CN105081957A - 一种用于晶圆平坦化生产的化学机械研磨方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于晶圆平坦化生产的化学机械研磨方法，包括如下步骤：提供一种化学机械研磨机；将待研磨的晶圆置入装载平台；晶圆进入第一研磨平台，使用第一选择比研磨液根据预定的研磨时间和研磨量进行研磨；晶圆进入第二研磨平台，使用第二选择比研磨液根据预定的研磨时间和研磨量进行研磨；所述第二选择比大于第一选择比；晶圆进入第三研磨平台，使用高选择比研磨液根据预定的研磨时间和研磨量进行研磨；冲洗；晶圆转至卸载平台。其中，通过预先生产两批次的晶圆产品后，根据前量及后量的对应关系在高级制程控制系统中建立起对应的研磨量。本发明提供的用于晶圆平坦化生产的化学机械研磨方法，在保证产品质量的前提下，大大提高了CMP的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种用于晶圆的浅沟槽隔离区域的平坦化生产的化学机械研磨方法。
背景技术
晶圆制造中，随着制程技术的升级、导线与栅极尺寸的缩小，光刻技术对晶圆表面的平坦程度的要求越来越高。1995年以后，化学机械研磨(CMP)技术得到了快速发展，大量应用于半导体产业。CMP亦称为化学机械抛光，其原理是化学腐蚀作用和机械去除作用相结合的加工技术。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，不能修正表面型面精度，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，获得较完美的表面，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。
目前常用的化学机械研磨机，例如8寸厂机型MIRRA3400有3个研磨平台(platen)和4个研磨头(Head)，采用的生产方式是研磨平台1和2用于研磨，研磨平台3用于表面清洗(Buffing)，这样的研磨方式没有最大限度地提高CMP机台的产出。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是采用3个研磨平台(Platen)用于研磨生产，提高CMP的产能，具体地，本发明提供一种用于晶圆的浅沟槽隔离区域的平坦化生产的化学机械研磨方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于晶圆平坦化生产的化学机械研磨方法，包括如下步骤：
步骤1：提供一种化学机械研磨机，包括装载平台，第一研磨平台、第二研磨平台、第三研磨平台，卸载平台；每个研磨平台上均设有研磨垫，研磨头；
步骤2：将待研磨的晶圆置入装载平台，启动化学机械研磨机；
步骤3：晶圆进入第一研磨平台，使用第一选择比研磨液根据预定的研磨时间和研磨量进行研磨；
步骤4：晶圆进入第二研磨平台，使用第一选择比研磨液根据预定的研磨时间和研磨量进行研磨；
步骤5：晶圆进入第三研磨平台，使用第二选择比研磨液根据预定的研磨时间和研磨量进行研磨,所述第二选择比大于第一选择比；
步骤6：冲洗；
步骤7：晶圆转至卸载平台，结束对晶圆化学机械研磨。
优选地，在上述用于晶圆平坦化生产的化学机械研磨方法中，研磨量的建立过程为：通过预先生产两批次的晶圆产品后，根据前量及后量的对应关系在高级制程控制(advanceprocesscontrol)系统中建立起对应的研磨量，其中，研磨量的计算公式为：
研磨量＝两批次产品的总研磨量平均值+研磨厚度与目标值之间的差值×厚度修正系数，
第一研磨平台与第二研磨平台采用时间控制方式研磨，
研磨时间的计算公式为：
研磨时间＝研磨量÷化学机械研磨机的研磨率。
优选地，在上述用于晶圆平坦化生产的化学机械研磨方法中，第三研磨平台使用固定的时间进行研磨。
优选地，在上述用于晶圆平坦化生产的化学机械研磨方法中，普通选择比研磨液的选择比为Oxide:SiN＝3.1～4:1，高选择比研磨液的选择比为Oxide:SiN＝30:1～35:1。
优选地，在上述用于晶圆平坦化生产的化学机械研磨方法中，对研磨垫进行冲洗步骤中，压力设定为：浸润环为2.0磅/平方英寸，内部舱室为常压，上部舱室为真空，外部舱室为常压。
优选地，在上述用于晶圆平坦化生产的化学机械研磨方法中，所述加载平台和卸载平台是同一个平台。
本发明提供的用于晶圆平坦化生产的化学机械研磨方法，在保证产品质量的前提下，大大提高了化学机械研磨机(CMP)的生产效率。
附图说明
图1为一种使用本发明方法的化学机械研磨机示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
化学机械研磨的原理是将晶圆放置在承载体上与一表面承载抛光垫(研磨垫)的旋转工作台之间，同时浸在含有悬浮磨粒、氧化剂、活化剂的酸性或碱性溶液中，晶圆相对于抛光垫(研磨垫)运动，在化学蚀刻与磨削两个材料移除机制交互作用下达成晶圆的平坦化。
通常，化学机械研磨设备主要由几个部分组成，一是负责研磨晶圆表面的研磨平台，另一部分是负责抓住待磨晶圆的握柄(研磨垫调节器)。其中，握柄是利用抽真空的方式，吸附待磨晶圆的背面，然后向下压在铺有一层研磨垫的研磨平台上，进行平坦化过程。当CMP进行的时候，研磨平台会与握柄顺着同一方向旋转，同时，提供研磨过程中化学反应的研磨液由一条管线输送到系统中，不断滴在研磨垫上，帮助研磨。
