化学机械抛光方法与流程

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种化学机械抛光方法。

背景技术：

在半导体工艺流程中，化学机械抛光(chemicalmechanicalpolishing，cmp)是非常重要的一道工序，也被称之为化学机械平坦化(chemicalmechanicalplanarization，cmp)。所谓化学机械抛光，通常是将硅片安装到硅片载体上，并与抛光布的抛光层接触，抛光布高速旋转，抛光介质(例如浆液)被分配到抛光垫上且吸入硅片与抛光层之间的间隙中，硅片在压力装置的压力作用与抛光布相互摩擦，被研磨去除多余材料，并最终使硅片的研磨面被抛光并获得平坦表面。

硅片缺口作为硅片的对准标记，硅片缺口的抛光工作过程中硅片载体夹住硅片，抛光垫(notchpad)对准硅片缺口处并且施加压力，然后抛光液管道(slurrypipe)对准硅片缺口处流出抛光液(slurry)。来对硅片的缺口处进行化学机械抛光。因为抛光液主要沿着硅片的边缘流动，会出现硅片表面的边缘和中间区域腐蚀不均匀的现象。从而在目视检查下，硅片表面会出现污点(stain)缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种化学机械抛光方法，以解决硅片表面的边缘和中间腐蚀不均匀，硅片表面会出现stain(污点)缺陷的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种化学机械抛光方法，包括：

提供一硅片，所述硅片具有一缺口；

形成一层保护层，所述保护层覆盖所述硅片的表面；

对所述硅片的缺口进行化学机械抛光以去除所述缺口的表面缺陷；以及，

去除所述保护层。

可选的，在提供一硅片的步骤中，所述硅片已完成正面化学机械抛光和背面化学机械抛光；在所述硅片的表面形成一层保护层之前，对所述硅片进行清洗以去除所述硅片表面残留的抛光液。

可选的，所述保护层为氧化膜。

可选的，对所述硅片进行清洗以去除所述硅片表面残留的抛光液之后，在清洗槽中通入双氧水或者臭氧以在所述硅片表面形成所述氧化膜。

可选的，所述清洗工艺的溶液中双氧水的浓度为2％-5％。

可选的，所述清洗工艺的溶液中臭氧的浓度为10ppm-30ppm。

可选的，所述保护层的厚度为0.1nm-0.3nm。

可选的，对所述硅片的缺口进行化学机械抛光步骤中还包括：

提供一化学机械抛光装置，该化学机械抛光装置具有抛光布以及硅片载体，所述硅片载体具有用于承载硅片的开口；

将所述硅片置于所述硅片载体的开口内，并使得所述硅片需要被抛光的缺口面对所述抛光布；

测量所述硅片载体的厚度，并获得所述硅片的缺口被抛光后的目标厚度；

根据所述硅片载体的厚度和所述硅片的缺口被抛光后的目标厚度之差，设定所述硅片的抛光工艺参数；

所述化学机械抛光装置根据所述抛光工艺参数对所述硅片的缺口进行抛光。

可选的，所述抛光工艺参数包括抛光时间、向所述硅片的缺口施加的压力、所述抛光布和所述硅片的转速、抛光液温度、抛光液的流速以及在抛光完成时所述硅片的缺口的当前厚度和所述硅片载体的厚度之差。

可选的，所述抛光时间为20秒-30秒。

与现有技术相比，在本发明提供的化学机械抛光方法中，通过在所述硅片的表面覆盖保护层，在对所述硅片的缺口进行化学机械抛光时，抛光液流到所述硅片的表面时，由于所述保护层对所述硅片的表面保护，使得所述硅片的表面不被所述抛光液腐蚀，从而能够解决所述硅片表面的边缘和中间腐蚀不均匀，硅片表面会出现污点缺陷的问题。

附图说明

图1是本发明实施例的化学机械抛光方法示意图；

图2-3是本发明实施例的硅片的结构示意图；

图4是本发明实施例的化学机械抛光装置结构示意图；

图5是本发明实施例的化学机械抛光系统的框图；

图中，

10-硅片；11-缺口；12-保护层；

2-化学机械抛光装置；21-硅片载体；22-抛光布；23-抛光液管道；3-控制器；4-载体厚度测量装置；5-硅片厚度设定与测量装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

