CN113327852A - 一种晶圆表面的化学机械研磨方法 - Google Patents
一种晶圆表面的化学机械研磨方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113327852A CN113327852A CN202110586108.3A CN202110586108A CN113327852A CN 113327852 A CN113327852 A CN 113327852A CN 202110586108 A CN202110586108 A CN 202110586108A CN 113327852 A CN113327852 A CN 113327852A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wafer
- polishing
- grinding
- chemical mechanical
- mechanical polishing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title claims abstract description 209
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 53
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 56
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 47
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 46
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 32
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 32
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 146
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 67
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004475 Arginine Substances 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Malonic acid Chemical compound OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ODKSFYDXXFIFQN-UHFFFAOYSA-N arginine Natural products OC(=O)C(N)CCCNC(N)=N ODKSFYDXXFIFQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 239000003139 biocide Substances 0.000 description 1
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910001447 ferric ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000003002 pH adjusting agent Substances 0.000 description 1
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 1
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/32115—Planarisation
- H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
- H01L21/67253—Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
本发明提供一种晶圆表面的化学机械研磨方法，所述化学机械研磨方法包括以下步骤：(1)对晶圆表面进行第一研磨，去除晶圆沟槽上的铜主体；(2)对步骤(1)所得晶圆表面进行第二研磨，去除晶圆沟槽上的铜残留；(3)对步骤(2)所得晶圆表面进行过抛处理，减小蝶形缺陷的深度；(4)对步骤(3)所得晶圆表面进行第三研磨，将晶圆沟槽上的氧化层减薄至设定厚度。本发明提供的方法有效地减小了金属铜的蝶形缺陷深度，进一步提升了晶圆表面的平坦化程度，同时提升了研磨效率，增加了机台产能。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，涉及一种化学机械研磨方法，尤其涉及一种晶圆表面的化学机械研磨方法。
背景技术
在背照式图像传感器(BSI)的制造工艺中，本领域普遍采用化学机械研磨方法(CMP)在氧化层键合之前对晶圆表面进行平坦化处理。晶圆表面的平坦化程度直接影响到后续键合晶圆之间的气泡数量及大小，进而影响晶圆的工作效率。目前单片的氧化层化学机械研磨工艺对于晶圆内的蝶形缺陷修复能力偏弱，进而导致最终的晶圆表面平坦化程度受到蝶形缺陷的叠加影响。
