[发明专利]化学机械研磨方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种化学机械研磨方法。

背景技术

平坦化是半导体制造工艺中的重要工艺，现有技术利用化学机械研磨工艺进行半导体的平坦化工艺。通常，化学机械研磨设备利用研磨垫与半导体衬底之间进行相对运动来达到平坦化的效果。具体而言，研磨垫设置在研磨太和转轴上方，而来自于研磨液端口的研磨液以一定速率流到研磨垫表面，研磨头在半导体衬底的背面施加一定的压力，使得半导体衬底的正面贴近研磨垫，研磨头带动半导体衬底和研磨垫同方向转动，在半导体衬底的正面与研磨垫之间产生机械摩擦。在研磨过程中通过一系列复杂的机械和化学作用去除半导体衬底正面的待研磨材料层，从而实现平坦化的效果。

现有的化学机械研磨过程后半导体衬底的片间厚度均匀性(wafertowaferuniformity)无法满足工艺的要求，表现为同一批次或者两个批次之间的半导体衬底在研磨后的厚度波动较大，导致频繁出现化学机械研磨返工。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种化学机械研磨方法，改善了化学机械研磨后半导体衬底的片间厚度均匀性，减少了化学机械研磨的返工步骤。

为了解决上述问题，本发明提供一种化学机械研磨方法，包括：

启动步骤，用于使得研磨液设置、研磨压力设置、研磨垫转速设置参数自初始值到达预设值；

主研磨步骤，用于基于所述预设值对半导体表面的待研磨材料层进行研磨；

清洗步骤，用于在所述主研磨步骤结束后，停止研磨液供应并对半导体衬底和研磨垫的表面进行清洗；

还包括：冷却步骤，研磨压力不超过主研磨步骤的研磨压力的1/2，研磨垫的转速不超过主研磨步骤的研磨垫转速的1/2，半导体衬底的转速不超过主研磨步骤半导体衬底转速的1/2，清洗步骤中利用流速不小于3L/min的高压水进行清洗，用于对清洗步骤后的研磨垫进行冷却。

可选地，进行所述冷却步骤时，研磨压力为主研磨步骤研磨压力的1/4-1/3。

可选地，所述冷却步骤时，研磨压力不超过1.5psi。

可选地，所述冷却步骤中所述高压水的流速5.5L/min。

可选地，所述冷却步骤的持续时间为10-25秒。

可选地，所述清洗步骤利用高压水进行。

可选地，所述清洗步骤中所述高压水的流速3.5-5.5L/min。

可选地，所述冷却步骤中，研磨压力范围为1.0-1.5psi。

可选地，所述主研磨步骤的研磨压力范围为3.6-5.6psi。

可选地，所述主研磨研磨的研磨垫的转速范围为80-102rpm，冷却过程中研磨垫的转速范围为60-70rpm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明在每一片半导体衬底的化学机械研磨工艺结束后，对研磨垫进行冷却，以控制化学机械研磨设备的热平衡问题，使得研磨垫的温度稳定且受控，避免研磨垫的温度上升过快引起的下一片半导体衬底的主研磨步骤的研磨速率上升。

附图说明

图1是现有技术的化学机械研磨工艺在不同半导体衬底之间的化学机械研磨速率的趋势图；

图2是采用本发明的化学机械研磨工艺的方法在不同的半导体之间的化学机械研磨速率的趋势图。

具体实施方式

现有的化学机械研磨工艺的问题是，同一批次或者不同批次之间的半导体衬底在研磨后的半导体衬底上的半导体材料层的厚度波动较大，导致频繁出现化学机械研磨返工。

经过发明人研究发现，此种厚度波动现象常发于化学机械研磨设备从空闲(idle)到开始研磨的一段时间内，通常在该段时间内，研磨垫的速率逐渐升高，直至稳定，随着研磨垫速率的稳定，研磨后的半导体材料层的厚度才会稳定。造成上述过程的原因是：在化学机械研磨设备的研磨过程中的热平衡问题，即研磨垫的温度在从起始阶段开始逐渐升高，直至稳定，研磨垫的温度会影响研磨速率，使得研磨速率从起始阶段逐渐升高，直至稳定。