[发明专利]半导体晶圆的化学机械研磨方法及设备

说明书

本发明提供一种半导体晶圆的化学机械研磨方法及设备，包括：1）提供一待研磨晶圆，包括多个芯片，所述芯片的表面具有第一厚度的第一台面及第二厚度的第二台面，该第一、第二台面上依次层叠有第一材料层及第二材料层，所述第一厚度大于所述第二厚度；2）采用化学机械研磨工艺对所述待研磨晶圆进行研磨处理，包括：通入第一pH值的第一研磨液对所述待研磨晶圆进行研磨，以及继续通入所述第一pH值的第一研磨液，同时通入pH值调整液，对所述待研磨晶圆继续研磨。本发明通过在特定的时机点对制程配方内的关键参数研磨液流量中增加去离子水流量，直接调控研磨液pH值，将芯片由于边缘高度差而导致的氮化钛层残留完全移除掉。

技术领域

本发明属于半导体制造领域，特别是涉及一种半导体晶圆的化学机械研磨方法及设备。

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。现有的晶圆平坦方法包括：化学研磨、机械研磨以及化学机械研磨。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。化学机械研磨技术综合了化学研磨和机械研磨的优势，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单纯的两种研磨要高出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。

如图2所示，金属钨生成的制程中，需要先形成一层薄薄的氮化钛层(TiN layer)103，用途是让金属钨薄膜(W film)104能黏着于氧化层(Oxide layer)上，透过金属钨化学机械研磨(WCMP)来有效移除掉氧化层(Oxide layer)上的这两层金属层(metal layer)，以确保金属钨导线(W plug)不会因为氧化层(Oxide layer)上有金属层(metal layer)残留而短路。

在整段芯片制作过程中，晶圆10表面会堆积许多氧化层(Oxide layer)，使得位于所述晶圆10周缘区域的芯片10A的边缘区域102与中部区域101具有高度差h，如图1~图2所示，其中，图2显示为图1中A-A’处的截面结构示意图，此时，在金属钨薄膜的化学机械研磨（CMP）去除过程中，薄薄的氮化钛层(TiN layer)却不容易被CMP移除，如图3中的虚线框所示。

通常可以采用不同的研磨液(Slurry)来增加它对氮化钛层(TiN layer)的研磨速率(removal rate)，但是在研磨过程中，如果要针对两种不同的薄膜提供同样高的选择比时，就必须多建构一套昂贵的研磨液供应系统(Slurry delivery system)与珍贵的无尘室空间，大大提高了设备的构建成本。

基于以上所述，提供一种可以有效去除具有高度差的氮化钛层且成本较低的半导体晶圆的化学机械研磨方法及化学机械研磨设备实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种半导体晶圆的化学机械研磨方法及设备，用于解决现有技术中由于高度差造成氮化钛层难以被完全去除或需要较高成本才能完全去除的问题。