本公开实施例涉及一种半导体制造方法，特别涉及一种研磨晶圆的方法。
背景技术：
化学机械研磨(chemicalmechanicalpolishing，cmp)技术被使用以制造半导体集成电路。在化学机械研磨期间，通过在施加力以将晶圆按压在研磨垫上的同时，使晶圆靠着研磨垫旋转，使包括用于形成集成电路的材料的晶圆被面向下研磨。
技术实现要素：
本公开实施例提供一种研磨晶圆的方法，包括：使用第一化学物质氧化晶圆上的材料层的第一部分，以产生氧化层；进行第一冲洗以去除第一化学物质；以及在进行第一冲洗的操作之后，进行机械研磨制程以去除氧化层。
本公开实施例提供一种研磨晶圆的方法，包括：使用第一化学物质进行化学反应，以改变晶圆上的材料层的第一部分的性质；进行第一冲洗以去除第一化学物质，且延缓化学反应；以及在进行第一冲洗的操作之后，进行机械研磨制程以去除材料层的第一部分。
本公开实施例提供一种研磨晶圆的方法，包括进行机械研磨制程，以去除晶圆上的材料层的第一部分，包括：对晶圆或研磨垫的至少一者施加包括数个磨料粒子的研磨浆，各磨料粒子具有30纳米或较小的尺寸；以及通过研磨垫对着晶圆施加0.5磅每平方英寸或较小的压力。
附图说明
根据以下的详细说明并配合附图做完整公开。应被强调的是，根据本产业的一般作业，图示并未必按照比例绘制。事实上，可能任意的放大或缩小元件的尺寸，以做清楚的说明。
图1a示出根据一些实施例的晶圆的剖面图。
图1b示出根据一些实施例的在晶圆之上进行的氧化制程。
图1c示出根据一些实施例的晶圆的剖面图。
图1d示出根据一些实施例的在晶圆之上进行的冲洗。
图1e示出根据一些实施例的晶圆的剖面图。
图1f示出根据一些实施例的在晶圆之上进行的机械研磨。
图1g示出根据一些实施例的晶圆的剖面图。
图1h示出根据一些实施例的在晶圆之上进行的冲洗。
图1i示出根据一些实施例的晶圆的剖面图。
图2a示出根据一些实施例的在晶圆之上进行的氧化制程。
图2b示出根据一些实施例的晶圆的剖面图。
图2c示出根据一些实施例的在晶圆之上进行的冲洗。
图2d示出根据一些实施例的晶圆的剖面图。
图2e示出根据一些实施例的在晶圆之上进行的机械研磨。
图2f示出根据一些实施例的晶圆的剖面图。
图2g示出根据一些实施例的在晶圆之上进行的冲洗。
图2h示出根据一些实施例的晶圆的剖面图。
图3示出根据一些实施例的被机械性地研磨的晶圆。
图4示出根据一些实施例的晶圆承载座。
其中，附图标记说明如下：
100、300研磨设备
101基板
102、312半导体晶圆
104、302转盘
106、316晶圆承载座
108修整器臂
110、304研磨垫
112、308研磨浆分配设备
114材料分配设备
116第一化学物质
118材料层
120氧化层
122冲洗设备
124冲洗材料
126、128、208、212、306旋转
130、214压力
132、310研磨浆
134、216去除
136第二冲洗材料
202第二化学物质
206第三冲洗材料
210第二研磨浆
218第四冲洗材料
314载体膜
320力
404锁定结构
406平台
408由上而下的视图
410、412侧视图
414唇台
具体实施方式
以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例以实施本公开的不同特征。以下的公开内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。当然，这些特定的范例并非用以限定。例如，若是本公开书叙述了一第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，亦可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与第二特征可能未直接接触的实施例。另外，以下公开书不同范例可能重复使用相同的参考符号及/或标记。这些重复是为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。
此外，与空间相关用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，是为了便于描述图示中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中示出的方位外，这些空间相关用词意欲包含使用中或操作中的装置的不同方位。装置可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，则在此使用的空间相关词也可依此相同解释。
