[发明专利]一种提高晶圆研磨速率均一性的方法

说明书

本发明涉及一种提高晶圆研磨速率均一性的方法，所述方法不需要改变化学机械研磨机台的参数设置，只需要将保持环的厚度减小0.4‑0.6mm，就可以达到改善晶圆边缘研磨速率的效果，有效提高晶圆研磨速率均一性，使其相对标准偏差＜6％，还具有操作简单，成本较低，适用范围广泛的特点。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种提高晶圆研磨速率均一性的方法。

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的越来越复杂和精细。为了提高集成度，降低制造成本，元件的特征尺寸(Feature Size)不断变小，芯片单位面积内的元件数量不断增加，平面布线已难以满足元件高密度分布的要求，只能采用多层布线技术来利用芯片的垂直空间，进一步提高器件的集成密度。为此，在芯片制备过程中的晶圆(Wafer)加工阶段，往往需要采用沉积技术形成薄膜，以此作为实现多层布线技术的基础。常见的沉积技术包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和电化学电镀等。

然而，随着薄膜层的依次沉积，晶圆的表面变得起伏不平，对后续的图形制作极其不利，为此，通常需要对晶圆进行表面平坦化(Planarization)处理。平坦化处理可以有效地改善表面形貌，去除表面缺陷，如粗糙表面、聚结材料、晶格损坏、刮痕和被污染的层或材料等。

目前，化学机械研磨法(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是达成晶圆表面整体平坦化的最佳方法，尤其在半导体制作工艺进入亚微米(sub-micron)领域后，CMP已成为一项不可或缺的制作工艺技术。CMP是利用混有极小磨粒的化学溶液与晶圆表面发生化学反应来改变其表面的化学键，生成容易以机械方式去除的产物，再经机械摩擦去除化学反应物，获得超光滑无损伤的平坦化表面。化学机械研磨技术综合了化学研磨和机械研磨的优势。单纯的化学研磨，表面精度较高，损伤低，完整性好，不容易出现表面/亚表面损伤，但是研磨速率较慢，材料去除效率较低，表面平整度比较低，研磨一致性比较差；单纯的机械研磨，研磨一致性好，表面平整度高，研磨效率高，但是容易出现表面层/亚表面层损伤，表面粗糙度值比较低。化学机械研磨吸收了两者各自的优点，可以在保证材料去除效率的同时，获得较平整的表面，得到的平整度比单纯使用这两种研磨要高出1-2个数量级，并且可以实现纳米级到原子级的表面粗糙度。

但是，在采用CMP技术对晶圆进行平坦化处理中，往往存在晶圆研磨速率均一性差的问题，即晶圆表面薄膜的去除量不均匀，主要反映在晶圆边缘处的去除量和晶圆中心处的去除量相差较大，导致晶圆的利用率降低，甚至良品率降低。

针对晶圆研磨速率均一性差的问题，现有技术公开了一些解决办法：

例如CN101456150公开了一种化学机械抛光方法，包括两个研磨步骤，第一步，以晶圆速率与研磨垫速率的比值在1:0.9至1:1.1的范围条件下进行研磨；第二步，在晶圆速率与研磨垫速率的比值在5：1至20：1的范围条件下进行研磨。所述研磨方法通过在主研磨之后加入一步增大晶圆对研磨垫(Polishing pad)的相对转速的步骤，使晶圆相对研磨垫的线速沿半径方向增加，从而使晶圆上各点的研磨速率沿中心向周边提高，提高晶圆残膜的面内均一性。但是，所述研磨方法仍然存在晶圆边缘处和晶圆中心处的去除量相差较大，存在研磨速率均一性差的问题。