用臭氧进行化学机械抛光（CMP）处理的方法技术

可以用臭氧气体或用去离子水和臭氧气体处理基板上的聚合物层，以提高在化学机械抛光(CMP)工艺中所述聚合物层的去除速率。所述臭氧气体可以直接地扩散到所述聚合物层中或穿过所述聚合物层的表面上的去离子水薄层扩散到所述聚合物层中。还可以在所述工艺期间加热所述去离子水，以进一步增强所述臭氧气体向所述聚合物层中的所述扩散。

Chemical Mechanical Polishing (CMP) with Ozone

The polymer layer on the substrate can be treated with ozone gas or deionized water and ozone gas to improve the removal rate of the polymer layer in the chemical mechanical polishing (CMP) process. The ozone gas can diffuse directly into the polymer layer or through the deionized water thin layer on the surface of the polymer layer to the polymer layer. The deionized water can also be heated during the process to further enhance the diffusion of the ozone gas into the polymer layer.

【技术实现步骤摘要】
用臭氧进行化学机械抛光(CMP)处理的方法
本原理的实施例总体涉及半导体工艺。
技术介绍
通常通过顺序地沉积导电、半导电或绝缘层而在基板上(特别是在硅晶片上)形成集成电路。在沉积每一层之后，蚀刻该层以产生电路特征。在顺序地沉积和蚀刻一系列层时，基板的外表面或最上表面，即，基板的暴露表面，变得越来越不平坦。然而，不平坦的表面在集成电路制造工艺的光刻步骤中存在问题。因此，需要周期性平坦化基板表面。化学机械抛光(CMP)是一种公认的平坦化方法。在平坦化期间，将基板安装在载体或抛光头上。基板的暴露表面靠着旋转的抛光垫放置。抛光垫可以是“标准”或固定研磨垫。标准抛光垫具有耐用的粗糙化的表面，而固定研磨垫具有保持在容纳介质中的研磨颗粒。载体头在基板上提供可控制负载，即，压力，以将基板推靠在抛光垫上。如果使用标准垫，那么将包括至少一种化学反应剂的抛光浆料以及研磨颗粒供应到抛光垫的表面。CMP工艺的有效性可以通过CMP工艺的抛光速率或去除速率来测量。由于聚合物在固化之后的硬度，去除速率对于基板上的聚合物层特别重要。平坦化聚合物层可能需要一个小时或更长的时间，这大大减缓了半导体制造工艺的产量。缓慢去除速率是聚合物层通常不被平坦化的主要因素之一，从而因基板表面上的台阶高度差异而限制半导体器件的质量和性能。因此，专利技术人提供了使基板上的聚合物层平坦化的改进方法。
技术实现思路
在一些实施例中，一种使半导体基板平坦化的方法包括：提供具有聚合物层的基板；以及通过将气体扩散到所述聚合物层的厚度的至少一部分中来处理基板上的聚合物层的至少一部分，使得通过化学机械抛光(CMP)工艺的去除速率为未处理的聚合物层的去除速率的至少约150％。在一些实施例中，所述方法还包括：通过将所述聚合物层的至少一部分暴露于臭氧气体中来处理所述聚合物层的至少一部分；将所述聚合物层的至少一部分暴露于所述臭氧气体中高达约60分钟；将所述臭氧气体浓缩至高达约百万分之300,000(300,000ppm)；使所述臭氧气体以高达约10标准升/分钟(slpm)的速率流动；将所述臭氧气体加压至高达约100磅/平方英寸(psi)；使去离子水在所述聚合物层的至少一部分上流动，同时将所述聚合物层的至少一部分暴露于所述臭氧气体中；将所述基板以约400rpm至约1500rpm的速率绕所述基板的中心轴线进行旋转；将所述去离子水加热至约25摄氏度至约100摄氏度的温度；使所述去离子水以高达约400毫升/分钟的流速流到所述聚合物层的至少一部分上；和/或通过将所述臭氧气体扩散到所述聚合物层的所述厚度的至少一部分中来处理所述基板上的所述聚合物层的至少一部分，使得通过化学机械抛光(CMP)工艺的去除速率为未处理的聚合物层的去除速率的600％。