CN100533674C - 化学机械抛光的方法与研磨液及半导体器件及其制造方法 - Google Patents

化学机械抛光的方法与研磨液及半导体器件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了采用CMP法在一衬底上制备银或银合金膜及膜图案的方法、研磨液的配方以及抛光机制。此方法与研磨液能使银或银合金膜具有高平坦化，低不平整度，高反射率与低缺陷性。

Description

化学机械抛光的方法与研磨液及半导体器件及其制造方法
技术领域
本发明是关于抛光含有银(Ag)或银合金薄膜的系统、方法和研磨液。
技术背景
在半导体衬底上制备集成电路时涉及多层互联结构，层与层之间依次叠加，每层也需要多道光刻工序。现今超大规模集成器件，集成密度正在不断增加，设计规范已达到亚微米级，各种精密加工技术也在不断研究发展。如在衬底(通常是采用沉积一层绝缘层)的选定区域内制备图案，随后掺入杂质(离子注入)、进行氧化作用、制备沟槽以及嵌入导电金属等工序。在制备集成电路结构时，每一金属层需要采用一绝缘层如氧化物层专门用来与另一金属层隔离。由于电路单元不断微型化，要求多重金属层互联具备最佳的导电性能。因此为了提高金属层的质量，避免缺陷，其下层表面应该非常平坦。
为了符合目前最佳器件以及未来几代新器件的性能标准，导线必须具有更好的导电性能与更好的平坦性。目前许多集成电路器件中的集成电路广泛采用铝合金。铜因有更好的导电性，优良的抗电迁移能力，如微处理机等高性能器件的线路材料如今正被广泛应用。由于银的导电性超过了铜和铝，将来高速器件的线路材料可能选用银。和铜一样，在制备所需的含银结构时，也需要用到CMP抛光。
如上所述，为了满足更大规模集成的需要，各种器件都需要更多的金属层与介电层，此时衬底的表面形貌要能达到亚微光刻的阱深要求。如美国6,663,472号专利所揭示的化学机械抛光(CMP)法是一种能够使抛光材料如半导体衬底与精密光学构件达到高平坦度与高均匀度的方法。这种方法最初是用来使半导体硅片平坦，也用在制备亚微电路时，消除衬底上留下的不平整外形。在衬底进一步加工如采用光刻和蚀刻制造集成电路结构时，平面上任何厚度的差异会增加满足高分辨率容错要求的难度，而满足要求对于在衬底上获得高良率的有功能的芯片是必要的。
CMP一般用于层间绝缘膜的平坦化和浅沟槽隔离，因为它能使外露层面完全平坦，减少暴光技术的负担，并能使成品良率稳定。CMP法另一种应用是在一介电层中镶嵌金属(有时也称作大马士革法)，此时CMP是一种图案形成法。在上述图案形成过程中，首先是将蚀刻介电层形成槽沟，其次是沉淀一层金属层，最后用CMP法将多余的金属清除，使金属层与介电层表面共一平面。
常用的化学机械抛光(CMP)工艺是支撑并固定衬底以对准旋转中的抛光垫，抛光垫上分布有研磨液，同时对旋转中的抛光垫加一压力。抛光用研磨液的pH值控制着化学反应，如在制作衬底绝缘层时化学物质的氧化作用。抛光垫是专门用非纤维状聚氨酯或一种以聚酯为基底的材料制成的。一般抛光垫的硬度大约在50～70肖氏硬度之间。市场上可买到的半导体用抛光垫是用一种机织的聚氨酯材料制成的。将含有研磨材料的研磨液分布在抛光垫上可调节抛光垫的抛光特性，以提高衬底的抛光与平坦化。
