专利名称：多晶硅化学机械研磨工艺的研磨垫预研磨方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及多晶硅化学机械研磨(CMP)工艺的预研磨方法。
背景技术：
晶圆制造中，随着制程技术的升级、导线与栅极尺寸的缩小，光刻(Lithography) 技术对晶圆表面的平坦程度(Non-uniformity)的要求越来越高，CMP工艺属于芯片制造厂的基本工艺，用于将晶圆表面平坦化。图1所示为CMP工艺设备示意图，研磨头(Head)Il下方安置待研磨晶圆，在向下压力的作用下，待研磨晶圆与旋转的研磨机械平台12上的研磨垫(Pad) 13机械摩擦，并在研磨液(Slurry) 14的化学作用下实现研磨。根据待研磨晶圆类型不同，CMP工艺分为多晶硅研磨(Poly CMP)、硅氧化物研磨(OxideCMP)、钨研磨(W CMP)和铜研磨(Cu CMP)等。在 Poly CMP工艺中，Poly与研磨液14在研磨垫13表面发生化学反应，该反应中，Poly Si生成 Si4+。研磨垫13在使用一段时间磨损后，需要进行更换。由于新研磨垫未达到CMP工艺所需的化学平衡状态等原因，因此使用新研磨垫进行研磨前，需要进行研磨垫预研磨处理， 以便新研磨垫表面达到所需的化学平衡状态，否则将可能大幅度降低研磨速率。现有研磨垫预研磨方法主要有两种方案，一种方案是装好新研磨垫后，使用新研磨垫研磨表面为二氧化硅的晶圆。由于研磨面是二氧化硅，在研磨过程中，研磨液与二氧化硅无法发生Si- > Si4+的化学反应，因此新研磨垫难以达到所需化学平衡状态。另一种方案是采用表面具备Poly膜(多晶硅膜)的晶圆片预研磨，不过Poly膜的制作需要时间较长而且制作成本高，导致该方案的实用性较低。
发明内容
本发明提供了硅CMP工艺中的研磨垫预研磨方法，不仅能够达到研磨所需化学平衡状态，而且成本低，时间短。本发明提出的方案核心在于采用裸硅晶圆(Bare Wafer)进行预研磨。裸硅晶圆是单晶硅，在预研磨过程中能够与研磨液发生Si- > Si4+的化学反应，而且无需制作Poly 膜，节约了现有方案制作Poly膜所需的时间及成本。本发明提供的一种预研磨方法包括步骤提供裸硅晶圆片；更换研磨垫；以及采用裸硅晶圆片、研磨液及更换后的研磨垫进行预研磨。在进行预研磨时，可以采用一片或多片裸硅晶圆片预研磨研磨垫。在采用一片裸硅晶圆片时，预研磨该片裸硅晶圆片的预研磨时间远高于多片的情况，其优势在于无需更换裸硅晶圆片，可以加快预研磨速度。在采用多片裸硅晶圆片时，可以采用多个研磨头研磨多片裸硅晶圆片，在采用下一个裸硅晶圆片进行预研磨前，通过旋转研磨头，可以直接采用下一个裸硅晶圆片预研磨，有利于提高研磨效率。上述预研磨时间与研磨液类型、研磨垫材质、结构及尺寸等参数、裸晶硅圆片纯度及尺寸等参数、研磨头研磨压力等多种因素有关。在不同的多晶硅CMP工艺下，该预研磨时间通常不同。所述预研磨时间可以通过理论计算获得，也可以通过经验实验获得，例如选择几个待选预研磨时间，分别进行预研磨实验，挑选出效果最佳的时间作为预研磨时间等方式。具体包括设定多个待选择预研磨时间；在研磨液的作用下，采用该研磨垫研磨裸晶硅圆分别达到多个待选择预研磨时间；比较各待选择预研磨时间对应的研磨垫化学平衡状态，所述化学平衡状态的衡量参数包括研磨速率、均勻度等参数；选择研磨垫化学平衡状态最接近正式研磨状态对应的待选择预研磨时间作为确定的预研磨时间。预研磨的主要目的是使研磨垫表面达到化学平衡状态，因此在预研磨时，可以采用与研磨工艺有差异的工艺参数，达到化学平衡状态即可。在预研磨时，可以采用比正式研磨时更大的研磨压力进行预研磨，也可以加大旋转平台的旋转速率，缩短达到化学平衡的时间，从而缩短预研磨时间，提高预研磨效率。
图1为现有CMP工艺设备结构示意图；图2为本发明实施例提供的硅CMP工艺预研磨方法流程示意图。