在一些实施例中，一种使半导体基板平坦化的方法包括处理基板上的聚酰亚胺层，处理所述聚酰亚胺层包括：使去离子水流过所述聚酰亚胺层的顶表面；使所述基板绕所述基板的中心轴线进行自旋，以在所述聚酰亚胺层的所述顶表面上形成去离子水的边界层；使具有高达约300,000ppm的气体浓度的臭氧气体在所述边界层的顶表面上流动，以使所述臭氧气体扩散通过所述边界层并进入所述聚酰亚胺层；以及用化学机械抛光(CMP)工艺从所述聚酰亚胺层去除材料，其中经处理的聚酰亚胺层的去除速率为未处理的聚酰亚胺层的去除速率的至少约150％。在一些实施例中，所述方法还包括：将所述臭氧气体加压至高达约100psi；使所述臭氧气体以高达约10slpm的速率流动；将所述基板以约400转/分钟(rpm)至约1500rpm的速率进行自旋；将所述去离子水加热至约25摄氏度至约100摄氏度的温度；使所述去离子水以高达约400毫升/分钟的流率流动；用所述CMP工艺从所述聚酰亚胺层去除材料，其中经处理的聚酰亚胺层的去除速率为未处理的聚酰亚胺层的去除速率的至少约600％；和/或处理聚酰亚胺层高达约60分钟。在一些实施例中，一种使基板平坦化的方法包括：使去离子水在约25摄氏度至约100摄氏度的温度下在所述聚酰亚胺层的顶表面上流动；将所述基板以约400rpm至约1500rpm的速率绕所述基板的中心轴线进行自旋，以在所述聚合物层的所述顶表面上形成去离子水的边界层；以及使具有高达约300,000ppm的气体浓度的臭氧气体以高达约100psi的气压在所述边界层的顶表面上流动，以使所述臭氧气体扩散通过所述边界层并进入所述聚酰亚胺层。附图说明可以参考附图中描绘的原理的示例性实施例来理解在以上简要地概述且在以下更详细讨论的本原理的实施例。然而，附图仅示出了本原理的典型实施例，并且因此不应视为限制范围，因为本原理可允许其它等效实施例。图1是根据本原理的一些实施例的处理基板上的聚合物层的方法。图2描绘了根据本原理的一些实施例来处理的基板的横截面图。图3是示出根据本原理的一些实施例获得的改进的图。图4是根据本原理的一些实施例的处理基板上的聚合物层的另一方法。图5描绘了根据本原理的一些实施例处理的基板的横截面图。图6是示出根据本原理的一些实施例获得的改进的图。为了促进理解，已经尽可能地使用相同的附图标记来指示各图共有的相同元件。附图未按比例绘制，并且为了清楚起见，可以进行简化。一个实施例的元件和特征可有益地结合在其它实施例中，而不进一步描述。具体实施方式可以在基板上使用聚合物材料以产生电隔离层。聚合物非常普遍地用于在晶片级封装(诸如扇入/扇出半导体工艺流程)中相当常见的再分布层(RDL)。由于聚合物被固化以产生非常硬的材料，因此化学机械抛光(CMP)因非常低的去除速率而一般不在聚合物材料上使用。在最佳情况下，对于现有技术的浆料混合物，CMP聚合物去除速率小于100纳米/分钟(nm/min)。均匀的浆料混合物具有1nm/min至50nm/min的聚合物去除速率。聚合物的缓慢的去除速率使得聚合物的CMP处理因平坦化所需的时间量而不太实际。去除速率极大地限制了在需要高度平坦化表面的细间距半导体工艺中聚合物材料的使用。已知聚合物，尤其是聚酰亚胺，在工业上具有高抗氧化性。在研究寻找提高聚合物去除速率的方式时，专利技术人出乎意料地惊讶地发现已知具有高氧化性的气体臭氧(O3)使聚合物材料的去除速率显著提高。专利技术人发现将聚合物层直接地暴露于臭氧气体中导致臭氧气体扩散到聚合物层中。臭氧气体处理使CMP去除速率增加至高达约200％或更高。专利技术人还发现，在聚合物层的表面上使用加热的去离子水边界层增加了臭氧气体向聚合物层中的扩散。去离子水/臭氧气体处理使CMP去除速率增加至高达约600％或更高。。鉴于已知聚酰亚胺几乎不受臭氧侵蚀这一事实，聚合物材料的CMP去除速率的急剧增加是违反常理的。由于臭氧的常见用途是用于氧化材料、尤其是金属的表面，因此专利技术人没有预料到在聚合物材料上测试臭氧将产生的任何益处。虽然已知臭氧是最强效氧化剂之一，但是臭氧尚未被半导体工业所接受，因为已发现臭氧在半导体处理中无效。尽管存在行业认知，但是专利技术人坚持并发现臭氧似乎有利地改变聚合物材料的表面下方的化学键，使得聚合物材料更易于CMP处理。使臭氧不太适于用于半导体工业的另一因素是，为了增加水中的臭氧浓度，水被冷却。在零摄氏度时，可溶性臭氧浓度为约70ppm。冷水的使用不利于一般在工艺流程中使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使半导体基板平坦化的方法，所述方法包括：通过将气体扩散到所述聚合物层的厚度的至少一部分中来处理基板上的聚合物层的至少一部分，使得通过化学机械抛光(CMP)工艺的去除速率为未处理的聚合物层的去除速率的至少约150％。