如本文所提供，在一些实施例中，研磨制程在包括晶粒(die)的半导体晶圆之上进行，且集成电路被形成在晶粒中；化学反应是用以软化被研磨的材料层的顶部表面，且时间上与机械研磨制程分开。在一些实施例中，分开化学反应与机械研磨制程减少了如若由被研磨的材料层、化学研磨浆、磨料粒子以及研磨垫之间交互作用所致的复杂性而导致的不确定性。
在一些实施例中，化学反应及机械研磨制程在机械研磨制程的参数被控制的同时叠代地重复，上述参数被控制以实现小于每研磨周期2纳米的材料或小于每分钟10纳米的材料的去除率，借此实现准原子层(quasiatomiclayer)的去除。在一些实施例中，被控制的机械研磨制程的参数包括被施加在晶圆及研磨垫之间的力、研磨浆的固体内容物(solidcontent)、包含在研磨浆之中的磨料的粒子尺寸等。举例来说，在一些实施例中，在机械研磨制程期间，约0.5磅每平方英寸(psi)或较小的压力通过研磨垫对着半导体晶圆而施加或通过半导体晶圆对着研磨垫而施加。在一些实施例中，包括约0.5重量百分比(wt％)或较小的固含量浓度(例如：磨料粒子)的研磨浆在机械研磨制程期间被使用。在一些实施例中，机械研磨制程使用包括磨料粒子的研磨浆，各磨料粒子具有约30纳米或较小的尺寸，或所述磨料粒子具有约30纳米或较小的平均尺寸。
图1a至图1i是根据一些实施例示出研磨制程期间半导体晶圆的研磨制程及半导体晶圆的剖面图。参照图1a，半导体晶圆102包括即将被研磨的材料层118。材料层118被设置在基板101上面。在被示出的实施例中，材料层118被直接地设置在基板101上。在其他实施例中，一或多个中介层被设置在基板101及材料层118之间。材料层118包括金属或其他适合于研磨的材料。在一些实施例中，材料层118包括二氧化硅(sio2)、氮化硅(sin)、多晶硅(poly-si)、铝(al)、钨(w)、氮化钛(tin)、钛(ti)、氮化钽(tan)、钽(ta)、铪氧化物(hfox)、锆氧化物(zrox)、铝锆氧化物(alzrox)、碳化钛铝(tialc)、钛铝(tial)、钴(co)、钌(ru)、非晶硅(a-si)、硅化镍(nisi)、硅化钴(cosi)、硅化钴镍(conisi)、铝氧化物(alox)、铱氧化物(irox)、铜(cu)、低介电系数介电质(low-kdielectric)、氮氧化硅(sion)、氮碳化硅(sicn)、无氮抗反射涂层(nitrogen-freeanti-reflectivecoating，nfarc)、氧碳化硅(sioc)、碳化硅(sic)、氧碳氮化硅(siocn)、或其他材料。
本文中所使用的低介电系数介电质是指具有低于约3.9的k值(介电系数)的介电质材料。一些低介电系数介电质材料具有低于约3.5的k值且可具有低于约2.5的k值。
在一些实施例中，在线型(line)化学机械研磨的前端期间，研磨制程被用于浅沟槽隔离(shallowtrenchisolation，sti)制造制程以研磨材料，例如：二氧化硅(sio2)、氮化硅(sin)、或其他适合的材料。在一些实施例中，在线型化学机械研磨的前端期间，研磨制程被用于多栅极(polygate)制造制程以研磨材料，例如：多晶硅(poly-si)、二氧化硅(sio2)、氮化硅(sin)、或其他适合的材料。在一些实施例中，在线型化学机械研磨的前端期间，研磨制程被用于层间介电质制造制程以研磨材料，例如：二氧化硅(sio2)、氮化硅(sin)、或其他适合的材料。在一些实施例中，在线型化学机械研磨之中端期间，研磨制程被用于金属闸制造制程以研磨材料，例如：铝(al)、钨(w)、氮化钛(tin)、钛(ti)、氮化钽(tan)、钽(ta)、氧化铪(hfo2)、锆氧化物(zrox)、铝锆氧化物(alzrox)、碳化钛铝(tialc)、钛铝(tial)、或其他适合的材料。在一些实施例中，在线型化学机械研磨之中端期间，研磨制程被用于金属栓塞制造制程以研磨材料，例如：钨(w)、钴(co)、钌(ru)、铝(al)、氮化钛(tin)、钛(ti)、氮化钽(tan)、钽(ta)、二氧化硅(sio2)、氮化硅(sin)、非晶硅(a-si)、锆氧化物(zrox)、硅化镍(nisi)、硅化钴(cosi)、硅化钴镍(conisi)、铝氧化物(alox)、铱氧化物(irox)、或其他适合的材料。在一些实施例中，在线型化学机械研磨之后端期间，研磨制程被用于铜(cu)线制造制程以研磨材料，例如：铜(cu)、钴(co)、钌(ru)、氮化钽(tan)、钽(ta)、二氧化硅(sio2)、低介电系数介电质、氮碳化硅(sicn)、无氮抗反射涂层(nfarc)、碳化硅(sic)、氧碳氮化硅(siocn)、氧碳化硅(sioc)、或其他适合的材料。
