磨头120。膜130设置在研磨头120与晶圆W之间，晶圆W可利用部分真空或者粘合剂抵靠在膜130上。研磨头120设置成通过驱动马达140沿一方向141持续旋转，并且可选地沿一方向142横向往复运动。因此，晶圆W的旋转和横向的组合运动旨在降低晶圆W表面上的材料去除速率的差异。CMP装置100还包括沿着方向112旋转的平台110。研磨垫111安装在平台110上。浆料供应管151安装在平台110上方，以输送研磨浆153流，研磨浆153从浆料管151的喷嘴152滴到研磨垫111的表面上。如果浆料153中的颗粒形成不需要的大颗粒的聚集，则对晶圆W进行研磨时，晶圆表面会被划伤。因此，需要对浆料153进行过滤，以去除不需要的大颗粒。通常，过滤器组件154联接至浆料供应管151，以分离聚结或过大的颗粒。
通常，在晶圆上的氧化物层的CMP过程中使用包括氧化硅(Silica，化学式为SiO2)基磨料或氧化铈(Ceria，化学式为CeO2)基磨料的浆料。为了研磨晶圆的二氧化硅(SiO2)层，通常采用氧化铈基CMP，因为其硬度好，研磨速率较高，并且氧化能力独特。然而，CeO2颗粒对SiO2表面的粘合力很强。难以通过实时过程破坏CeO2颗粒与SiO2表面之间的粘合力。CMP过程之后，需要在单独的湿式清洗室中通过强酸性化学物质进行额外的清洗过程，以去除SiO2表面上残留的CeO2颗粒。额外的清洗过程会引起各种问题，包括成本以及废水处理量增加。
因此，仍然需要提供一种执行氧化铈基CMP过程的方法以克服上述问题。
发明内容
鉴于上述内容，本公开的目的在于提供一种执行氧化铈基CMP过程的方法及其CMP装置以降低半导体晶圆的制造成本。
为了实现上述目的，本公开的实施方式提供了一种执行氧化铈基CMP(Ceria-Based CMP)过程的方法。方法包括步骤S401至S404。在步骤S401中，将包含氧化铈颗粒的浆料提供至研磨垫上。在步骤S402中，通过浆料在研磨垫上研磨晶圆的氧化物层。在步骤S403中，将温度在0℃至5℃范围内的冷却水提供至研磨垫上。在步骤S404中，通过冷却水在研磨垫上研磨晶圆以从晶圆的氧化物层上去除氧化铈颗粒。
为了实现上述目的，本公开的另一种实施方式提供了一种CMP装置。CMP装置包括平台、研磨头、浆料供应模块以及冷却水供应模块。平台具有研磨垫，研磨垫用于通过包含氧化铈颗粒的浆料研磨晶圆。研磨头配置成固定住晶圆。浆料供应模块配置成将浆料供应至平台的研磨垫上。冷却水供应模块配置成将温度在0℃至5℃范围内的冷却水供应至平台的研磨垫上。
如上所述，本公开的实施方式中执行氧化铈基CMP过程的方法以及CMP装置提供了冷却水，以在CMP过程之后对晶圆和研磨垫进行降温。冷却水降低氧化铈颗粒与晶圆上的氧化物层之间的粘着力。因此，可以通过在研磨垫上研磨晶圆而轻松去除残留的氧化铈颗粒，无需额外的湿法清洗过程。本公开的方法和CMP装置可以降低晶圆的制造成本。
附图说明
现在将参考附图，仅通过示例的方式描述本技术的实施。
图1是根据现有技术的CMP装置的示意图。
图2是根据本公开的实施方式的CMP装置的示意图；图3是示出图2中的晶圆和CMP装置的研磨垫的放大示意图。
图4是示出使用氧化铈基浆料对二氧化硅(SiO2)层的去除速率的图示。
图5是根据本公开的另一种实施方式执行氧化铈基CMP过程的方法的流程图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更充分地描述本公开，在附图中示出了本公开的示例性实施方式。然而，本公开可以以许多不同的形式来实现，并且不应被理解为限于本文所述的示例性实施方式。相反，提供这些示例性实施方式使得本公开变得透彻且完整，并向本领域技术人员充分传达本公开的范围。在全文中，相同的附图标记指代相同的元件。
本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施方式，而非旨在限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还将理解，在本文中使用时，术语“包括”、“包含”或“具有”指定存在所述特征、区域、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、区域、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
