化学机械抛光方法技术

本申请提供了一种化学机械抛光方法。该方法包括以下步骤：步骤S1，利用第一抛光液对待抛光晶圆的表面进行抛光；步骤S2，利用第二抛光液对抛光后的晶圆进行抛光减薄；步骤S3，利用第三抛光液对抛光减薄的晶圆进行抛光清洗；其中，第一抛光液和第三抛光液中SiO2颗粒的平均粒径大于第二抛光液中SiO2颗粒的平均粒径，第一抛光液中SiO2颗粒的颗粒浓度大于第二抛光液和第三抛光液中SiO2颗粒的颗粒浓度。本申请提供的化学机械抛光方法解决了晶圆在平坦化过程中存在的抛光速率不稳定、晶圆厚度不均匀以及抛光液残留的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
化学机械抛光方法
本申请涉及集成电路芯片制作
，更具体地，涉及一种化学机械抛光方法。
技术介绍
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。在化学机械抛光过程中，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，在第一抛光垫上利用SiO2抛光液对晶圆进行粗抛，去除晶圆的粗糙表面；然后，在第二抛光垫上利用SiO2抛光液对晶圆进行减薄抛光；最后，在第三抛光垫上利用SiO2抛光液对晶圆进行清洗抛光，去除晶圆表面的缺陷。由于SiO2抛光液在整个抛光过程的抛光速率不稳定，所以整个抛光过程的抛光程度、厚度变动均难以控制。一般情况下，SiO2抛光液去除晶圆粗糙面的速率只有0.1-0.2微米/分钟，当粗糙表面被去除后，速率会升高到1微米/分钟，抛光完成后，晶圆不同位置的厚度差异可高达0.6微米。另外，在利用SiO2抛光液对晶圆进行抛光后，部分浆料会留在晶圆上，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，这一缺陷将严重影响芯片的性能。为了解决抛光速率不稳定、晶圆厚度不均匀的问题，本领域研究人员尝试增加CMP之前湿法刻蚀的时间，然而这会增加生产成本，减少产品的产量，并且不能实现晶圆粗糙表面的平坦化。为了减少CMP工艺带来的抛光液残留缺陷，本领域研究人员也曾尝试增加后续清洗的时间，但由于现有的SiO2抛光液是疏水的，很难通过现有工艺去除，所以仍然不能有效地减少晶圆上的抛光液残留缺陷。
技术实现思路
为了解决现有晶圆在平坦化过程中存在的抛光速率不稳定、晶圆厚度不均匀的技术问题，本申请提供了一种化学机械抛光方法。该方法采用三种不同的抛光液对晶圆进行分步抛光，依次实现了晶圆粗糙面的抛光、晶圆的减薄以及晶圆表面缺陷的去除，从而解决了晶圆在平坦化过程中存在的抛光速率不稳定性、晶圆厚度不均匀的技术问题。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、铜以及介电材料等材料，并适用于0.18微米和0.13微米制程晶圆的抛光。本申请提供的化学机械抛光方法包括以下步骤：步骤S1，利用第一抛光液对待抛光晶圆进行抛光处理；步骤S2，利用第二抛光液将抛光后的晶圆进行减薄；步骤S3，利用第三抛光液将减薄后的晶圆进行清洗；其中，第一抛光液和第三抛光液中SiO2颗粒的平均粒径大于第二抛光液中SiO2颗粒的平均粒径，第一抛光液中SiO2颗粒的颗粒浓度大于第二抛光液和第三抛光液中SiO2颗粒的颗粒浓度。进一步地，第一抛光液和第三抛光液中SiO2颗粒的平均粒径是第二抛光液中SiO2颗粒的平均粒径的1.25至5倍。进一步地，第一抛光液中SiO2颗粒的平均粒径在50-100纳米范围内，SiO2的颗粒浓度为10%-50%。进一步地，步骤S1的抛光时间为20-30秒。进一步地，第二抛光液中SiO2颗粒的平均粒径在20-80纳米范围内，SiO2的颗粒浓度为5%-30%。进一步地，步骤S2的减薄时间为60-90秒。进一步地，第三抛光液中SiO2颗粒的平均粒径在50-100纳米范围内，SiO2的颗粒浓度为5%-30%。进一步地，第三抛光液里含有氧化剂，优选地，所述氧化剂为H2O2。进一步地，步骤S3的清洗时间为90-120秒。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三种不同的抛光液对晶圆进行分步抛光，依次实现了晶圆粗糙面的抛光、晶圆的减薄以及晶圆表面缺陷的去除，从而解决了晶圆在平坦化过程中存在的抛光速率不稳定性、晶圆厚度不均匀的技术问题。另外，本申请还可以通过在第三抛光液中加入氧化剂来解决晶片抛光液的残留问题。因此，如果同时采用分步抛光和在第三抛光液中加入氧化剂，则可以同时解决晶圆在平坦化过程中存在的抛光液残留问题。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。下面的将参照图，对本申请作进一步详细的说明。附图说明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。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。由
