化学机械抛光方法
【技术领域】
[0001] 本申请半导体集成电路制作技术领域，更具体地，涉及一种化学机械抛光方法。
【背景技术】
[0002] 在集成电路的制造过程中，随着特征尺寸的缩小和金属互连层数的增加，对晶圆 表面平整度的要求也越来越高。目前，化学机械抛光是最有效的全局平坦化技术。化学机 械抛光（CMP)是采用旋转的抛光头夹持住晶圆，并将其以一定压力压在旋转的抛光垫上，由 磨粒和化学溶液组成的抛光液在晶圆和抛光垫之间流动，晶圆表面在化学和机械的共同作 用下实现平坦化。抛光后，通常用清洗液对晶圆进行清洗，以去除残留在晶圆表面的抛光浆 料颗粒。
[0003] 现有的CMP工艺通常采用SiO2抛光液对晶圆进行抛光，其具体步骤如下所示：首 先，在第一抛光垫上对晶圆进行粗抛，去除晶圆的粗糙表面；然后，利用第二抛光垫对晶圆 进行抛光减薄；最后，在第三抛光垫上对晶圆进行抛光清洗，去除晶圆表面的缺陷。在该工 艺过程中，去除晶圆的粗糖表面需要30-90秒，对晶圆进行减薄需要60-90秒，而去除晶圆 表面缺陷需要长达150秒的时间。由于晶圆的抛光效率取决于抛光时间最长的工艺阶段， 因此，晶圆的抛光效率很低。
[0004] 另外，在利用SiO2抛光液对晶圆进行抛光后，部分抛光液会留在晶圆上，形成残留 物缺陷。若不迅速有效地清洗去除这些缺陷，这些缺陷会在晶圆表面继续腐蚀或者随着时 间的延长由物理吸附转变为化学吸附最终形成极难去除的化学键合，残留物缺陷会影响芯 片的性能。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有晶圆在平坦化过程中存在的残留物缺陷难以去除及其导致的晶圆 抛光效率低的技术问题，本申请提供了一种化学机械抛光方法，该方法将晶圆清洗抛光的 时间合理分配到其他抛光工艺阶段中，解决了晶圆在平坦化过程中存在的残留物缺陷难去 除及其导致的晶圆抛光效率低的技术问题。本申请提供的化学机械抛光方法可应用于金属 氧化物、多晶硅、铜以及介电材料等的抛光，并适用于〇. 13微米、0. 11微米和90纳米制程晶 圆的抛光。
[0006] 本申请提供了一种化学机械抛光方法，该方法包括：步骤S1，将待抛光晶圆置于 第一抛光垫上，依序实施抛光工艺和第一减薄工艺，得到第一晶圆；步骤S2,将所述第一晶 圆置于第二抛光垫上，依序实施第二减薄工艺和第一清洗工艺，得到第二晶圆；步骤S3,将 所述第二晶圆置于第三抛光垫上，实施第二清洗工艺。
[0007] 进一步地，上述步骤Sl包括：将待抛光晶圆置于第一抛光垫上，将第一抛光液滴 加到待抛光晶圆，进行机械抛光；滴加第二抛光液实施第一减薄工艺，得到第一晶圆。该步 骤Sl的实施时间为60-90秒。更优选地，上述机械抛光的实施时间为20-30秒，第一减薄 工艺的实施时间为40-60秒。
[0008] 进一步地，第一抛光液的研磨剂为SiO2颗粒，SiO2颗粒平均粒径为50-100纳米， SiO2颗粒的浓度为10%_50% ;第二抛光液的研磨剂为胶状的SiO2颗粒，SiO2颗粒的平均粒 径为20-80纳米，所述胶状的SiO 2颗粒浓度为5%-30%。
[0009] 进一步地，上述步骤S2包括：将第一晶圆置于第二抛光垫上，将第三抛光液滴加 到第一晶圆上实施第二减薄工艺；滴加第四抛光液实施第一清洗工艺，得到第二晶圆；步 骤S2的实施时间为60-90秒。优选地，实施第二减薄工艺的时间为20-30秒，实施第一清 洗的时间为40-60秒。
[0010] 进一步地，第三抛光液的研磨剂为胶状的SiO2颗粒，SiO2颗粒的平均粒径为20-80 纳米，颗粒浓度为5%-30% ;第四抛光液的研磨剂为SiO2颗粒，SiO2颗粒平均粒径为50-100 纳米，颗粒浓度为5%-30%。优选地，第四抛光液中含有氧化剂，更有选地，加入的氧化剂为 H2O2。
[0011] 进一步地，步骤S3包括：将第二晶圆置于第三抛光垫上，滴加第五抛光液实施第 二清洗工艺，步骤S3的实施时间为60-90秒。
[0012] 进一步地，第五抛光液的研磨剂为SiO2颗粒，所述SiO2颗粒平均粒径为50-100纳 米，SiO 2颗粒浓度为5%-30%。优选地，第五抛光液里含有氧化剂，更有选地，采用的氧化剂 为 H2O2。
[0013] 由上述技术方案可以看出，本申请提供的化学机械抛光方法利用在同一个抛光垫 上采用不同的抛光液，从而将晶圆减薄、清洗的时间合理分配到其他抛光工艺阶段中，解决 了晶圆在平坦化过程中存在的残留物缺陷难去除及其导致的晶圆抛光效率低的技术问题。
[0014] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。 下面将参照图，对本申请作进一步详细的说明。
