[发明专利]改善氧化膜CMP均一性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺技术领域，尤其涉及一种改善氧化膜化学机械抛光(CMP)均一性的方法。

背景技术

膜厚的面内均一性和局部的平坦化程度是化学机械抛光(ChemicalMechanical Planarization，CMP)工艺控制和评估的重要指标。除了前膜膜厚的均一性及表面状况(topography)的影响，CMP制程相关的耗材(consumables)，如研磨垫(pad)，研磨液(slurry)都会影响残膜的面内均一性和局部的平坦化程度。

研磨垫在CMP工艺中是影响研磨速率和平坦化效果的重要耗材。作为研磨液的载体，研磨垫与被研磨的晶圆(wafer)表面直接接触，通过压力和剪切力的共同作用去除晶圆表面一定量的膜层，达到平坦化的作用。因此研磨垫的特性(硬度，弹性，可压缩性等)及表面的形变直接影响到膜厚的面内均一性和局部的平坦化程度。图1、2所示为CMP研磨时研磨垫与晶圆的作用情况。

大多数研磨垫都是以聚氨酯作为基础原料。根据聚氨酯物理特性的不同，可以将研磨垫分为软硬两种。一般地，研磨垫材质越硬，可以较快消除段差及得到较好局部化均一性(Within-die)，但是容易造成晶圆表面的划伤，而软质研磨垫的面内研磨均一性较好(within-wafer)，晶圆表面产生划伤的几率较小。研磨垫的物理特性与研磨特性的关系如下表1所示。

表1CMP研磨垫硬度与研磨特性的关系

  软质研磨垫  硬质研磨垫  晶圆面内均一性  好  难控制   研磨速率   较稳定  随研磨时间  呈下降趋势  平坦化长度  小于10微米  几百微米  凹陷  显著  不显著  晶圆表面划伤几率  很小  较高

以应用材料(Applied Material)的Mirra机台为例。目前，在200mm工艺中应用较多的氧化膜CMP工艺多采用2个IC研磨垫作研磨平台1和2的主要研磨外加Politex研磨垫作研磨平台3的细研磨或者使用3个IC研磨垫来进行3个研磨平台的研磨。

IC系列研磨垫属于中等硬度研磨垫。使用IC系列研磨垫可以达到较好的膜厚均一性和较低的表面表面的划伤几率。但是由于其材料的物理特性，在研磨过程中形变使得在晶圆表面一些低的区域造成凹陷(dishing)，特别是在浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation，STI)的化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)制程中，在大的隔离结构(trench)产生较大凹陷，从而对器件的电性能造成影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改善氧化膜CMP均一性的方法，该方法能改善残膜的面内均一性和局部的平坦化程度。