在一些实施例中，通过研磨设备100进行研磨制程。研磨设备100包括晶圆承载座106，配置以在研磨制程期间承载半导体晶圆102。图4是根据一些实施例示出晶圆承载座106的由上而下的视图(top-downview)408以及侧视图410、412。在一些实施例中，晶圆承载座106包括平台406以及一或多个锁定结构404，半导体晶圆102被放置在平台406之上，锁定结构404被用以将半导体晶圆102靠着平台406保持定位，使得半导体晶圆102在研磨制程期间不会在晶圆承载座106之中移动或滑动。在一些实施例中，锁定结构404可在锁定位置及解锁位置之间旋转，在锁定位置期间，锁定结构404的唇台(lips)414覆盖于半导体晶圆102之上，而在解锁位置期间，锁定结构404的唇台414没有覆盖于半导体晶圆102之上。举例来说，在描绘锁定位置中的锁定结构404的侧视图412中，唇台414覆盖于半导体晶圆102之上。在描绘解锁位置中的锁定结构404的侧视图410中，唇台414延伸入纸面或出纸面。
再回到图1b，在一些实施例中，研磨设备100包括配置以在研磨制程期间旋转的转盘104，例如：在研磨制程的化学反应部分期间施加化学物质的期间、或在研磨制程的随后的机械研磨部分期间。在一些实施例中，研磨设备100包括配置以在半导体晶圆102上分配第一化学物质116的材料分配设备114，例如：在研磨制程的化学反应部分期间。在一些实施例中，研磨设备100包括配置以在半导体晶圆102上分配研磨浆材料的研磨浆分配设备112，例如：在研磨制程的机械研磨部分期间。在一些实施例中，研磨设备100包括可附接研磨垫110的修整器臂108，用于相对半导体晶圆102移动研磨垫110。在一些实施例中，修整器臂108是配置以在研磨制程期间将研磨垫110靠着半导体晶圆102旋转，例如：在随后的机械研磨制程期间。
在一些实施例中(例如在示出的实施例中)，研磨垫110是小于半导体晶圆102。举例来说，研磨垫110的直径可小于半导体晶圆102的直径。在一些实施例中，研磨垫110的直径是被选择以小于半导体晶圆102之中的单一晶粒。如此一来，举例来说，研磨垫可仅研磨部分晶圆或部分晶粒，以微调研磨且改善晶粒之中及晶圆之中的均一性及形貌(topography)。在其他实施例中，研磨垫110是至少与半导体晶圆102一样大。举例来说，研磨垫110可具有一直径，此直径大于或相等于半导体晶圆102的直径。
虽然图1b示出研磨垫110是在半导体晶圆102、晶圆承载座106以及转盘104上方或覆盖(overlie)于其上，但在一些实施例中，修整器臂108及研磨垫110是设置在半导体晶圆102、晶圆承载座106以及转盘104下方，使得研磨垫110的进行研磨的表面面向上且半导体晶圆102的被研磨的表面面向下，如之后根据一些实施例配合图3所示出及描述。此外，在一些实施例中，取代或除了在半导体晶圆102上分配第一化学物质116之外，材料分配设备114是配置以在研磨垫110上分配第一化学物质116。在一些实施例中，取代或附加于在半导体晶圆102上分配研磨浆材料，研磨浆分配设备112是配置以在研磨垫110上分配研磨浆材料。
研磨设备100的操作将配合图1b至图1i以及图2a至图2h而被进一步地详述。
参照图1b，根据一些实施例，使用第一化学物质116进行化学反应以改变半导体晶圆102上材料层118的第一部分(例如：材料层118的上方部分)的性质。在一些实施例中，材料分配设备114分配第一化学物质116至材料层118的第一部分之上以氧化第一部分，此氧化作用相当于化学反应。在一些实施例中，在转盘104旋转以相对材料分配设备114旋转半导体晶圆102的同时，材料分配设备114分配第一化学物质116。在一些实施例中，在转盘104静止的同时，材料分配设备114分配第一化学物质116，使得在分配第一化学物质116的同时，半导体晶圆102的位置相对材料分配设备114固定。作为氧化作用的结果，氧化层120从材料层118的第一部分被产生在半导体晶圆102上，如图1c所描绘。