技术介绍
可知，现有晶圆在平坦化过程中存在抛光速率不稳定、晶圆厚度不均匀的技术问题，本申请的专利技术人针对上述问题进行研究，提出采用三种不同的抛光液对晶圆进行分步抛光，依次实现晶圆粗糙面的抛光、晶圆的减薄以及晶圆表面缺陷的去除，使得抛光过程得到有效控制，从而解决了晶圆在平坦化过程中存在的抛光速率不稳定、晶圆厚度不均匀的技术问题。本申请提供的化学机械抛光方法包括以下步骤：步骤S1，利用第一抛光液对待抛光晶圆的表面进行抛光；步骤S2，利用第二抛光液对抛光后的晶圆进行抛光减薄；步骤S3，利用第三抛光液对抛光减薄的晶圆进行抛光清洗；其中，第一抛光液和第三抛光液中SiO2颗粒的平均粒径大于第二抛光液中SiO2颗粒的平均粒径，第一抛光液中SiO2颗粒的颗粒浓度大于第二抛光液和第三抛光液中SiO2颗粒的颗粒浓度。本申请提供的技术方案中，利用不同抛光液中SiO2颗粒的平均粒径及浓度的不同，实现了不同抛光阶段对抛光速率、晶圆厚度的有效控制。其中，第一抛光液和第三抛光液中SiO2颗粒的平均粒径大于第二抛光液中SiO2颗粒的平均粒径，第一抛光液中SiO2颗粒的颗粒浓度大于第二抛光液和第三抛光液中SiO2颗粒的颗粒浓度。因为专利技术人发现在第一阶段的抛光过程中，晶圆表面为粗糙面，如果硬质SiO2颗粒含量较高、颗粒尺寸比较大的话，才能使得SiO2颗粒对晶圆粗糙表面的机械研磨作用稳定、均匀；而在第二阶段的减薄过程中，由于晶圆的粗糙面已经被去除，所以采用的SiO2颗粒浓度及尺寸都需要减小以防止在抛光减薄阶段对晶圆造成二次抛光缺陷；进入到第三阶段的清洗后，不但要对晶圆进行进一步精细抛光，还需要对残留在晶圆上的抛光液进行清洗，所以SiO2颗粒的平均粒径要比第二抛光液的SiO2颗粒平均粒径大，以达到精细抛光的作用，但为了避免造成抛光缺陷，SiO2颗粒的浓度还不能过高。申请人也是在偶然的实验过程中发现，将第一抛光液、第二抛光液以及第三抛光液的颗粒大小及浓度控制在上述范围内，就可以实现抛光过程的有效控制，从而解决了晶圆在平坦化过程中存在的抛光速率不稳定性、晶圆厚度不均匀的技术问题。在此需要声明的是，本申请所采用的第一抛光液、第二抛光液和第三抛光液均为市售产品。SiO2抛光液一般由研磨剂、表面活性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学机械抛光方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S1，利用第一抛光液对待抛光晶圆进行抛光处理；步骤S2，利用第二抛光液将抛光后的所述晶圆进行减薄；步骤S3，利用第三抛光液将减薄后的所述晶圆进行清洗；其中，所述第一抛光液和所述第三抛光液中SiO2颗粒的平均粒径大于第二抛光液中SiO2颗粒的平均粒径，所述第一抛光液中SiO2颗粒的颗粒浓度大于第二抛光液和第三抛光液中SiO2颗粒的颗粒浓度。

【技术特征摘要】
1.一种化学机械抛光方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S1，利用第一抛光液对待抛光晶圆进行抛光处理；步骤S2，利用第二抛光液将抛光后的所述晶圆进行减薄；步骤S3，利用第三抛光液将减薄后的所述晶圆进行清洗；其中，所述第一抛光液和所述第三抛光液中SiO2颗粒的平均粒径大于第二抛光液中SiO2颗粒的平均粒径，所述第一抛光液中SiO2颗粒的颗粒浓度大于第二抛光液和第三抛光液中SiO2颗粒的颗粒浓度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一抛光液和所述第三抛光液中SiO2颗粒的平均粒径是第二抛光液中SiO2颗粒的平均粒径的1.25至5倍。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一抛光液中SiO2颗粒的平均粒径在50-100纳米范围内，所述SiO2的颗粒浓度为10...

【专利技术属性】
技术研发人员：王贤超，奚民伟，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31