CMP抛光作用是借助于研磨液的，它含有细小的研磨颗粒，如胶体二氧化硅或氧化铝，通过它们的研磨作用可以清除被抛光表面上的部分物质。此外，研磨液还可能含有与加工表面发生反应的化学物质，以帮助清除一部分表面物质。研磨液处在晶片表面与抛光垫之间。在抛光或平坦化加工时晶片被压在旋转的抛光垫上，此外，晶片也可以在抛光表面上旋转和来回摆动，以增进抛光效果。
如美国第6,638,328号专利中所述的，典型的CMP抛光研磨液含有的研磨材料如二氧化硅或氧化铝是悬浮在一种具有氧化作用的水性媒介之中。在现有技术中，有各种不同机制表明金属表面可以用研磨液抛光。在使用一种研磨液抛光金属表面而未能形成表面膜层时，可先采用机械方法清除金属颗粒以继续加工。在采用这种方法时，化学溶蚀速度必须缓慢，以避免发生湿蚀刻。然而还有一种较好的机制是通过金属与研磨液中一种或多种组分如银的络合剂和/或氧化剂进行反应形成一层薄的、软的、易磨除的膜层，然后以机械作用以可控制的方法将此薄的可磨除层清除。一旦机械抛光过程停止，仍会有一层钝化膜留在表面使湿蚀刻过程得到控制。当一种CMP研磨液采用此种机制抛光时，控制化学机械抛光方法便容易多了。
在CMP方法中所用的研磨液有多种类型，常见的研磨颗粒包括二氧化硅、氧化铝、二氧化铈、二氧化钛和二氧化锆。
发明内容
总之，本发明已经揭示了应用在集成电路、成象技术以及其它器件中的银互连与镜面图案的制备方法、系统与研磨液。
用于集成电路如成像技术以及其它器件中，银互连与镜面图形的制备方法，系统与研磨液已经揭示如下。与其它任何自然界中的金属相比，银具有最高的导电性与反射率；根据它的原子量，银还具有非常好的抗电子迁移(EM)性能。以上几种性质使银成为制备集成电路的理想选择，它可用于各种集成电路芯片(各种CPU与逻辑芯片，特定用途集成电路芯片，记忆芯片如：动态随机存取存储器、静态存储器、电可擦除只读存储器和闪存记忆及其它)，银还可用于某些特殊器件，如微型机电系统大容量光存储器硅基液晶显示芯片(LCOS)与DLP。
根据制造目的，现在此介绍两种银或银合金的化学机械抛光法，一种是银或银合金薄膜的减厚与平坦化，另一种是银或银合金薄膜层的表面精细加工。
在体现第一目的的技术方案中，可利用下列参数来实现。
研磨速率：不低于2000埃/分钟
向下压力：不少于3磅/平方英寸
抛光桌面旋转速率：不低于50转/分钟
抛光头转速：不低于50转/分钟
研磨液流速：从100到500毫升/分钟，最好是150毫升/分钟
抛光垫的刮整：抛光的同时和/或抛光前和/或抛光后。
抛光垫：IC 1000或IC 1010或其它聚氨脂材料或硬垫。
在体现第二目的另一种技术方案中，方法特征如下：
研磨速率：不超过1000埃/分钟
向下压力：不超过3磅/平方英寸
抛光桌面旋转速率：不超过50转/分钟
抛光头转速：不超过50转/分钟
研磨液流速：从100到500毫升/分钟而150毫升/分钟最佳。
抛光垫的刮整：抛光的同时和/或抛光前和/或抛光后
抛光垫：polytex抛光垫或其它软抛光垫
粗糙度：(抛光后)等于或低于5埃
反射率：94％以上(在可见光范围内)
凹陷(dishing)：少于400埃
腐蚀(erosion)：少于1000埃
缺陷数：少于1000
银膜耗损量：少于1000埃
此系统提供了一种用CMP法进行银的表面精细加工方法以及获得镜面的高度反射性与平坦化所用的研磨液成份。
上述两种方法所用研磨液包括以下一种或几种成份或它们的组合：研磨颗粒、银蚀刻剂、表面活性剂、银络合剂、阻蚀剂、缓冲剂与催化剂。
