专利名称：化学机械研磨方法
技术领域：
本发明涉及一种集成电路制造方法，尤其涉及一种用于提高固定颗粒研磨垫研磨效果的化学机械研磨方法。
背景技术：
电子系统和电路对现代社会的进步有显著的贡献，并用于多种应用以取得最佳的结果。能够提供这种最佳结果的电子系统通常包括芯片晶圆上的集成电路(1C)。对于IC晶圆的制造来说，以有效和充分的方式执行抛光步骤是个关键。复杂的IC通常具有多个不同的叠加层，每一层均重叠在前一层的上面并按多种互联方式包括有多个组件。将IC组件叠加所说的层内时，这些复杂的IC最终表面外形是凸凹不平的(例如，他们通常类似于有 多个上升部或“丘陵”或者下降部或“山谷”的凸凹陆地“山脉”)。现有技术中，抛光是获得晶圆表面平面化的最佳方法。最常用的抛光技术是化学机械研磨(CMP, Chemical Mechanical Planarization,也称化学机械抛光)，所述CMP使用喷布在抛光垫上的研磨液，以便有助于使晶圆平滑化和以可预知的方式平面化。研磨液的平面化属性一般由研磨摩擦组分和化学反应组分构成。研磨摩擦组分源于悬浮在研磨液中的研磨颗粒。所述研磨颗粒在与晶圆表面作摩擦接触时会增加抛光垫的研磨特性。化学反应组分与所述晶圆表面的材料发生化学反应，通过与要加以抛光的晶圆表面发生化学反应而软化或分解。研磨摩擦组分和化学反应组分有助于研磨垫平坦化晶圆表面。将研磨液分布给抛光垫的方式会显著地影响研磨液在帮助抛光时的研磨和化学特性的效果，同时影响去除率。传统的研磨液传送到晶圆表面。抛光材料通常具有凹凸的表面，包括多个形成在抛光垫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贮存器，可收集研磨液，以便传送至正被抛光的晶圆表面。尽管通常化学机械研磨过程中使用的研磨液能提供某些好处，但是也会导致不利的副作用。传统的研磨液分布系统一般不提供研磨液在晶片表面上的均匀分布，例如大多数研磨液分布系统将新的研磨液提供给晶圆的边缘，然后经过研磨垫和晶圆的旋转运至晶圆的中心，部分研磨液中的固体研磨颗粒会在研磨液溶液中沉淀或聚集。则研磨液运输到晶圆中心时,研磨液的研磨特性会减弱。如果晶圆的一部分暴露与过量的研磨液相接处，则该部分会被以更快的速度去除掉。因而，研磨液会使更多的研磨摩擦力作用于晶圆的边缘，从而能较快地去除掉材料，而位于晶圆中心部分失效的研磨浆则会较慢地去除材料，导致形成不均匀抛光的晶圆表面。此外，在抛光过程中，随着研磨液的消耗会产生废颗粒，这些废颗粒包括失效的研磨用颗粒以及晶圆上去除的材料。失效的研磨用颗粒不容易因化学反应而分解，则会以废颗粒的形成沉积在晶圆表面、进入抛光垫中的凹槽和凹坑中，影响研磨效果和效率。因此，业界提出一种有效去除晶圆表面并防止凹槽和凹坑现象发生的化学机械研磨设备，即采用固定颗粒研磨垫(Fixed Abrasive Pad)。所述固定颗粒研磨垫集合了固定研磨颗粒和研磨垫，不需要自由浮动的固定研磨颗粒，能够达到较佳的研磨效果，这对45nm级甚至以下的工艺技术越来越重要。专利号为US2002/0049027A1的美国专利公开了一种用于化学机械研磨设备上的固定颗粒研磨垫，该专利所述固定颗粒研磨垫解决了上述技术问题。此外，公开号为CN1438931A的中国专利公开了一种摆动的固定研磨料化学机械研磨设备及其实现方法，该专利中所述化学机械研磨设备包括具有固定研磨颗粒的研磨垫、供料滚筒和收回滚筒，并利用卷筒操作的配置控制所述研磨垫运动，从而在极短的时间和极少的劳动力将研磨垫使用过的部分更换为新的研磨垫，继续对晶圆进行化学机械研磨。由于利用固定颗粒研磨垫的研磨工艺是比较新的工艺，工艺控制不是很成熟，研磨过程中的压力不均或硬件失效等问题都会引起晶圆表面研磨速率不均，造成固定研磨颗粒的磨损或脱落，降低研磨速率，甚至导致晶圆表面遗留的研磨残留对晶圆造成划伤(Scratch),影响研磨效果,影响晶圆的产率和可靠性。