CN 102371534A公开了一种晶圆表面的化学机械研磨方法，所述方法包括：提供经初次化学机械研磨后的晶圆；在晶圆表面形成缓冲层；对晶圆表面进行第二化学机械研磨，去除所述缓冲层。所述缓冲层在第二化学机械研磨中能够防止晶圆表面的残留物与研磨液接触而形成新的缺陷，还起到精确控制研磨的停止位置，以避免损坏晶圆上半导体器件的作用。然而所述发明需要额外形成并去除缓冲层，增加了工艺繁琐度，不利于提高生产效率，且所述方法并不能有效解决蝶形缺陷的问题。
CN 104647197A公开了一种用于抛光钽的化学机械抛光方法，所述方法包括：提供硅片，硅片包含钽；提供一种碱性化学机械抛光液，含有水、研磨剂、钾盐、环氧乙烯环氧丙烯共聚物、氧化剂，碱性pH值；提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；在化学机械抛光垫和硅片之间的界面处或界面附近，通过抛光机台，将化学机械抛光液分配到化学机械抛光垫上；并且在不低于1.5psi的向下作用力下在化学机械抛光垫的抛光表面和硅片之间的界面处建立动态接触；硅片被抛光；且从硅片上除去一部分钽。然而所述发明无法减小金属铜的蝶形缺陷深度，晶圆表面的平坦化程度有待进一步提升。
CN 109382756A公开了一种钨的化学机械抛光方法，所述方法包括提供含有100μm或更小的钨特征部的衬底；提供抛光组合物，其含有作为初始组分的水；氧化剂；精氨酸或其盐；二羧酸；铁离子源；胶体二氧化硅研磨剂；和任选的pH调节剂、任选的表面活性剂、任选的杀生物剂；提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；在抛光垫和衬底之间的界面处产生动态接触；以及在抛光垫和衬底之间的界面处或附近将抛光组合物分配到抛光表面上；其中一些钨被抛光离开衬底并且至少减少了100μm或更小的钨特征部的凹陷。然而所述发明提供的抛光组合物并不适用于金属铜的化学机械抛光，且对减小蝶形缺陷深度的作用有限，仍有较大的优化空间。
由此可见，如何提供一种晶圆表面的化学机械研磨方法，有效地减小金属铜的蝶形缺陷深度，进一步提升晶圆表面的平坦化程度，同时提升研磨效率，增加机台产能，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆表面的化学机械研磨方法，所述方法有效地减小了金属铜的蝶形缺陷深度，进一步提升了晶圆表面的平坦化程度，同时提升了研磨效率，增加了机台产能。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种晶圆表面的化学机械研磨方法，所述化学机械研磨方法包括以下步骤：
(1)对晶圆表面进行第一研磨，去除晶圆沟槽上的铜主体；
(2)对步骤(1)所得晶圆表面进行第二研磨，去除晶圆沟槽上的铜残留；
(3)对步骤(2)所得晶圆表面进行过抛处理，减小蝶形缺陷的深度；
(4)对步骤(3)所得晶圆表面进行第三研磨，将晶圆沟槽上的氧化层减薄至设定厚度。
本发明通过前两步研磨以去除晶圆沟槽上的金属铜，并在此基础上进行特定条件的过抛处理，以确保残余铜完全去除的同时尽可能减小蝶形缺陷的深度，从而提升晶圆表面的平坦化程度。最后再次经过研磨处理将晶圆沟槽上的氧化层减薄至设定厚度。整体工艺的研磨效率高，增加了机台产能。
优选地，步骤(1)-(4)分别独立地在研磨盘中进行。
优选地，所述研磨盘的转速为60-80rpm，例如可以是60rpm、62rpm、64rpm、66rpm、68rpm、70rpm、72rpm、74rpm、76rpm、78rpm或80rpm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述第一研磨伴随着注入抛光液至晶圆表面。
优选地，所述抛光液的流速为280-300mL/min，例如可以是280mL/min、282mL/min、284mL/min、286mL/min、288mL/min、290mL/min、292mL/min、294mL/min、296mL/min、298mL/min或300mL/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，根据前期的实验研究可知，抛光液的流速对抛光速率影响显著。当抛光液的流速小于280mL/min或大于300mL/min时，均会导致抛光速率的降低，从而影响研磨效率，不利于铜主体的快速去除。
优选地，步骤(1)所述第一研磨的施加压力为2-3psi，例如可以是2psi、2.1psi、2.2psi、2.3psi、2.4psi、2.5psi、2.6psi、2.7psi、2.8psi、2.9psi或3psi，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，抛光速率与施加压力之间呈现正相关，为了快速去除铜主体，提升研磨效率，因此需将步骤(1)所述第一研磨的施加压力设置为2-3psi，同时避免了施加压力过大对晶圆的损伤或研磨过度。
优选地，步骤(1)所述铜主体去除后所得晶圆的厚度为180-200nm，例如可以是180nm、182nm、184nm、186nm、188nm、190nm、192nm、194nm、196nm、198nm或200nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述第二研磨伴随着注入抛光液至晶圆表面。
