[發明專利]化學機械研磨方法

有效

• 申請號: 201110218623.2
• 申請日: 2011-08-01
• 公開（公告）號: CN102909646A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 邵群;王慶玲
• 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: B24B37/00
• 分類號: B24B37/00
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

技術領域

本發明涉及一種集成電路制造方法，尤其涉及一種用于提高固定顆粒研磨墊研磨效果的化學機械研磨方法。

背景技術

電子系統和電路對現代社會的進步有顯著的貢獻，并用于多種應用以取得最佳的結果。能夠提供這種最佳結果的電子系統通常包括芯片晶圓上的集成電路(IC)。對于IC晶圓的制造來說，以有效和充分的方式執行拋光步驟是個關鍵。復雜的IC通常具有多個不同的疊加層，每一層均重疊在前一層的上面并按多種互聯方式包括有多個組件。將IC組件疊加所說的層內時，這些復雜的IC最終表面外形是凸凹不平的(例如，他們通常類似于有多個上升部或“丘陵”或者下降部或“山谷”的凸凹陸地“山脈”)。

現有技術中，拋光是獲得晶圓表面平面化的最佳方法。最常用的拋光技術是化學機械研磨(CMP，Chemical?Mechanical?Planarization，也稱化學機械拋光)，所述CMP使用噴布在拋光墊上的研磨液，以便有助于使晶圓平滑化和以可預知的方式平面化。研磨液的平面化屬性一般由研磨摩擦組分和化學反應組分構成。研磨摩擦組分源于懸浮在研磨液中的研磨顆粒。所述研磨顆粒在與晶圓表面作摩擦接觸時會增加拋光墊的研磨特性。化學反應組分與所述晶圓表面的材料發生化學反應，通過與要加以拋光的晶圓表面發生化學反應而軟化或分解。研磨摩擦組分和化學反應組分有助于研磨墊平坦化晶圓表面。

將研磨液分布給拋光墊的方式會顯著地影響研磨液在幫助拋光時的研磨和化學特性的效果，同時影響去除率。傳統的研磨液傳送到晶圓表面。拋光材料通常具有凹凸的表面，包括多個形成在拋光墊表面上的非常小的凹坑和凹槽。所述凸凹表面上的凹坑和凹槽用作貯存器，可收集研磨液，以便傳送至正被拋光的晶圓表面。盡管通常化學機械研磨過程中使用的研磨液能提供某些好處，但是也會導致不利的副作用。

傳統的研磨液分布系統一般不提供研磨液在晶片表面上的均勻分布，例如大多數研磨液分布系統將新的研磨液提供給晶圓的邊緣，然后經過研磨墊和晶圓的旋轉運至晶圓的中心，部分研磨液中的固體研磨顆粒會在研磨液溶液中沉淀或聚集。則研磨液運輸到晶圓中心時，研磨液的研磨特性會減弱。如果晶圓的一部分暴露與過量的研磨液相接處，則該部分會被以更快的速度去除掉。因而，研磨液會使更多的研磨摩擦力作用于晶圓的邊緣，從而能較快地去除掉材料，而位于晶圓中心部分失效的研磨漿則會較慢地去除材料，導致形成不均勻拋光的晶圓表面。此外，在拋光過程中，隨著研磨液的消耗會產生廢顆粒，這些廢顆粒包括失效的研磨用顆粒以及晶圓上去除的材料。失效的研磨用顆粒不容易因化學反應而分解，則會以廢顆粒的形成沉積在晶圓表面、進入拋光墊中的凹槽和凹坑中，影響研磨效果和效率。

因此，業界提出一種有效去除晶圓表面并防止凹槽和凹坑現象發生的化學機械研磨設備，即采用固定顆粒研磨墊(Fixed?Abrasive?Pad)。所述固定顆粒研磨墊集合了固定研磨顆粒和研磨墊，不需要自由浮動的固定研磨顆粒，能夠達到較佳的研磨效果，這對45nm級甚至以下的工藝技術越來越重要。專利號為US2002/0049027A1的美國專利公開了一種用于化學機械研磨設備上的固定顆粒研磨墊，該專利所述固定顆粒研磨墊解決了上述技術問題。此外，公開號為CN1438931A的中國專利公開了一種擺動的固定研磨料化學機械研磨設備及其實現方法，該專利中所述化學機械研磨設備包括具有固定研磨顆粒的研磨墊、供料滾筒和收回滾筒，并利用卷筒操作的配置控制所述研磨墊運動，從而在極短的時間和極少的勞動力將研磨墊使用過的部分更換為新的研磨墊，繼續對晶圓進行化學機械研磨。

由于利用固定顆粒研磨墊的研磨工藝是比較新的工藝，工藝控制不是很成熟，研磨過程中的壓力不均或硬件失效等問題都會引起晶圓表面研磨速率不均，造成固定研磨顆粒的磨損或脫落，降低研磨速率，甚至導致晶圓表面遺留的研磨殘留對晶圓造成劃傷(Scratch)，影響研磨效果，影響晶圓的產率和可靠性。