【技术特征摘要】
2017.10.10 US 15/728,6041.一种使半导体基板平坦化的方法，所述方法包括：通过将气体扩散到所述聚合物层的厚度的至少一部分中来处理基板上的聚合物层的至少一部分，使得通过化学机械抛光(CMP)工艺的去除速率为未处理的聚合物层的去除速率的至少约150％。2.如权利要求1所述的方法，还包括：通过将所述聚合物层的至少一部分暴露于臭氧气体中来处理所述聚合物层的至少一部分。3.如权利要求2所述的方法，还包括：将所述聚合物层的至少一部分暴露于所述臭氧气体中长达约60分钟。4.如权利要求2所述的方法，还包括以下中的至少一个：将所述臭氧气体浓缩至高达约300,000ppm；使所述臭氧气体以高达约10slpm的速率流动；或者将所述臭氧气体加压至高达约100psi。5.如权利要求2所述的方法，还包括：使去离子水在所述聚合物层的至少一部分上流动，同时将所述聚合物层的至少一部分暴露于所述臭氧气体中。6.如权利要求5所述的方法，还包括以下中的至少一个：将所述基板以约400rpm至约1500rpm的速率绕所述基板的中心轴线进行旋转，以在所述聚合物层的顶表面上形成去离子水的边界层；将所述去离子水加热至约25摄氏度至约100摄氏度的温度；或者使所述去离子水以高达约400毫升/分钟的流速流到所述聚合物层的至少一部分上。7.如权利要求5所述的方法，还包括：通过将所述臭氧气体扩散到所述聚合物层的所述厚度的至少一部分中来处理所述基板上的所述聚合物层的至少一部分，使得通过化学机械抛光(CMP)工艺的去除速率为未处理的聚合物层的去除速率的至少约600％。8.如权利要求1所述的方法，其中所述聚合物层是聚酰亚胺层。9.如权利要求8所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·利安托，K·熊，E·J·伯格曼，J·L·克洛克，M·拉菲，M·阿齐姆，G·H·施，A·桑达拉扬，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US