在一些实施例中，氧化层120比材料层118更软。在一些实施例中，氧化层120的软度使研磨制程可以产生更光滑的晶圆表面。在一些实施例中，第一化学物质包括过氧化氢、另一氧化试剂、或其他适合软化或改变材料层118的第一部分的性质的材料中的至少一种。在一些实施例中，化学反应没有被进行，例如在材料层118已经包括氧化材料的情况下。在一些实施例中，即使在材料层118包括氧化材料的情况下，化学反应仍在材料层118之上进行以增加材料层118部分之中的氧浓度或软化材料层118的部分。因此，在一些实施例中，第一化学反应导致材料层118的第一部分具有氧的第一浓度，且材料层118的第二部分具有氧的第二浓度(与第一浓度不同)。在一些实施例中，第一部分覆盖第二部分，且第一浓度大于第二浓度。
参照图1d，根据一些实施例，第一冲洗在第一化学反应之后进行，例如：在材料层118上面产生氧化层120的氧化作用进行之后。在一些实施例中，进行第一冲洗以去除用以进行第一化学反应的第一化学物质116。在一些实施例中，进行第一冲洗以延缓第一化学反应。在一些实施例中，研磨设备100包括配置以在半导体晶圆102上分配冲洗材料124的冲洗设备122，以进行第一冲洗。在一些实施例中，在转盘104旋转以相对冲洗设备122旋转半导体晶圆102的同时，冲洗设备122分配冲洗材料124。在一些实施例中，在转盘104静止的同时，冲洗设备122分配冲洗材料124，使得在分配冲洗材料124的同时，半导体晶圆102的位置相对冲洗设备122固定。
在一些实施例中，冲洗材料124包括去离子水或其他将去除第一化学物质且延缓第一化学反应的材料。在一些实施例中，在随后的机械研磨之前，第一冲洗去除剩余的氧化剂。图1e为半导体晶圆102在进行第一冲洗之后的侧视图。
因为第一冲洗在进行第一化学反应之后延缓第一化学反应，化学反应与在第一冲洗之后发生的机械研磨制程被分开。将第一化学反应及机械研磨分开减轻了如若由被研磨的材料层118、化学研磨浆、磨料粒子以及研磨垫110之间交互作用所致的复杂性而导致的不确定性。
参照图1f，根据一些实施例，在第一化学反应之后及进行第一冲洗以延缓第一化学反应之后，进行机械研磨制程。在一些实施例中，进行机械研磨制程以去除134材料层118的部分，例如氧化层120的顶部部分，如图1g所示出。在一些实施例中，在机械研磨制程期间，修整器臂108被操作以移动研磨垫110以与半导体晶圆102接触。在一些实施例中，修整器臂108对使研磨垫110靠着半导体晶圆102的表面(例如：氧化层120的顶部表面)旋转128。在一些实施例中，修整器臂108被控制以通过研磨垫110对着半导体晶圆102施加约0.5磅每平方英寸或较小的压力130(例如：向下力)。在一些实施例中，转盘104被控制以对着研磨垫110施加约0.5磅每平方英寸或较小的压力130(例如：向上力)。在一些实施例中，在机械研磨制程期间，转盘104被操作以使半导体晶圆102靠着研磨垫110旋转126。
研磨垫110可为与半导体晶圆102相同的尺寸、小于半导体晶圆102、或大于半导体晶圆102。在一些实施例中，如果研磨垫110小于半导体晶圆102，研磨制程可被用以研磨少于半导体晶圆102的全部的晶粒。如此一来，在一些实施例中，研磨制程可被用以重做/补救单一不良晶粒或多个不良晶粒，而不研磨半导体晶圆102的所有晶粒，或可被用以在研磨制程期间调整晶圆的部分的拓扑形状(topology)。在一些实施例中，研磨垫110具有约1微米或更小的表面平坦度。在一些实施例中，相对较硬的研磨垫110被用以帮助控制研磨垫表面温度。在一些实施例中，研磨垫110具有约15萧氏d型硬度(shored)及约65萧氏d型硬度之间的硬度。
在机械研磨制程期间，研磨浆分配设备112是配置以分配研磨浆132在半导体晶圆102或研磨垫110至少之一上。研磨浆132被用以协助机械研磨制程以去除134材料层118的部分(例如：氧化层120的顶部部分)，以暴露在材料层118的第一部分之下的材料层118的第二部分。在一些实施例中，研磨浆132包括约0.5重量百分比(wt％)或较小的固含量浓度(concentrationofsolidcontent)。在一些实施例中，固体内容物包括磨料粒子。在一些实施例中，每一磨料粒子具有约30纳米或较小的尺寸。在一些实施例中，磨料粒子的平均尺寸为约30纳米或较小。在一些实施例中，磨料粒子包括二氧化硅(sio2)、二氧化铈(ceo2)、氧化铝(al2o3)、二氧化钛(tio2)、二氧化锆(zro2)、聚合物粒子、表面改质(surface-modified)磨料(例如：被二氧化硅(sio2)包覆的二氧化钛(tio2)核心、被二氧化硅(sio2)包覆的聚合物核心)等至少之一。在一些实施例中，低固含量浓度减少半导体晶圆102、化学研磨浆、磨料粒子以及研磨垫110之间的交互作用，以改善表面平滑度。
