[发明专利]多晶硅化学机械研磨工艺的研磨垫预研磨方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及多晶硅化学机械研磨(CMP)工艺的预研磨方法。

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(Lithography)技术对晶圆表面的平坦程度(Non-uniformity)的要求越来越高，CMP工艺属于芯片制造厂的基本工艺，用于将晶圆表面平坦化。

图1所示为CMP工艺设备示意图，研磨头(Head)11下方安置待研磨晶圆，在向下压力的作用下，待研磨晶圆与旋转的研磨机械平台12上的研磨垫(Pad)13机械摩擦，并在研磨液(Slurry)14的化学作用下实现研磨。根据待研磨晶圆类型不同，CMP工艺分为多晶硅研磨(Poly CMP)、硅氧化物研磨(OxideCMP)、钨研磨(W CMP)和铜研磨(Cu CMP)等。在Poly CMP工艺中，Poly与研磨液14在研磨垫13表面发生化学反应，该反应中，Poly Si生成Si⁴⁺。

研磨垫13在使用一段时间磨损后，需要进行更换。由于新研磨垫未达到CMP工艺所需的化学平衡状态等原因，因此使用新研磨垫进行研磨前，需要进行研磨垫预研磨处理，以便新研磨垫表面达到所需的化学平衡状态，否则将可能大幅度降低研磨速率。

现有研磨垫预研磨方法主要有两种方案，一种方案是装好新研磨垫后，使用新研磨垫研磨表面为二氧化硅的晶圆。由于研磨面是二氧化硅，在研磨过程中，研磨液与二氧化硅无法发生Si-＞Si⁴⁺的化学反应，因此新研磨垫难以达到所需化学平衡状态。另一种方案是采用表面具备Poly膜(多晶硅膜)的晶圆片预研磨，不过Poly膜的制作需要时间较长而且制作成本高，导致该方案的实用性较低。

发明内容

本发明提供了硅CMP工艺中的研磨垫预研磨方法，不仅能够达到研磨所需化学平衡状态，而且成本低，时间短。

本发明提出的方案核心在于采用裸硅晶圆(Bare Wafer)进行预研磨。裸硅晶圆是单晶硅，在预研磨过程中能够与研磨液发生Si-＞Si⁴⁺的化学反应，而且无需制作Poly膜，节约了现有方案制作Poly膜所需的时间及成本。

本发明提供的一种预研磨方法包括步骤：提供裸硅晶圆片；更换研磨垫；以及采用裸硅晶圆片、研磨液及更换后的研磨垫进行预研磨。

在进行预研磨时，可以采用一片或多片裸硅晶圆片预研磨研磨垫。在采用一片裸硅晶圆片时，预研磨该片裸硅晶圆片的预研磨时间远高于多片的情况，其优势在于无需更换裸硅晶圆片，可以加快预研磨速度。

在采用多片裸硅晶圆片时，可以采用多个研磨头研磨多片裸硅晶圆片，在采用下一个裸硅晶圆片进行预研磨前，通过旋转研磨头，可以直接采用下一个裸硅晶圆片预研磨，有利于提高研磨效率。

上述预研磨时间与研磨液类型、研磨垫材质、结构及尺寸等参数、裸晶硅圆片纯度及尺寸等参数、研磨头研磨压力等多种因素有关。在不同的多晶硅CMP工艺下，该预研磨时间通常不同。所述预研磨时间可以通过理论计算获得，也可以通过经验实验获得，例如选择几个待选预研磨时间，分别进行预研磨实验，挑选出效果最佳的时间作为预研磨时间等方式。具体包括：设定多个待选择预研磨时间；在研磨液的作用下，采用该研磨垫研磨裸晶硅圆分别达到多个待选择预研磨时间；比较各待选择预研磨时间对应的研磨垫化学平衡状态，所述化学平衡状态的衡量参数包括研磨速率、均匀度等参数；选择研磨垫化学平衡状态最接近正式研磨状态对应的待选择预研磨时间作为确定的预研磨时间。

预研磨的主要目的是使研磨垫表面达到化学平衡状态，因此在预研磨时，可以采用与研磨工艺有差异的工艺参数，达到化学平衡状态即可。

在预研磨时，可以采用比正式研磨时更大的研磨压力进行预研磨，也可以加大旋转平台的旋转速率，缩短达到化学平衡的时间，从而缩短预研磨时间，提高预研磨效率。

附图说明

图1为现有CMP工艺设备结构示意图；

图2为本发明实施例提供的硅CMP工艺预研磨方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图给出本发明技术方案的一种具体实施方法，

步骤a，更换新的研磨垫；

步骤b，提供裸硅晶圆片；

步骤c.启动机台研磨裸硅晶圆片；

步骤d，研磨多片裸硅晶圆片，每片研磨时间根据制程需求制定)

此外本发明提供的另一个实施例包括下述步骤：

提供多片裸硅晶圆片；