使用表面面积减少的抛光片使半导体晶片抛光和平坦化的系统和方法技术方案

一种用于使半导体晶片抛光的系统和方法包括：可变部分片－晶片重叠抛光机，其具有减少的表面面积；固定研磨抛光片；以及抛光机，其具有非研磨抛光片，用于与研磨浆料一起使用。该方法包括：首先使用可变部分片－晶片重叠抛光机和固定研磨抛光片来使晶片抛光，然后在分散研磨处理中使晶片抛光，直到达到期望的晶片厚度。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用化学机械平坦化技术进行半导体晶片的平坦化。更具体地说，本专利技术涉及一种用于使用可变部分片-晶片重叠技术并采用固定研磨和分散研磨抛光介质使半导体晶片平坦化的改进系统和方法。
技术介绍
半导体晶片通常采用多种复制的期望集成电路设计来制造，然后将进行分离并制成单个芯片。一种用于在半导体晶片上形成电路的常用技术是光刻法(photolithography)。光刻法处理的一部分需要专用照相机在晶片上聚焦，以便把电路的图像投影到晶片上。照相机在晶片表面聚焦的能力经常由于晶片表面的不一致性或不均匀性而受到不利影响。该敏感性由更小、更高度集成的电路设计的电流驱动器来增强，这些设计不会容许晶片上的具体模(die)内或多个模间的某些不均匀情况。由于晶片上的半导体电路通常采用分层结构，其中，在第一层生成电路的一部分，并且导电通路使该部分与下一层的电路的一部分连接，因而各层均可在晶片上附加或生成构形(topography)，该构形必须在生成下一层之前消除。化学机械平坦化(氧化物-CMP)技术用于使晶片各层平坦化和抛光。该CMP(金属-CMP)也广泛用于使模内金属插头和导线成形，同时从晶片表面消除多余金属，并使金属仅留在晶片上的要求的插头和沟道内。通常被称为晶片抛光机的可用CMP系统经常使用旋转晶片保持器，其对于最常规的旋转CMP机来说，该晶片保持器使晶片与在要进行平坦化的晶片表面的平面内旋转的抛光片接触。把包含微研磨剂和表面改良的化学物质的化学抛光剂或浆料施加给抛光片以使晶片抛光。然后，晶片保持器使晶片紧贴旋转抛光片并进行旋转，以使晶片抛光和平坦化。某些可用晶片抛光机使用轨道运动或线性皮带而不是旋转表面来载运抛光片。在所有情况下，经常使晶片表面完全由抛光片覆盖并与抛光片接触，以便同时使整个表面抛光。使整个表面同时抛光的一个缺点在于，即使晶片极平坦的开始CMP处理，晶片上的各种电路也可以具有对CMP处理的不同响应。这可能是由于沉积在晶片各部分上的材料的不同类型或者晶片的某一部位上的材料密度所致。由于不同的材料特性，整个表面的同时抛光使清除晶片的某些斑点的速度也经常比其他方式快。不均匀的清除会导致晶片某些区域的过度抛光。此外，在晶片形成中使用的各种材料处理对使晶片进行均匀CMP抛光提出了明确挑战。诸如铜双波纹处理那样的某些处理对在用于使晶片的整个表面同时抛光的抛光机中可能发生的过度抛光特别敏感。对直径较大的晶片进行处理的趋势由于需要较大表面面积的均匀性而给CMP处理增加了难度。采用使晶片整个表面由抛光片覆盖的传统CMP技术，较大直径的晶片显著增加对抛光片或晶片的装载分布要求，以避免晶片表面上的压力变化，这与采用较小直径的晶片实现的一样。有时，需要固定的研磨抛光片来执行抛光处理的某些具体阶段，然而，固定的研磨抛光片可需要比常规非研磨抛光片更大的压力，以便充分利用固定研磨材料的平坦化能力。因此，需要一种能解决这些问题的用于进行化学机械平坦化和抛光的方法和系统。附图说明图1是根据一优选实施例的半导体晶片抛光系统的侧剖视图；图2是适合于在图1的系统中使用的晶片载体组件的上平面图；图3是沿图2的线3-3所取的断面图；图4是适合于在图1的系统中使用的抛光片载体组件和工具变换器的分解断面图；图5A～5D示出了适合于在图1的系统中使用的片修整组件表面的不同实施例的上平面图；图6是示出在微处理器和图1的抛光机的各部件之间的通信线路的方框图；图7是示出图1的系统各部件的移动的上平面图；图8是示出设有图1的晶片抛光机的晶片处理系统的图；图9是根据一优选实施例在图1的抛光机中使用的固定研磨可旋转抛光片；图10是根据第二优选实施例在图1的抛光机中使用的固定研磨可旋转抛光片；图11是根据第三优选实施例在图1的抛光机中使用的固定研磨可旋转抛光片；图12是根据第四优选实施例在图1的抛光机中使用的固定研磨可旋转抛光片；图13是根据一优选实施例在图1的抛光机中与分散研磨剂一起使用的非研磨可旋转抛光片；图14是适合于在半导体晶片抛光中使用的线性皮带抛光机的透视图；以及图15示出了一种使用图1和图8的抛光机和抛光系统来处理半导体晶片的方法。