[发明专利]CMP分步研磨的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路的制造工艺方法，尤其涉及一种CMP分步研磨的方法。

背景技术

随着产品硅片线宽的不断减小，对硅片层间膜的厚度和面内均一性的要求也越来越高。而在化学机械研磨(Chemical MechanicalPlanarization，简称CMP)的制作工艺过程中，由于变动因数太多(如前膜膜质，厚度的差异，产品图形分布的不同以及研磨过程中消耗品对研磨特性的影响等)使得传统研磨制成的稳定性较差，从而导致研磨后层间膜的厚度及均一性波动增大。

在现有的CMP(化学机械研磨)模块中，一种方法是CMP(化学机械研磨)设备另加在线膜厚测量仪。如图1所示，CMP设备中的研磨台1和研磨台2分别研磨1/2的时间：1个研磨台的研磨时间＝总研磨时间/2。此种方法可以实现每枚硅片的在线测量，并将测量结果反馈到后枚硅片作为研磨时间的计算依据，此种方法对残膜厚度的控制相对较好，但成本及故障率相对较高。第二种方法是传统的化学机械研磨模块流程：前膜测定→化学机械研磨→残膜测定(见图2)。此种方法受限于化学机械研磨不稳定的特点(如前膜膜质，厚度的差异，产品图形分布的不同以及研磨过程中消耗品对研磨特性的影响等)，残膜厚度波动较大。如图4所示，图4(A)是传统化学机械研磨方法研磨前的硅片结构示意图，图4(B)是传统化学机械研磨方法研磨中的硅片结构示意图，图4(C)是传统化学机械研磨方法研磨后的硅片结构示意图。如图5所示，传统化学机械研磨中研磨台1由于受到图形高低差及密度的影响，研磨速率较快，此时如果速率有波动，则残膜变化会非常大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种CMP分步研磨的方法，该方法能减小产品差异或研磨速率波动带来的残膜膜厚异常。

为解决上述技术问题，本发明提供一种CMP分步研磨的方法，包括如下步骤：

第一步，采用高转速低压力的化学机械研磨条件对产品硅片进行第一次研磨，来减小前膜膜厚，图形分布带来的差异；

第二步，进行前膜测定，测定结果作为第二次研磨的依据；

第三步，采用低转速高压力的化学机械研磨条件对产品硅片进行第二次研磨，通过减少研磨时间来减小因消耗品寿命变化带来的膜厚波动；

第四步，进行最终残膜测定。

第一步中，所述高转速低压力的化学机械研磨条件为：转速为93～112转/分钟，压力为4～5磅/平方英寸。所述第一次研磨的时间为30秒-70秒。

第三步中，所述低转速高压力的化学机械研磨条件为：转速为30～70转/分钟，压力为6～7磅/平方英寸。所述第二次研磨的时间为30秒-120秒。

和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过改变化学机械研磨工艺流程(研磨→前膜测定→研磨→残膜测定)，利用两次研磨来减小前膜膜厚变化，图形分布差异及研磨速率波动带来的残膜厚度波动，并可通过两次研磨的不同条件组合达到特殊的工艺要求。

附图说明

图1是现有的CMP设备的基本构造图；

图2是传统化学机械研磨方法的流程图；

图3是本发明CMP分步研磨方法的流程图；

图4是传统化学机械研磨方法的研磨前(图4(A))、研磨中(图4(B))和研磨后(图4(C))的硅片结构示意图；

图5是传统化学机械研磨的研磨时间和速率的推移图；

图6是本发明CMP分步研磨方法的研磨时间和速率的推移图；

图7是本发明CMP分步研磨方法的第一次研磨的研磨时间示意图；

图8是本发明CMP分步研磨的方法与传统化学机械研磨方法的效果比较示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

本发明通过改变化学机械研磨工艺流程(研磨→前膜测定→研磨→残膜测定)来减小前膜膜厚变化，图形分布差异及研磨速率波动带来的残膜厚度波动，本发明CMP分步研磨的方法主要包括如下步骤：

第一步：取产品硅片，采用高转速低压力的化学机械研磨条件对产品硅片进行第一次研磨，来减小前膜膜厚，图形分布带来的差异。该步骤转速设定：93～112转/分钟；压力：4～5磅/平方英寸。以15sec为间隔进行研磨，取不同时间的研磨速率，做成趋势图，取速率开始稳定的时间点为第一次研磨的时间，以图7为例：第一步研磨时间为60sec(第一次研磨的时间一般控制在30秒-70秒左右)。

第二步：通过本领域常用的膜厚测定机采用联线方式进行前膜测定，测定结果作为第二次研磨的依据。