在一些实施例中，研磨浆132包括界面活性剂(surfactant)，例如协助去除134材料层118的部分的离子化或去离子界面活性剂，以例如协助从氧化层120去除金属氧化物。在一些实施例中，界面活性剂包括阴离子界面活性剂，例如：磺琥珀酸钠二辛酯(dioctylsodiumsulfosuccinate，doss)、全氟辛烷磺酸(perfluorooctanesulfonate，pfos)、直链烷基苯磺酸盐、十二烷基聚氧乙醚硫酸钠、木质磺酸盐、硬脂酸钠、或其他组成。在一些实施例中，界面活性剂包括非离子界面活性剂，例如：辛基酚聚氧乙烯醚(polyoxyethyleneglycoloctylphenolether)、烷基酚聚氧乙烯醚(polyoxyethyleneglycolalkylphenolether)、或其他组成。在一些实施例中，研磨浆132的剩余的组成包括水、去离子水、或其他材料。
在一些实施例中，在机械研磨制程期间施加冷却液，以在机械研磨制程期间协助控制半导体晶圆102或研磨垫110至少其一的温度。在一些实施例中，冷却液被施加于背对半导体晶圆102的材料层118的研磨垫110的表面，例如：背对氧化层120的研磨垫110的顶部表面。在一些实施例中，冷却液被施加于与半导体晶圆102的材料层118完全地(diametrically)相对的半导体晶圆102的表面，例如：背对研磨垫110的半导体晶圆102的底部表面。
参照图1h，根据一些实施例，第二冲洗在机械研磨制程之后进行。在一些实施例中，冲洗设备122通过在半导体晶圆102上分配第二冲洗材料136而进行第二冲洗，第二冲洗去除研磨浆132以及被机械研磨制程去除的材料，例如：从氧化层120去除的金属氧化物。在一些实施例中，在转盘104旋转以相对冲洗设备122旋转半导体晶圆102的同时，冲洗设备122分配第二冲洗材料136。在一些实施例中，在转盘104静止的同时，冲洗设备122分配第二冲洗材料136，使得在分配第二冲洗材料136的同时，半导体晶圆102的位置相对冲洗设备122固定。
在一些实施例中，第二冲洗材料136包括去离子水或其他适合的材料。在一些实施例中，第二冲洗材料136包括与在第一冲洗期间被使用的冲洗材料124相同的材料。在一些实施例中，第二冲洗材料136包括与在第一冲洗期间被使用的冲洗材料124不同的材料。图1i为半导体晶圆102在进行第二冲洗之后的侧视图。
虽然附图示出材料分配设备114、冲洗设备122以及研磨浆分配设备112为相异的机械元件，但在一些实施例中，材料分配设备114、冲洗设备122、或研磨浆分配设备112的至少其二为相同的机械元件。在此实施例中，可配置一设备以在第一时间间隔期间分配第一化学物质116(例如：在研磨制程的化学反应部分期间)、在第二时间间隔期间分配研磨浆材料(例如：在研磨制程的机械研磨部分期间)、且在其他时间间隔期间设置冲洗材料124及第二冲洗材料136(例如：在研磨制程的冲洗部分期间)。
图2a至图2h示出进行第二研磨周期以去除材料层118的第二部分，例如：氧化层120的第二部分。在一些实施例中，可通过研磨制程进行任何数量的研磨周期。参照图2b，通过材料分配设备114使用第二化学物质202进行第二化学反应，以改变半导体晶圆102上材料层118的第二部分的性质。在一些实施例中，进行第二化学反应以氧化材料层118的第二部分，以产生图2b中描绘的氧化层120。第二化学物质202包括与第一化学物质116相同的物质或不同的物质，第一化学物质116先前在第一研磨周期期间被用以形成氧化层120，如图1c所描绘。在一些实施例中，在转盘104旋转以相对材料分配设备114旋转半导体晶圆102的同时，材料分配设备114分配第二化学物质202。在一些实施例中，在转盘104静止的同时，材料分配设备114分配第二化学物质202，使得在分配第二化学物质202的同时，半导体晶圆102的位置相对材料分配设备114固定。