优选地，所述抛光液的流速为280-300mL/min，例如可以是280mL/min、282mL/min、284mL/min、286mL/min、288mL/min、290mL/min、292mL/min、294mL/min、296mL/min、298mL/min或300mL/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述第二研磨的施加压力为1-1.5psi，例如可以是1psi、1.1psi、1.2psi、1.3psi、1.4psi或1.5psi，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述过抛处理伴随着注入抛光液至晶圆表面。
优选地，所述抛光液的流速为300-450mL/min，例如可以是300mL/min、320mL/min、340mL/min、360mL/min、380mL/min、400mL/min、420mL/min、440mL/min或450mL/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，步骤(1)-(3)所采用的抛光液分别独立地为磨铜的研磨液，只要能够实现对金属铜的研磨去除即可，故在此不对抛光液的具体种类做特别限定，例如可以采用安集科技生产的U3000系列抛光液。
本发明中，步骤(1)-(3)所采用的抛光液中均会添加一定量的抑制剂，以防止金属铜和蝶形缺陷区域的抛光速率过快。根据前期的实验研究可知：随着抛光液流速的增加，由于晶圆表面的研磨颗粒增多，抛光速率也随之增加；当抛光液流速增加至300mL/min时，研磨颗粒和抑制剂达到平衡，且之后抑制剂的作用占据主导地位，因此抛光速率随之下降；当抛光液流速增加至450mL/min时，抑制剂的用量趋于饱和，此后抛光速率保持稳定，继续增加抛光液流速则提升了研磨成本。
由此可见，在过抛处理环节将抛光液的流速控制在300-450mL/min之间可有效提升蝶形缺陷区域的抑制剂浓度，从而在保持晶圆表面抛光速率不受明显影响的前提下降低蝶形缺陷区域的抛光速率，进而减小了金属铜的蝶形缺陷深度，提升了晶圆表面平坦化程度的同时也提升了研磨效率，增加了机台产能。
优选地，步骤(3)所述过抛处理的施加压力为0.8-1psi，例如可以是0.8psi、0.82psi、0.84psi、0.86psi、0.88psi、0.9psi、0.92psi、0.94psi、0.96psi、0.98psi或1psi，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，根据前期的实验研究可知：虽然抛光速率与施加压力之间呈现正相关，但是在1psi附近存在一个压力拐点，且施加压力小于1psi的相关性系数大于施加压力大于1psi的相关性系数，即施加压力小于1psi的抛光速率增加幅度大于施加压力大于1psi的抛光速率增加幅度。
此外，由于晶圆表面的金属铜在过抛处理环节会形成蝶形缺陷，且在研磨过程中蝶形缺陷区域的实际压力小于工艺设定压力。因此，在过抛处理环节将施加压力控制在0.8-1psi之间可实现在不影响晶圆沟槽上金属铜抛光速率的同时减小金属铜的蝶形缺陷深度，从而进一步提升了晶圆表面的平坦化程度。
优选地，步骤(3)所述过抛处理的抛光速率为
例如可以是
或
但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，步骤(3)所述过抛处理的抛光速率具体是指晶圆沟槽上金属铜的抛光速率。
优选地，步骤(4)所述第三研磨伴随着注入抛光液至氧化层表面。
优选地，所述抛光液的流速为280-300mL/min，例如可以是280mL/min、282mL/min、284mL/min、286mL/min、288mL/min、290mL/min、292mL/min、294mL/min、296mL/min、298mL/min或300mL/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，步骤(4)所采用的抛光液为磨氧化层的研磨液，只要能够实现对氧化层的研磨减薄即可，故在此不对抛光液的具体种类做特别限定，例如可以采用安集科技生产的H6T抛光液。
本发明中，由于步骤(4)所采用的抛光液为磨氧化层的研磨液，而非磨铜的研磨液，因此在第三研磨过程中并不会额外再产生或加深金属铜的蝶形缺陷。
优选地，步骤(4)所述第三研磨的施加压力为1.5-2psi，例如可以是1.5psi、1.6psi、1.7psi、1.8psi、1.9psi或2psi，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(4)所述设定厚度为100-150nm，例如可以是100nm、105nm、110nm、115nm、120nm、125nm、130nm、135nm、140nm、145nm或150nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，步骤(4)所述设定厚度的具体值由最终产品设计的目标电性值来决定。
作为本发明优选的技术方案，所述化学机械研磨方法包括以下步骤：