因此，在研磨过程中固定颗粒研磨垫与晶圆待研磨层之间会流入化学液，该化学液中含有高分子添加剂，以降低固定研磨颗粒对晶圆的划伤。同时，高分子添加剂也易于吸附在研磨停止层上，当固定颗粒研磨垫研磨至研磨停止层时，大量的高分子添加剂将吸附到该研磨停止层表面，阻止对晶圆表面的进一步研磨，从而达到自动停止的功能。图I为现有技术中利用固定颗粒研磨垫的化学机械研磨方法。如图I所示，晶圆的衬底10上包括研 磨停止层14和待研磨层(图中未标示)。在研磨过程中，固定颗粒研磨垫20的固定研磨颗粒21与待研磨层产生机械摩擦，去除待研磨层，同时，向晶圆的待研磨层与固定研磨颗粒21之间流入化学液30，该化学液30中含有高分子添加剂31 ;当化学机械研磨进行到末尾阶段时，晶圆表面会露出了大部分的研磨停止层14，则高分子添加剂31会吸附在研磨停止层14表面,减慢固定颗粒研磨垫20对刻蚀停止层的研磨,从而降低固定研磨颗粒21对晶圆的划伤。然而，由于大量的高分子添加剂31吸附在研磨停止层14的表面，较小的研磨残留12会被高分子添加剂31所包裹，使这部分研磨残留12无法被有效去除，从而降低了研磨效
果O
发明内容
本发明的目的在于提供一种化学机械研磨方法，以提高固定颗粒研磨垫的研磨效
果O为解决上述问题，本发明提供一种化学机械研磨方法，以提高固定颗粒研磨垫的研磨效果，包括利用固定颗粒研磨垫研磨去除晶圆上的第一待研磨层；检测所述晶圆的研磨效果，选出具有研磨残留的晶圆；在所述具有研磨残留的晶圆上覆盖第二待研磨层，所述第二待研磨层的材质与第一待研磨层的材质相同；利用所述固定颗粒研磨垫研磨去除所述第二待研磨层及所述研磨残留。进一步的，在利用所述固定颗粒研磨垫研磨去除晶圆上的第二待研磨层及所述研磨残留的步骤中，所述固定颗粒研磨垫的研磨速率逐渐提高，最后达到一稳定值。较佳的，在利用所述固定颗粒研磨垫研磨去除晶圆上的第二待研磨层及所述研磨残留的步骤中，所述固定颗粒研磨垫的研磨速率最后达到一稳定值，所述稳定值为300 1500埃/分钟。进一步的，所述第二待研磨层的厚度小于所述第一待研磨层的厚度。
进一步的，所述第二待研磨层的厚度50 1000埃。进一步的，所述第一待研磨层为浅沟槽隔离氧化层、铜层、钨层、锗锑碲层或金属栅极介质层。进一步的，在利用所述固定颗粒研磨垫研磨去除晶圆上的第一待研磨层的步骤中，还包括向所述固定研磨颗粒和所述第一待研磨层之间流入化学液。进一步的，在利用所述固定颗粒研磨垫研磨去除所述第二待研磨层及所述研磨残留的步骤中，还包括向所述固定研磨颗粒和所述第二待研磨层之间流入化学液。进一步的，所述化学液中含有高分子添加剂。综上所述，本发明所述化学机械研磨方法，在研磨去除所述第一待研磨层后，选出具有研磨残留的晶圆，在具有研磨残留的晶圆上覆盖第二待研磨层，并利用固定颗粒研磨垫对第二待研磨层进行研磨，在利用固定颗粒研磨垫研磨第二待研磨层的过程中，研磨速 率逐渐提高并达到一稳定值，在去除第二待研磨层的同时，利用稳定的研磨速率的惯性作用彻底去除第二待研磨层及研磨残留。进一步的，由于第二待研磨层的材质与第一待研磨层材质相同，故可以采用相同的研磨方式进行研磨。第二待研磨层的厚度选择50 1000埃，一方面保证了研磨速率有足够的时间提高到稳定值，利用稳定的研磨速率的惯性作用彻底去除第二待研磨层和研磨残留，另一方面第二待研磨层的厚度适中保证了较短的研磨时间，进而在提高固定颗粒研磨垫研磨效果的同时，提高固定颗粒研磨垫的研磨效率。