参照图2c，根据一些实施例，第三冲洗在进行第二化学反应(例如：氧化作用)之后进行。在一些实施例中，进行第三冲洗以去除被用以进行第二化学反应的第二化学物质202。在一些实施例中，进行第三冲洗以延缓第二化学反应。在一些实施例中，冲洗设备122是配置以在半导体晶圆102上分配第三冲洗材料206，以进行第三冲洗。在一些实施例中，在转盘104旋转以相对冲洗设备122旋转半导体晶圆102的同时，冲洗设备122分配第三冲洗材料206。在一些实施例中，在转盘104静止的同时，冲洗设备122分配第三冲洗材料206，使得在分配第三冲洗材料206的同时，半导体晶圆102的位置相对冲洗设备122固定。
第三冲洗材料206包括去离子水或其他将去除第二化学物质202且延缓第二化学反应的材料。在一些实施例中，在随后的机械研磨之前，第三冲洗去除剩余的氧化剂。第三冲洗材料206是与被第一冲洗使用的冲洗材料124或被第二冲洗使用的第二冲洗材料136的至少其一相同的材料或不同的材料。图2d为半导体晶圆102在进行第三冲洗之后的侧视图。
参照图2e，根据一些实施例，在第二化学反应之后及进行第三冲洗以延缓第二化学反应之后，进行第二机械研磨制程。在一些实施例中，进行第二机械研磨制程以去除216材料层118的第二部分(例如：氧化层120的顶部部分)，如图2f所示。在一些实施例中，在第二机械研磨制程期间，修整器臂108被操作以移动研磨垫110而与半导体晶圆102接触。在一些实施例中，修整器臂108使研磨垫110靠着半导体晶圆102的表面(例如：氧化层120的顶部表面)旋转212。在一些实施例中，修整器臂108被控制以通过研磨垫110对着半导体晶圆102施加约0.5磅每平方英寸或较小的压力214(例如：向下力)。在一些实施例中，转盘104被控制以对着研磨垫110施加约0.5磅每平方英寸或较小的压力130(例如：向上力)。在一些实施例中，转盘104被操作以在第二机械研磨制程期间使半导体晶圆102靠着研磨垫110旋转208。
在第二机械研磨制程期间，研磨浆分配设备112被控制以分配第二研磨浆210在半导体晶圆102或研磨垫110至少其一上。第二研磨浆210被使用以协助第二机械研磨制程去除216材料层118的第二部分(例如：氧化层120的部分)，以暴露材料层118的第二部分之下的材料层118的第三部分。第二研磨浆210包括与研磨浆132相同的固含量浓度或不同的固含量浓度，研磨浆132被图1f所描绘的机械研磨制程使用。第二研磨浆210包括与研磨浆132中的磨料粒子相同尺寸或不同尺寸的磨料粒子，研磨浆132被图1f所描绘的机械研磨制程使用。第二研磨浆210包括具有与研磨浆132相同的材料或不同的材料的固体内容物(例如：磨料粒子)，研磨浆132被图1f所描绘的机械研磨制程使用。在一些实施例中，第二研磨浆120包括协助去除材料层118的第二部分的界面活性剂(例如：离子化或去离子界面活性剂)。
参照图2g，根据一些实施例，第四冲洗在第二机械研磨制程之后进行。在一些实施例中，冲洗设备122通过在半导体晶圆102上分配第四冲洗材料218而进行第四冲洗，第四冲洗去除第二研磨浆210以及被第二机械研磨制程去除的材料层118的材料，例如：从氧化层120去除的金属氧化物。在一些实施例中，在转盘104旋转以相对冲洗设备122旋转半导体晶圆102的同时，冲洗设备122分配第四冲洗材料218。在一些实施例中，在转盘104静止的同时，冲洗设备122分配第四冲洗材料218，使得在分配第四冲洗材料218的同时，半导体晶圆102的位置相对冲洗设备122固定。
在一些实施例中，第四冲洗材料218包括去离子水或其他适合的材料。第四冲洗材料218包括与被第一冲洗使用的冲洗材料124、被第二冲洗使用的第二冲洗材料136、或被第三冲洗使用的第三冲洗材料206的至少其一相同的材料或不同的材料。图2h为半导体晶圆102在进行第四冲洗之后的侧视图。
参照图3，研磨设备300使用本文描述的研磨技术以半导体晶圆312面向下的方式靠着研磨垫304研磨。在一些实施例中，研磨设备300包括可在研磨制程期间(例如：在研磨制程的化学反应部分或机械研磨部分期间)旋转306的转盘302(平台)。在一些实施例中，研磨垫304附接至转盘302，因此转盘302使研磨垫304靠着半导体晶圆312的表面旋转。在一些实施例中，半导体晶圆312通过载体膜314附接至晶圆承载座316。在一些实施例中，在机械研磨制程期间，约0.5磅每平方英寸或较小的压力的力320通过晶圆承载座316朝向研磨垫304被施加至半导体晶圆312。在一些实施例中，在机械研磨制程期间，约0.5磅每平方英寸或较小的压力的力通过转盘302朝向半导体晶圆312施加到研磨垫304上。在机械研磨制程期间，研磨浆分配设备308施加研磨浆310至研磨垫304。