(1)对晶圆表面进行施加压力为2-3psi的第一研磨，并伴随着注入流速为280-300mL/min的抛光液至晶圆表面，去除晶圆沟槽上的铜主体至所得晶圆的厚度为180-200nm；
(2)对步骤(1)所得晶圆表面进行施加压力为1.5-2psi的第二研磨，并伴随着注入流速为280-300mL/min的抛光液至晶圆表面，去除晶圆沟槽上的铜残留；
(3)对步骤(2)所得晶圆表面进行施加压力为0.8-1psi，抛光速率
的过抛处理，并伴随着注入流速为300-450mL/min的抛光液至晶圆表面，减小蝶形缺陷的深度；
(4)对步骤(3)所得晶圆表面进行施加压力为1-1.5psi的第三研磨，并伴随着注入流速为280-300mL/min的抛光液至氧化层表面，将晶圆沟槽上的氧化层减薄至100-150nm；
其中，步骤(1)-(4)分别独立地在研磨盘中进行，且所述研磨盘的转速为60-80rpm。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明通过合理控制过抛处理环节的抛光液流速和施加压力，实现了在不影响晶圆沟槽上金属铜抛光速率的同时将金属铜的蝶形缺陷深度减小至10nm以下，从而进一步提升了晶圆表面的平坦化程度，同时也提升了研磨效率，增加了机台产能。
附图说明
图1是本发明提供的化学机械研磨方法中晶圆表面示意图。
其中：1-抛光液；2-蝶形缺陷；3-氧化层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种晶圆表面的化学机械研磨方法，晶圆表面示意图见图1，所述化学机械研磨方法包括以下步骤：
(1)对晶圆表面进行施加压力为2.5psi的第一研磨，并伴随着注入流速为290mL/min的抛光液1至晶圆表面，去除晶圆沟槽上的铜主体至所得晶圆的厚度为190nm；
(2)对步骤(1)所得晶圆表面进行施加压力为1.8psi的第二研磨，并伴随着注入流速为290mL/min的抛光液1至晶圆表面，去除晶圆沟槽上的铜残留；
(3)对步骤(2)所得晶圆表面进行施加压力为0.9psi，抛光速率
的过抛处理，并伴随着注入流速为400mL/min的抛光液1至晶圆表面，减小蝶形缺陷2的深度；
(4)对步骤(3)所得晶圆表面进行施加压力为1.3psi的第三研磨，并伴随着注入流速为290mL/min的抛光液1至氧化层3表面，将晶圆沟槽上的氧化层3减薄至125nm；
其中，步骤(1)-(4)分别独立地在研磨盘中进行，且所述研磨盘的转速为70rpm；此外，步骤(1)-(3)所采用的抛光液1为安集科技生产的U3100抛光液，步骤(4)所采用的抛光液为安集科技生产的H6T抛光液。
经检测，本实施例所得晶圆表面的金属铜蝶形缺陷2的平均深度为6nm，具备优异的平坦化程度。
实施例2
本实施例提供一种晶圆表面的化学机械研磨方法，晶圆表面示意图见图1，所述化学机械研磨方法包括以下步骤：
(1)对晶圆表面进行施加压力为2psi的第一研磨，并伴随着注入流速为280mL/min的抛光液1至晶圆表面，去除晶圆沟槽上的铜主体至所得晶圆的厚度为200nm；
(2)对步骤(1)所得晶圆表面进行施加压力为1.5psi的第二研磨，并伴随着注入流速为280mL/min的抛光液1至晶圆表面，去除晶圆沟槽上的铜残留；
(3)对步骤(2)所得晶圆表面进行施加压力为0.8psi，抛光速率
的过抛处理，并伴随着注入流速为300mL/min的抛光液1至晶圆表面，减小蝶形缺陷2的深度；
(4)对步骤(3)所得晶圆表面进行施加压力为1psi的第三研磨，并伴随着注入流速为280mL/min的抛光液1至氧化层3表面，将晶圆沟槽上的氧化层3减薄至150nm；
其中，步骤(1)-(4)分别独立地在研磨盘中进行，且所述研磨盘的转速为60rpm；此外，步骤(1)-(3)所采用的抛光液1为安集科技生产的U3100抛光液，步骤(4)所采用的抛光液为安集科技生产的H6T抛光液。
经检测，本实施例所得晶圆表面的金属铜蝶形缺陷2的平均深度为7nm，具备优异的平坦化程度。
实施例3
本实施例提供一种晶圆表面的化学机械研磨方法，晶圆表面示意图见图1，所述化学机械研磨方法包括以下步骤：
(1)对晶圆表面进行施加压力为3psi的第一研磨，并伴随着注入流速为300mL/min的抛光液1至晶圆表面，去除晶圆沟槽上的铜主体至所得晶圆的厚度为180nm；
(2)对步骤(1)所得晶圆表面进行施加压力为2psi的第二研磨，并伴随着注入流速为300mL/min的抛光液1至晶圆表面，去除晶圆沟槽上的铜残留；
(3)对步骤(2)所得晶圆表面进行施加压力为1psi，抛光速率
的过抛处理，并伴随着注入流速为450mL/min的抛光液1至晶圆表面，减小蝶形缺陷2的深度；
(4)对步骤(3)所得晶圆表面进行施加压力为1.5psi的第三研磨，并伴随着注入流速为300mL/min的抛光液1至氧化层3表面，将晶圆沟槽上的氧化层3减薄至100nm；
其中，步骤(1)-(4)分别独立地在研磨盘中进行，且所述研磨盘的转速为80rpm；此外，步骤(1)-(3)所采用的抛光液1为安集科技生产的U3100抛光液，步骤(4)所采用的抛光液为安集科技生产的H6T抛光液。
经检测，本实施例所得晶圆表面的金属铜蝶形缺陷2的平均深度为8nm，具备优异的平坦化程度。
实施例4
本实施例提供一种晶圆表面的化学机械研磨方法，晶圆表面示意图见图1，所述化学机械研磨方法除了将步骤(3)中抛光液1的流速降为280mL/min，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