图I为现有技术中利用固定颗粒研磨垫的化学机械研磨方法。图2为本发明一实施例中化学机械研磨方法的流程示意图。图3为本发明一实施例中化学机械研磨前晶圆的简要结构示意图。图4 图7为本发明一实施例中化学机械研磨方法研磨过程中的简要结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。本发明所述化学机械研磨方法用于研磨晶圆上的待研磨层，图3为本发明一实施例中化学机械研磨前晶圆的简要结构示意图，如图3所示,所述待研磨晶圆的衬底100上依次形成有研磨停止层104和第一待研磨层101，利用固定颗粒研磨垫研磨去除所述第一待研磨层101，并停止于所述研磨停止层104。本发明所述化学机械研磨方法可用于浅沟槽隔离结构、铜互联层、钨接触孔层、锗锑碲层以及HiK介质层等结构的研磨工艺，故所述第一待研磨层101可以为浅沟槽隔离氧化层、铜层、钨层、锗锑碲层或金属栅极介质层等，本发明对此不予限定。
图2为为本发明一实施例中化学机械研磨方法的流程示意图，图4 图7为本发明一实施例中化学机械研磨方法研磨过程中的简要结构示意图。请结合图2 图7，本发明一实施例所提供的化学机械研磨方法，包括以下步骤步骤SOl :利用固定颗粒研磨垫200研磨去除晶圆上的第一待研磨层101，具体如图4所示；具体地，进行化学机械研磨步骤，利用固定颗粒研磨垫200研磨去除晶圆的衬底100上的第一待研磨层101，并停止于研磨停止层104上；在研磨过程中，向固定颗粒研磨垫200的固定研磨颗粒201和第一待研磨层101之间添加化学液300，所述化学液300中含有高分子添加剂301，高分子添加剂301在固定研磨颗粒201和第一待研磨层101之间起到润滑作用，有利于降低的固定研磨颗粒201对晶圆表面造成的划伤。同时，高分子添加剂301也会易于吸附在研磨停止层104上，当研磨至研磨停止层104时,大量的高分子添加剂301将吸附到所述刻蚀停止层104表面，阻止进一步研磨，从而保护刻蚀停止层104及刻蚀停止层104以下的结构不被研磨损伤。步骤S02 :检测所述晶圆的研磨效果，选出具有研磨残留102的晶圆。经过步骤SOl之后，并非所有的晶圆上的第一待研磨层101都能被彻底研磨去除，如图5所示，部分晶圆在其衬底100表面剩余有第一待研磨层101的研磨残留102。高分子添加剂301会包裹部分剩余残余杂质102表面，使固定颗粒研磨垫200无法研磨去除剩余残留杂质102，从而形成如图5所示的研磨残留102。可通过缺陷检测仪(Defect Scan)或显微镜观察研磨后的晶圆表面是否具有如图5所示的研磨残留102,如果具有研磨残留102，晶圆将进行后续步骤。步骤S03 :在具有研磨残留102的晶圆表面覆盖第二待研磨层103，所述第二待研·磨层103的材质与第一待研磨层101的材质相同，具体如图6所示；其中，所述第二待研磨层103的厚度小于第一待研磨层101的厚度，所述第二待研磨层103的厚度优选为50 1000埃。在本实施例中，所述第二待研磨层103的材质与第一待研磨层101的材质相同，故能够采用相同的研磨工艺进行研磨，降低研磨成本；且第二待研磨层103的厚度为50 1000埃，厚度较薄，研磨时间短，对固定研磨颗粒垫200的研磨效率影响较小。步骤S04 :利用所述固定颗粒研磨垫200研磨去除晶圆表面的第二待研磨层103及所述研磨残留102，并停止于研磨停止层104上，形成图7所示结构。较佳的，在所述固定颗粒研磨垫200研磨第二待研磨层103的过程中，研磨速率逐渐提高并达到一稳定值。在去除了第二待研磨层103的同时，利用研磨速率的惯性作用彻底去除第一待研磨层101的研磨残留102和第二待研磨层103。其中，所述稳定值(稳定的研磨速率)为300 1500埃/分钟。综上所述，本发明所述化学机械研磨方法，在研磨去除所述第一待研磨层101后，选出具有研磨残留102的晶圆，在具有研磨残留102的晶圆上表面覆盖第_■待研磨层103,并利用固定颗粒研磨垫200对第二待研磨层103进行研磨，在利用固定颗粒研磨垫200研磨第二待研磨层的过程中，研磨速率逐渐提高并达到一稳定值，在去除第二待研磨层的同时，利用稳定的研磨速率的惯性作用彻底去除第二待研磨层103及研磨残留102。