图1是本发明实施例的化学机械抛光方法示意图。请参考图1，本发明实施例提供一种化学机械抛光方法，包括：

步骤s1：提供一硅片，所述硅片具有一缺口。

步骤s2：形成一层保护层，所述保护层覆盖所述硅片的表面。

步骤s3：对所述硅片的缺口进行化学机械抛光，以去除所述缺口的表面缺陷。

步骤s4：去除所述保护层。

图2-3是本发明实施例的硅片的结构示意图，图4是本发明实施例的化学机械抛光装置结构示意图，图5是本发明实施例的化学机械抛光系统的框图。

下面结合图2-5详细介绍本发明实施例的化学机械抛光方法。

首先，执行步骤s1，提供硅片10，该硅片10已经完成硅片的正面和背面化学机械抛光。所述硅片10上经常残留有抛光液。因此，在优选方案中，在执行步骤s2之前，对所述硅片10执行清洗工艺，以去除所述硅片10上残留的抛光液。所述清洗工艺例如是rca1清洗、hf清洗以及dhf清洗。其中，rca1配比为nh4oh:h2o2:h2o＝1:1:4(体积比)。

请继续参考图2，所述硅片10具有一缺口11，所述缺口11的形状例如是v形，所述缺口11用来定位所述硅片10的晶向，但是，所述缺口11的表面比较粗糙，具有损伤层和划伤，界面复合严重，影响半导体器件的性能。因此需要对所述缺口11进行化学机械研磨抛光，以去除所述缺口11表面的损伤层和划伤。在对所述缺口11进行化学机械研磨抛光时，抛光液会流到所述硅片10的部分表面上，若不对硅片的表面加以保护，所述硅片10的部分表面就会被抛光液腐蚀，造成所述硅片10上出现污点缺陷。因此，需要在对所述缺口11进行化学机械研磨前在所述硅片10的表面形成一层保护层12。

具体请参考图3，在步骤s2中，在所述硅片10的表面形成一层保护层12，所述保护层12覆盖所述硅片10的表面和所述缺口11的表面。所述保护层12例如是氧化膜。所述氧化膜通过清洗工艺形成。所述清洗工艺的溶液采用双氧水或者臭氧。所述清洗工艺的溶液中双氧水的浓度例如是2％-5％。所述清洗工艺的溶液中臭氧的浓度例如是10ppm-30ppm。所述硅片10在所述双氧水或者臭氧溶液中清洗时间例如是200秒-300秒，所述保护层12的厚度例如是0.1nm-0.3nm。之所以采用双氧水或者臭氧的清洗工艺在所述硅片10上形成氧化膜，是因为在所述硅片10的正面和背面化学机械研磨抛光后通常会执行一清洗工艺，以清洗所述硅片10上残留的抛光液，而在所述清洗工艺的最后一个清洗槽中通入双氧水或者臭氧，即可在所述硅片10的表面和缺口11处形成氧化层，无需增加其他机台，有利于节约生产成本。并且，通过双氧水或者臭氧在所述硅片10的表面和缺口11处形成的氧化膜密度比较疏松，所述缺口11处的氧化膜不影响所述缺口11处的化学机械研磨抛光的进行。

接着，请参考图4，在步骤s3中，对所述硅片10的缺口11进行化学机械抛光，以去除所述缺口11的表面缺陷，所述表面缺陷例如是损伤层和划伤。

在本实施例中，对所述硅片10的缺口11进行化学机械抛光步骤s3中，具体包括如下子步骤：

步骤s31：提供一化学机械抛光装置2，所述化学机械抛光装置2具有抛光布22以及硅片载体21，所述硅片载体21具有用于承载硅片10的开口。

步骤s32：将所述硅片10置于所述硅片载体21的开口内，并使得所述硅片10需要被抛光的缺口11面对所述抛光布22。

步骤s33：测量所述硅片载体21的厚度，并获得所述硅片的缺口11被抛光后的目标厚度。

步骤s34：根据所述硅片载体21的厚度和所述硅片的缺口11被抛光后的目标厚度之差，设定所述硅片10的化学机械研磨抛光工艺参数。

在本实施例中，所述化学机械研磨抛光工艺参数包括抛光时间、向所述硅片的缺口施加的压力、所述抛光布和所述硅片的转速、抛光液温度、抛光液的流速、在抛光完成时所述硅片的缺口的当前厚度和所述硅片载体的厚度之差。所述化学机械研磨抛光时间例如是20s-30s。

步骤s35：所述化学机械抛光装置根据所述抛光工艺参数对所述硅片的缺口11进行化学机械研磨抛光。在对所述缺口11进行化学机械研磨的过程中，所述抛光液管道23将所述抛光液斜向下喷到所述硅片的缺口11处，所述抛光布22会通过加压机构对所述缺口11处加压，并且所述抛光布22会左右转动、上下旋转，对所述缺口11进行化学机械研磨抛光。

