CN1230014A - 半导体晶片的化学机械平面化的改进的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
在化学机械平面化过程中,在半导体晶片上设置不同温度的区域以便改善抛光速率的均匀性。
Description
本发明涉及半导体制造，更具体地说，涉及在半导体晶片的化学机械平面化期间对半导体采用差温加热的方法和装置。
在集成电路的制造过程中，经常需要对诸如薄的平的半导体材料片等元件的侧面进行抛光。通常，可以对半导体晶片进行抛光来形成平面化的表面以便消除外形或表面缺陷，例如，晶体点阵缺陷、刮痕、粗糙部分或者嵌入的诸如污物或灰尘的粒子。这种抛光工艺通常称为机械平面化或者化学机械平面化(“CMP”)，并且用来改善半导体器件的质量和可靠性。通常，当在晶片上形成各种器件和集成电路时进行所述CMP工艺。
一般说来，化学机械平面化工艺包括借助受控的向下压力把薄的平的半导体材料片压在旋转的湿式抛光面上。诸如氧化铝或氧化硅的溶液可以用作研磨媒剂。通常利用旋转抛光头或者晶片载体、借助受控的压力把晶片压在旋转的抛光台板上。任选地在晶片载体和晶片之间设置衬膜。通常，抛光台板被诸如多孔聚氢基甲酸酯的比较软的潮湿的衬垫材料覆盖。
抛光速率的不均匀性会导致半导体晶片的不希望有的不规则性。在会导致抛光速率的不均匀性的各种因素中，有抛光浆的不均匀分布、不均匀地铺设抛光垫、以及向抛光垫不均匀地施加压力。
本领域中把在化学机械平面化工艺中遇到的特殊问题称为“加载效应”。当把晶片压在化学机械平面化装置的抛光台板上比较软的抛光垫上时，抛光垫可能变型而进入待去除的结构之间的区域，尤其是当所述结构的抛光速率不同于所述结构之间的区域的抛光速率时。这可能在晶片上造成不规则的或者起伏的加工表面。一般说来，这种现象在微米量级上出现，并且对在所述晶片上形成的集成电路有有害的影响，尤其在高密度应用场合更是如此。
当在形成于基片上的晶体管上淀积诸如硼磷硅玻璃的介质材料等保护或者绝缘层时，经历所述加载效应的另一个例子。所述保护层的初始的共形淀积可能产生具有在晶体管的正上方的尖点和晶体管之间的凹部的不规则的表面。如上所述，抛光垫可能变形而适应保护层或者介质层的不规则的表面。最后得到的抛光表面可能以微米量级的起伏或者不规则性的形式出现。
所述加载效应可能在化学机械平面化期间为了去除存在于晶片表面上的细节的侧面和底面的另一些场合起作用。此外，在整个晶片表面上可能局部地或者全部地出现加载效应。旋转的半导体晶片的外围部分和内部之间的不同速度可能形成这个问题。例如，半导体晶片的较快地运动的外围部分可能比较慢地运动的内部经历较大速率的材料去除。
鉴于上述原因，在半导体制造中需要一种克服所述加载效应的化学机械平面化工艺。因此，本发明的目的是减小或者消除化学机械平面化过程中抛光速率的不均匀性。
已经发现，可以有利地利用在晶片上形成不同温度区域来减小或者消除对半导体晶片进行抛光时可能遇到的不均匀抛光速率的问题。具体地说，这里所述的装置包括温度调节装置，后者用来提高半导体晶片的第一部分的相对于半导体晶片的第二部分的温度。所述温度调节装置可以将半导体晶片的需要的部分冷却或者加热，以便在半导体晶片上形成不同温度区域。还描述了通过在半导体晶片上形成不同温度区域来对半导体晶片进行抛光的方法。
图1显示根据本发明的抛光装置的示意的视图。
图2显示在根据本发明的化学机械平面化工艺中有用的晶片载体的实施例的背面的示意的视图。
图3显示图2的晶片载体的的示意的横截面图。
图4显示根据本发明的抛光装置的另一个实施例。
本发明涉及集成电路(IC)的制造。例如，所述ICs包括诸如随机存储存储器(RAM)、动态随机存储器(DRAM)或者同步DRAM(SDRAM)的存储器IC。所述IC还可以包括其它形式的电路，例如，专用IC(ASIC)、归并DRAM-逻辑电路(嵌入式DRAM)或者其它逻辑电路。