将理解的是，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项的任何和全部组合。还应理解，尽管术语第一、第二、第三等在本文中可以用于描述各种元件、组件、区域、部件和/或部分，但是这些元件、组件、区域、部件和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、部件或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分进行区分。因此，在不脱离本公开的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、部件或部分可能被称为第二元件、组件、区域、层或部分。
除非另有说明，否则本文中使用的全部术语(包括科技术语)的含义与本公开所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同。还将理解的是，术语(诸如在常用词典中定义的术语)应被解释为其含义与其在相关领域和本公开的上下文中的含义一致，并且将不在理想化或过于正式的意义上来解释，除非本文这样明确指出。
将结合图2至图5对本公开的示例性实施方式进行描述。将参照附图对本公开进行详细描述，其中所描绘的元件不必按比例示出，并且其中相同或相似的元件通过几幅视图中相同或相似的附图标记或者相同或相似的术语表示。
下文将结合附图进一步描述本公开。
参考图2，其示出了根据本公开的实施方式的CMP装置200的示意图。CMP装置200配置成执行晶圆W的CMP过程。如图2所示，CMP装置200包括平台210、研磨头220、浆料供应模块250以及冷却水供应模块260。平台210包括安装在平台210上的研磨垫211。平台210的研磨垫211配置成通过浆料研磨晶圆W。平台210可以沿方向212旋转以研磨晶圆。晶圆W可以包括氧化物层(例如，二氧化硅(SiO2)层)。当研磨晶圆W的氧化物层时，可以使用氧化铈基浆料。换句话说，包含氧化铈颗粒的浆料配置成研磨晶圆W的氧化物层(例如SiO2层)。研磨头220配置成固定住晶圆W。CMP装置200还包括驱动马达240，驱动马达240连接至研磨头220并且配置成旋转研磨头220。研磨头220设置成通过驱动马达240沿一方向214持续旋转，并且可选地沿一方向242横向往复运动。因此，晶圆W的旋转和横向的组合运动旨在降低晶圆W表面上的材料去除速率的差异。与晶圆W相比，平台210具有相对较大的表面积，以容纳研磨头220上的晶圆W在平台210的研磨垫211表面上的平移运动。CMP装置200还可以包括设置在研磨头220和晶圆W之间的膜230，晶圆W可利用部分真空或者粘合剂抵靠在膜230上。
浆料供应模块250配置成当研磨晶圆W的氧化物层时，将包含氧化铈颗粒的浆料供应至平台210的研磨垫211上。浆料供应模块250安装在平台210上方，以输送浆料流，浆料从浆料供应管250的喷嘴251滴到研磨垫211的表面上。浆料可以从储存槽或容器(未示出)由重力供给，或以其他方式泵送通过浆料供应模块250。或者，可以从平台210的下方供应浆料，使得浆料向上流经研磨垫211的底面。在另一种实施方式中，浆料可以通过设置在研磨头220中的喷嘴在研磨头220中供应。浆料中的氧化铈颗粒可能形成不需要的大颗粒的聚集，对晶圆W进行研磨时，晶圆W的表面会被划伤。因此，需要对浆料进行过滤，以去除不需要的大颗粒。CMP装置200还可以包括过滤器组件270，过滤器组件270联接至浆料供应模块并且配置成过滤浆料。
冷却水供应模块260配置成将冷却水供应至平台210的研磨垫211上。冷却水可以是温度在0℃至5℃范围内的去离子水。可以在室温下通过包含氧化铈颗粒的浆料在研磨垫211上研磨晶圆W的氧化物层(例如，SiO2层)。氧化铈颗粒与SiO2层之间具有很强的粘着力。当使用氧化铈基浆料执行晶圆W上的SiO2层的CMP过程时，氧化铈和SiO2之间的强粘着力允许实现高去除速率。例如，如图4所示，通过在室温下使用氧化铈基浆料，SiO2的去除速率高于
Figure BDA0002304186450000051
用氧化铈基浆料进行的SiO2层的CMP过程还可以在高于室温的温度下进行，这导致SiO2层的去除速率更高，如图4所示。然而，在完成CMP过程后，因为浆料中残余的氧化铈颗粒可能附着到SiO2层的表面上，这种粘着力成为一个问题。特别地，由于晶圆W和研磨垫211之间的摩擦力，晶圆W的表面上的温度可能升高，并且氧化铈颗粒与SiO2层之间的粘着力增大。如图3所示，在CMP过程之后，晶圆W的SiO2层的表面(用W1表示)附着有浆料中残留的氧化铈颗粒(用P表示)。SiO2层上的氧化铈颗粒无法通过CMP后双面洗涤器去除，CMP后双面洗涤器使用PVA刷子清洗晶圆。通常需要一种使用清洗剂的湿式清洗过程以去除SiO2层上的氧化铈颗粒。