经检测，本实施例所得晶圆表面的金属铜蝶形缺陷2的平均深度为10nm，具备优良的平坦化程度。
相较于实施例1，本实施例所得晶圆表面的金属铜蝶形缺陷2的平均深度明显增大，这是由于步骤(3)中抛光液1的流速低于300mL/min时，抛光液1中研磨颗粒的作用占据主导地位，且蝶形缺陷2内的研磨颗粒浓度高于晶圆表面，从而增大了蝶形缺陷2的深度。
实施例5
本实施例提供一种晶圆表面的化学机械研磨方法，晶圆表面示意图见图1，所述化学机械研磨方法除了将步骤(3)中抛光液1的流速升为470mL/min，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
经检测，本实施例所得晶圆表面的金属铜蝶形缺陷2的平均深度为6nm，具备优异的平坦化程度。
相较于实施例1，本实施例所得晶圆表面的金属铜蝶形缺陷2的平均深度保持不变，这是由于步骤(3)中抛光液1的流速高于450mL/min时，抛光液1中抑制剂的用量趋于饱和，此后抛光速率保持稳定，但是继续增加抛光液1流速导致研磨成本的提升。
实施例6
本实施例提供一种晶圆表面的化学机械研磨方法，晶圆表面示意图见图1，所述化学机械研磨方法除了将步骤(3)中的施加压力降为0.6psi，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
经检测，本实施例所得晶圆表面的金属铜蝶形缺陷2的平均深度为6nm，具备优异的平坦化程度。
相较于实施例1，本实施例所得晶圆表面的金属铜蝶形缺陷2的平均深度虽然保持不变，但是由于施加压力的降低，抛光速率明显降低，从而降低了研磨效率和机台产能。
实施例7
本实施例提供一种晶圆表面的化学机械研磨方法，晶圆表面示意图见图1，所述化学机械研磨方法除了将步骤(3)中的施加压力升为1.2psi，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
经检测，本实施例所得晶圆表面的金属铜蝶形缺陷2的平均深度为9nm，具备优良的平坦化程度。
相较于实施例1，本实施例所得晶圆表面的金属铜蝶形缺陷2的平均深度明显增大，这是由于步骤(3)中的施加压力高于1psi时，抛光速率的增加幅度减小，虽然在研磨过程中蝶形缺陷2区域的实际压力小于工艺设定压力，但是晶圆沟槽上金属铜抛光速率和蝶形缺陷2内金属铜抛光速率的差值减小，进而导致蝶形缺陷2的平均深度大于实施例1。
对比例1
本对比例提供一种晶圆表面的化学机械研磨方法，晶圆表面示意图见图1，所述化学机械研磨方法包括以下步骤：
(1)对晶圆表面进行施加压力为2.5psi的第一研磨，并伴随着注入流速为290mL/min的抛光液1至晶圆表面，去除晶圆沟槽上的铜主体至所得晶圆的厚度为190nm；
(2)对步骤(1)所得晶圆表面进行施加压力为1.8psi的第二研磨，并伴随着注入流速为290mL/min的抛光液1至晶圆表面，去除晶圆沟槽上的铜残留；
(3)对步骤(2)所得晶圆表面进行施加压力为1.3psi的第三研磨，并伴随着注入流速为290mL/min的抛光液1至氧化层3表面，将晶圆沟槽上的氧化层3减薄至125nm；
其中，步骤(1)-(3)分别独立地在研磨盘中进行，且所述研磨盘的转速为70rpm；此外，步骤(1)、(2)所采用的抛光液1为安集科技生产的U3100抛光液，步骤(3)所采用的抛光液为安集科技生产的H6T抛光液。
经检测，本对比例所得晶圆表面的金属铜蝶形缺陷2的平均深度为12nm，具备合格的平坦化程度。
相较于实施例1，本对比例去除了过抛处理环节，进而导致最终所得晶圆表面蝶形缺陷2的平均深度明显增大，表明仅靠步骤(3)无法充分提升晶圆表面的平坦化程度。
由此可见，本发明通过合理控制过抛处理环节的抛光液流速和施加压力，实现了在不影响晶圆沟槽上金属铜抛光速率的同时将金属铜的蝶形缺陷深度减小至10nm以下，从而进一步提升了晶圆表面的平坦化程度，同时也提升了研磨效率，增加了机台产能。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种晶圆表面的化学机械研磨方法，其特征在于，所述化学机械研磨方法包括以下步骤：
(1)对晶圆表面进行第一研磨，去除晶圆沟槽上的铜主体；
(2)对步骤(1)所得晶圆表面进行第二研磨，去除晶圆沟槽上的铜残留；
(3)对步骤(2)所得晶圆表面进行过抛处理，减小蝶形缺陷的深度；
(4)对步骤(3)所得晶圆表面进行第三研磨，将晶圆沟槽上的氧化层减薄至设定厚度。
2.根据权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于，步骤(1)-(4)分别独立地在研磨盘中进行；
优选地，所述研磨盘的转速为60-80rpm。
3.根据权利要求1或2所述的化学机械研磨方法，其特征在于，步骤(1)所述第一研磨伴随着注入抛光液至晶圆表面；
优选地，所述抛光液的流速为280-300mL/min；
优选地，步骤(1)所述第一研磨的施加压力为2-3psi。
4.根据权利要求1-3任一项所述的化学机械研磨方法，其特征在于，步骤(1)所述铜主体去除后所得晶圆的厚度为180-200nm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的化学机械研磨方法，其特征在于，步骤(2)所述第二研磨伴随着注入抛光液至晶圆表面；