通常，在晶片上并行地形成许多IC。在完成处理过程之后，切割所述晶片，以便将所述集成电路分割成单独的芯片。然后将芯片封装，产生最终产品，后者例如用于诸如计算机系统、蜂窝式电话机、个人数字助手(PDA)的用户产品和其它电子产品。
这里描述的本发明的一个实施例包括在经受化学机械平面化的半导体晶片上形成不同温度的区域。本发明不仅基于这样的发现，即，晶片的温度将影响抛光的速率，而且基于这样的发现，即，可以在晶片范围内按比例地实现温度变化，这使所需要的抛光速率变化在改善化学机械平面化均匀性方面具有实用价值。
正如在图1中看到的，化学机械抛光装置包括用来夹持晶片10的晶片载体15。马达17可用来转动载体15。可以通过马达37来转动携带抛光垫35的抛光台板30。可以通过导管40把抛光浆加到抛光垫35上。最好以不变的压力将晶片10压在抛光垫35上。所使用的抛光浆成分、旋转速度以及压力大小都在本专业技术人员的视野范围内。
为了实现这里所述的新颍的发明，利用温度控制器对晶片载体15的各部分进行加热或者冷却。当要对晶片载体的各部分进行加热时，可以使用任何类型的传统的加热器，只要它能够适应晶片载体的物理约束并且能够仔细地控制加热的程度。因此，可以通过各种方法来实行加热，例如，通过电阻加热器、感应加热器或辐射加热器，或者通过暴露在光能(例如激光器)或射频能下，或者通过使所述载体与加热后的流体、例如气体、液体或两者的混合物接触以及热电加热。如图2中所示，可以在载体15的背面16上加上包含加热电阻丝的环形带18、19，以便提供局部化的加热。
如图3中清楚地看到的，当起动加热带18、19时，将通过晶片载体15传导热量，于是在晶片10中经历差温加热。因此，例如，晶片10的部分10a将比受加热带19的影响的相邻部分10b冷。类似地，晶片10的部分10b将比基本上不受加热带18、19中任何一个的影响的相邻部分10c热。由于加热带18的影响，部分10d将被保持在比部分10c和10e中任何一个都高的温度。
显然，元件18、19的加热能力不必是相同的。相反地，可以利用具有不同热输出的加热器把部分10b和10d加热到不同的温度。可以进一步设想：不是对选择的载体15的部分加热，而是温度控制器可以用于冷却晶片的一部分。可以按照与上述加热元件相同的方法来使用冷却元件，以便将载体的各部分冷却，从而将芯片10的各部分冷却。可以采用任何传统的冷却机理，例如热电冷却。但是，最佳的冷却机理将是使载体15的背面16与冷却流体接触，或者直接接触、或者在一根或多根导管(未示出)的范围内接触。在另一个实施例中，利用温度调节控制器，使晶片10的一部分受到加热而另一部分同时受到冷却。
在图4中所示的另一个上实施例中，对晶片载体115和可以夹在晶片110和晶片载体115之间的具有热传导梯度的衬膜120进行均匀的加热或冷却。合适的衬膜将包括至少一个比较高的热传导的区域和至少一个低的热传导的区域。通过具有这样的热传导梯度的衬膜，可以得到比较大抛光均匀性。可以用任意多种方法把热传导梯度赋予所述衬膜。例如，当衬膜由合成聚合材料制成时，可以改变衬膜的各不同区域的聚合物特性(例如结晶度、密度等等)或者成分。另一种方法是，可以通过在衬膜的不同部分形成不同的孔度来得到热传导梯度。在另一个实施例中，可以通过把比较多的具有高的热传导系数的粒子填充物结合到衬膜的指定区域中而把较少的这种填充物结合到不同的区域中来建立热传导梯度。
如上所讨论的，抛光速率的不均匀性是由抛光工具和基片产生的。但是，控制品片的不同区域的温度的能力使用户可以调节不同区域的抛光速率，从而导致在整个晶片上的更均匀的抛光速率。例如，把具有较低的抛光速率的那些区域加热到比较高的温度，以便提高其中的抛光速率。通常，晶片的边缘具有比晶片的中心高的抛光速率。因此，将对晶片的中心加热，以便提高其抛光速率，使得它等于晶片边缘的抛光速率。另一种方法是，在整个晶片上形成更均匀的抛光速率方面，把对具有较低抛光速率的那些区域加热和对具有较高抛光速率的那些区域冷却结合起来也是有效的。
