本發明屬于化學機械研磨，涉及一種用于改善晶圓邊緣研磨率的方法。

背景技術：

1、隨著超大規模集成電路(ultra?large?scale?integration，ulsi)的飛速發展，集成電路制造工藝變的越來越復雜和精細。為了提高集成度，降低制造成本，元件的特征尺寸(feature?size)不斷變小，芯片單位面積內的元件數量不斷增加，平面布線已難以滿足元件高密度分布的要求，只能采用多層布線技術來利用芯片的垂直空間，進一步提高器件的集成密度。為此，在芯片制備過程中的晶圓(wafer)加工階段，往往需要采用沉積技術形成薄膜，以此作為實現多層布線技術的基礎。常見的沉積技術包括物理氣相沉積(pvd)、化學氣相沉積(cvd)、等離子體增強化學氣相沉積(pecvd)和電化學電鍍等。

2、然而，隨著薄膜層的依次沉積，晶圓的表面變得起伏不平，對后續的圖形制作極其不利，為此，通常需要對晶圓進行表面平坦化(planarization)處理。平坦化處理可以有效地改善表面形貌，去除表面缺陷，如粗糙表面、聚結材料、晶格損壞、刮痕和被污染的層或材料等。

3、目前，化學機械研磨法(chemical?mechanical?polishing，cmp)是達成晶圓表面整體平坦化的最佳方法，尤其在半導體制作工藝進入亞微米(sub-micron)領域后，cmp已成為一項不可或缺的制作工藝技術。其中，membrane是指吸附膜，主要是通過控制氣壓來達到吸取晶圓以及給晶圓表面施加一定壓力的目的，從而通過控制壓力來調整晶圓表面研磨速率。

4、然而在拋光過程中，由于吸附膜在邊緣受到氣囊壓力及夾持部件的雙重作用，邊緣的拋光均勻性往往比中間區域差，這就造成了晶圓邊緣區域加工器件的性能差異。一般來說，cmp邊緣區域可控面積越大，則晶圓內可實際生產器件的有效面積越大。因此，改善cmp邊緣區域研磨效率是提升晶圓良率的一項重要工作。

5、目前，晶圓邊緣研磨速率慢主要反映在晶圓邊緣的去除量少。改善晶圓邊緣研磨速率可以解決cmp后出現殘留物的問題，提高晶圓的利用率，進而達到良率的提升。cn107052984a公開了一種化學機械平坦化工藝中晶圓邊緣區域平整度優化方法，其步驟為：使用膜厚測量儀測量晶圓的表面形貌，計算并對比邊緣區域及中心區域的膜厚均值；在1#拋光盤上采用調整保持環的壓力及改變拋光盤與拋光頭之間的轉速差相結合的分步平坦化方式進行全局粗拋；在2#拋光盤上采用調整保持環壓力及改變拋光盤與拋光頭之間轉速差相結合的分步平坦化方式進行邊緣區域平整度改善精拋；在3#拋光盤上使用低壓等離子水沖洗晶圓表面。在1#、2#拋光盤上晶圓邊緣區域的改善策略為：根據晶圓邊緣膜厚與中心膜厚值，調整保持環壓力并改變拋光盤與拋光頭之間轉速差。

6、但上述方法改善晶圓邊緣研磨率主要是靠調節化學機械研磨中保持環的壓力，但設備壓力參數調節的空間有限，存在規格上限，當向保持環施加很大的壓力，晶圓邊緣研磨率仍然很低時，再通過調節壓力很難進行，同時保持環施加的壓力過大時，還會加速研磨墊與保持環的磨損。

7、綜上所述，提供一種新型的提高晶圓邊緣研磨率的方法，是本領域技術人員亟需解決的問題。

技術實現思路

1、針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種用于改善晶圓邊緣研磨率的方法，通過調整吸附膜邊緣的硬度，并控制吸附膜其他區域的硬度保持不變，結合調控邊緣調整的比例，無需改變研磨參數，在不影響晶圓中心研磨率的情況下，提高了晶圓邊緣的研磨率，進而提升晶圓良率，具有良好的工業應用前景。

