化学机械研磨方法

摘要

本发明公开了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。采用该方法可提高器件的稳定性能。

权利要求

1.一种化学机械研磨方法，该方法包括：

步骤1：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，执行步骤2；

步骤2：对阻挡层、氧化层和沟槽外剩余的金属进行研磨；

步骤3：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。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对氧化层继续进行研磨的研磨时间范围为5-30秒。

说明书

化学机械研磨方法

技术领域

[0001] 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

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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。

[0005] 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。

[0006] 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。

[0007] 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

[0008] 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。

[0009] 为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

[0010] 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。

[0011] 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。

[0012] 所述对氧化层继续进行研磨的研磨时间范围为5-30秒。

[0013] 由上述的技术方案可见，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，开始对阻挡层、氧化层和沟槽外剩余的金属进行研磨，然后对氧化层继续进行研磨，且研磨时间为预先设置的固定值，这样就可保证当对金属的研磨到达理论研磨终点时就开始对阻挡层、氧化层和沟槽外剩余的金属进行研磨，避免整个氧化层以及沟槽中的金属被过度研磨，从而提高器件的稳定性能。

附图说明

[0014] 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。

[0015] 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。

[0016] 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。

[0017] 图4为本发明所提供的一种化学机械研磨方法的实施例的流程图。

具体实施方式

[0018] 为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

[0019] 本发明的核心思想为：当执行第一工序时，实时探测理论研磨终点，当探测到理论研磨终点时，结束第一工序并执行第二工序，这就可以保证当金属层被研磨至接近理论研磨终点的位置时立即执行第二工序，当第一工序和第二工序结束后，能够避免整个氧化层以及沟槽中的金属被过度研磨。

[0020] 图4为本发明所提供的一种化学机械研磨方法的实施例的流程图。如图4所示，该方法包括以下步骤：

[0021] 步骤401，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，执行步骤402。

[0022] 在本步骤中，当执行第一工序时，实时探测理论研磨终点，探测理论研磨终点的方法为现有技术的内容，在此不予赘述。

[0023] 根据现有技术的内容，针对不同的金属，第一工序的执行时间被设置为不同的固定值，而在本发明的步骤401中，无论对何种金属进行研磨，均可实时探测理论研磨终点，当探测到理论研磨终点时，则结束第一工序，这样就可针对不同的金属而准确地确定第一工序执行时间，而且，即使所沉积的金属的厚度不理想，也可以准确地确定第一工序执行时间。

[0024] 步骤402，对阻挡层、氧化层和沟槽外剩余的金属进行研磨。

[0025] 当对阻挡层、氧化层和沟槽外剩余的金属钨进行研磨，研磨时间范围为30-80秒。

[0026] 在本发明中，对理论研磨终点的探测是由第一工序来完成的，当在第一工序中探测到理论研磨终点后，立即进入第二工序，这样就可保证第一工序结束后的研磨终点恰好稍高于理论研磨终点，也可保证第二工序从接近理论研磨终点的位置开始执行，当第一工序和第二工序执行完毕时，可避免沟槽中的金属被过度研磨。

[0027] 步骤403，对氧化层继续进行研磨，且研磨时间为预先设置的固定值。

[0028] 在本步骤中，当对氧化层进行研磨时，研磨时间范围为5-30秒。

[0029] 可见，基于上述化学机械研磨方法，在对金属进行研磨的同时，实时探测理论研磨终点，当探测到理论研磨终点时，开始对阻挡层、氧化层和沟槽外剩余的金属进行研磨，然后对阻挡层和氧化层进行研磨，且研磨时间为预先设置的固定值，这样就可保证当对金属的研磨接近理论研磨终点时就开始对阻挡层、氧化层和沟槽外剩余的金属进行研磨，避免整个氧化层以及沟槽中的金属被过度研磨，从而提高了器件的稳定性能。

[0030] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。