进一步的，由于第二待研磨层103的材质与第一待研磨层101材质相同，故可以以相同的研磨方式进行研磨。第二待研磨层103的厚度选择50 1000埃，一方面保证了研磨速率有足够的时间提高到稳定值，以利用稳定的研磨速率的惯性作用彻底去除第二待研磨层103和研磨残留102，另一方面第二待研磨层103的厚度适中保证了较短的研磨时间，进而在提高固定颗粒研磨垫200研磨效果的同时,提高了固定颗粒研磨垫200的研磨效率。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术 领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种化学机械研磨方法，用于提高固定颗粒研磨垫的研磨效果，包括 利用固定颗粒研磨垫研磨去除晶圆上的第一待研磨层； 检测所述晶圆的研磨效果，选出具有研磨残留的晶圆； 在所述具有研磨残留的晶圆上覆盖第二待研磨层，所述第二待研磨层的材质与所述第一待研磨层的材质相同； 利用所述固定颗粒研磨垫研磨去除所述第二待研磨层及所述研磨残留。
2.如权利要求I所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在利用所述固定颗粒研磨垫研磨去除晶圆上的第二待研磨层及所述研磨残留的步骤中，所述固定颗粒研磨垫的研磨速率逐渐提闻，最后达到一稳定值。
3.如权利要求2所述的化学机械研磨方法，其特征在于，所述稳定值为300 1500埃/分钟。
4.如权利要求I所述的化学机械研磨方法，其特征在于，所述第二待研磨层的厚度小于所述第一待研磨层的厚度。
5.如权利要求4所述的化学机械研磨方法，其特征在于，所述第二待研磨层的厚度50 1000 埃。
6.如权利要求I所述的化学机械研磨方法，其特征在于，所述第一待研磨层为浅沟槽隔离氧化层、铜层、钨层、锗锑碲层或金属栅极介质层。
7.如权利要求I所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在利用所述固定颗粒研磨垫研磨去除晶圆上的第一待研磨层的步骤中，还包括向所述固定颗粒研磨垫和所述第一待研磨层之间流入化学液。
8.如权利要求I所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在利用所述固定颗粒研磨垫研磨去除所述第二待研磨层及所述研磨残留的步骤中，还包括向所述固定颗粒研磨垫和所述第二待研磨层之间流入化学液。
9.如权利要求7或8中所述的化学机械研磨方法，其特征在于，所述化学液中含有高分子添加剂。
全文摘要
本发明提供一种化学机械研磨方法包括利用固定颗粒研磨垫研磨去除晶圆上的第一待研磨层；选出具有研磨残留的晶圆；覆盖第二待研磨层，所述第二待研磨层的材质与第一待研磨层的材质相同；研磨去除晶圆上的第二待研磨层。本发明所述化学机械研磨方法在具有研磨残留的晶圆上覆盖第二待研磨层，并利用固定颗粒研磨垫对第二待研磨层进行研磨，第二待研磨层的材质与第一待研磨层材质相同，故以相同的研磨方式进行研磨；在研磨第二待研磨层的过程中，固定颗粒研磨垫的研磨速率逐渐提高并达到一稳定值，在去除了第二待研磨层同时，利用研磨速率的惯性作用彻底去除研磨残留，从而提高了研磨效果，彻底去除研磨残留。
文档编号B24B37/00GK102909646SQ20111021862
公开日2013年2月6日 申请日期2011年8月1日 优先权日2011年8月1日
发明者邵群, 王庆玲 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司