[发明专利]分步化学机械抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分步化学机械抛光方法。

背景技术

在多晶硅的抛光过程中，通常会存在如下问题：因为抛光速率选择比(多晶硅/二氧化硅)过高，使得最后抛光过程停止在二氧化硅层上时，难免会有多晶硅的碟形凹损。如图1所示，图中a、b分别为抛光前和抛光后的结构。且该问题会随着二氧化硅之间的沟槽宽度的增加而加重。这会对器件的性能造成严重影响。

因此，解决多晶硅抛光过程中表面碟形凹损缺陷、及去除问题至关重要。专利文献US2003153189公开了一种化学机械抛光的方法和抛光液的组成，通过添加一种阴离子聚合物来减少氧化物沟槽内的多晶硅的碟形凹损，以及降低生产成本。专利文献US6191039揭示了一种二步化学机械抛光方法，通过控制第一步与第二步的pH值(9.5～10.5；10.2～10.35)的抛光方法，可以降低化抛光的时间和成本，且有较好的平坦化效果。

发明内容

本发明的目的是为了解决在多晶硅的抛光过程中，因抛光速率选择比(多晶硅/二氧化硅)过高，使得最后抛光过程停止在二氧化硅层上时，出现表面碟形凹损的问题，提供一种可降低表面碟形凹损缺陷率，使晶片平坦度增高，并可同时增大晶片及抛光垫上的清洁度，使工艺更稳定的化学机械抛光方法。

本发明的上述目的是通过下列技术方案来实现的：第一步骤，采用具有多晶硅去除速率大于或等于200A/min的化学机械抛光液去除大部分的多晶硅但不暴露多晶硅表面；第二步骤，在该抛光液中加入氧化剂后，对多晶硅表面以及随后暴露出来的多晶硅与二氧化硅表面进行抛光。

本发明中，使第一步的多晶硅去除速率大于或等于200A/min属于本领域人员的公知技术。

本发明的方法中，第一步骤多晶硅的抛光速率可能范围为200～10000A/min；第二步骤，多晶硅与二氧化硅的抛光速率比可能范围为10∶1与1∶1之间，最佳范围为5∶1与1∶1之间。

本发明中，第一步的结束可以通过限定时间，或通过终点控制系统来控制结束。

本发明中，所述的抛光液可包含至少一种研磨颗粒和水。所述的研磨颗粒可选自下列七种中的一个或多个：二氧化硅，三氧化二铝，二氧化铈，二氧化锆，碳化硅，聚四氟乙烯(PTFE)。所述的研磨颗粒的含量较佳的为重量百分比小于或等于30％。

本发明中，所述的抛光液还可包含现有技术中的其他添加剂，如pH调节剂、络合剂和/或多晶硅去除速率调节剂等。

本发明中，所述的氧化剂可为含硫氧化剂、含碘氧化剂、含溴氧化剂、含氯氧化剂、双氧水、过氧乙酸或其它过氧化物等。所述的氧化剂的加入量较佳的为重量百分比0.1～30％。

本发明的积极进步效果在于：可避免表面碟形凹损缺陷，使晶片平坦度增高，并可同时增大晶片及抛光垫上的清洁度，使工艺更稳定。本发明抛光效果如图2所示，图中a、b分别为抛光前和抛光后的结构。其效果将通过实施例进一步说明。

附图说明

图1为常规多晶硅抛光过程中，抛光前(a)和抛光后(b)的结构。

图2为采用本发明方法进行多晶硅抛光，抛光前(a)和抛光后(b)的结构。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1  分步化学机械抛光法

抛光液：0.1wt.％Al₂O₃，pH调节剂为KOH，水为余量，pH＝11

氧化剂：过硫酸铝Al₂(S₂O₈)₃

1.将抛光液滴到PPG CSY MXP-710抛光垫上，晶片正面向下，接触抛光垫表面，以70rpm和80rpm的转速分别旋转抛光盘和抛光头，同时在被抛光的晶片背面施加1psi的下压力，进行抛光。多晶硅去除速率为：200A/min。抛光液流速为100ml/min，限定时间2分钟。

2.在抛光液中加入0.1wt.％Al₂(S₂O₈)₃，之后进行抛光，抛光条件同第一步骤。

实施例2  分步化学机械抛光法

抛光液：30wt.％CeO₂，1.0wt％EDTA，水为余量，pH＝10。

氧化剂：KIO₃