本发明揭示了研磨系统中5种银或银合金CMP机制，它们是(1)氧化—软化—抛光机制，(2)蚀刻—钝化一抛光机制，(3)钝化—抛光—蚀刻机制，(4)自钝化—蚀刻机制，与(5)表面活性剂钝化机制。实际的机制可能是由它们的任何一个或它们的任何组合方式来完成。
通过优化研磨液的成份和CMP制程，银或银合金CMP法能够用在未来几代的新IC器件的集成电路制造中。上述两种方法或它们两者的结合能够获得以下一项或多项用途和效益。
由于金属银具有高导电性与高反射率的性能，它在目前和将来IC领域、电子与成像器件等方面的应用很重要，也很有前途，例如用于后段互连或成像芯片技术中的镜面等。
这里所揭示的CMP制程和各种研磨液可用于获得半导体器件上银的图案、银或银合金镜面的高反射率、快器件速度等。在相同的固体含量时，这里所说各种研磨液要比常用的胶体研磨颗粒的研磨率效果更好，而且还保留了常用胶体研磨液的低缺陷生成特性。
CMP法所能获得的结果包括生产一种比以前更薄的银或银合金层和生产一种金属银或银合金其表面与介电层表面形成共平面，得到的银或银合金膜具有高反射率表面、低腐蚀和凹陷、降低缺陷率、精确的厚度和结构。在一实施例中，所能获得的结果包括晶片粗糙度(在抛光后)等于或低于5埃，镜面反射率(在可见光范围内)超过94％，晶片缺陷数少于1000，表面凹陷(dishing)小于400埃，腐蚀(erosion)小于1000A，银或银合金耗损量小于1000埃。
本发明中的银CMP研磨液能高速或精细地抛光一表面而不会产生缺陷，而且这种CMP研磨不会沾污被抛光的表面。再者这种CMP的研磨液、系统和方法揭示了提高衬底抛光表面平滑度的办法。
从本发明推荐的实施例中的详细说明可以更好地理解本发明的一些具体方案、情况和优点，现结合下面附图作进一步说明。
附图说明
阅读以下实施例并结合附图的详细说明，可以更加充分理解本发明。
图1A-1H为晶片抛光过程示意图以及由图1A所形成的结构示意图。
图2A-2C为采用单层大马士革法抛光上面有银膜的晶片时，晶片的剖面示意图。
图3A-3C为采用双层大马士革法抛光上面有银膜的晶片时，晶片的剖面示意图。
图4A-4C为采用介电材料填入法抛光上面有银膜的晶片时，晶片的剖面示意图。
具体实施方式
本发明是采用化学机械抛光工具使半导体衬底上的银或银合金膜平坦化并形成精加工表面，现用一些较佳实施例及附图来加以详细说明。为了说明的便利，前后附图中所标出的同一个标号是指相同的部分。
图1A为一个半导体的制造过程示意图，而图1B-1H则为图1A中制成的相应典型结构示意图。图1A过程为在晶片表面上制成一银层或银膜(10)；并对上面有银层或银膜的晶片进行抛光(20)。
在一实施例中，在晶片表面上制成银膜包括制成介电层及将其图案化(12)；在介电层上沉积阻挡层(14)；和在阻挡层上沉积银膜(16)。
有银膜的晶片的抛光过程包括将含银表面放在抛光垫上(22)；在抛光垫上施加抛光用研磨液(24)；将晶片与抛光垫同时旋转并加压(26)，随后晶片上的残余物可被清除。
系统包括银膜的制备与将有银膜的晶片进行抛光。这种银膜可用纯金属银或银合金制成。由于纯银是一种软金属，容易受到缺陷影响如刮痕，因而可用银合金来硬化金属镜面，从而减少或避免缺陷问题，而且还可以提高银膜的抗电迁移能力。银合金可以由两种或多种金属制成，如与铜、铝、镁、钛、铂、钯、镍或其它任何金属制成银合金。合金成份中所含杂质为0.1％～5％。但为了保持银的高度反射率性能，金属银或银合金中其它金属或杂质应少于1％。