在步骤s4中，再次对所述硅片10进行清洗工艺，以去除所述硅片10上残留的抛光液，并且去除所述硅片10表面的保护层12。可以在同一个步骤同时去除所述硅片10上残留的抛光液以及所述保护层12，以简化工艺步骤，节约成本。当然，也可以分两步进行。在本实施例中，所述清洗工艺例如是rca1清洗、hf清洗以及dhf清洗，可以和步骤s2之前的清洗工艺使用同一台清洗设备。所述清洗工艺既可以去除硅片10上残留的抛光液，还可以同时去除所述硅片10表面的保护层。其中，所述dhf清洗的溶液例如是hf和h2o2的混合液。所述清洗工艺的工艺时间例如是1min-3min。

请参考图5，本发明实施例还提供一种化学机械抛光系统，能够实现上述实施例中的化学机械抛光方法。本实施例中，所述化学机械抛光系统包括化学机械抛光装置2、控制器3、载体厚度测量装置4以及硅片厚度设定与测量装置5。

本实施例中，化学机械抛光装置2能够对一个或多个硅片的上表面和下表面，以及硅片的缺口11进行抛光。所述化学机械抛光装置2具体包括硅片载体21和抛光布22，所述硅片载体21还连接有旋转平台，所述旋转平台还连接有旋转机构(图中未示出)，所述抛光布22连接有加压头和加压机构、抛光液供给至硅片的缺口11处的抛光液管道23。

加压机构通常为电驱动装置，可以使得加压头带动所述抛光布22上下移动以及旋转。旋转机构通常为电驱动的转动装置，能够带动旋转平台转动，以带动所述硅片10转动。加压机构和旋转机构通常连接到控制器3上，所述控制器3允许操作者为加压机构和旋转机构分别选定一个旋转速度，且可以使得两者所选定的速度不同以及转动方向不同或相同。

所述硅片载体21的开口侧壁上设有四个嵌体，所述嵌体能够实现所述硅片10在硅片载体21中的固定，防止所述硅片10从硅片载体21的开口中脱出，硅片载体21的外周上可以设置一个齿圈(未示出)，该齿圈与旋转机台中心上方的齿轮相啮合，以在旋转机构的驱动下，使得硅片载体21以一个选定的速度旋转。

载体厚度测量装置4用于测量所述硅片载体21的厚度，其可以是红外感应的厚度传感器等装置。

硅片厚度设定与测量装置5用于设定所述硅片10的缺口被抛光后的目标厚度t，或者，设定所述硅片10被抛光后的目标厚度t以及测量所述硅片10的缺口被抛光后的当前厚度t’，硅片厚度设定与测量装置5测得的所述硅片10的缺口被抛光后的当前厚度t’为所述硅片10被抛光后的中心的厚度。硅片厚度设定与测量装置5可以是光学测距装置。

控制器3分别电连接所述化学机械抛光装置2、所述载体厚度测量装置4和所述硅片厚度设定与测量装置5。所述控制器3用于计算所述载体厚度测量装置4测得的所述硅片载体21的厚度t和所述硅片厚度设定与测量装置5设定的所述硅片10的缺口被抛光后的目标厚度t之差，根据计算结果设定所述硅片10的缺口的抛光工艺参数，并控制所述化学机械抛光装置2根据所述抛光工艺参数对所述硅片10的缺口进行抛光。所述抛光工艺参数包括抛光时间、加压头向所述硅片10施加的压力、所述硅片载体21的转速(即旋转机构或旋转机台的转速)、抛光布22的转速(即加压机构的转速)和所述硅片10的转速、抛光液温度、抛光液的流速以及在抛光完成时所述硅片10的缺口的当前厚度t’和所述硅片载体21的当前厚度t’之差中的多种。

可以理解的是，控制器3、载体厚度测量装置4、硅片厚度设定与测量装置5及化学机械抛光装置2中的相应部件可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(fpga)、可编程逻辑阵列(pla)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(asic)，或可以以对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式的适当组合来实现。或者，控制器3、载体厚度测量装置4、硅片厚度设定与测量装置5及化学机械抛光装置2中的相应部件中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该程序被计算机运行时，可以执行相应的功能。

综上可见，在本发明实施例提供的化学机械抛光方法，通过在所述硅片的表面覆盖保护层，在对所述硅片的缺口进行化学机械抛光时，抛光液流到所述硅片的表面时，由于所述保护层对所述硅片的表面保护，使得所述硅片的表面不被所述抛光液腐蚀，从而能够解决所述硅片表面的边缘和中间腐蚀不均匀，硅片表面会出现stain(污点)缺陷的问题。

此外还应该认识到，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。