在一些实施例中，一种研磨晶圆的方法包括使用第一化学物质氧化晶圆上的材料层的第一部分，以产生氧化层。进行第一冲洗以去除第一化学物质。在进行第一冲洗的操作之后，进行机械研磨制程以去除氧化层。
在一些实施例中，进行机械研磨制程的操作包括暴露材料层的在氧化层之下的第二部分；研磨晶圆的方法包括使用第二化学物质氧化材料层的第二部分，以产生第二氧化层；研磨晶圆的方法还包括在进行机械研磨制程的操作与氧化材料层的第二部分的操作之间进行第二冲洗；第一化学物质及第二化学物质具有相同的材料组成。在一些实施例中，进行机械研磨制程的操作包括通过研磨垫对着晶圆施加0.5磅每平方英寸(psi)或较小的压力。在一些实施例中，进行机械研磨制程的操作包括对晶圆或研磨垫的至少一者施加研磨浆，研磨浆包括数个磨料粒子，且各磨料粒子具有30纳米(nm)或较小的尺寸。研磨浆包括一界面活性剂；进行机械研磨制程的操作包括对晶圆或研磨垫的至少一者施加研磨浆，研磨浆包括0.5重量百分比(wt％)或较小的固含量浓度。在一些实施例中，进行机械研磨制程包括于至少晶圆或研磨垫之一施加研磨浆，研磨浆包括0.5重量百分比(wt％)或较小的固含量浓度。在一些实施例中，第一化学物质包括过氧化氢。
在一些实施例中，一种研磨晶圆的方法包括使用第一化学物质进行化学反应，以改变晶圆上的材料层的第一部分的性质。进行第一冲洗以去除第一化学物质，且延缓化学反应。在进行第一冲洗的操作之后，进行机械研磨制程以去除材料层的第一部分。
在一些实施例中，进行机械研磨制程的操作包括对与材料层完全地相对的晶圆的表面或背对材料层的研磨垫的表面的至少一者施加冷却液；晶圆包括数个晶粒；进行机械研磨制程的操作包括在少于全部的晶粒之上进行机械研磨制程；进行机械研磨制程的操作包括对晶圆施加研磨浆；进行机械研磨制程的操作包括对晶圆或研磨垫的至少一者施加包括数个磨料粒子的研磨浆，各磨料粒子具有30纳米(nm)或较小的尺寸，其中磨料粒子占研磨浆的0.5或较小的重量百分比(wt％)；进行机械研磨制程的操作包括暴露材料层的在第一部分之下的第二部分；研磨晶圆的方法包括使用第二化学物质进行第二化学反应，以改变材料层的第二部分的性质。在一些实施例中，在进行机械研磨制程的操作与进行第二化学反应以改变材料层的第二部分的性质的操作之间进行第二冲洗；第一化学物质及第二化学物质具有相同的材料组成。
在一些实施例中，一种研磨晶圆的方法包括进行机械研磨制程，以去除晶圆上的材料层的第一部分。在机械研磨制程期间，对晶圆或研磨垫的至少一者施加包括数个磨料粒子的研磨浆，各磨料粒子具有30纳米或较小的尺寸。在机械研磨制程期间，通过研磨垫对着晶圆施加0.5磅每平方英寸或较小的压力。
在一些实施例中，研磨浆的总固含量为研磨浆的0.5或较小的重量百分比(wt％)，研磨浆包含磨料粒子。
前述内文概述了许多实施例的特征，使本技术领域中技术人员可以从各个方面更佳地了解本公开。本技术领域中技术人员应可理解，且可轻易地以本公开为基础来设计或修饰其他制程及结构，并以此达到相同的目的及/或达到与在此介绍的实施例等相同的优点。本技术领域中技术人员也应了解这些相等的结构并未背离本公开的发明精神与范围。在不背离本公开的发明精神与范围的前提下，可对本公开进行各种改变、置换或修改。
本文提供各种实施例的操作。一些或所有被描述的操作的顺序不应被解释为暗示这些操作一定为依循顺序的。可理解替代的顺序具有本说明书的益处。进一步地，应被了解的是，并非所有操作一定会出现在本文提供的各个实施例中。还有，可被了解的是，并非所有操作皆为必要的。
可理解的是，本文所描述的层、特征、元件等以相对于彼此的特定尺寸示出，例如结构尺寸或方位，举例来说，在一或多个实施例中，为了简化及易于了解的目的，其实际尺寸基本上不同于本文所示出。此外，存在各种用以形成本文所提及的层特征、元件等的技术，举例来说，例如蚀刻技术、植入(implanting)技术、掺杂(doping)技术、旋涂(spin-on)技术、溅镀(sputtering)技术(例如：磁控管(magnetron)或离子束溅镀)、生长技术(例如：热生长)或是沉积技术(例如：化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)、物理气相沉积(physicalvapordeposition，pvd)、等离子体增强化学气相沉积(plasmaenhancedchemicalvapordeposition，pecvd)、或原子层沉积(atomiclayerdeposition，ald))。
