[發明專利]在金屬和多晶硅化學機械研磨中減少大圖案凹陷的方法

有效

• 申請號: 200610027371.4
• 申請日: 2006-06-07
• 公開（公告）號: CN101086965A
• 公開（公告）日: 2007-12-12
• 發明（設計）人: 蔣莉;鄒陸軍;李紹彬;許丹
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/302
• 分類號: H01L21/302;H01L21/321
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所
• 代理人: 李勇

技術領域

本發明涉及半導體制造工藝中的化學機械研磨制程，具體涉及一種減少化學機械研磨過程中圖案凹陷的方法。

背景技術

半導體器件制造工藝中，廣泛使用化學機械研磨(CMP，ChemicalMechanical?polishing)系統進行平整處理。研磨裝置一般包括研磨臺(其上鋪有研磨墊)和研磨頭(其上有需研磨的半導體晶片)。半導體晶片被固定在研磨頭上，研磨墊面對要拋光的半導體晶片，在研磨半導體晶片時，研磨墊在具有研磨粒子的研磨液存在下，以一定壓力接觸和研磨半導體晶片，使其表面趨于平整。

化學機械研磨制程通常會涉及金屬和多晶硅的研磨，由于CMP制程耗材的特征，CMP制程的耗材包括：研磨墊，研磨液等，這些耗材的特性使化學機械研磨會引起大圖案凹陷(dishing)。即使在設計規則里盡量避免出現所述的大圖案，也會導致巨大的良率損失。隨著集成電路制造技術的發展，對大圖案的需求增加，有些時候圖案尺寸甚至超過10000μm×10000μm，而由于上述問題的存在，這些大圖案區域將出現大于的凹陷，這會引起器件失效。

圖1a和圖1b顯示了金屬圖案密集區域在化學機械研磨前后的晶片縱切面對比示意圖，圖中數字1表示材料SiO₂，2表示材料鎢。經過化學機械研磨，上層覆蓋的鎢被研磨至SiO₂層露出，形成鎢和SiO₂互相交錯的圖案，但是中心區域有一定程度的凹陷。

相對于圖案密集區域，其周邊通常會存在大圖案區域，化學機械研磨后的差異更明顯，圖2a和圖2b顯示了大圖案區域在化學機械研磨前后的晶片縱切面對比示意圖，圖中數字1表示SiO₂，2表示鎢。可以看到，由于鎢為整塊圖案，研磨后其凹陷情況比圖1a及圖1b顯示的更嚴重。

圖3a和圖3b顯示了多晶硅研磨制程中，圖案密集的有源區(cell?area)在化學機械研磨前后的晶片縱切面對比示意圖，圖中數字1表示SiO₂，3表示硅襯底，4表示多晶硅。經過化學機械研磨，上層的多晶硅和SiO₂形成互相交錯的圖案，研磨區域出現一定程度的凹陷。

相對于圖案密集的有源區，其周邊區域為多晶硅大圖案區域，圖4a和圖4b顯示了多晶硅大圖案區域在化學機械研磨前后的晶片縱切面對比示意圖，圖中數字1表示SiO₂，3表示硅襯底，4表示多晶硅。由于被研磨的多晶硅為整塊圖案，其凹陷情況比圖3更嚴重。

上述的大圖案區域在化學機械研磨后嚴重凹陷的問題由于研磨制程本身的特性而不可避免，而隨著集成電路制造技術不斷發展，此問題越來越顯得突出，因此有必要找到行之有效的解決方法。

發明內容

為了減少在金屬以及多晶硅的CMP制程中出現的大圖案區域凹陷，降低集成電路器件失效的風險，最終提升產品良率而提出本發明。

本發明的目的在于，提供一種減少大圖案區域凹陷的方法，對金屬或者多晶硅進行化學機械研磨時，用光刻膠保護具有大圖案的周邊區域，用回蝕的方式使未被光刻膠保護的部分被蝕刻一定厚度后再進行修飾性的化學機械研磨，最后的研磨結果可以大大降低大圖案凹陷的程度。

本發明提供的技術方案，是整合于成熟的半導體制造工藝中，各種在前的光刻，沉積形成器件圖案特征或者去除光刻膠等工藝均采用現有技術，在應用本發明之前，應已完成需要研磨的金屬層，例如鎢(W)，或者多晶硅層的沉積。

本發明的具體技術方案包括下列步驟：

1)在需要研磨的晶片上涂覆光刻膠，曝光顯影，使大圖案區域被光刻膠覆蓋，露出其余圖案密集的有源區域；

2)對露出的區域進行回蝕(etch?back)，留下約被研磨材料層；

3)用高溫燒結去膠(ashing)或者濕式蝕刻(wet?etch)的方式剝離殘留的光刻膠，對晶片進行修飾性化學機械研磨(touch?up?CMP)，結束后可以使晶片進入后續制程。

在本發明中，光刻制程以及后續去除光刻膠的手段均可以參考成熟的現有技術，其中光刻膠的涂覆厚度視步驟2)中需要回蝕的材料厚度而定，光刻膠的厚度應保證在回蝕之后，周邊的大圖案區域仍有光刻膠殘留，使大圖案區域不被蝕刻。

上述步驟2)中，所述的回蝕采用干性蝕刻，具體對于金屬蝕刻而言，例如鎢(W)，采用的蝕刻氣體為六氟化硫(SF₆)；對于多晶硅蝕刻，所用蝕刻氣體為氯氣(C1₂)或溴化氫(HBr)。