化学机械平面化期间采用的温度取决于以下若干因数：半导体晶片中所包含的材料；晶片的直径和厚度；所采用的抛光浆的性质和数量；以及晶片载体和抛光台板的旋转速率。但是，通常可以把晶片的一部分加热到30至80℃范围内的温度，或者冷却到20至-20℃范围内的温度。晶片热的部分和晶片冷的部分之间的温差最好是在1至40℃范围内。此外，可以在足够小的规模上形成温差，以便适当地限定晶片热的和冷的部分的边界、从而严密地控制相邻部分的抛光速率。这样，对于不同构形和/或成分的晶片，可以用非标准的方法来实现均匀的抛光速率。
虽然已经以一定程度的特殊性描述了本发明，但是，在阅读了以上的描述之后，许多修改和变化是可能的并且对于本专业的技术人员来说是显而易见的。例如，虽然这里描述的实施例举例说明了环形加热元件18、19，但是，可以预见采用任何几何形状的构形。因此，应当理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下用与这里所具体地描述的不同的方法来实现本发明。
Claims (18)
1．一种抛光半导体晶片的方法，它包括以下步骤：
提供具有第一部分和第二部分的晶片，所述第一部分处在高于所述第二部分的温度下，以及
使所述晶片与旋转的抛光垫接触。
2．权利要求1的方法，其特征在于：
所述提供晶片的步骤包括把晶片固定在晶片载体内并且加热所述晶片载体的一部分。
3．权利要求2的方法，其特征在于：
所述提供晶片的步骤包括把晶片夹持在晶片载体内并且冷却所述晶片载体的一部分。
4．权利要求1的方法，其特征在于：
所述提供晶片的步骤包括把晶片夹持在晶片载体内并且加热所述晶片载体的第一部分而同时冷却所述晶片载体的第二部分。
5．权利要求3的方法，其特征在于：
所述提供晶片的步骤包括使所述晶片的一部分与冷却流体接触。
6．权利要求2的方法，其特征在于：
所述提供晶片的步骤包括把激光能射向晶片载体的一部分。
7．权利要求2的方法，其特征在于：
所述提供晶片的步骤包括在所述晶片和所述晶片载体之间插入衬膜，所述衬膜具有第一部分和第二部分，所述第一部分具有不同于所述第二部分的热传导速率，以及
调节所述晶片载体的温度。
8．权利要求7的方法，其特征在于：
所述调节晶片载体的温度的步骤包括加热所述晶片载体。
9．权利要求1的方法，其特征在于：
所述第一部分是圆形的，而所述第二部分是环绕所述第一部分的外部而设置的。
10．权利要求1的方法，其特征在于：
所述第二部分是圆形的，而所述第一部分是环绕所述第二部分的外部而设置的。
11．一种抛光半导体晶片的装置，它包括：
适合于夹持半导体晶片的晶片载体；
温度调节控制器，用来这样改变晶片载体的一部分的温度，使得由晶片载体夹持的晶片具有处在第一温度的第一部分和处在低于第一温度的第二温度的第二部分；以及
旋转的抛光垫，它被定位在与由所述晶片载体夹持的晶片接触的位置。
12．权利要求11的装置，其特征在于：
所述温度调节控制器加热所述晶片载体的一部分。
13．权利要求12的装置，其特征在于：
所述温度调节控制器包括电阻加热器。
14．权利要求11的装置，其特征在于：
所述温度调节控制器冷却所述晶片载体的一部分。
15．一种用于半导体晶片的抛光的衬膜，它包括：
具有第一热传导系数的第一部分；以及
具有第二热传导系数的第二部分，
所述第一热传导系数大于所述第二热传导系数。
16．权利要求15的衬膜，其特征在于：
至少所述第二部分包含颗粒性填充物。
17．权利要求15的衬膜，其特征在于：
至少所述第一部分包含孔隙。
18．一种包括抛光工艺的制造集成电路的方法，所述抛光工艺包括：
提供至少包括第一和第二部分的半导体晶片，其中，所述第一部分具有低于所述第二部分的抛光速率；以及
提高所述第一部分的温度，以便把所述第一部分的抛光速率提高到大约所述第二部分的抛光速率。
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