2、為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

3、本發明提供了一種用于改善晶圓邊緣研磨率的方法，所述方法包括：

4、采用化學機械研磨設備對晶圓進行研磨，并將吸附膜邊緣的硬度降低1-4sha，吸附膜其他區域的硬度保持不變；

5、所述吸附膜邊緣的寬度與吸附膜的半徑之比為(0.04-0.07):1，例如可以是0.042:1、0.045:1、0.046:1、0.048:1、0.05:1、0.052:1、0.055:1、0.056:1、0.058:1、0.06:1、0.062:1、0.065:1、0.066:1或0.068:1等，但不限于所列舉的數值，該范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

6、本發明中，將吸附膜邊緣的硬度降低1-4sha，例如可以是1.2sha、1.5sha、1.6sha、1.8sha、2sha、2.2sha、2.5sha、2.6sha、2.8sha、3sha、3.2sha、3.5sha、3.6sha或3.8sha等，但不限于所列舉的數值，該范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

7、本發明中，化學機械研磨作為晶圓表面平坦化的重要操作，其表面各部分研磨的均勻性需要得到保證，但根據晶圓及研磨設備的結構特性，晶圓邊緣區域的研磨程度往往會低于中心區域，因而需要提高晶圓邊緣的研磨率；本發明通過改變吸附膜的物性參數，調整吸附膜邊緣的硬度，并將硬度降低控制在1-4sha及吸附膜邊緣的寬度與吸附膜的半徑之比為(0.04-0.07):1范圍內，在施加壓力不變的條件下，即在不影響晶圓中心研磨率的情況下，來改善實際傳遞到晶圓邊緣區域的輸出壓力，無需改變研磨參數，也無需調整吸附膜的結構，即可達到改善晶圓邊緣研磨率的效果，進而避免研磨初期出現殘留物導致晶圓邊緣研磨率不穩定的問題，提高晶圓生產的良率。所述方法操作簡便，成本低，具有良好的工業應用前景。

8、值得說明的是，相比傳統的通過改進保持環及研磨頭施加壓力的方式，本發明的方式靈活性更強，不存在前者調節空間有限的問題，通過調整吸附膜邊緣的硬度，并控制吸附膜其他區域的硬度保持不變，結合調控邊緣調整的比例，從而改善實際傳遞到晶圓邊緣區域的輸出壓力，進而提高晶圓邊緣研磨率；其還能夠更好地適應晶圓邊緣的形狀變化，減少研磨過程中的局部壓力集中，從而提高晶圓邊緣區域的研磨均勻性；其在研磨過程中能夠更好地吸收和分散研磨壓力，減少壓力的波動，從而提高研磨過程的穩定性。

9、作為本發明優選的技術方案，將所述吸附膜邊緣的硬度降低2-3sha，例如可以是2.1sha、2.2sha、2.3sha、2.4sha、2.5sha、2.6sha、2.7sha、2.8sha或2.9sha等，但不限于所列舉的數值，該范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

10、作為本發明優選的技術方案，所述吸附膜邊緣的硬度為37-39.5sha，例如可以是37.2sha、37.5sha、37.6sha、37.8sha、38sha、38.2sha、38.5sha、38.6sha、38.8sha、39sha、39.2sha或39.4sha等，但不限于所列舉的數值，該范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

11、優選地，所述吸附膜其他區域的硬度＞40sha，例如可以是40.2sha、40.5sha、40.6sha、40.8sha、41sha、41.2sha、41.5sha、41.6sha、41.8sha、42sha或43sha等，但不限于所列舉的數值，該范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

12、本發明中，在未進行吸附膜硬度調整前，整個吸附膜的硬度是統一的，但因其邊緣硬度相對較高，不利于輸出壓力的傳遞，導致晶圓邊緣的研磨率較低，進而出現殘留物留存的問題，導致晶圓的良率下降；因此通過調節吸附膜邊緣的硬度大小來改善實際傳遞到晶圓邊緣區域的輸出壓力，在基本不影響晶圓中心研磨率的情況下，提高晶圓邊緣的研磨率。

13、作為本發明優選的技術方案，所述吸附膜邊緣的寬度與所述吸附膜的半徑之比為(0.04-0.05):1，例如可以是0.041:1、0.042:1、0.043:1、0.044:1、0.045:1、0.046:1、0.047:1、0.048:1或0.049:1等，但不限于所列舉的數值，該范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

14、作為本發明優選的技術方案，所述吸附膜的厚度為0.65-0.85mm，例如可以是0.66mm、0.68mm、0.7mm、0.72mm、0.74mm、0.75mm、0.76mm、0.78mm、0.8mm、0.82mm或0.84mm等，但不限于所列舉的數值，該范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

