[发明专利]化学机械研磨方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种化学机械研磨方法。

背景技术

目前，随着电子设备的广泛应用，半导体的制造工艺得到了飞速的发展，在半导体的制造流程中，涉及化学机械研磨工艺(CMP)。CMP主要通过三个研磨机台来实现，每个研磨机台分别执行一个研磨工序，下面以对金属钨的研磨为例对这三个研磨工序分别进行说明。

图1为现有技术中化学机械研磨方法的第一工序的剖面示意图。在第一研磨机台(Platen 1)上执行第一工序，如图1所示，采用较大的材料去除率(MMR)对金属钨进行研磨，去除绝大部分的金属钨，第一工序的执行时间被预先设置为一个固定值，对于不同的金属来说，第一工序的执行时间通常被设置为不同的固定值，当对金属钨进行研磨时，第一工序的执行时间一般被设置为25-55秒。在理想情况下，当第一工序按照预先设置的固定值执行完毕后，金属钨的上表面即研磨终点应稍高于理论研磨终点，也就是说，当研磨终点接近理论研磨终点时，第一工序结束。

图2为现有技术中化学机械研磨方法的第二工序的剖面示意图。在第二研磨机台上(Platen 2)执行第二工序，如图2所示，实时探测理论研磨终点，当探测到理论研磨终点后，采用较小的MRR去除沟槽外剩余的金属钨，为了确保沟槽外剩余的金属钨全部被去除而达到隔离的目的，当去除沟槽外的金属钨后，还要进行一定时间的研磨，以去除沟槽外的阻挡层和少量的氧化层，对于相同类型的金属来说，第一工序的执行时间被设定为相同的值，而由于每一片晶圆的金属厚度、金属硬度、以及第一研磨机台的MRR可能存在差异，第一研磨工序结束后的研磨终点的高度是不确定的。所以第二工序的执行时间是不确定的，为了防止过度研磨造成晶圆报废，一般会设定一个最大值。当对金属钨进行研磨时，第二工序的执行时间一般为30-80秒，最大值一般会设定为90秒。

具体来说，实时探测理论研磨终点的方法为：在研磨机台的抛光垫下方安装有激光发生器和传感器，激光发生器实时发出激光束，并将激光束投向晶圆，同时，传感器实时接收来自晶圆的反射强度数据，并根据不同厚度的金属对激光的不同反射强度，通过分析反射强度数据确定理论研磨终点。

图3为现有技术中化学机械研磨方法的第三工序的剖面示意图。在第三研磨机台上(Platen 3)执行第三工序，如图3所示，去除一定的氧化层，以进一步提高表面平坦化程度，第三工序的执行时间被预先设置为一个固定值，当对金属钨进行研磨时，第三工序的执行时间一般被设置为5-30秒。

在理想情况下，当第一工序结束时，研磨终点恰好稍高于理论研磨终点，也就是说，在理想情况下，当第二工序从稍高于研磨终点的位置开始执行后，一定能够探测到理论研磨终点，然而，在实际应用中，由于工艺上的误差，难以使每一片晶圆上所沉积的金属层的厚度都是理想厚度，金属硬度等也会有一定的差异，而且研磨机台的MRR也会有一定的差异，当所沉积的金属层较薄、硬度较小或MRR较大时，由于第一工序的执行时间被设置为一个固定值，则当第一工序结束时，有可能金属层的上表面已经低于了理论研磨终点，在这种情况下，当执行第二工序时，无法探测到理论研磨终点，在实际应用中，当在第二工序中探测不到理论研磨终点时，第二工序按照预先设置的最大值来执行，所以当第一工序与第二工序执行完毕时，整个氧化层以及沟槽中的金属已经被过度研磨，整个氧化层的厚度比理想情况下的氧化层的厚度小，填充在沟槽中的金属也比理想情况下的金属少，从而导致金属电阻比理想情况下的金属电阻小，降低了器件的稳定性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种化学机械研磨方法，以提高器件的稳定性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种化学机械研磨方法，该方法包括：当对金属进行研磨时，实时探测理论研磨终点，当探测到理论研磨终点时，对阻挡层、氧化层和沟槽外剩余的金属进行研磨；对氧化层继续进行研磨，且对氧化层进行研磨的研磨时间为预先设置的固定值。

当所述金属为钨时，所述对阻挡层、氧化层和沟槽外剩余的金属进行研磨的研磨时间范围为30-80秒。

所述对氧化层继续进行研磨的研磨时间范围为5-30秒。