【附图说明】
[0015] 附图构成本说明书的一部分、用于进一步理解本申请，附图示出了本申请的优选 实施例，并与说明书一起用来说明本申请的原理。
[0016] 图1示出了本申请所提供的化学机械抛光方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0017] 下面，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施例。然而，这些示例性实 施例可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应 当理解的是，提供这些实施例是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实 施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。但是本申请可以由权利要求限定和覆盖的多 种不同方式实施。
[0018] 由【背景技术】可知，现有晶圆在平坦化过程中存在残留物缺陷难以去除及其导致的 晶圆抛光效率低的技术问题。本申请的发明人针对上述问题进行研究，提出在同一个抛光 垫上采用不同的抛光液，从而将晶圆减薄、清洗抛光的时间合理分配到其他工艺阶段中，解 决了晶圆在平坦化过程中存在的残留物缺陷难以去除及其导致的晶圆抛光效率低的技术 问题。
[0019] 本申请提供的化学机械抛光方法包括以下步骤：步骤S1，将待抛光晶圆置于第一 抛光垫上，实施抛光工艺和第一减薄工艺，得到第一晶圆；步骤S2,将第一晶圆置于第二抛 光垫上，实施第二减薄工艺和第一清洗工艺，得到第二晶圆；步骤S3,将第二晶圆置于第三 抛光垫上，实施第二清洗工艺。
[0020] 本申请打破了常规的化学机械抛光方法的工艺步骤，创造性地在在同一个抛光垫 上采用不同的抛光液，从而将晶圆减薄及清洗的时间合理分配到不同抛光工艺阶段中，不 但提高了抛光效率，而且由于在同一抛光垫上相继实施两种处理工艺，使得不同抛光液在 晶圆上的停留均有效缩短。由于停留时间缩短，减少了残留物由物理吸附转化为化学吸附 的几率，因此在平坦化过程中残留物缺陷会大幅度减少；另外，因为在同一抛光垫上相继实 施两种处理工艺，这样使得原先耗时最长工艺的实施时间被合理分配，由于晶圆的抛光效 率取决于抛光时间最长的工艺阶段，因此整个抛光效率被大幅提高。
[0021] 为了进一步说明本申请所提供的化学机械抛光方法，下面将结合图1进一步阐述 该方法。
[0022] 如图1所示，首先，实施步骤Sl，将待抛光晶圆置于第一抛光垫上，实施抛光工艺 和第一减薄工艺，得到第一晶圆。具体步骤可以包括：将待抛光的晶圆固定于化学机械抛 光仪器的第一抛光垫上，正面朝向抛光垫，将第一抛光液滴在抛光垫上，在研磨头上施加一 定压力，并使其旋转，进而对晶圆正面进行机械抛光，以去除晶圆的粗糙面；将第二抛光液 滴在第一抛光垫上，对晶圆正面进行化学刻蚀，实现晶圆的部分减薄(第一减薄工艺)。优选 地，步骤Sl的整体实施时间为60-90秒。更优选地，进行机械抛光的时间为20-30秒，进行 第一减薄工艺的时间为40-60秒。研磨头上施加的压力、研磨头的转速以及抛光液的流速 为现有技术，在此不再详细叙述。优选地，研磨头上施加的压力为220-270g/cm 2,研磨头的 转速为60_70r/min，第一抛光液的流速为130_160ml / min。
[0023] 本申请所采用的抛光液是本领域技术人员所熟知的SiO2抛光液，可以是市场销售 的各种型号的抛光液。优选地，在步骤Sl中，抛光工艺采用的第一抛光液的研磨剂为SiO 2 颗粒，第一抛光液的机械研磨效率应该大于化学研磨效率。申请人发现，在这一抛光液中如 果硬质SiO2颗粒含量较高、颗粒尺寸较大的话，可使得SiO 2颗粒对晶圆粗糙表面的机械研 磨作用更加稳定，从而使得抛光速率比较稳定。优选地，在本申请提供的【具体实施方式】中， SiO2颗粒的平均粒径为50-100纳米，SiO2颗粒浓度为10%-50%。将颗粒浓度和尺寸限定在上 述范围内，可提高抛光的速率及稳定性，对粗糙面抛光和打磨的效果也有所提高。而对于第 二抛光液而言，化学研磨效率应该大于机械研磨的效率。因此第二抛光液的研磨剂优选为 胶状的SiO 2颗粒，更优选地，SiO2颗粒的平均粒径为20-80纳米，SiO2颗粒浓度为5%-30%。 SiO2的胶体粒子不会对器件造成物理损伤。第一减薄工艺主要发生化学反应，其反应过程 包括粘在抛光机上盘的晶圆表面的原子与抛光机下盘上浸有抛光液的多孔抛光布吸附的 抛光液中的氧化剂、催化剂等物质在某一设定温度下反应。上下盘高速反向运转，抛光液连 续流动，晶圆表面的反应产物被不断地剥