[發明專利]一種化學機械研磨方法

在審

• 申請號: 201610886288.6
• 申請日: 2016-10-11
• 公開（公告）號: CN107914211A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 唐強;孫濤
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司;中芯國際集成電路制造（北京）有限公司
• 主分類號: B24B37/005
• 分類號: B24B37/005
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所11336
• 代理人: 董巍,高偉

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，具體而言涉及一種化學機械研磨方法。

背景技術

隨著超大規模集成電路(ULSI，Ultra Large Scale Integration)的飛速發展，集成電路制造工藝變的越來越復雜和精細。為了提高集成度，降低制造成本，元件的特征尺寸(Feature Size)不斷變小，芯片單位面積內的元件數量不斷增加，平面布線已難以滿足元件高密度分布的要求，只能采用多層布線技術利用芯片的垂直空間，進一步提高器件的集成密度。但多層布線技術的應用會造成襯底表面起伏不平，對圖形制作極其不利，為此，常需要對襯底進行表面平坦化(Planarization)處理。目前，化學機械研磨法或化學機械平坦化(CMP，Chemical Mechanical Polishing)是達成全局平坦化的最佳方法，尤其在半導體制作工藝進入亞微米(sub-micron)領域后，其已成為一項不可或缺的制作工藝技術。

化學機械研磨(CMP)是利用混有極小磨粒的化學溶液與加工表面發生化學反應來改變其表面的化學鍵，生成容易以機械方式去除的產物，再經機械摩擦去除化學反應物獲得超光滑無損傷的平坦化表面的。化學機械研磨技術綜合了化學研磨和機械研磨的優勢。單純的化學研磨，表面精度較高，損傷低，完整性好，不容易出現表面/亞表面損傷，但是研磨速率較慢，材料去除效率較低，表面平整度比較低，研磨一致性比較差；單純的機械研磨，研磨一致性好，表面平整度高，研磨效率高，但是容易出現表面層/亞表面層損傷，表面粗糙度值比較低。化學機械研磨吸收了兩者各自的優點，可以在保證材料去除效率的同時，獲得較平整的表面，得到的平整度比單純使用這兩種研磨要高出1-2個數量級，并且可以實現納米級到原子級的表面粗糙度。

根據研磨制程中研磨對象的不同，化學機械研磨法主要分為：硅研磨(Silicon CMP)、硅氧化物研磨(Silicon oxide CMP)、碳化硅研磨(Silicon carbide CMP)、鎢研磨(W-CMP)和銅研磨(Cu-CMP)。

現有技術中，在進行化學機械研磨時，在同一個研磨臺上使用同一種研磨液，而在不同的研磨臺上則使用不同的研磨液。例如，常規工藝中的一種拋光金屬鎢的方案為：在第一研磨臺上使用金屬鎢研磨液研磨80秒，在第二研磨臺上使用金屬鎢研磨液研磨80秒，在第三研磨臺上使用氧化物研磨液研磨100秒，如圖1所示。在W-CMP中，在同一個拋光臺上使用同一種研磨液，研磨時間過長，經常發生鎢插塞(W-Plug)損壞，致使晶圓報廢的問題，而這會嚴重影響產品產量。

因此，有必要提出一種新的化學機械研磨方法，以解決上述技術問題。

發明內容

在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明的發明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。

針對現有技術的不足，本發明提供一種化學機械研磨方法，用于拋光金屬鎢，包括以下步驟：提供待研磨晶圓；第一研磨臺的研磨液供應管提供金屬鎢研磨液對所述晶圓進行研磨；第二研磨臺的研磨液供應管提供金屬鎢研磨液對所述晶圓進行研磨，其中，至少所述第一研磨臺和/或所述第二研磨臺的研磨液供應管還提供氧化物研磨液。

進一步，所述方法還包括第三研磨臺的研磨液供應管提供第三研磨液對所述晶圓進行研磨。

進一步，所述第三研磨液包括氧化物研磨液。

進一步，所述金屬鎢研磨液和氧化物研磨液是由不同的研磨液供應管提供的。

進一步，所述金屬鎢研磨液包括：酸性溶液、研磨顆粒和鐵系催化劑。

進一步，所述氧化物研磨液包括：堿性溶液、研磨顆粒、pH緩沖液和氧化劑。

進一步，所述鐵系催化劑包括硝酸鐵和處于納米膠體狀態的硅鐵。

進一步，所述氧化劑包括過氧化氫或鹵酸鹽。

進一步，所述金屬鎢研磨液的pH為2-4，所述氧化物研磨液的pH為10-12。

進一步，所述金屬鎢研磨液的流量為190-200ml/min，所述氧化物研磨液的流量為140-150ml/min。

進一步，所述金屬鎢研磨液的固含量小于4％，所述氧化物研磨液的固含量大于12％。

綜上所述，根據本發明的方法，可以減少總的研磨液消耗量，節約時間，提高生產效率，進而提高產品的產量和設備的正常運行時間、降低成本，提高研磨效率和非均一性，提高產品良率，減少W-CMP中的鎢插塞損壞。

附圖說明