[发明专利]一种化学机械研磨方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其是涉及一种化学机械研磨方法。

背景技术

随着超大规模集成电路(Ultra Large Scale Intergration，ULSI)的飞速发展，集成电路制造工艺变得越来越复杂和精细。为了提高集成度，降低制造成本，器件的特征尺寸(Feature Size)不断变小，芯片单位面积的元件数量不断增加，平面布线已难满足元件高密度分布的要求，只能采用多层布线技术，利用芯片的垂直空间，进一步提高器件的集成密度。

但多层布线技术的应用会造成硅片表面起伏不平，对图形制作极其不利。为此，需要对不平坦的晶片表面进行平坦化(Planarization)处理。目前，化学机械研磨法(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是达成全局平坦化的最佳方法，尤其在半导体制作工艺进入亚微米(sub micron)领域后，化学机械研磨已成为一项不可或缺的制作工艺技术。

化学机械研磨法(CMP)是通过化学反应和机械研磨相结合的方式将半导体结构表面的材料层去除的一种平坦化方法。请参见图1，图1是一种现有的化学机械研磨装置。该装置包括：外壳101，表面贴有研磨垫(polish pad)的转台(platen)102，研磨头103a、103b和用于输送研磨液(slurry)105的研磨液供应管104。

研磨时，先将待研磨的晶圆吸附在研磨头103上，通过在研磨头103上施加压力，使晶圆紧压到研磨垫上；然后，表面贴有研磨垫的转台102在电机的带动下旋转，研磨头103也进行同向转动，实现机械研磨；同时，研磨液105通过研磨液供应管104输送到研磨垫上，并利用转台旋转的离心力均匀的分布在研磨垫上，在待研磨晶圆和研磨垫之间形成一层液体薄膜，该薄膜与待研磨晶圆的表面发生化学反应，生成易去除的产物，该产物再在机械研磨作用下被去除。

研磨工艺一般需要分数个阶段进行，例如粗磨、细磨等。当完成一阶段的研磨进入下一阶段的研磨时，往往会使用一块新的研磨垫以方便研磨液的更换等步骤。为了简化工艺，工厂端在整个研磨工艺中使用的研磨垫往往具有同一规格的表面形状，同时出于机械控制上的原因，研磨头会在两块研磨垫上以相同的运动方式和运动路劲进行研磨，这种方式会对研磨效果带来一些负面影响，因为晶圆在一次研磨过程中，无可避免的会在晶圆表面某些区域出现研磨加强区，而某些区域则出现研磨减弱区，如果前后两次研磨使用的研磨垫表面形状相同，且晶圆在研磨垫上走过的路径也相同的话，则上述晶圆表面研磨被加强的区域再次被加强，容易产生过磨的现象，而上述晶圆表面研磨被减弱的区域依旧没有办法有效的研磨到，使这些地方研磨不充分。这些问题对研磨工艺来说是无法接受的。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种化学机械研磨方法，可以实现在不同研磨垫上执行研磨所产生的研磨效果能够互补，即在第一研磨阶段造成的研磨加强区，在第二研磨阶段则形成研磨减弱区，在第一阶段造成的研磨减弱区，在第二阶段则形成研磨加强区。以此实现研磨量的平均分布，避免过磨或者研磨不足的现象出现。

根据上述目的提出的一种化学机械研磨方法，包括步骤：

1)提供具有第一研磨垫和第二研磨垫的研磨设备，将待研磨的晶圆材料装载到研磨头上；

2)研磨头携带晶圆移动到第一研磨垫上，并向下施加压力，使得晶圆向下接触第一研磨垫表面；

3)在第一研磨垫和晶圆之间注入研磨液，旋转所述第一研磨垫和所述研磨头；

4)研磨头携带晶圆在转动的同时，在研磨垫表面沿第一研磨路径进行来回的周期性移动，以完成第一阶段的研磨；

5)研磨头携带晶圆移动到第二研磨垫上，并向下施加压力，使得晶圆向下接触第二研磨垫表面；

6)在第二研磨垫和晶圆之间注入研磨液，旋转所述第二研磨垫和所述研磨头；

7)研磨头携带晶圆在转动的同时，在研磨垫表面沿第二研磨路径进行来回的周期性移动，以完成第二阶段的研磨。

可选的，所述第一研磨垫或者第二研磨垫的表面具有多条沟槽和凸岛，所述沟槽和凸岛以同心圆结构间隔排列。

可选的，所述第一研磨垫和第二研磨垫具有不同的表面结构，在所述第一研磨垫的表面为沟槽的区域，在所述第二研磨垫上则为凸岛；在所述第一研磨垫的表面为凸岛的区域，在所述第二研磨垫上则为沟槽。

可选的，所述第一研磨垫或者第二研磨垫的表面具有多条沟槽和凸岛，所述沟槽为以圆心向外发散性的条形沟槽，或者密布在研磨垫表面的圆孔型沟槽。