[发明专利]化学机械研磨方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及化学机械研磨方法。

背景技术

随着超大规模集成电路(Ultra Large Scale Integration，ULSI)的飞速发展，集成电路制造工艺变得越来越复杂和精细。为了提高集成度，降低制造成本，元件的特征尺寸不断减小，芯片单位面积内的元件数量不断增加，平面布线已经难以满足元件高密度的要求，只能采用多层布线技术，利用芯片的垂直空间，进一步提高器件的集成密度。但是多层布线技术的应用会造成晶片表面起伏不平，对图形制作非常不利。因此，需要对起伏不平的晶片表面进行平坦化(Planrization)处理。目前，化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing)工艺是达成全局平坦化的最佳方法之一，尤其在半导体制作工艺进入亚微米(Sub-micron)领域后，化学机械研磨成为一项重要的工艺技术。

化学机械研磨工艺是一种复杂的工艺过程，它是通过晶片和研磨垫之间的相对运动平坦化晶片表面的。请参考图1，为现有的化学机械研磨设备结构示意图。现有的化学机械研磨设备包括：研磨头(Polish Head)101、置于旋转的转盘104上的研磨垫(Polish Pad)103、研磨液输送管106、气体供给装置110。

在进行化学机械研磨时，所述研磨头101将晶片102以一定的下压力压置于旋转的转盘104上的研磨垫103上，混有极小磨粒的研磨液105通过研磨液输送管106滴落于研磨垫103上，并在研磨垫1 03的传输和旋转离心力的作用下，均匀分布于其上，在晶片102和研磨垫103之间形成一层流体薄膜，流体中的化学成分与晶片产生化学反应，将不溶物质转化为易溶物质，然后通过磨粒的微机械摩擦将这些化学反应物从晶片表面去除，溶入流动的流体中带走，从而获得光滑无损上的平坦化表面。

在授权公告号为CN 100467219C的中国专利中可以发现更多关于现有的化学机械研磨工艺的信息。

为了保证化学机械研磨工艺的质量，通常对现有的化学机械研磨工艺进行检测，所述检测包括目测和利用膜厚测试仪对晶片的表面膜层的厚度均匀性进行检测。

在实际中发现，化学机械研磨工艺后晶片表面存在较明显的色差，并且利用膜厚测试仪的晶片表面膜层厚度均匀性不好，部分晶片表面的待研磨层未被研磨去除，造成待研磨层残留。

发明内容

本发明解决的问题是提供了一种化学机械研磨的方法，所述方法改善了化学机械研磨工艺后晶片表面色差以及晶片表面膜层厚度均匀性不好的问题，提高了化学机械研磨工艺的稳定性。

为解决上述问题，本发明提供了一种化学机械研磨方法，包括：

提供晶片和化学机械研磨设备，所述晶片具有停止层，停止层上方具有待研磨层，所述化学机械研磨设备具有研磨垫；

对所述研磨垫进行修整；

利用修整后的研磨垫对晶片进行多步研磨步骤，所述各步研磨步骤的时间小于等于最佳研磨时间，所述各个研磨步骤的时间之和大于最佳研磨时间；

在各步研磨步骤之后，采用所述化学机械研磨设备检测所述停止层，若未检测到所述停止层，则对所述研磨垫进行修整；若检测到所述停止层，则停止研磨步骤。

可选地，所述修整步骤为利用钻石轮进行。

可选地，所述最佳研磨时间为20～80秒。

可选地，所述修整步骤的时间为5～30秒。

可选地，所述化学机械研磨设备具有终点检测模块，所述终点检测模块利用终点检测技术检测停止层。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明利用修整后的研磨垫对晶片进行多步研磨步骤，经过所述修整步骤的研磨垫具有一定的粗糙度，从而使得所述研磨垫在修整后的最佳研磨时间内保持该粗糙度，从而在最佳研磨时间内保持均匀的研磨速率，避免研磨垫由于粗糙度下降，使得研磨速率下降，造成研磨后晶片表面的色差以及晶片表面膜层厚度的不均匀，甚至部分应当被去除的待研磨介质层未被研磨去除，出现残留的情况；由于修整步骤去除了研磨工艺中的副产物、残留的研磨液等，使得研磨垫表面保持一定的洁净度，避免了研磨垫表面的副产物和残留的研磨液对晶片的划伤，防止划伤晶片；