[发明专利]抛光装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学机械抛光技术领域，尤其涉及一种抛光装置及方法。

背景技术

在半导体制造工业中，通常利用多晶硅栅极作为电极来形成晶体管，但是由于多晶硅栅极具有与高K介质不兼容和工作时容易形成耗尽区的缺点，在设计较高性能的芯片时，通常利用替换金属栅极(RMG)的工艺方法来解决栅极结构缺陷影响器件性能的问题。典型的RMG工艺流程依次包括临时多晶硅栅极结构的形成，层间介质(ILD)(氮化硅及上方的氧化硅)的沉积，ILD化学机械研磨(CMP)直至临时多晶硅栅极的顶部完全曝露，刻蚀去除多晶硅栅极形成栅极凹槽，栅极凹槽内的功函数材料淀积、金属层沉积，以及金属层的化学机械研磨。由于栅极结构对尺寸，如晶片内(WIW)、芯片内(WID)和晶片间(WTW)的厚度控制要求非常严格，如果缺少严格控制最终研磨厚度的工艺手段，将会带来一系列的工艺整合问题，比如：栅极电阻波动，栅极填充不足，源/漏极曝露等等。这些问题最终都会损害芯片性能。为了确保芯片的优良性能和可靠性，ILD化学机械研磨过程中必须严格控制WIW、WID和WTW的厚度。

目前，一般采用FA(Fixed Abrasive，固结磨料)抛光技术应用如图1的研磨机台进行ILD化学机械研磨，以实现严格控制WIW，WID，WTW的厚度的要求，该研磨机台包括一个FA研磨盘12和两个标准的旋转式研磨浆研磨盘11、13，以及可以控制5个独立区域压力的研磨头14，其中FA研磨盘12配有固结磨料卷轴120和FA研磨液121；研磨浆研磨盘11配有研磨垫110，研磨垫修复刷112，氧化硅研磨浆111；研磨浆研磨盘13配有研磨垫130，研磨垫修复刷132，专用的研磨浆131。应用该研磨机台对ILD进行FA CMP过程如图2A至2C所示：

第一步(如图2A)，采用研磨浆研磨盘11研磨移除大部分的ILD氧化硅203，使ILD氧化硅表面从虚线所示的位置下降到实线所示位置；

第二步(如图2B)，采用FA研磨盘12继续研磨，停止在氮化硅层202；

第三步(如图2C)，采用研磨浆研磨盘13彻底磨掉氮化硅层202，完全曝露多晶硅栅极201。

上述研磨机台的结构复杂，抛光过程繁琐，并且由于普通抛光垫，即研磨浆研磨盘11、13中的研磨垫110、130远没有FA抛光垫的抛光效果好，因而上述研磨机台抛光垫110、130的应用限制了抛光的WIW，WID，WTW的厚度均匀性的提高，不利于高性能芯片的制造，因此，需要一种结构简单，CMP抛光性能高，WIW，WID，WTW的厚度均匀性更高的研磨机台。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抛光装置，结构简单，获得更高的CMP抛光性能。

为解决上述问题，本发明提出一种抛光装置，包括抛光头和研磨台，还包括：

固结磨料抛光带，为第一材质抛光垫和第二材质抛光垫交替排列的带状结构；

供给卷轴和拾取卷轴，分别位于研磨台的两端，所述固结磨料抛光带缠绕于供给卷轴和拾取卷轴上，并在供给卷轴和拾取卷轴的作用下沿研磨台移动

进一步的，所述固结磨料抛光带含有金刚石、二氧化硅、二氧化铈、氧化铝、碳化硅、碳化硼及氧化锆中的至少一种。

进一步的，所述第一材质抛光垫的硬度和所述第二材质抛光垫的硬度均通过制作该抛光垫的固结磨料块的密度和高度调节。

进一步的，第一材质抛光垫的硬度高于所述第二材质抛光垫的硬度。

进一步的，所述研磨台为方形或长方形，宽度与所述固结磨料抛光带的宽度匹配。

进一步的，所述固结磨料抛光带在抛光过程中与所述研磨台一起转动并保持相对静止。

进一步的，所述抛光头在抛光过程中相对所述固结磨料抛光带平动。

进一步的，所述抛光装置还包括：

第一导向部分，位于所述供给卷轴与研磨台之间，用于将来自所述供给卷轴的所述固结磨料抛光带导向给所述研磨台；

第二导向部分，位于所述研磨台与拾取卷轴之间，用于将来自所述研磨台的所述固结磨料抛光带导向给所述拾取卷轴。

进一步的，所述第一导向部分和第：导向部分分别为一步导向或多步导向结构。

根据本发明的另一面，提供一种应用上述抛光装置的抛光方法，其特征在于，包括：

提供晶片，采用所述第一材质抛光垫对所述晶片进行第一次研磨；

采用所述第二材质抛光垫继续研磨所述晶片，直至至完成所述晶片的抛光；

将用过的所述固结磨料抛光带向前卷起，替换出新的第一材质抛光垫，为下一抛光工艺准备。