[發(fā)明專利]循環(huán)漸進平坦化方法及用于該方法的半導體研磨清潔裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910137534.8
• 申請日: 2009-05-05
• 公開（公告）號: CN101879699A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發(fā)明（設計）人: 陳慶昌
• 申請（專利權）人: 陳慶昌
• 主分類號: B24B37/04
• 分類號: B24B37/04;B24B55/00;B08B1/00;B08B3/00;H01L21/304
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司 11290
• 代理人: 王月玲;武玉琴

技術領域

本發(fā)明涉及化學機械研磨制程的研磨方法及應用于該方法的裝置，尤指一種循環(huán)漸進平坦化方法及用于該方法的半導體研磨清潔裝置。

背景技術

20世紀，多層金屬化技術被引入到集成電路(Integrated?Circuit，IC)制程中，該多層金屬化技術使得芯片的垂直空間得以有效的被利用，因此提高了芯片上電子元件的集成度，但這項技術使得晶圓的表面不平整度加劇，由此引發(fā)的一系列問題(例如：引起光阻厚度不均，進而導致光微影受限)嚴重影響了大規(guī)模集成電路(ULSI)的發(fā)展。

針對上述的問題，業(yè)界先后開發(fā)了多種平坦化晶圓表面的技術，例如：回蝕刻、玻璃回流或旋涂膜層等技術，然而這些技術效果并不理想，直至80年代末，IBM公司將化學機械研磨(ChemicalMechanical?Planarization，CMP)技術進行了發(fā)展，并應用此化學機械研磨技術于晶圓表面的平坦化，其在表面平坦化上的效果較傳統的平坦化技術有了極大的改善，從而使之成為了大規(guī)模集成電路制造中有關鍵地位的平坦化技術。

化學機械研磨技術是晶圓表面全部平坦化技術中的一種，其可以認為是化學增強型機械拋光，也可以認為是機械增強型化學濕刻蝕，在化學機械研磨技術使用具有研磨性和腐蝕性的研磨液(Slurry)，并配合使用拋光墊(Pad)和支撐環(huán)，其中拋光墊的尺寸通常比晶圓要大，且拋光墊和晶圓被一個可活動的拋光頭壓在一起，而支撐環(huán)則用于保持晶圓的位置，晶圓和拋光墊同時轉動(通常是以同向同速轉)，但是它們的中心并不重合。在這個過程中晶圓表面的材料和不規(guī)則結構都被除去，從而達到平坦化的目的。

而平面化后的晶圓表面使得干式蝕刻(Dry?Etching)中的圖樣的成型更加容易，且平滑的晶圓表面還使得使用更小的金屬圖樣成為可能，從而能夠提高集成度。

然而，目前化學機械研磨技術卻有以下缺點：

1、化學機械研磨技術是在一預定的時間中，持續(xù)對晶圓表面進行平坦化，此時，平坦化的過程中，晶圓的表面可能會被過度研磨，而導致晶圓表面上的電路受破壞；亦或研磨程度不夠，晶圓表面上的電路仍然被包覆，使得晶圓無法進行下一道制程。

2、在化學機械研磨的過程中，由于受化學機械研磨機臺與拋光墊設計的影響，大約只有2％至25％的研磨液可以進入晶圓與拋光墊所接觸的區(qū)域來進行化學蝕刻，而無法對晶圓進行化學蝕刻的剩余75％的研磨液則自拋光墊上流失，如此造成了制程成本的提升。

3、持續(xù)化學機械研磨的過程中，研磨下來的廢棄物也須以研磨液清除，使研磨和清除須配合的同時，也使晶圓平坦化程度的控制更不容易，而無法進一步提升良率及先進制程的須求。

本發(fā)明人有感上述缺陷的可改善之處，且依據多年來從事此方面的相關經驗，悉心觀察且研究，并配合學理的運用，而提出一種設計合理且有效改善上述缺陷的本發(fā)明。

發(fā)明內容

本發(fā)明的一目的是提出一種容易結合于目前化學機械研磨設備內，并于晶圓表面研磨平坦化過程中，達到清潔研磨表面目的的半導體研磨清潔裝置。

本發(fā)明的另一目的是提出一種循環(huán)漸進平坦化方法，其以漸進研磨清潔方式平坦化晶圓的表面，從而能精準控制晶圓表面平坦化的程度，達到降低表面平坦化的差異、減少不必要的晶圓材料和研磨液的浪費，同時亦降低操作控制成本。

依據上述的目的，本發(fā)明提出一種半導體研磨清潔裝置，應用于化學機械研磨(Chemical?Mechanical?Planarization，CMP)制程中，該半導體研磨清潔裝置接觸一晶圓的表面，以清潔該晶圓平坦研磨中的表面，而該半導體研磨清潔裝置包含有：一底座體；以及三個刷頭元件，設置于所述底座體上，且其中二個刷頭元件接合于所述底座體的兩端，而剩余一個刷頭元件接合于所述底座體上并位于所述底座體兩端之間，其中該三個刷頭元件皆位于同一平面并接觸該晶圓的表面，且接合于所述底座體兩端的刷頭元件的排列方向垂直于位于所述底座體兩端之間的刷頭元件的排列方向。

依據上述的目的，本發(fā)明提出一種循環(huán)漸進平坦化方法，其應用上所述的半導體研磨清潔裝置，該方法步驟包括如下：預估晶圓總平坦化時間；依據所述晶圓總平坦化時間，決定研磨清潔平坦化制程的循環(huán)次數；決定每一次研磨清潔平坦化制程的參數；執(zhí)行研磨清潔制程來平坦化晶圓的表面；每一次研磨清潔制程后，得判斷晶圓表面平坦化程度是否達到所需程度；當晶圓表面平坦化程度達到所需程度時，停止執(zhí)行平坦化制程；或當晶圓表面平坦化程度未達到所需程度時，重新執(zhí)行研磨清潔平坦化制程，隨后再次判斷晶圓表面平坦化程度，借此漸進地平坦化晶圓的表面，直至晶圓表面平坦化程度達到所需程度或總平坦化時間。