[發(fā)明專利]化學(xué)機(jī)械研磨方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910055432.1
• 申請(qǐng)日: 2009-07-27
• 公開（公告）號(hào): CN101966687A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡宗福
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號(hào): B24B37/04
• 分類號(hào): B24B37/04;H01L21/02
• 代理公司: 北京德琦知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018
• 代理人: 王一斌;王琦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種化學(xué)機(jī)械研磨方法。

背景技術(shù)

目前，隨著電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，半導(dǎo)體的制造工藝得到了飛速的發(fā)展，在半導(dǎo)體的制造流程中，涉及化學(xué)機(jī)械研磨工藝(CMP)。CMP主要通過三個(gè)研磨機(jī)臺(tái)來實(shí)現(xiàn)，每個(gè)研磨機(jī)臺(tái)分別執(zhí)行一個(gè)研磨工序，下面以對(duì)金屬鎢的研磨為例對(duì)這三個(gè)研磨工序分別進(jìn)行說明。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中化學(xué)機(jī)械研磨方法的第一工序的剖面示意圖。在第一研磨機(jī)臺(tái)(Platen?1)上執(zhí)行第一工序，如圖1所示，采用較大的材料去除率(MMR)對(duì)金屬鎢進(jìn)行研磨，去除絕大部分的金屬鎢，第一工序的執(zhí)行時(shí)間被預(yù)先設(shè)置為一個(gè)固定值，對(duì)于不同的金屬來說，第一工序的執(zhí)行時(shí)間通常被設(shè)置為不同的固定值，當(dāng)對(duì)金屬鎢進(jìn)行研磨時(shí)，第一工序的執(zhí)行時(shí)間一般被設(shè)置為25-55秒。在理想情況下，當(dāng)?shù)谝还ば虬凑疹A(yù)先設(shè)置的固定值執(zhí)行完畢后，金屬鎢的上表面即研磨終點(diǎn)應(yīng)稍高于理論研磨終點(diǎn)，也就是說，當(dāng)研磨終點(diǎn)接近理論研磨終點(diǎn)時(shí)，第一工序結(jié)束。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中化學(xué)機(jī)械研磨方法的第二工序的剖面示意圖。在第二研磨機(jī)臺(tái)上(Platen?2)執(zhí)行第二工序，如圖2所示，實(shí)時(shí)探測理論研磨終點(diǎn)，當(dāng)探測到理論研磨終點(diǎn)后，采用較小的MRR去除溝槽外剩余的金屬鎢，為了確保溝槽外剩余的金屬鎢全部被去除而達(dá)到隔離的目的，當(dāng)去除溝槽外的金屬鎢后，還要進(jìn)行一定時(shí)間的研磨，以去除溝槽外的阻擋層和少量的氧化層，對(duì)于相同類型的金屬來說，第一工序的執(zhí)行時(shí)間被設(shè)定為相同的值，而由于每一片晶圓的金屬厚度、金屬硬度、以及第一研磨機(jī)臺(tái)的MRR可能存在差異，第一研磨工序結(jié)束后的研磨終點(diǎn)的高度是不確定的。所以第二工序的執(zhí)行時(shí)間是不確定的，為了防止過度研磨造成晶圓報(bào)廢，一般會(huì)設(shè)定一個(gè)最大值。當(dāng)對(duì)金屬鎢進(jìn)行研磨時(shí)，第二工序的執(zhí)行時(shí)間一般為30-80秒，最大值一般會(huì)設(shè)定為90秒。

具體來說，實(shí)時(shí)探測理論研磨終點(diǎn)的方法為：在研磨機(jī)臺(tái)的拋光墊下方安裝有激光發(fā)生器和傳感器，激光發(fā)生器實(shí)時(shí)發(fā)出激光束，并將激光束投向晶圓，同時(shí)，傳感器實(shí)時(shí)接收來自晶圓的反射強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同厚度的金屬對(duì)激光的不同反射強(qiáng)度，通過分析反射強(qiáng)度數(shù)據(jù)確定理論研磨終點(diǎn)。

圖3為現(xiàn)有技術(shù)中化學(xué)機(jī)械研磨方法的第三工序的剖面示意圖。在第三研磨機(jī)臺(tái)上(Platen?3)執(zhí)行第三工序，如圖3所示，去除一定的氧化層，以進(jìn)一步提高表面平坦化程度，第三工序的執(zhí)行時(shí)間被預(yù)先設(shè)置為一個(gè)固定值，當(dāng)對(duì)金屬鎢進(jìn)行研磨時(shí)，第三工序的執(zhí)行時(shí)間一般被設(shè)置為5-30秒。

在理想情況下，當(dāng)?shù)谝还ば蚪Y(jié)束時(shí)，研磨終點(diǎn)恰好稍高于理論研磨終點(diǎn)，也就是說，在理想情況下，當(dāng)?shù)诙ば驈纳愿哂谘心ソK點(diǎn)的位置開始執(zhí)行后，一定能夠探測到理論研磨終點(diǎn)，然而，在實(shí)際應(yīng)用中，由于工藝上的誤差，難以使每一片晶圓上所沉積的金屬層的厚度都是理想厚度，金屬硬度等也會(huì)有一定的差異，而且研磨機(jī)臺(tái)的MRR也會(huì)有一定的差異，當(dāng)所沉積的金屬層較薄、硬度較小或MRR較大時(shí)，由于第一工序的執(zhí)行時(shí)間被設(shè)置為一個(gè)固定值，則當(dāng)?shù)谝还ば蚪Y(jié)束時(shí)，有可能金屬層的上表面已經(jīng)低于了理論研磨終點(diǎn)，在這種情況下，當(dāng)執(zhí)行第二工序時(shí)，無法探測到理論研磨終點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)在第二工序中探測不到理論研磨終點(diǎn)時(shí)，第二工序按照預(yù)先設(shè)置的最大值來執(zhí)行，所以當(dāng)?shù)谝还ば蚺c第二工序執(zhí)行完畢時(shí)，整個(gè)氧化層以及溝槽中的金屬已經(jīng)被過度研磨，整個(gè)氧化層的厚度比理想情況下的氧化層的厚度小，填充在溝槽中的金屬也比理想情況下的金屬少，從而導(dǎo)致金屬電阻比理想情況下的金屬電阻小，降低了器件的穩(wěn)定性能。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，以提高器件的穩(wěn)定性能。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，該方法包括：當(dāng)對(duì)金屬進(jìn)行研磨時(shí)，實(shí)時(shí)探測理論研磨終點(diǎn)，當(dāng)探測到理論研磨終點(diǎn)時(shí)，對(duì)阻擋層、氧化層和溝槽外剩余的金屬進(jìn)行研磨；對(duì)氧化層繼續(xù)進(jìn)行研磨，且對(duì)氧化層進(jìn)行研磨的研磨時(shí)間為預(yù)先設(shè)置的固定值。

當(dāng)所述金屬為鎢時(shí)，所述對(duì)阻擋層、氧化層和溝槽外剩余的金屬進(jìn)行研磨的研磨時(shí)間范圍為30-80秒。

所述對(duì)氧化層繼續(xù)進(jìn)行研磨的研磨時(shí)間范圍為5-30秒。