优选地，所述抛光液的流速为280-300mL/min；
优选地，步骤(2)所述第二研磨的施加压力为1-1.5psi。
6.根据权利要求1-5任一项所述的化学机械研磨方法，其特征在于，步骤(3)所述过抛处理伴随着注入抛光液至晶圆表面；
优选地，所述抛光液的流速为300-450mL/min；
优选地，步骤(3)所述过抛处理的施加压力为0.8-1psi。
7.根据权利要求1-6任一项所述的化学机械研磨方法，其特征在于，步骤(3)所述过抛处理的抛光速率为
8.根据权利要求1-7任一项所述的化学机械研磨方法，其特征在于，步骤(4)所述第三研磨伴随着注入抛光液至氧化层表面；
优选地，所述抛光液的流速为280-300mL/min；
优选地，步骤(4)所述第三研磨的施加压力为1.5-2psi。
9.根据权利要求1-8任一项所述的化学机械研磨方法，其特征在于，步骤(4)所述设定厚度为100-150nm。
10.根据权利要求1-9任一项所述的化学机械研磨方法，其特征在于，所述化学机械研磨方法包括以下步骤：
(1)对晶圆表面进行施加压力为2-3psi的第一研磨，并伴随着注入流速为280-300mL/min的抛光液至晶圆表面，去除晶圆沟槽上的铜主体至所得晶圆的厚度为180-200nm；
(2)对步骤(1)所得晶圆表面进行施加压力为1.5-2psi的第二研磨，并伴随着注入流速为280-300mL/min的抛光液至晶圆表面，去除晶圆沟槽上的铜残留；
(3)对步骤(2)所得晶圆表面进行施加压力为0.8-1psi，抛光速率
的过抛处理，并伴随着注入流速为300-450mL/min的抛光液至晶圆表面，减小蝶形缺陷的深度；
(4)对步骤(3)所得晶圆表面进行施加压力为1-1.5psi的第三研磨，并伴随着注入流速为280-300mL/min的抛光液至氧化层表面，将晶圆沟槽上的氧化层减薄至100-150nm；
其中，步骤(1)-(4)分别独立地在研磨盘中进行，且所述研磨盘的转速为60-80rpm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110586108.3A CN113327852B (zh) | 2021-05-27 | 2021-05-27 | 一种晶圆表面的化学机械研磨方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110586108.3A CN113327852B (zh) | 2021-05-27 | 2021-05-27 | 一种晶圆表面的化学机械研磨方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113327852A true CN113327852A (zh) | 2021-08-31 |
| CN113327852B CN113327852B (zh) | 2022-07-29 |
Family
ID=77421798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110586108.3A Active CN113327852B (zh) | 2021-05-27 | 2021-05-27 | 一种晶圆表面的化学机械研磨方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113327852B (zh) |
Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6114246A (en) * | 1999-01-07 | 2000-09-05 | Vlsi Technology, Inc. | Method of using a polish stop film to control dishing during copper chemical mechanical polishing |
| TW460968B (en) * | 1999-09-22 | 2001-10-21 | Applied Materials Inc | Barrier layer buffing after Cu CMP |
| US20030054649A1 (en) * | 2001-09-17 | 2003-03-20 | Shaoyu Wu | Method for reducing dishing in chemical mechanical polishing |
| US6555477B1 (en) * | 2002-05-22 | 2003-04-29 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Method for preventing Cu CMP corrosion |
| CN101220255A (zh) * | 2007-01-11 | 2008-07-16 | 长兴开发科技股份有限公司 | 化学机械研磨浆液与化学机械平坦化方法 |
| CN101740378A (zh) * | 2008-11-13 | 2010-06-16 | 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 | 铜化学机械抛光方法 |