冷却水供应模块260配置成将冷却水供应至平台210的研磨垫211上。冷却水可以是温度在0℃至5℃范围内的去离子水。在完成研磨晶圆W的SiO2层后，浆料供应模块250停止将浆料供应至平台210的研磨垫211上，而冷却水供应模块270将冷却水供应至平台210的研磨垫211上，以冷却晶圆W和平台210的研磨垫211。将晶圆W和平台210的研磨垫211冷却至0℃至20℃，优选0℃至15℃，更优选0℃至5℃。当将冷却水供应至平台210的研磨垫211上之后，通过用冷却水在研磨垫上研磨晶圆W来去除晶圆W的SiO2层上的氧化铈颗粒。具体而言，冷却水将晶圆和研磨垫冷却至20℃以下，在温度低于20℃时，氧化铈颗粒和晶圆W的SiO2层之间的粘着力大幅降低，如图4所示(去除速率下降表示粘着力下降)。因此，可以通过在连续地将冷却水供应至研磨垫211上的同时在研磨垫211上研磨晶圆W来去除氧化铈颗粒。当通过冷却水在研磨垫221上研磨晶圆W时，研磨头固定住晶圆W以沿方向214旋转，并可选地沿方向242横向往复运动，平台沿方向212旋转。然后，通过晶圆W和研磨垫之间的摩擦力去除氧化铈颗粒。因此，不需要湿法清洗过程来去除晶圆W表面上的残留氧化铈颗粒。
参考图5，其示出了根据本公开的另一种实施方式执行氧化铈基CMP过程的方法S400的流程图。如图5所示，方法S400包括步骤S401至S404。通过图2和图3中CMP装置执行方法S400。CMP装置200包括平台210、研磨头220、浆料供应模块250以及冷却水供应模块260。平台210包括安装在平台210上的研磨垫211。在步骤S401中，将包含氧化铈颗粒的浆料提供至平台210的研磨垫211上。浆料从浆料供应模块250的喷嘴251滴到研磨垫211的表面上。浆料可以从储存槽或容器(未示出)由重力供给，或以其他方式泵送通过浆料供应模块250。或者，可以从平台210的下方供应浆料，使得浆料向上流经研磨垫211的底面。在另一种实施方式中，浆料可以通过设置在研磨头220中的喷嘴在研磨头220中供应。
在步骤S402中，通过浆料在平台210的研磨垫211上研磨晶圆W的氧化物层。将晶圆W装载到研磨头220上。当研磨晶圆W的氧化物层时，研磨头220固定住晶圆W，并且通过CMP装置200的驱动马达240沿方向214连续旋转，并且可选地沿方向242横向地往复运动。晶圆W的旋转和横向的组合运动旨在降低晶圆W表面上的材料去除速率的差异。与晶圆W相比，平台210具有相对较大的表面积，以容纳研磨头220上的晶圆W在平台210的研磨垫211表面上的平移运动。平台210也可以沿方向212旋转。晶圆W的氧化物层可以是SiO2层。氧化铈颗粒与SiO2层之间具有很强的粘着力。当使用氧化铈基浆料执行晶圆W的SiO2层的CMP过程时，氧化铈和SiO2之间的强粘着力允许实现高去除速率。可以在室温下通过浆料在研磨垫上研磨晶圆的SiO2层。如图4所示，通过在室温下使用氧化铈基浆料，SiO2的去除速率高于
Figure BDA0002304186450000071
用氧化铈基浆料进行的SiO2层的CMP过程还可以在高于室温的温度下进行，这导致SiO2层的去除速率更高，如图4所示。
在研磨晶圆的氧化物层(即，浆料供应模块250停止将浆料提供至研磨垫211上)后，在步骤S403中，将温度在0℃至5℃范围内的冷却水提供至平台210的研磨垫211上。通过冷却水供应模块260提供冷却水。在完成晶圆的氧化物层的研磨过程后，浆料中的残余氧化铈颗粒可能由于氧化铈颗粒和SiO2之间的强粘着力而附着到SiO2层的表面上。特别地，由于晶圆W和研磨垫211之间的摩擦力，晶圆W的表面上的温度可能升高，并且氧化铈颗粒与SiO2层之间的粘着力增大，如图4所示。提供冷却水以将晶圆W和研磨垫211冷却至0℃至20℃，优选0℃至15℃，更优选0℃至5℃。在温度低于20℃时，氧化铈颗粒和晶圆W的SiO2层之间的粘着力大幅降低，如图4所示(去除速率下降表示粘着力下降)。
在步骤S404中，通过冷却水在研磨垫211上研磨晶圆W以从晶圆的氧化物层的表面上去除氧化铈颗粒。因为将冷却水提供至研磨垫211上可以大幅降低氧化铈颗粒和晶圆W的SiO2层之间的粘着力，所以可以在连续地将冷却水供应至研磨垫211上的同时在研磨垫211上研磨晶圆W，以轻松去除氧化物层的表面上的氧化铈颗粒。当通过冷却水研磨晶圆时，研磨头220固定住晶圆W，并且通过驱动马达240沿方向214连续旋转，并且可选地沿方向242横向地往复运动。平台210还可以沿方向212旋转。而且，在步骤S404中，晶圆W表面上的大部分残留浆料被冷却水冲走。
如上所述，本公开的实施方式中执行氧化铈基CMP过程的方法以及CMP装置提供了冷却水以在CMP过程之后对晶圆和研磨垫进行降温。冷却水降低氧化铈颗粒与晶圆上的氧化物层之间的粘着力。因此，可以通过在研磨垫上研磨晶圆而轻松去除残留的氧化铈颗粒，无需额外的湿法清洗过程。本公开的方法和CMP装置可以降低晶圆的制造成本。
以上示出和描述的实施方式仅是示例而已。在本领域中经常发现许多细节，例如执行氧化铈基CMP过程的方法及其CMP装置的其他特征。因此，没有示出或描述很多这样的细节。虽然在前面的描述中已经陈述了本技术的许多特征和优点，以及本公开的结构和功能的细节，但是本公开仅是说明性的，并且可以在本公开的原则范围内对细节进行变化，尤其是部件的形状、尺寸和布置等事项，达到并包括由权利要求中所使用的术语的广泛普遍含义所确定的完整范围。因此，应当理解，可以在权利要求的范围内修改上述实施方式。

Claims (10)

1.一种执行氧化铈基化学机械研磨(ChemicalMechanicalPolishing，简称CMP)过程的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将包含氧化铈颗粒的浆料提供至研磨垫上；
通过所述浆料在所述研磨垫上研磨晶圆的氧化物层；
将温度在0℃至5℃范围内的冷却水提供至所述研磨垫上；以及
通过所述冷却水在所述研磨垫上研磨所述晶圆，以从所述晶圆的所述氧化物层上去除所述氧化铈颗粒。
2.如权利要求1所述的执行氧化铈基化学机械研磨过程的方法，其特征在于，
所述晶圆的所述氧化物层是氧化硅层。
3.如权利要求1所述的执行氧化铈基化学机械研磨过程的方法，其特征在于，
提供所述冷却水以将所述晶圆和所述研磨垫冷却至0℃至20℃。
4.如权利要求1所述的执行氧化铈基化学机械研磨过程的方法，其特征在于，
在室温下通过所述浆料在所述研磨垫上研磨所述晶圆的所述氧化物层。
5.一种化学机械研磨(CMP)装置，其特征在于，包括：
平台，具有研磨垫，所述研磨垫用于通过包含氧化铈颗粒的浆料研磨晶圆；
研磨头，配置成固定住所述晶圆；
浆料供应模块，配置成将所述浆料供应至所述平台的所述研磨垫上；以及
冷却水供应模块，配置成将温度在0℃至5℃范围内的冷却水供应至所述平台的所述研磨垫上。
6.如权利要求5所述的CMP装置，其特征在于，
所述晶圆包括氧化物层，所述浆料配置成研磨所述晶圆的所述氧化物层。
7.如权利要求6所述的CMP装置，其特征在于，
在室温下通过所述浆料研磨所述晶圆的所述氧化物层。
8.如权利要求6所述的CMP装置，其特征在于，
在完成研磨所述晶圆的所述氧化物层后，所述浆料供应模块停止将所述浆料供应至所述平台的所述研磨垫上，而所述冷却水供应模块将所述冷却水供应至所述平台的所述研磨垫上，以冷却所述晶圆和所述平台的所述研磨垫，并通过用所述冷却水在所述研磨垫上研磨所述晶圆来去除所述晶圆的所述氧化物层上的氧化铈颗粒。
9.如权利要求8所述的CMP装置，其特征在于，
将所述晶圆和所述平台的所述研磨垫冷却至0℃至20℃。
10.如权利要求5所述的CMP装置，其特征在于，
还包括驱动马达，所述驱动马达连接至所述研磨头并且配置成旋转所述研磨头；还包括过滤器组件，所述过滤器组件联接至所述浆料供应模块并且配置成过滤所述浆料。
CN201911233333.8A 2018-12-13 2019-12-05 化学机械研磨装置以及执行氧化铈基化学机械研磨的方法 Pending CN111318955A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862778909P 2018-12-13 2018-12-13
US62/778909 2018-12-13
US16/692721 2019-11-22
US16/692,721 US20200198090A1 (en) 2018-12-13 2019-11-22 Cmp apparatus and method of performing ceria-based cmp process

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111318955A true CN111318955A (zh) 2020-06-23

Family

ID=71097122

