[发明专利]化学机械抛光方法

说明书

技术领域

本申请涉及集成电路芯片制作技术领域，更具体地，涉及一种化学机械抛光方法。

背景技术

在集成电路的制造过程中，随着特征尺寸的缩小和金属互连层数的增加，对晶圆表面平整度的要求也越来越高。目前，化学机械抛光是最有效的全局平坦化技术。化学机械抛光（CMP）是采用旋转的抛光头夹持住晶圆，并将其以一定压力压在旋转的抛光垫上，由磨粒和化学溶液组成的抛光液在晶圆和抛光垫之间流动，晶圆表面在化学和机械的共同作用下实现平坦化。抛光后，通常用清洗液对晶圆进行清洗，以去除残留在晶圆表面的抛光浆料颗粒。

在化学机械抛光过程中，通常采用SiO₂抛光液对晶圆进行抛光，其具体步骤如下所示：首先，在第一抛光垫上利用SiO₂抛光液对晶圆进行粗抛，去除晶圆的粗糙表面；然后，在第二抛光垫上利用SiO₂抛光液对晶圆进行减薄抛光；最后，在第三抛光垫上利用SiO₂抛光液对晶圆进行清洗抛光，去除晶圆表面的缺陷。由于SiO₂抛光液在整个抛光过程的抛光速率不稳定，所以整个抛光过程的抛光程度、厚度变动均难以控制。一般情况下，SiO₂抛光液去除晶圆粗糙面的速率只有0.1-0.2微米/分钟，当粗糙表面被去除后，速率会升高到1微米/分钟，抛光完成后，晶圆不同位置的厚度差异可高达0.6微米。

另外，在利用SiO₂抛光液对晶圆进行抛光后，部分浆料会留在晶圆上，形成残留物缺陷。若不迅速有效地清洗去除这些缺陷，这些缺陷会在晶圆表面继续腐蚀或者随着时间的延长由物理吸附转变为化学吸附最终形成极难去除的化学键合，这一缺陷将严重影响芯片的性能。

为了解决抛光速率不稳定、晶圆厚度不均匀的问题，本领域研究人员尝试增加CMP之前湿法刻蚀的时间，然而这会增加生产成本，减少产品的产量，并且不能实现晶圆粗糙表面的平坦化。为了减少CMP工艺带来的抛光液残留缺陷，本领域研究人员也曾尝试增加后续清洗的时间，但由于现有的SiO₂抛光液是疏水的，很难通过现有工艺去除，所以仍然不能有效地减少晶圆上的抛光液残留缺陷。

发明内容

为了解决现有晶圆在平坦化过程中存在的抛光速率不稳定、晶圆厚度不均匀的技术问题，本申请提供了一种化学机械抛光方法。该方法采用三种不同的抛光液对晶圆进行分步抛光，依次实现了晶圆粗糙面的抛光、晶圆的减薄以及晶圆表面缺陷的去除，从而解决了晶圆在平坦化过程中存在的抛光速率不稳定性、晶圆厚度不均匀的技术问题。本申请提供的化学机械抛光方法可应用于金属氧化物、多晶硅、铜以及介电材料等材料，并适用于0.18微米和0.13微米制程晶圆的抛光。

本申请提供的化学机械抛光方法包括以下步骤：步骤S1，利用第一抛光液对待抛光晶圆进行抛光处理；步骤S2，利用第二抛光液将抛光后的晶圆进行减薄；步骤S3，利用第三抛光液将减薄后的晶圆进行清洗；其中，第一抛光液和第三抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径大于第二抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径，第一抛光液中SiO₂颗粒的颗粒浓度大于第二抛光液和第三抛光液中SiO₂颗粒的颗粒浓度。

进一步地，第一抛光液和第三抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径是第二抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径的1.25至5倍。

进一步地，第一抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径在50-100纳米范围内，SiO₂的颗粒浓度为10%-50%。

进一步地，步骤S1的抛光时间为20-30秒。

进一步地，第二抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径在20-80纳米范围内，SiO₂的颗粒浓度为5%-30%。

进一步地，步骤S2的减薄时间为60-90秒。

进一步地，第三抛光液中SiO₂颗粒的平均粒径在50-100纳米范围内，SiO₂的颗粒浓度为5%-30%。

进一步地，第三抛光液里含有氧化剂，优选地，所述氧化剂为H₂O₂。

进一步地，步骤S3的清洗时间为90-120秒。