[发明专利]一种化学机械研磨方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制作工艺，更具体地涉及一种化学机械研磨（CMP）方法。

背景技术

当今电子元器件的集成度越来越高，例如奔腾IV就集成了四千多万个晶体管，要使这些晶体管能够正常工作，就要对每一个晶体管施加一定的电压或电流，而这就需要通过引线来将如此多的晶体管连接起来。然而，要将这么多晶体管连接起来，平面布线是不可能的，只能够采用立体布线或者多层布线。在制造这些连线的过程中，层与层之间会变得不平以至不能多层迭加。因此，平坦化是半导体器件制作过程中很重要的一个步骤。

目前在半导体器件制作工艺中，广泛使用化学机械研磨（CMP, Chemical Mechanical Polishing）来进行平坦化处理，其利用具有腐蚀作用的研磨剂和研磨垫配合机械研磨动作来磨平多层架构半导体器件中各层表面多余的任何材料（例如氧化物介电层、阻挡层等等），从而实现全面平坦化，减少设计布局限制，提升配线密度。一般而言，研磨装置包括研磨台（其上铺有研磨垫）和研磨头，半导体晶片被固定在研磨头上，研磨垫面对要抛光的半导体晶片。在研磨半导体晶片时，研磨垫在具有研磨粒子的研磨液的存在下，以一定压力接触和研磨半导体晶片，从而使其表面趋于平整。

就半导体器件的整个制作过程而言，在例如化学机械研磨的平坦化工艺之前一般先执行薄膜沉积工艺。然而，目前的工艺较容易在所沉积的薄膜中夹杂可能呈凸出状态的颗粒状物质，而若这样的颗粒在后续的化学机械研磨过程中被整体移除，则将不可避免地在该层表面产生凹陷。在图1中示意性地示出了这种凹陷，由标号10指示。在后续的工艺中，这些凹陷将被其他物质填充，进而影响电路正常工作，这是目前在半导体器件制作工艺中非常致命的问题。

目前，在遇到产生凹陷的情况下，主要有两种处理方法：一种是直接放行，这将以损失良率为代价；另一种是将晶片直接报废，这是非常不经济的做法。由此，所希望的是尽量避免这种凹陷的产生。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于通过改进化学机械研磨的工艺过程来有效地减少所述凹陷的产生，从而大大提高产品的良率。

为实现上述目的，本发明提供了一种化学机械研磨方法，所述方法包括：对介质层执行第一阶段化学机械研磨以使其初步平坦化；在初步平坦化的介质层表面沉积修补层；以及对所述修补层执行第二阶段化学机械研磨以将所述修补层的高于所述介质层表面的部分去除。

优选地，在所述第二阶段化学机械研磨期间通过控制研磨时间而以预先设置的研磨速率将所述修补层的高于所述介质层表面的部分去除。

优选地，所述修补层的高于所述介质层表面的部分的厚度在3000? ~ 5000?之间。

优选地，在所述第一和第二阶段化学机械研磨均包含主研磨步骤以及边缘研磨步骤，并且在所述第一和第二阶段的化学机械研磨期间设置相同的研磨平台转速、研磨头转速、卡环压力、膜片压力以及内部胎管压力。

优选地，在所述主研磨步骤中，所述研磨平台转速被设置为大约93转/分钟，所述研磨头转速被设置为大约87转/分钟，所述卡环压力被设置在5.22~6.38磅/平方英寸范围内，所述膜片压力被设置在5.4~6.6磅/平方英寸范围内，所述内部胎管压力被设置在4.05~4.95磅/平方英寸范围内；并且在所述边缘研磨步骤中，所述研磨平台转速被设置为大约93转/分钟，所述研磨头转速被设置为大约87转/分钟，所述卡环压力被设置在2.7~3.3磅/平方英寸范围内，所述膜片压力被设置在5.4~6.6磅/平方英寸范围内，所述内部胎管压力被设置在0.9~1.1磅/平方英寸范围内。

优选地，修补层由与所述介质层相同的材料构成。

在本发明的一些实施例中，所述介质层为金属前介质层（PMD层）。

在本发明的一些实施例中，所述介质层为二氧化硅层。

优选地，通过沉积正硅酸乙酯TEOS与氧气反应所生成的二氧化硅来生成所述修补层。

在本发明的一些实施例中，采用离子增强型化学气相沉积PECVD工艺来沉积所述修补层。

在本发明的另一些实施例中，采用高密度等离子化学气相沉积HDPCVD工艺来沉积所述修补层。

本发明所提供的方法消耗小，流程短，效率高并且具有很强的操作性。通过采用本发明的方法可以大大减少由一般的化学机械研磨所造成的凹陷，有效避免了半导体器件的电路失效，从而减少晶片报废的情况并且大大提高产品的良率。

附图说明

以下将结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。