15、優選地，所述吸附膜的材質包括硅膠。

16、作為本發明優選的技術方案，所述吸附膜的制備方法包括：將硅膠原料置于模具中，進行加壓成型制得。

17、優選地，所述加壓成型時，控制模具邊緣的溫度小于模具其他區域的溫度，且二者的差值為5-10℃，例如可以是5.5℃、6℃、6.5℃、7℃、7.5℃、8℃、8.5℃、9℃或9.5℃等，但不限于所列舉的數值，該范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

18、本發明中，在吸附膜壓模成型過程中，通過降低吸附膜邊緣的溫度，有效降低吸附膜邊緣的硬度。

19、作為本發明優選的技術方案，所述化學機械研磨設備自上而下依次設置有研磨頭、研磨墊和研磨臺；所述研磨頭的結構部件包括吸附膜和保持環，所述晶圓位于吸附膜和研磨墊之間；所述保持環用于固定晶圓。

20、本發明中，化學機械研磨設備采用現有技術常規使用的設備即可，無需調整吸附膜的結構。

21、優選地，所述研磨時，所述研磨頭帶動晶圓轉動，所述研磨臺帶動研磨墊轉動。

22、作為本發明優選的技術方案，所述研磨時，研磨頭對晶圓施加的壓力為3-4psi，例如可以是3.1psi、3.2psi、3.3psi、3.4psi、3.5psi、3.6psi、3.7psi、3.8psi或3.9psi等，對保持環施加的壓力為5-6psi，例如可以是5.1psi、5.2psi、5.3psi、5.4psi、5.5psi、5.6psi、5.7psi、5.8psi或5.9psi等，但不限于所列舉的數值，該范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

23、作為本發明優選的技術方案，所述研磨時，研磨頭的轉速為85-90r/min，例如可以是86r/min、87r/min、88r/min或89r/min等，研磨墊的轉速為90-95r/min，例如可以是91r/min、92r/min、93r/min或94r/min等，但不限于所列舉的數值，該范圍內其它未列舉的數值同樣適用。

24、本發明中，不需要改變研磨設備的參數設置，通過調控吸附膜邊緣的硬度，即可達到改善晶圓邊緣研磨率的效果。

25、作為本發明優選的技術方案，所述方法包括：

26、采用化學機械研磨設備對晶圓進行研磨，并將吸附膜邊緣的硬度降低1-4sha，吸附膜其他區域的硬度保持不變；

27、所述吸附膜邊緣的硬度為37-39.5sha；所述吸附膜其他區域的硬度大于吸附膜邊緣的硬度；所述吸附膜邊緣的寬度與吸附膜的半徑之比為(0.04-0.07):1；所述吸附膜的厚度為0.65-0.85mm；所述吸附膜的材質包括硅膠；所述吸附膜的制備方法包括：將硅膠原料置于模具中，進行加壓成型制得；所述加壓成型時，控制模具邊緣的溫度小于模具其他區域的溫度，且二者的差值為5-10℃；

28、所述化學機械研磨設備自上而下依次設置有研磨頭、研磨墊和研磨臺；所述研磨頭的結構部件包括吸附膜和保持環，所述晶圓位于吸附膜和研磨墊之間；所述保持環用于固定晶圓；

29、所述研磨時，所述研磨頭帶動晶圓轉動，所述研磨臺帶動研磨墊轉動；所述研磨時，研磨頭對晶圓施加的壓力為3-4psi，對保持環施加的壓力為5-6psi；所述研磨時，研磨頭的轉速為85-90r/min，研磨墊的轉速為90-95r/min。

30、相對于現有技術，本發明具有以下有益效果：

31、本發明提供的方法通過改變吸附膜的物性參數，通過調整吸附膜邊緣的硬度，并控制吸附膜其他區域的硬度保持不變，結合調控邊緣調整的比例，在施加壓力不變的條件下，來改善實際傳遞到晶圓邊緣區域的輸出壓力，無需改變研磨參數，也無需調整吸附膜的結構，即可達到改善晶圓邊緣研磨率的效果，使晶圓邊緣的研磨效果可提升14％以上，同時避免研磨初期出現殘留物導致晶圓邊緣研磨率不穩定的問題，提高晶圓生產的良率。所述方法操作簡便，成本低，具有良好的工業應用前景。