此外，本文使用“实施例(exemplary)”代表做为一实例(example)、例子(instance)、例证(illustration)等，且不一定为有益的。在本应用中使用“或(or)”意指代表包容性的“或”而不是排他性的“或”。此外，本应用以及附加的权利要求中使用的“一(a)”或“一(an)”被视为代表“一或多个”，除非另外指明或前后文已清楚指示为单数形式。还有，至少一a及b及/或其类似一般代表a或b或a和b两者。此外，在使用“包括(includes)”、“具有(having)”、“具有(has)”、“具有(with)”、或其变化的情形之下，这样的用语意指与用语“包括(comprising)”类似的包容性。还有，除非另外指明，“第一”、“第二”或类似的用语并非用来暗示时间概念、空间概念、顺序等。反而，这些用词仅用以做为特征、元件、项目等的辨识符号、名称等。举例来说，第一元件和第二元件一般对应至元件a和元件b或两个不同或两个雷同的(identical)元件或相同的元件。
还有，虽然本公开已以一或多个实施例显示及描述，其他所属技术领域中技术人员可基于阅读或了解本说明书及所附的附图进行相当的替代或修饰。本发明包括所有这类的修饰及替代且仅受限于以下权利要求。特别考虑到上述元件(例如：元件、资源等)所表现的各种功能，除非特别说明，描述这种元件的用语是用来对应至表现所述元件的特定功能的任何元件(例如：功能相当)，即使在结构上并未相当于所公开的结构。此外，虽本公开的特定特征已以数个实施例之一公开，当受预期或对任何给定或特定的发明有利时，这种特征可与其他实施例的一或多个其他特征结合。
1.一种研磨晶圆的方法，包括：
使用一第一化学物质氧化一晶圆上的一材料层的一第一部分，以产生一氧化层；
进行一第一冲洗以去除该第一化学物质；以及
在进行该第一冲洗的操作之后，进行一机械研磨制程以去除该氧化层。
2.如权利要求1所述的研磨晶圆的方法，其中：
进行该机械研磨制程包括暴露该材料层在该氧化层之下的一第二部分；以及
该研磨晶圆的方法还包括使用一第二化学物质氧化该材料层的该第二部分，以产生一第二氧化层。
3.如权利要求2所述的研磨晶圆的方法，还包括：
在进行该机械研磨制程的操作与氧化该材料层的该第二部分的操作之间进行一第二冲洗。
4.如权利要求1所述的研磨晶圆的方法，其中，进行该机械研磨制程的操作包括对该晶圆或一研磨垫的至少一者施加一研磨浆，该研磨浆包括0.5重量百分比或较小的固含量浓度。
5.一种研磨晶圆的方法，包括：
使用一第一化学物质进行一化学反应，以改变一晶圆上的一材料层的一第一部分的一性质；
进行一第一冲洗以去除该第一化学物质，且延缓该化学反应；以及
在进行该第一冲洗的操作之后，进行一机械研磨制程以去除该材料层的该第一部分。
6.如权利要求5所述的研磨晶圆的方法，其中，进行该机械研磨制程的操作包括对与该材料层完全地相对的该晶圆的一表面或背对该材料层的一研磨垫的一表面的至少一者施加一冷却液。
7.如权利要求5所述的研磨晶圆的方法，其中，进行该机械研磨制程的操作包括对该晶圆或一研磨垫的至少一者施加包括多个磨料粒子的一研磨浆，各所述磨料粒子具有30纳米或较小的尺寸，其中所述磨料粒子占该研磨浆的0.5或较小的重量百分比。
8.如权利要求5所述的研磨晶圆的方法，其中：
进行该机械研磨制程的操作包括暴露该材料层在该第一部分之下的一第二部分；以及
该研磨晶圆的方法包括使用一第二化学物质进行一第二化学反应，以改变该材料层的该第二部分的一性质。
9.如权利要求8所述的研磨晶圆的方法，还包括：
在进行该机械研磨制程的操作与进行该第二化学反应以改变该材料层的该第二部分的该性质的操作之间进行一第二冲洗。
10.一种研磨晶圆的方法，包括：
进行一机械研磨制程，以去除一晶圆上的一材料层的一第一部分，包括：
对该晶圆或一研磨垫的至少一者施加包括多个磨料粒子的一研磨浆，各所述磨料粒子具有30纳米或较小的尺寸；以及
通过该研磨垫对着该晶圆施加0.5磅每平方英寸或较小的压力。
技术总结