研磨垫以及研磨晶圆的方法技术

一种研磨垫，其特征是，包括：　　　　复数个研磨颗粒，其中每一研磨颗粒包括：　　　　一黏结剂；以及　　　　复数个研磨粒，该些研磨粒均匀分布于该黏结剂中，　　　　其中该些研磨颗粒与晶圆接触的表面为一凹凸表面。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种，且特别是有关于一种可有效改善研磨效率的。
技术介绍
在存储器晶圆(memory wafer)或逻辑晶圆(logic wafer)等半导体元件的制作中，为了提高电子元件的集成度以及降低生产成本，所以近来在工艺上有逐渐提高深宽比(aspect ratio)且增加导线层(conductive circuit layer)的堆栈层数的趋势。不过，在制作此多层导线层结构时，随着堆栈层数的增加，于晶片表面所产生的凹凸或扭曲等不平坦的现象会日益显著，因此能在工艺中消除晶圆表面的不平坦并达到所谓的完全平坦化(global planarity)的技术成为众所瞩目的焦点。使用此完全平坦化技术不但可以在元件上使用多层的导线结构，而且还能确保所制得的元件的合格率。最早提出完全平坦化的技术是美国IBM公司，其利用完全平坦化技术之一的化学机械研磨法(chemicalmechanical polishing，CMP)来进行埋入式导线之间金属镶嵌(damascene)工艺。在化学机械研磨的过程中，其是通过研磨粒子(abrasive particle)以及具有适当的弹性(elasticity)与硬度(hardness)的的研磨垫，在晶圆表面彼此进行相对运动以达成平坦化的目的。然而，利用具有研磨粒的研磨液来进行浅沟渠隔离区(shallowtrench isolation，STI)的化学机械研磨以去除主动区的氮化硅上的介电材料(例如氧化硅)时，会于氧化硅表面产生碟陷(dishing)，且此碟陷现象至今一直无法获得解决。因此，近来较常采用的方式为一种不需研磨液的化学机械研磨，此方法称为砂布式化学机械研磨法(fixedabrasive CMP，简称FA-CMP)，其是将研磨粒固定于研磨垫中，意即使研磨垫如砂布(或砂纸)一般具有研磨颗粒因此具有研磨的功能，此方法的优点具有高介电材料(例如氧化硅)对氮化硅的选择比，且其平坦化效率(planarization efficiency)佳，而且可以有效降低浅沟渠内氧化硅发生碟陷的现象。图1A至图1C，其为公知一种研磨晶圆的流程剖面示意图。请参照图1A，提供一研磨机台100，研磨机台100包括研磨载具102、研磨垫104与研磨台106，其中研磨垫104位于研磨台106上，且研磨垫104是由一颗颗包括研磨粒108与黏结剂110，且呈三角锥、六角锥或圆柱状与矩阵式排列的固定式研磨颗粒111所构成，另外，研磨载具102系握持覆盖有氧化硅层112(其例如是浅沟渠隔离工艺中用以填充沟槽的氧化硅)的图案化晶圆114。接着，请参照图1B，进行研磨工艺以移除晶圆114上的部分氧化硅层112以使氧化硅层112表面完全平坦，在此步骤中，由于开始进行研磨的晶圆114表面的氧化硅层112为非平坦的表面，因此可以将研磨垫104中的黏结剂110移除，而使研磨粒108裸露出来达到研磨的效果。然后，请参照图1C，继续进行研磨工艺以使晶圆114上的氧化硅层112表面完全平坦。然而，由于氧化硅层112逐渐平坦之后，氧化硅层112表面粗糙度(roughness)下降，所以其去除研磨垫104的黏结剂110的效率降低，甚至氧化硅层112表面的粗造度已不足以将研磨垫104中的黏结剂110去除而使研磨粒108无法外露，所以要使氧化硅层112表面完全平坦势必需花费很多的时间才可达到效果，甚至是氧化硅无法完全被去除而造成在主动区上残留氧化硅的情形。因此由上可知，砂布式研磨垫若被研磨物的表面过于平坦时，则其研磨速率会降低，且研磨效率也会降低，因此必须限定被研磨物的厚度(例如小于1000埃)，但是此限制在现今90纳米以及次90纳米工艺上会使得浅沟渠填充(STI gap-fill)工艺宽度受到限制，亦会使砂布式化学机械研磨法能否顺利应用于下一代半导体工艺的重要关键。因此，如何维持原有的高选择比并解决公知的碟陷问题已成为砂布式化学机械研磨法重要的发展课题之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的就是在提供一种研磨垫，以有效提高砂布式化学机械研磨法的研磨速率。