[发明专利]一种化学机械研磨方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置领域，特别涉及一种化学机械研磨方法。

背景技术

在半导体工艺领域，化学机械研磨技术(CMP技术)兼具有机械式研磨与化学式研磨两种作用，可以使整个晶圆表面达到平坦化，以便于后续进行薄膜沉积等工艺。在进行CMP的过程中，通过研磨头将待研磨的晶圆压在研磨垫上并带动晶圆旋转，而研磨垫则以相反的方向旋转。在进行研磨时，通过研磨浆料输送装置将所需的研磨浆料添加到晶圆与研磨垫之间，然后，随着研磨垫和待研磨晶圆之间的高速方向运转，待研磨晶圆表面的反应产物被不断地剥离，反应产物随着研磨浆料被带走。进一步地，待研磨晶圆的新表面又会发生化学反应，反应产物再被剥离出来，这样循环往复，在机械研磨和化学腐蚀的共同作用下，使晶圆表面平坦化。

但是，在现有的CMP制程中常常会使晶圆表面产生划痕(scratch)，影响产品的优良率。所述划痕包括微划痕(Micro-scratch)和电弧擦伤(arc-scratch)。通常认为造成晶圆表面Micro-scratch和Arc-scratch的主要原因是研磨过程中的微粒与晶圆表面的摩擦所造成，这些微粒主要来自于研磨液中研磨粒的聚集，以及研磨机台或外界环境在研磨过程中所造成的污染。

浅沟槽隔离技术(Shallow Trench Isolation，STI)是一种器件隔离技术，其具体工艺包括：提供半导体衬底以及位于所述半导体底表面的刻蚀停止层(stoplayer)；采用刻蚀工艺，去除部分刻蚀停止层和半导体衬底，形成浅沟槽，所述浅沟槽用于隔离衬底上的有源区；在刻蚀停止层上以及浅沟槽内填入介质层，所述介质材料可以为氧化硅；对所述介质进行退火；用化学机械研磨法(Chemical Mechanical Polishing，CMP)平坦化所述介质层至暴露出刻蚀停止层。所述的化学机械研磨法通常包括至少两个步骤：以第一硬研磨垫进行第一研磨工艺；接着，以第一软研磨垫进行第二研磨工艺。

所述的化学机械研磨法会在研磨过程中产生严重的微划痕和电弧擦伤缺陷，造成产品的良率下降。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种化学机械研磨方法，防止在晶圆表面产生划痕。

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：以第一软研磨垫进行第一研磨工艺；接着，以第一硬研磨垫进行第二研磨工艺。

其中，所述待研磨层为介质层。

可选的，第一研磨工艺去除的待研磨层的厚度为待研磨层总厚度的20-50％。

可选的，所述第一软研磨垫的硬度低于50萧氏硬度。执行第一研磨工艺时，研磨头向下的压力范围为4.5-6.5psi，研磨时间范围为0-2min。

可选的，所述第一硬研磨垫的硬度范围为50-70萧氏硬度。执行第二研磨工艺时，研磨头向下的压力范围为4.5-6.5psi，研磨时间范围为0-2min。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明调整使用硬研磨垫和软研磨垫的顺序，首先使用软研磨垫进行研磨，其次使用硬研磨垫进行研磨，避免首先采用硬研磨垫时对待研磨材料的尖角或者狭窄部分产生的破裂或者剥落，有效地防止破裂或者剥落的待研磨材料对晶圆表面产生划痕的缺陷，从而提高了最终产品的质量和性能。

附图说明

图1是本发明浅沟槽隔离结构执行CMP工艺时的结构示意图。

图2是浅沟槽隔离结构执行CMP工艺时产生破裂的投射电子显微镜图。

图3是包含四个旋转手臂和四个研磨区域的化学机械研磨设备结构示意图。

图4是图3所示的一个研磨区域进行化学机械研磨时的具体结构图以及研磨流程图。

具体实施方式

本发明的发明人发现，采用现有的化学机械研磨方法，首先用硬研磨垫进行研磨，然后用软研磨垫进行研磨，会产生微划痕和电弧擦伤缺陷，这是因为开始采用硬研磨垫进行研磨时，待研磨材料中存在的尖角或者狭窄部分在与硬研磨垫接触时，会产生破裂或者剥落，这些破裂或者剥落的待研磨材料在随后的研磨工艺中成为划伤晶圆产生划痕的主要原因。