| CN101958273A (zh) * | 2009-07-14 | 2011-01-26 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 在晶圆上构造铜金属线的方法和铜的cmp方法 |
| CN101992421A (zh) * | 2009-08-14 | 2011-03-30 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 铜互连工艺中的化学机械抛光方法 |
| CN102110645A (zh) * | 2009-12-23 | 2011-06-29 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 化学机械研磨后的清洗方法 |
| CN103474395A (zh) * | 2013-09-13 | 2013-12-25 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 一种tsv平坦化方法 |
| CN103894918A (zh) * | 2012-12-28 | 2014-07-02 | 安集微电子（上海）有限公司 | 一种化学机械抛光方法 |
| CN104802071A (zh) * | 2014-01-24 | 2015-07-29 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 化学机械抛光方法 |
| CN104802068A (zh) * | 2014-01-24 | 2015-07-29 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 化学机械抛光方法 |
| CN106384725A (zh) * | 2016-10-11 | 2017-02-08 | 天津华海清科机电科技有限公司 | 硅通孔晶圆平坦化方法 |
| CN107369618A (zh) * | 2017-07-07 | 2017-11-21 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 晶圆的平坦化方法 |
| CN108257863A (zh) * | 2016-12-28 | 2018-07-06 | 安集微电子科技（上海）股份有限公司 | 一种化学机械抛光方法 |
| CN108247528A (zh) * | 2016-12-29 | 2018-07-06 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种研磨垫的处理方法 |
-
2021
- 2021-05-27 CN CN202110586108.3A patent/CN113327852B/zh active Active
Patent Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6114246A (en) * | 1999-01-07 | 2000-09-05 | Vlsi Technology, Inc. | Method of using a polish stop film to control dishing during copper chemical mechanical polishing |
| TW460968B (en) * | 1999-09-22 | 2001-10-21 | Applied Materials Inc | Barrier layer buffing after Cu CMP |
| US20030054649A1 (en) * | 2001-09-17 | 2003-03-20 | Shaoyu Wu | Method for reducing dishing in chemical mechanical polishing |
| US6555477B1 (en) * | 2002-05-22 | 2003-04-29 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Method for preventing Cu CMP corrosion |
| CN101220255A (zh) * | 2007-01-11 | 2008-07-16 | 长兴开发科技股份有限公司 | 化学机械研磨浆液与化学机械平坦化方法 |
| CN101740378A (zh) * | 2008-11-13 | 2010-06-16 | 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 | 铜化学机械抛光方法 |
| CN101958273A (zh) * | 2009-07-14 | 2011-01-26 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 在晶圆上构造铜金属线的方法和铜的cmp方法 |
| CN101992421A (zh) * | 2009-08-14 | 2011-03-30 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 铜互连工艺中的化学机械抛光方法 |