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911233333.8A Pending CN111318955A (zh) 2018-12-13 2019-12-05 化学机械研磨装置以及执行氧化铈基化学机械研磨的方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20200198090A1 (zh)
CN (1) CN111318955A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112536709A (zh) * 2020-11-27 2021-03-23 西安奕斯伟硅片技术有限公司 化学机械抛光方法及装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6635088B2 (ja) * 2017-04-24 2020-01-22 信越半導体株式会社 シリコンウエーハの研磨方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6261157B1 (en) * 1999-05-25 2001-07-17 Applied Materials, Inc. Selective damascene chemical mechanical polishing
CN1371528A (zh) * 1999-08-17 2002-09-25 日立化成工业株式会社 化学机械研磨用研磨剂及基板的研磨法
JP2005012182A (ja) * 2003-06-16 2005-01-13 Samsung Electronics Co Ltd 化学機械的研磨装備の研磨テーブル、これを用いて化学機械的研磨工程をモニターする方法、これを用いて終末点を検出する方法及びその製造方法
CN1648191A (zh) * 2004-01-23 2005-08-03 捷时雅株式会社 化学机械研磨用水性分散剂及其化学机械研磨方法
CN1815696A (zh) * 2005-02-02 2006-08-09 联华电子股份有限公司 化学机械研磨方法
CN1892834A (zh) * 2005-06-28 2007-01-10 株式会社东芝 用于离散磁道记录介质的基底的制造方法和离散磁道记录介质的制造方法
CN104742007A (zh) * 2013-12-30 2015-07-01 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 化学机械研磨装置和化学机械研磨方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5595529A (en) * 1994-03-28 1997-01-21 Speedfam Corporation Dual column abrading machine
JP2015185815A (ja) * 2014-03-26 2015-10-22 株式会社東芝 研磨パッド、研磨方法、及び半導体装置の製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6261157B1 (en) * 1999-05-25 2001-07-17 Applied Materials, Inc. Selective damascene chemical mechanical polishing
CN1371528A (zh) * 1999-08-17 2002-09-25 日立化成工业株式会社 化学机械研磨用研磨剂及基板的研磨法
JP2005012182A (ja) * 2003-06-16 2005-01-13 Samsung Electronics Co Ltd 化学機械的研磨装備の研磨テーブル、これを用いて化学機械的研磨工程をモニターする方法、これを用いて終末点を検出する方法及びその製造方法
CN1648191A (zh) * 2004-01-23 2005-08-03 捷时雅株式会社 化学机械研磨用水性分散剂及其化学机械研磨方法
CN1815696A (zh) * 2005-02-02 2006-08-09 联华电子股份有限公司 化学机械研磨方法
CN1892834A (zh) * 2005-06-28 2007-01-10 株式会社东芝 用于离散磁道记录介质的基底的制造方法和离散磁道记录介质的制造方法
