CN111805413A - 化学机械研磨方法 - Google Patents

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张月
杨涛
卢一泓
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Abstract

本发明提供一种化学机械研磨方法，包括：将待研磨晶圆用羊毛毡研磨垫进行第一次研磨，以消除所述待研磨晶圆的高段差；将第一次研磨完毕的晶圆采用聚氨酯研磨垫进行第二次研磨，以完成所述晶圆的平坦化。本发明提供的化学机械研磨方法能够在较大的研磨量下保持半导体晶圆表面的均匀性。

Description

化学机械研磨方法
技术领域
本发明涉及研磨技术领域，尤其涉及一种化学机械研磨方法。
背景技术
在拥有高段差的半导体元件上，为实现规定的平坦化工艺，需要对半导体元件进行较大研磨量的研磨。目前作为解决该问题的常用手段，是在研磨的过程中使用具有较高去除效率的研磨浆料。但是，使用较高去除效率的研磨浆料研磨的过程中，容易对半导体元件的边缘形成过度研磨，从而造成半导体元件的成品率下降的问题。
发明内容
本发明提供的化学机械研磨方法，能够在较大的研磨量下保持半导体晶圆表面的均匀性。
第一方面，本发明提供一种化学机械研磨方法，包括：
将待研磨晶圆用羊毛毡研磨垫进行第一次研磨，以消除所述待研磨晶圆的高段差；
将第一次研磨完毕的晶圆采用聚氨酯研磨垫进行第二次研磨，以完成所述晶圆的平坦化。
可选地，所述第一次研磨的研磨量为
Figure BDA0002599267800000011
以上。
可选地，所述羊毛毡研磨垫包括研磨垫主体和附着在研磨垫主体表面或内部的磨料。
可选地，所述磨料包括氧化锆(ZrO3)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、二氧化铈(CeO2)或氮化硅(SiN)中的一种或两种以上的混合物。
可选地，所述磨料的体积占所述羊毛毡研磨垫体积的0.5％～30％。
可选地，所述磨料的粒度为1微米以下。
可选地，进一步包括在所述第一次研磨过程中向所述羊毛毡研磨垫上加入研磨液的步骤，所述研磨液为不具有磨料的研磨液。
可选地，所述羊毛毡研磨垫的邵氏硬度为30～70HD。
本发明提供的化学机械研磨方法，首先用羊毛毡研磨垫对具有高段差的半导体元件进行研磨，具有较高的去除效率，将半导体元件的段差降低，随后再用聚氨酯研磨垫进行研磨，具有较高的研磨精度。采用羊毛毡研磨垫抛光和采用聚氨酯研磨垫相互配合的化学机械研磨方法能够兼具去除效率和研磨精度，提高半导体元件的研磨表面的均匀性，从而提高成品率和可靠性。
附图说明
图1为本发明一实施例化学机械研磨方法的流程图；
图2为本发明一实施例化学机械研磨方法的具体实施过程。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
本实施例提供一种化学机械研磨方法，如图1所示，包括：将待研磨晶圆用羊毛毡研磨垫进行第一次研磨，以消除所述待研磨晶圆的高段差；将第一次研磨完毕的晶圆采用聚氨酯研磨垫进行第二次研磨，以完成所述晶圆的平坦化。
在本实施例中，待研磨晶圆通常为具有高段差的半导体晶圆，由于高段差的半导体晶圆在研磨过程中通常需要较大的去除量，因此，首先选用羊毛毡研磨垫对高段差的待研磨晶圆进行研磨，从而使半导体晶圆的去除量接近最终的研磨去除量；由于羊毛毡研磨垫的去除效率较高，且硬度低于聚氨酯研磨垫，从而，能够在较大的去除量下保持研磨表面的均匀性。在完成羊毛毡研磨垫研磨后，此时的半导体晶圆已经不具有高段位差，需要较高精度的研磨，因此，改用聚氨酯研磨垫进行第二次研磨；从而实现半导体晶圆较高精度的平坦化。
如下为本实施例一种可选的具体实施方式，如图2所示，包括：
S1将待研磨晶圆用羊毛毡研磨垫进行第一次研磨，以消除所述待研磨晶圆的高段差；该步骤中，是为了以较高的速率消除待研磨晶圆的高段差，因此，本步骤中优选地包括：
S11将待研磨晶圆用羊毛毡研磨垫进行第一次研磨；该步骤的开始即标志着开始以较高的去除速率对待研磨晶圆进行研磨；
S12判断待研磨晶圆的去除量是否达到预定量；当待研磨晶圆的去除量达到预定量时，停止当前研磨并开始第二次研磨；当待研磨晶圆的去除量未达到预定量时，跳转至S11；由于采用羊毛毡研磨垫进行研磨的过程是为了以较高速率消除待研磨晶圆的高段差，因此，需要预先设定第一次研磨的去除量，该去除量应当是接近半导体平坦化完成时的目标去除总量的，作为一种可选的实施方式，第一次研磨的研磨量为
Figure BDA0002599267800000041
以上；例如，可以选取
Figure BDA0002599267800000042
Figure BDA0002599267800000043
或更多的去除量。本领域技术人员应当理解，上述第一次研磨的研磨量仅作为优选的示例，并不对本实施例的范围构成限定，在具体的实施过程中，还可以根据待研磨晶圆的段差、研磨去除的目标总量以及研磨的具体情况进行选择。
S2将第一次研磨完毕的晶圆采用聚氨酯研磨垫进行第二次研磨，以完成所述晶圆的平坦化；该步骤中，主要是为了进行较高精度的研磨，从而完成半导体晶圆的平坦化，因此，本步骤中优选地包括：