如图1所示，本发明实施例中所使用的化学机械研磨机包括/卸载平台(Load/UnloadStation)，研磨平台(PolishingPlaten)，研磨平台间冲洗装置(InterplatenCleaning)，研磨液输送装置(SlurryDelivery)，结束点检测(EndPointDetection)，盒式输入/输出(CassetteInput/output)。其中研磨平台包括第一研磨平台、第二研磨平台、第三研磨平台；每个研磨平台上均设有研磨垫(Pad)，研磨垫调节器(PadConditioner)、研磨头(Head)。其中，研磨垫采用生产型研磨垫——RodelIC1000windowpad。
在机械研磨过程中，首先将待研磨的晶圆置入装载平台，启动化学机械研磨机；
然后，晶圆进入第一研磨平台，使用第一选择比研磨液根据预定的研磨时间和研磨量进行研磨；晶圆进入第二研磨平台，使用第一选择比研磨液根据预定的研磨时间和研磨量进行研磨；晶圆进入第三研磨平台，使用第二研磨液根据预定的研磨时间和研磨量进行研磨；所述第二选择比大于第一选择比；
其中，研磨量的建立过程为：通过预先生产两批次的晶圆产品后，根据前量及后量的对应关系在高级制程控制(advanceprocesscontrol)系统中建立起对应的研磨量，其中，研磨量的计算公式为：
研磨量＝两批次产品的总研磨量平均值+研磨厚度与目标值之间的差值×厚度修正系数，
研磨时间的计算公式为：
第一研磨平台与第二研磨平台采用时间控制方式研磨，研磨时间＝研磨量÷化学机械研磨机的研磨率。化学机械研磨机的研磨率是指第一平台和第二平台单位时间的研磨量，因为第一平台和第二平台研磨程式一致，所以，每个平台的研磨时间按总时间平均分配。
第三研磨平台使用固定的时间进行研磨。
此外，研磨液(Slurry)的选择为：普通选择比研磨液采用CabotSS25E研磨液，选择比为Oxide:SiN＝3:1～4:1；高选择比研磨液采用DupontSTI2100研磨液，选择比为Oxide:SiN＝30:1～35:1。
最后，进行冲洗步骤，冲洗压力设定为：浸润环(RetRing)为2.0磅/平方英寸(psi)，内部舱室(InternalChamber)为常压(Vent)，上部舱室(UpperChamber)为真空(Vacuum)，外部舱室(ExternalChamber)为常压(Vent)。冲洗后晶圆转至卸载平台，结束对晶圆的化学机械研磨。
经生产对比，使用原有的生产方式生产的产品厚度平均值为920埃，变异数为8.5，经过本发明改进后的生产方式生产的产品厚度为919埃，变异数为7.6，基本上与改进前的产品结果一致，且提高了生产效率，之前两个步骤研磨，现在可以在一个步骤完成，生产时间为改进前的一半。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种用于晶圆平坦化生产的化学机械研磨方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：提供一种化学机械研磨机，包括装载平台，第一研磨平台、第二研磨平台、第三研磨平台，卸载平台；每个研磨平台上均设有研磨垫，研磨头；
步骤2：将待研磨的晶圆置入装载平台，启动化学机械研磨机；
步骤3：晶圆进入第一研磨平台，使用第一选择比研磨液根据预定的研磨时间和研磨量进行研磨；
步骤4：晶圆进入第二研磨平台，使用第一选择比研磨液根据预定的研磨时间和研磨量进行研磨；
步骤5：晶圆进入第三研磨平台，使用第二选择比研磨液根据预定的研磨时间和研磨量进行研磨,所述第二选择比大于第一选择比；
步骤6：冲洗；
步骤7：晶圆转至卸载平台，结束对晶圆的化学机械研磨。
2.根据权利要求1所述的用于晶圆平坦化生产的化学机械研磨方法，其特征在于，研磨量的建立过程为：通过预先生产两批次的晶圆产品后，根据前量及后量的对应关系在高级制程控制系统中建立起对应的研磨量，其中，研磨量的计算公式为：
研磨量＝两批次产品的总研磨量平均值+研磨厚度与目标值之间的差值×厚度修正系数，
第一研磨平台与第二研磨平台采用时间控制方式研磨，
研磨时间的计算公式为：
研磨时间＝研磨量÷化学机械研磨机的研磨率。
3.根据权利要求2所述的用于晶圆平坦化生产的化学机械研磨方法，其特征在于，第三研磨平台使用固定的时间进行研磨。
4.根据权利要求1所述的用于晶圆平坦化生产的化学机械研磨方法，其特征在于，普通选择比研磨液的选择比为Oxide:SiN＝3.1～4:1，高选择比研磨液的选择比为Oxide:SiN＝30:1～35:1。
5.根据权利要求1所述的用于晶圆平坦化生产的化学机械研磨方法，其特征在于，对研磨垫进行冲洗步骤中，压力设定为：浸润环为2.0磅/平方英寸，内部舱室为常压，上部舱室为真空，外部舱室为常压。
6.根据权利要求1所述的用于晶圆平坦化生产的化学机械研磨方法，其特征在于，所述加载平台和卸载平台是同一个平台。
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