CN104742007A (zh) * 2013-12-30 2015-07-01 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 化学机械研磨装置和化学机械研磨方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112536709A (zh) * 2020-11-27 2021-03-23 西安奕斯伟硅片技术有限公司 化学机械抛光方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20200198090A1 (en) 2020-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9630295B2 (en) Mechanisms for removing debris from polishing pad
EP1181134B1 (en) Method for cleaning a chemical mechanical polishing pad
US8485863B2 (en) Polishing liquids for activating and/or conditioning fixed abrasive polishing pads, and associated systems and methods
KR20130014588A (ko) 실리콘 웨이퍼의 연마 방법
US20130210323A1 (en) CMP Pad Cleaning Apparatus
CN104802071A (zh) 化学机械抛光方法
US10256120B2 (en) Systems, methods and apparatus for post-chemical mechanical planarization substrate buff pre-cleaning
TW201542790A (zh) ＧａＮ單結晶材料之硏磨加工方法
CN111318955A (zh) 化学机械研磨装置以及执行氧化铈基化学机械研磨的方法
CN111326451A (zh) 用于清洗晶圆的背面刷子、清洗装置以及清洗晶圆的方法
JP2001332517A (ja) 基板の化学機械研磨方法
WO2008058200A2 (en) Method and apparatus for electrochemical mechanical polishing nip substrates
US6300246B1 (en) Method for chemical mechanical polishing of semiconductor wafer
US6878045B2 (en) Ultrasonic conditioning device cleaner for chemical mechanical polishing systems
EP1190455A2 (en) Dual cmp pad conditioner
US20210210353A1 (en) Method of processing substrate having polysilicon layer and system thereof
JP2010214523A (ja) 研磨装置とそれを用いた半導体装置の製造方法
US11931855B2 (en) Planarization methods for packaging substrates
JP2015044250A (ja) ポリッシング方法
JP2003109919A (ja) 研磨装置、研磨方法、および半導体装置の製造方法
US6319095B1 (en) Colloidal suspension of abrasive particles containing magnesium as CMP slurry
US6875087B2 (en) Method for chemical mechanical planarization (CMP) and chemical mechanical cleaning (CMC) of a work piece
JP2001127022A (ja) 研磨方法及び研磨装置
US20030064595A1 (en) Chemical mechanical polishing defect reduction system and method
US20230143013A1 (en) Chemical planarization

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200623