S21将第一次研磨完毕的晶圆采用聚氨酯研磨垫进行第二次研磨；第二次研磨主要以完成整个晶圆的平坦化为目的，因此采用研磨精度较高的聚氨酯研磨垫进行研磨；
S22判断第二次研磨的研磨量是否达到预定的研磨量，当达到预定的研磨量时，停止研磨，当未达到预定的研磨量时，跳转至S21继续进行研磨。由于第二次研磨的目的是实现晶圆的平坦化，因此，在研磨过程中需要关注第二次研磨的去除量，当去除量达到目标去除总量时，即可以停止研磨。目标去除总量可以依据半导体器件的结构和研磨情况确定，例如，研磨到达预定的目标层，或者研磨的去除两达到某一个值。
作为可选地实施方式，所述羊毛毡研磨垫包括研磨垫主体和附着在研磨垫主体表面或内部的磨料。在羊毛毡研磨垫的表面或内部附着磨料，在研磨的过程中，即使不添加研磨液，也能够具有较高的研磨效率，能够提高晶圆的加工效率，降低晶圆的加工成本，提高晶圆的的均一性。
作为可选地实施方式，所述磨料包括ZrO3、SiO2、Al2O3、CeO2或SiN中的一种或两种以上的混合物。在研磨的过程中，可以根据晶圆的性质、晶圆的段差、研磨的目标去除量以及去除速率选择合适的磨料，上述的磨料可以采用单独一种进行使用，也可以采用两种或两种以上的混合物进行使用。
作为可选地实施方式，所述磨料的体积占所述羊毛毡研磨垫体积的0.5％～30％。作为优选地实施方式，所述磨料的体积占所述羊毛毡研磨垫体积的5％～20％。在选择磨料的体积占比时，可以依据晶圆的性质，晶圆的段差、研磨的目标去除量以及去除效率选取合适的体积占比，例如，可以选择磨料的体积占比为5％、10％、15％或20％。本领域技术人员应当理解，上述的磨料体积占比仅作为优选的方式进行举例，并不对本实施例的范围构成限定，本实施例还可以依据实际情况选择其他的磨料体积占比，例如3％、30％或其他体积占比数值。
作为可选地实施方式，所述磨料的粒度为1um以下。作为优选的实施方式，所述磨料的粒度为10～500nm。在选择磨料的粒度时，可以依据晶圆的性质，晶圆的段差、研磨的目标去除量以及去除效率选取合适磨料粒度，例如10nm，100nm、300nm或500nm。本领域技术人员应当理解，上述的磨料粒度仅作为本实施例的优选方式进行举例，并不对本实施例的范围构成限定，本实施例还可以依据实际情况选择其他的磨料粒度，例如，700nm、1um或其他的粒度数值。
作为可选地实施方式，在所述第一次研磨过程中，向所述羊毛毡研磨垫上加入研磨液，所述研磨液为不具有磨料的研磨液。在羊毛毡研磨垫上加入研磨液，能够在研磨过程中发挥对晶圆降温或对研磨掉落的物质进行分散和清洗的作用，能够提高研磨的效果。
作为可选地实施方式，所述羊毛毡研磨垫的邵氏硬度为30～70HD。羊毛毡研磨垫的硬度对于晶圆研磨速率以及晶圆研磨的平坦度具有一定的影响，在选择时，可以根据实际情况选择合适硬度的羊毛毡研磨垫，例如，选择邵氏硬度为30HD、50HD或70HD的羊毛毡研磨垫。本领域技术人员应当理解，上述的羊毛毡研磨垫的硬度数值仅仅作为优选的实施方式进行举例，并不对本实施的范围形成限定，在实际的使用过程中，还可以依据实际情况选择其他硬度数值的羊毛毡研磨垫。
本实施例提供的化学机械研磨方法，首先用羊毛毡研磨垫对具有高段差的半导体元件进行研磨，具有较高的去除效率，将半导体元件的段差降低，随后再用聚氨酯研磨垫进行研磨，具有较高的研磨精度。采用羊毛毡研磨垫抛光和采用聚氨酯研磨垫相互配合的化学机械研磨方法能够兼具去除效率和研磨精度，提高半导体元件的研磨表面的均匀性，从而提高成品率和可靠性。
在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种化学机械研磨方法，其特征在于，包括：
将待研磨晶圆用羊毛毡研磨垫进行第一次研磨，以消除所述待研磨晶圆的高段差；
将第一次研磨完毕的晶圆采用聚氨酯研磨垫进行第二次研磨，以完成所述晶圆的平坦化。
2.如权利要求1所述化学机械研磨方法，其特征在于：所述第一次研磨的研磨量为
Figure FDA0002599267790000011
以上。
3.如权利要求1所述化学机械研磨方法，其特征在于：所述羊毛毡研磨垫包括研磨垫主体和附着在研磨垫主体表面或内部的磨料。
4.如权利要求3所述化学机械研磨方法，其特征在于：所述磨料包括氧化锆(ZrO3)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、二氧化铈(CeO2)或氮化硅(SiN)中的一种或两种以上的混合物。
5.如权利要求3所述化学机械研磨方法，其特征在于：所述磨料的体积占所述羊毛毡研磨垫体积的0.5％～30％。
6.如权利要求3所述化学机械研磨方法，其特征在于：所述磨料的粒度为1微米以下。
7.如权利要求3所述化学机械研磨方法，其特征在于：进一步包括在所述第一次研磨过程中向所述羊毛毡研磨垫上加入研磨液的步骤，所述研磨液为不具有磨料的研磨液。
8.如权利要求1所述化学机械研磨方法，其特征在于：所述羊毛毡研磨垫的邵氏硬度为30～70HD。
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