[發明專利]一種提高晶圓研磨速率均一性的方法

在審

• 申請號: 202010322645.2
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111331505A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 姚力軍;惠宏業;潘杰;王學澤;楊加明
• 申請（專利權）人: 上海江豐平芯電子科技有限公司
• 主分類號: B24B37/04
• 分類號: B24B37/04;B24B37/10;B24B37/32
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發明涉及一種提高晶圓研磨速率均一性的方法，所述方法不需要改變化學機械研磨機臺的參數設置，只需要將保持環的厚度減小0.4?0.6mm，就可以達到改善晶圓邊緣研磨速率的效果，有效提高晶圓研磨速率均一性，使其相對標準偏差＜6％，還具有操作簡單，成本較低，適用范圍廣泛的特點。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種提高晶圓研磨速率均一性的方法。

背景技術

隨著超大規模集成電路(Ultra Large Scale Integration，ULSI)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來利用芯片的垂直空間，進一步提高器件的集成密度。為此，在芯片制備過程中的晶圓(Wafer)加工階段，往往需要采用沉積技術形成薄膜，以此作為實現多層布線技術的基礎。常見的沉積技術包括物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)和電化學電鍍等。

然而，隨著薄膜層的依次沉積，晶圓的表面變得起伏不平，對后續的圖形制作極其不利，為此，通常需要對晶圓進行表面平坦化(Planarization)處理。平坦化處理可以有效地改善表面形貌，去除表面缺陷，如粗糙表面、聚結材料、晶格損壞、刮痕和被污染的層或材料等。

目前，化學機械研磨法(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是達成晶圓表面整體平坦化的最佳方法，尤其在半導體制作工藝進入亞微米(sub-micron)領域后，CMP已成為一項不可或缺的制作工藝技術。CMP是利用混有極小磨粒的化學溶液與晶圓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。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。

但是，在采用CMP技術對晶圓進行平坦化處理中，往往存在晶圓研磨速率均一性差的問題，即晶圓表面薄膜的去除量不均勻，主要反映在晶圓邊緣處的去除量和晶圓中心處的去除量相差較大，導致晶圓的利用率降低，甚至良品率降低。

針對晶圓研磨速率均一性差的問題，現有技術公開了一些解決辦法：

例如CN101456150公開了一種化學機械拋光方法，包括兩個研磨步驟，第一步，以晶圓速率與研磨墊速率的比值在1:0.9至1:1.1的范圍條件下進行研磨；第二步，在晶圓速率與研磨墊速率的比值在5：1至20：1的范圍條件下進行研磨。所述研磨方法通過在主研磨之后加入一步增大晶圓對研磨墊(Polishing pad)的相對轉速的步驟，使晶圓相對研磨墊的線速沿半徑方向增加，從而使晶圓上各點的研磨速率沿中心向周邊提高，提高晶圓殘膜的面內均一性。但是，所述研磨方法仍然存在晶圓邊緣處和晶圓中心處的去除量相差較大，存在研磨速率均一性差的問題。