具体实施例方式为了解决上述现有技术的缺陷，以下揭示了一种晶片抛光系统，该系统不仅可使抛光性能和灵活性得到提高，而且可避免过度抛光，并可协助改善诸如使用铜处理制造的晶片那样的在难以使分层平坦化的情况下制造的晶片的抛光均匀性。晶片抛光系统实施可变部分片-晶片重叠(VaPO)技术，也称为子孔径(sub-aperture)抛光技术，该技术保持晶片和抛光片之间的部分重叠轮廓，从而与完全重叠轮廓相比，可以在晶片和抛光片之间增加压力，并可使施加给片或晶片的力增加很小或不增加。并且，揭示了一种表面面积减少的抛光片，用于进一步增加施加给晶片的压力，并提高现有晶片抛光机系统在消除速率方面的灵活性。图1示出了晶片抛光机10的一优选实施例。该抛光机10包括晶片载体组件12，片载体组件14以及片修整组件16。优选的是，晶片载体组件12和片修整组件16安装在框架18内。晶片载体组件包括晶片头20，该晶片头20安装在以可旋转方式与电动机24连接的轴22上。在一优选实施例中，晶片头20被设计成保持刚性平面表面，当从片载体组件14接收抛光压力时，该刚性平面表面将不会挠曲或弯曲。优选的是，圆形支承物26，或者其他类型的支撑物沿着晶片头20的圆周设置在晶片头20和框架18的上表面28之间，以便为晶片头20提供附加支撑。或者，晶片载体组件20可以由具有充分强度的轴22构成，以避免任何偏转。以下将参照图2和图3，对晶片载体组件12的晶片头20作进一步说明。晶片头20优选地具有晶片接收区域30，用于在抛光过程中在固定位置接收和保持半导体晶片。晶片接收区域30可以是图3所示的凹陷的(recessed)区域，也可以是以晶片头20的旋转中心为中心的区域。用于在CMP处理过程中保持晶片和晶片头20之间接触的许多公知方法中的任何一种都可以实施。在优选实施例中，晶片头20的晶片接收区域30包括多个空气道(air passage)32，用于提供空气流，或者接收真空，这在保持晶片或使晶片与晶片头20松脱方面是有用的。多孔陶瓷或金属材料也可以用于允许把真空应用于晶片。可以采用用于使晶片保持成紧贴晶片载体，例如粘着剂、圆周定向的夹具、或者保持来自液体的表面张力的其他方法。一个或多个晶片提升轴34以可移动方式设置在晶片头内的凹陷位置和远离晶片头20的晶片接收区域30延伸的位置之间，以协助从诸如机器人那样的晶片输送机构装载或卸载晶片。各晶片提升轴均可以气动、液动、电动、磁动操作或者通过任何其他装置操作。在另一优选实施例中，晶片头20可以制造成不带任何晶片提升轴34，并且可以使用真空协助方法从晶片头装载或卸载晶片。再参照图1，片载体组件14包括抛光片36，其装设到片载体头38的片支撑表面40上。抛光片36可以是适合于使半导体晶片平坦化和抛光的许多公知抛光材料中的任何一种。抛光片可以是与研磨浆料一起使用的类型的片，例如，可从Rodel Corporation of Delaware获得的IC 1000片。或者，片可以采用不需要包含研磨剂的浆料的固定研磨材料构成。尽管抛光片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体晶片抛光机，包括：可旋转晶片载体，其具有晶片接收表面，用于以可松脱方式保留半导体晶片；可旋转抛光片，其包含抛光片材料，该抛光片材料沿着抛光片的圆周设置，并从抛光片的半径的一部分向内径向延伸，其中，该抛光片材料定义无抛光片材 料并相对于抛光片的直径是对称的中心区域；可旋转抛光片载体，其定向成与晶片接收表面大体平行，并构成为以可移动的使抛光片相对于半导体晶片设置在部分重叠位置，其中，抛光片的一部分与半导体晶片表面的一部分接触并紧贴该部分旋转；以及可旋转片修 整组件，其表面设置成与晶片载体上的半导体晶片的表面基本共面，其中可旋转片修整组件旋转并与抛光片接触。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰M博伊德，叶海亚尔戈特科斯，罗德基斯特勒，
申请(专利权)人：科林研发公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]