具体实施例方式下面结合说明书附图给出本发明技术方案的一种具体实施方法，步骤a，更换新的研磨垫；步骤b，提供裸硅晶圆片；步骤c.启动机台研磨裸硅晶圆片；步骤d，研磨多片裸硅晶圆片，每片研磨时间根据制程需求制定)此外本发明提供的另一个实施例包括下述步骤提供多片裸硅晶圆片；将装有裸硅晶圆片的晶舟或晶舟盒(cassette或Pod)安置于研磨机械的标准机械界面(SMIF)上；将研磨垫固定安装在研磨机械平台上，在研磨机械平台旋转时，研磨垫随之同步旋转；启动研磨机械平台，研磨机械平台自动从晶舟盒内获取一片裸硅晶圆片，并安装在研磨头下表面，裸硅晶圆片表面与研磨垫表面平行。将研磨液喷入研磨垫，研磨机械平台旋转，并采用一定压力将研磨头下压，使得裸晶圆片与研磨垫接触，并在研磨液的作用下开始研磨，以便新研磨垫达到化学平衡状态。在研磨液的作用下，采用该研磨垫研磨裸硅晶圆达到设定的预研磨时间。研磨下一片裸硅晶圆片，采用该裸硅晶圆片预研磨该研磨垫。直至该研磨垫的预研磨过程结束。所述预研磨时间通常根据经验数据确定，其具体值与多种因素有关，范围通常为1 分钟至3分钟。在确定预研磨时间时，可以根据多种方式确定，例如
例如可以参照产品Poly CMP所需时间，更改研磨的裸硅晶圆片的片数来达到预研磨目的。此外也可以通过改变单一裸硅片的研磨时间和裸硅片的片数确定预研磨时间，结合预研磨效果、时间成本等因素，挑选出综合最佳的预研磨时间和裸硅片的片数。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种多晶硅化学机械研磨(CMP)工艺的研磨垫预研磨方法，其特征在于，包括步骤 提供裸硅晶圆片；更换研磨垫；采用裸硅晶圆片、研磨液及更换后的研磨垫进行预研磨。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用裸晶圆片进行预研磨，具体包括 将研磨垫安装在研磨机械平台上；在研磨液的作用下，采用该研磨垫研磨裸晶硅晶圆到设定的预研磨时间。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预研磨时间根据研磨液类型、研磨垫工艺参数、研磨头研磨压力以及制程工艺参数确定，所述制程工艺参数至少包括研磨速率及研磨均勻度。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在预研磨前，还包括确定预研磨时间和所需裸硅晶圆的片数的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定预研磨时间和裸硅晶圆片数的步骤，具体包括设定多个待选择预研磨时间和片数；在研磨液的作用下，采用该研磨垫研磨裸晶硅圆分别达到多个待选择预研磨时间和片数；比较各待选择预研磨方案对应的研磨垫化学平衡状态，所述化学平衡状态的衡量参数包括研磨速率及均勻度；选择研磨垫化学平衡状态最接近正式研磨的化学平衡状态对应的待选择预研磨时间和片数作为确定的预研磨方法。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用多个裸硅晶圆片进行预研磨。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该研磨机械平台包括多个研磨头；以及在预研磨时，至少用两个研磨头研磨裸硅晶圆片。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在预研磨时，研磨机械平台只用一个研磨头研磨裸硅晶圆片；以及还包括步骤在采用一个裸硅晶圆片预研磨完毕后，采用安装好的下一个裸硅晶圆片进行预研磨。
全文摘要
本发明提供了多晶硅CMP工艺中的研磨垫预研磨方法，不仅能够达到研磨所需化学平衡状态，而且成本低，时间短。本发明提出的方案在于采用裸硅晶圆(Bare Wafer)对新研磨垫进行预研磨。裸硅晶圆是单晶硅，在预研磨过程中能够与研磨液发生Si-＞Si4+的化学反应，而且无需制作Poly膜，节约了现有方案制作Poly膜所需的时间及成本。
文档编号H01L21/304GK102339742SQ20111025744
公开日2012年2月1日 申请日期2011年9月1日 优先权日2011年9月1日
发明者朱华, 李儒兴, 李志国, 陈海蓉 申请人:上海宏力半导体制造有限公司