| CN102110645A (zh) * | 2009-12-23 | 2011-06-29 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 化学机械研磨后的清洗方法 |
| CN103894918A (zh) * | 2012-12-28 | 2014-07-02 | 安集微电子（上海）有限公司 | 一种化学机械抛光方法 |
| CN103474395A (zh) * | 2013-09-13 | 2013-12-25 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 一种tsv平坦化方法 |
| CN104802071A (zh) * | 2014-01-24 | 2015-07-29 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 化学机械抛光方法 |
| CN104802068A (zh) * | 2014-01-24 | 2015-07-29 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 化学机械抛光方法 |
| CN106384725A (zh) * | 2016-10-11 | 2017-02-08 | 天津华海清科机电科技有限公司 | 硅通孔晶圆平坦化方法 |
| CN108257863A (zh) * | 2016-12-28 | 2018-07-06 | 安集微电子科技（上海）股份有限公司 | 一种化学机械抛光方法 |
| CN108247528A (zh) * | 2016-12-29 | 2018-07-06 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种研磨垫的处理方法 |
| CN107369618A (zh) * | 2017-07-07 | 2017-11-21 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 晶圆的平坦化方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113327852B (zh) | 2022-07-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100393368B1 (ko) | Ｃｍｐ 연마 방법 및 반도체 제조 장치 | |
| US6595832B2 (en) | Chemical mechanical polishing methods | |
| CN1083154C (zh) | 研磨方法和半导体器件制造方法及半导体制造装置 | |
| CN104802068B (zh) | 化学机械抛光方法 | |
| TWI828668B (zh) | 研磨用組合物及使用此的研磨方法 | |
| CN111251163B (zh) | 一种获得亲水性表面的抛光硅片加工方法 | |
| KR100591647B1 (ko) | 반도체 장치의 제조 방법 | |
| CN104802071A (zh) | 化学机械抛光方法 | |
| KR102525310B1 (ko) | 코발트용 화학 기계적 연마 방법 | |
| CN109623581A (zh) | 一种硬质材料的表面抛光方法 | |
| KR100222186B1 (ko) | 반도체장치의 제조방법 및 반도체제조장치 | |
| WO2022143719A1 (zh) | 一种化学机械抛光液及其使用方法 | |
| CN100496893C (zh) | 用于在sic薄膜上外延生长适用表面的处理的方法 | |
| US6509269B2 (en) | Elimination of pad glazing for Al CMP | |
| JP2010501121A (ja) | 固定磨き剤ｃｍｐのための選択性化学薬剤 | |
| CN113327852B (zh) | 一种晶圆表面的化学机械研磨方法 | |
| CN114131434B (zh) | 一种磷化铟的减薄抛光方法 | |
| CN103943557B (zh) | 利用cmp对重布线层中聚合物介质层表面进行平坦化的方法 | |
| US20040127045A1 (en) | Chemical mechanical planarization of wafers or films using fixed polishing pads and a nanoparticle composition | |
| CN100468646C (zh) | 化学机械研磨方法 | |
| CN117736653A (zh) | 一种用于单晶硅化学机械抛光的抛光液及化学机械抛光方法 | |
| CN103943491A (zh) | 在转接板工艺中采用cmp对基板表面进行平坦化的方法 | |
| CN106346317A (zh) | 加工制备蓝宝石晶片的方法 | |
| CN116276624B (zh) | 一种提高psg去除速率及其一致性的化学机械抛光方法 | |
| JP2009071062A (ja) | 半導体装置の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |