TWI686857B

TWI686857B - 化學機械研磨製程

Info

Publication number: TWI686857B
Application number: TW108124072A
Authority: TW
Inventors: 陳義中
Original assignee: 華邦電子股份有限公司
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2020-03-01
Also published as: TW202103228A

Abstract

一種化學機械研磨製程，其包括以下步驟。提供待研磨層，其中所述待研磨層中具有開孔、溝槽及/或開口，且所述開孔、溝槽及/或開口的頂部角落處具有突出物。提供表面上具有多個絨毛的研磨墊。在不具有研磨顆粒的研漿存在下，在垂直於所述待研磨層的頂面的移動方向上，使所述研磨墊的所述多個絨毛間歇地接觸所述突出物。

Description

化學機械研磨製程

本發明是有關於一種半導體製程，且特別是有關於一種化學機械研磨（chemical mechanical polishing process，CMP）製程。

在一般的半導體製程中，在形成開孔（hole）、溝槽（trench）或開口（opening）之後，通常會進行蝕刻製程來調整所形成的開孔、溝槽或開口的輪廓（profile）。詳細地說，在形成開孔、溝槽或開口之後，所形成的開孔、溝槽或開口的頂部角落處往往會存在突出物，導致了開孔、溝槽或開口的頂部的寬度縮小。如此一來，在後續製程中，將材料填入開孔、溝槽或開口之後，所述材料將無法完全填滿開孔、溝槽或開口而於其中形成孔隙（void）。為了解決上述問題，在形成開孔、溝槽或開口之後，進行非等向性蝕刻製程，利用離子轟擊（ion bombardment）的方式來移除突出物。

然而，在以上述方式移除突出物時，會同時大量地移除開孔、溝槽或開口的頂部角落處以及其周圍的材料，使得開孔、溝槽或開口的深度大幅減少。此外，在以上述方式移除突出物時，也會同時部分地移除開孔、溝槽或開口所暴露出的基底，導致開孔、溝槽或開口的深度以及輪廓產生改變。

本發明提供一種化學機械研磨製程，其可移除位於開孔、溝槽或開口的頂部角落處的突出物，且不會大幅地改變開孔、溝槽或開口的深度以及輪廓。

本發明的化學機械研磨製程包括以下步驟。提供待研磨層，其中所述待研磨層中具有開孔、溝槽及/或開口，且所述開孔、溝槽及/或開口的頂部角落處具有突出物。提供表面上具有多個絨毛（fiber）的研磨墊（polishing pad）。在不具有研磨顆粒（abrassive）的研漿（slurry）存在下，在垂直於所述待研磨層的頂面的移動方向上，使所述研磨墊的所述多個絨毛間歇地接觸所述突出物。

基於上述，在本發明中，在不含有研磨顆粒的研漿存在下，使用具有絨毛的研磨墊在垂直於待研磨層的頂面的移動方向上對待研磨層進行研磨。因此，絨毛可以進入開孔、溝槽及/或開口而有效地移除位於開孔、溝槽及/或開口的頂部角落處的突出物，且不會造成待研磨層的厚度大幅減少而改變開孔、溝槽及/或開口的深度以及輪廓。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

下文列舉實施例並配合所附圖式來進行詳細地說明，但所提供的實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為了方便理解，在下述說明中相同的元件將以相同的符號標示來說明。

關於文中所使用「包含」、「包括」、「具有」等等用語，均為開放性的用語，也就是指「包含但不限於」。再者，文中所提到的方向性用語，例如「上」、「下」等，僅是用以參考圖式的方向，並非用來限制本發明。

在以下實施例中，所提及的數量與形狀僅用以具體地說明本發明以便於了解其內容，而非用以限定本發明。

圖1A至圖1C為依照本發明實施例的化學機械研磨製程的流程剖面示意圖。首先，請參照圖1A，提供待研磨層102。在本實施例中，待研磨層102為形成於基底100上的介電層，而基底100可以是矽基底、絕緣層上矽（silicon-on-insulator，SOI）基底或任何其他類型的基底，但本發明不限於此。在其他實施例中，待研磨層也可以是導電層。舉例來說，在一實施例中，待研磨層可以是共形地形成於基底上且用以製作浮置閘極（floating gate）的多晶矽層。

待研磨層102中具有開孔、溝槽及/或開口104。開孔、溝槽及/或開口104可經由任何已知的圖案化製程來形成，於此不另行說明。一般來說，以上述圖案化製程形成開孔、溝槽及/或開口104之後，在開孔、溝槽及/或開口104的頂部角落處不可避免地具有突出物106。突出物106會導致開孔、溝槽及/或開口104的頂部寬度縮小。如此一來，在後續製程中，將材料填入開孔、溝槽及/或開口104之後，所述材料將無法完全填滿開孔、溝槽及/或開口104而於其中形成孔隙。因此，在後續製程中，必須將位於開孔、溝槽及/或開口104的頂部角落處的突出物106移除。

此外，提供研磨墊200，以對待研磨層102進行化學機械研磨。研磨墊200包括本體202以及多個絨毛204。絨毛204形成於本體202的表面上。絨毛204用以對待研磨層102進行研磨。在本實施例中，每一根絨毛204的直徑必須小於開孔、溝槽及/或開口104的寬度。較佳地，每一根絨毛204的直徑不超過開孔、溝槽及/或開口104的寬度的一半。當絨毛204的直徑超過開孔、溝槽及/或開口104的寬度的一半時，在研磨過程中，絨毛204不易進入開孔、溝槽及/或開口104而無法有效地進行研磨。此外，在本實施例中，每一根絨毛204的長度以在研磨過程中不會與開孔、溝槽及/或開口104所暴露出的基底100接觸為限。較佳地，每一根絨毛204的長度不超過開孔、溝槽及/或開口104的深度的90%。當絨毛204的長度超過開孔、溝槽及/或開口104的深度的90%時，在研磨過程中，絨毛204除了對待研磨層102進行研磨之外，還會對開孔、溝槽及/或開口104所暴露出的基底100進行研磨。如此一來，基底100會受到損壞，且開孔、溝槽及/或開口104的深度以及輪廓也會嚴重改變。

接著，請參照圖1B，將研漿300提供至研磨墊200上，以對待研磨層102進行化學機械研磨。在進行一般的化學機械研磨時，提供於研磨墊200上的研漿含有研磨顆粒，以快速且大量地移除待研磨層。然而，若將此種研漿用於研磨本實施例中的待研磨層102，雖然能夠移除位於待研磨層102的頂部角落處的突出物106，但會導致待研磨層102的厚度大幅減少，且嚴重改變開孔、溝槽及/或開口104的深度以及輪廓。因此，在本實施例中，研磨時提供於研磨墊200上的研漿300不含有研磨顆粒，且較佳地僅含有化學溶液。

在本實施例中，研漿300例如為KOH、稀釋的氫氟酸（dilute hydrogen fluoride，DHF）或過氧化氫（H ₂O ₂）水溶液。舉例來說，當待研磨層102為介電層（例如氧化矽層）時，可使用KOH或稀釋的氫氟酸來作為研漿。此外，當待研磨層102為金屬層（例如鎢層或銅層）時，可使用過氧化氫水溶液來作為研漿。本發明並不對研漿300的種類作限制，本領域技術人員可依照待研磨層的類型來選擇合適的研漿，只要研漿不含有研磨顆粒即可。

在將研漿300提供至研磨墊200上之後，將待研磨層102朝向研磨墊200，在垂直於待研磨層102的頂面的移動方向上（如箭號所示），使研磨墊200的絨毛204間歇地接觸突出物106。詳細地說，在進行研磨之前，將基底100裝載於支撐件（未繪示）上。然後，將基底100轉向，以待研磨層102朝向研磨墊200的方式，在垂直於待研磨層102的頂面的移動方向上，連續地上下移動支撐件，使待研磨層102的突出物106接觸絨毛204。藉由突出物106在接觸以及離開絨毛204時產生的摩擦以及研漿300與突出物106的材料所產生的化學反應，可將突出物106移除。

之後，請參照圖1C，自研磨墊200將支撐件以及其上的基底100與待研磨層102移開，並將基底100自支撐件卸載，以完成本發明的化學機械研磨製程。此時，突出物106已自開孔、溝槽及/或開口104的頂部角落處完全移除。

在本實施例中，由於每一根絨毛204的直徑小於開孔、溝槽及/或開口104的寬度，且每一根絨毛204不會與開孔、溝槽及/或開口104所暴露出的基底100接觸，因此絨毛204可以進入開孔、溝槽及/或開口104以有效地移除位於頂部角落處的突出物106，且不會對開孔、溝槽及/或開口104所暴露出的基底100產生傷害而改變開孔、溝槽及/或開口104的深度以及輪廓。此外，由於研漿300不含有研磨顆粒，因此不會造成待研磨層102的厚度大幅減少而改變開孔、溝槽及/或開口104的深度以及輪廓。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:基底 102:待研磨層 104:開孔、溝槽及/或開口 106:突出物 200:研磨墊 202:本體 204:絨毛 300:研漿

圖1A至圖1C為依照本發明實施例的化學機械研磨製程的流程剖面示意圖。

100:基底

102:待研磨層

104:開孔、溝槽及/或開口

106:突出物

200:研磨墊

202:本體

204:絨毛

300:研漿

Claims

一種化學機械研磨製程，包括：提供待研磨層，其中所述待研磨層中具有開孔、溝槽及/或開口，且所述開孔、溝槽及/或開口的頂部角落處具有突出物；提供表面上具有多個絨毛的研磨墊；以及在不含有研磨顆粒的研漿存在下，在垂直於所述待研磨層的頂面的移動方向上，使所述研磨墊的所述多個絨毛間歇地接觸所述突出物。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨製程，其中每一所述絨毛的直徑不超過所述開孔、溝槽及/或開口的寬度的一半。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨製程，其中每一所述絨毛的長度不超過所述開孔、溝槽及/或開口的深度的90%。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨製程，其中所述不具有研磨顆粒的研漿包括KOH、稀釋的氫氟酸（dilute hydrogen fluoride，DHF）或過氧化氫（H ₂O ₂）水溶液。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨製程，其中所述待研磨層包括形成於基底上的介電層或導電層。