本专利技术的又一目的就是在提供一种研磨晶圆的方法，以解决公知被研磨的厚度受到限制的问题。本专利技术的再一目的就是在提供一种研磨晶圆的方法，以提升浅沟渠填充(STI gap-fill)的工艺宽度。本专利技术的另一目的就是在提供一种研磨晶圆的方法，可以在研磨晶圆时，实时(in-situ)在研磨垫上的研磨颗粒表面上形成凹凸表面。本专利技术提出一种研磨垫，此研磨垫包括复数个研磨颗粒，而每一研磨颗粒包括黏结剂以及均匀分布于黏结剂中的复数个研磨粒，其中这些研磨粒例如是氧化铈(CeO2)，除此之外，这些研磨颗粒与晶圆接触的表面为凹凸表面。本专利技术提出一种研磨晶圆的方法，此方法首先提供第一研磨垫，此第一研磨垫包括复数颗由黏结剂与均匀分布于此黏结剂中的研磨粒所构成的研磨颗粒，其中这些研磨粒例如是氧化铈(CeO2)。之后，于第一研磨垫上进行第一研磨步骤以使晶圆表面平坦。接着，提供第二研磨垫，此第二研磨垫包括复数颗由黏结剂与均匀分布于此黏结剂中的研磨粒所组成的研磨颗粒，其中每一研磨颗粒的表面为凹凸的表面，且研磨粒例如是氧化铈(CeO2)。然后，于第二研磨垫上进行第二研磨步骤。本专利技术提出另一种研磨晶圆的方法，此方法首先提供一研磨载具其适于抓取晶圆，且此研磨载具的保持环(retaining ring)上具有沟槽，其中沟槽的图案例如是十字形、同心圆形、螺旋形或包含十字形、同心圆形与螺旋形的复合型态。之后，提供一研磨垫，此研磨垫包括复数个研磨颗粒，其中每一研磨颗粒包括黏结剂与均匀分布于该黏结剂中的复数个研磨粒。接着，将抓取有该晶圆的研磨载具压附于研磨垫上进行研磨，其中于进行研磨的同时，沟槽与研磨颗粒接触，并通过沟槽将研磨颗粒与晶圆接触的表面形成凹凸表面。由上述可知，由于本专利技术利用具有凹凸表面的研磨垫(研磨颗粒)来进行砂布式化学机械研磨法的晶圆研磨，因此可以解决因公知当被研磨物表面粗糙度下降，研磨效率会降低的问题，如此可以缩短完全平坦化工艺的时间，并避免产生残留物的问题。而且，由于本专利技术利用具有凹凸表面的研磨垫(研磨颗粒)来进行砂布式化学机械研磨法的晶圆研磨，因此在进行砂布式化学机械研磨法时，被研磨物的厚度将不再受到限制，此外，利用本专利技术还可解决浅沟渠填充(STI gap-fill)工艺宽度受到限制的问题。另外，本专利技术是利用一个在保持环上具有沟槽的晶圆载具来进行砂布式化学机械研磨法的晶圆研磨，通过晶圆载具的保持环上的沟槽实时地将研磨垫(研磨颗粒)表面刮出凹凸不平的表面，因此即使被研磨物表面粗糙度下降，研磨垫的表面可以持续保有粗糙度。附图说明图1A至图1C是公知的一种研磨晶圆的流程剖面示意图；图2A至图2D是依照本专利技术的一较佳实施例的一种研磨晶圆的流程剖面示意图；图3所示为在使用不同的固定式研磨颗粒的情况之下，对于氧化硅/氮化硅研磨速率的影响的示意图；图4A至图4B是依照本专利技术的一较佳实施例的另一种研磨晶圆的流程剖面示意图； 图5A至图5C是图4A中的具有沟槽的保持环的俯视示意图；图6所示为在使用不同的固定式研磨颗粒的情况之下，对于氧化硅/氮化硅研磨速率的影响的示意图。100、200、300、400研磨机台102、202研本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种研磨垫，其特征是，包括复数个研磨颗粒，其中每一研磨颗粒包括一黏结剂；以及复数个研磨粒，该些研磨粒均匀分布于该黏结剂中，其中该些研磨颗粒与晶圆接触的表面为一凹凸表面。2.如权利要求1所述的研磨垫，其特征是，该些研磨粒包括氧化铈。3.如权利要求1所述的研磨垫，其特征是，该黏结剂包括树脂。4.一种研磨晶圆的方法，其特征是，该方法包括提供一第一研磨垫，该第一研磨垫包括复数个第一研磨颗粒，其中每一第一研磨颗粒包括一黏结剂与均匀分布于该黏结剂中的复数个研磨粒；于该第一研磨垫上进行一第一研磨步骤以使一晶圆表面平坦；提供一第二研磨垫，该第二研磨垫包括复数个第二研磨颗粒，其中每一第二研磨颗粒包括该黏结剂与均匀分布于该黏结剂中的该些研磨粒，且该些第二研磨颗粒与晶圆接触的表面为一凹凸表面；以及于该第二研磨垫上进行一第二研磨步骤。5.如权利要求4所述的研磨晶圆的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡腾群，吕晓玲，朱辛堃，李振仲，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：