研磨液中所含的研磨颗粒可为SiO2、Al2O3、CaCO3、ZrO2、CeO2、TiO2、Si3N、AlN、TiN、SiC、Al(OH)3、聚合物(如聚乙烯或聚四氟乙烯)，无机物或有机物或者这些成分的组合。研磨颗粒是根据钝化膜的硬度与研磨液的pH值来选择的。因为银是一种软金属，基本上要选用较软的颗粒，如聚乙烯或聚四氟乙烯。由于软颗粒的等电点与溶液的pH值不同，因而可以减少缺陷的产生，例如刮痕。而为了获得较快的研磨速率且对于较硬较厚的钝化层而言，可选用较硬的颗粒，如SiO2、Al2O3或ZrO2。
要使这些颗粒分散形成均质溶液，可在溶液中加入表面活性剂及/或表面活性助剂。表面活性剂及助剂可以从离子型、非离子型、大分子型等各种不同表面活性剂中选择，其中以非离子型大分子表面活性剂较好，因为它不会受溶液pH值改变的影响。非离子型大分子表面活性剂包括聚乙烯醇，聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，丙烯酸与丙烯酸酯共聚物，丙烯酸与羟丙基丙烯酸酯的共聚物，顺丁烯二酸与丙烯酸的共聚物，丙烯酸与羟丙基丙烯酸酯三元共聚物，经共聚作用改性的聚乙烯醇，甲基丙烯酸醇酯与链烷醇胺共聚物，顺丁烯二酸与苯乙烯的共聚物，聚氧乙烯单甲基共聚物，经羧酸处理过的聚乙烯醇，乙二醇与多胺共聚物的衍生物，特定共聚物分散剂，羟丙基丙烯酸酯以及任何其它单体如异丁烯、环氧丙烷、2-羟乙醛、甲基丙烯酸酯、顺丁烯二酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、苯乙烯、乙烯吡啶酮等的共聚物，还不限于上述这些成份。
至于银络合剂，由于银是一种软的胶性金属，银离子对化学或物理因素很敏感，许多化学或物理因素如杂质，S2-和铜都与Ag+反应生成Ag或其他沉淀化合物，这些反应生成物会留下大量抛光残余物，还会玷污抛光垫，并会使晶片生产过程不稳定，容易产生缺陷。为了避免这种情况发生，要采用银络合剂，银络合剂可以从NH4 +、X(X＝Cl-，Br-，I-)、乙二胺四乙酸(EDTA)、环已二胺四乙酸(CyDTA)、二乙三胺五乙酸(DTPA)、乙二胺四丙酸(EDTP)、乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA)、乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)、氮川三乙酸(NTA)、四亚乙基五胺、三亚乙基四胺以及其它成份中选用。
化学机械研磨(CMP)系统可以采用固定的研磨液供料系统，也可采用计算机控制研磨液供料系统。计算机控制研磨液流速系统可以判定研磨液的最佳流速、研磨液喷嘴与抛光头之间的最佳距离，藉以得到CMP法研磨速率的最大值。研磨液流速系统可控制研磨液在抛光垫上分布的流速以及研磨液喷嘴与抛光头的最佳距离，藉以使抛光垫上研磨液的流动达到最佳状态。为了保持CMP过程中的工艺参数，必须控制抛光垫与抛光头的旋转速度，抛光头上的压力，与抛光头下晶片上的压力。在一实施例中，调整系统采用一电流检测仪以检测CMP系统中驱动桌面从而旋转带动电动机的电流。此系统可改变研磨液的流速与研磨液喷嘴的位置，因可改变喷嘴与抛光头之间的距离，直到电流减少到最小值。
在一实施例中，晶片的抛光过程包括在半导体衬底上制成介电层，在介电层上制备图案，采用阻挡材料沉积于沟道与通道，再用金属银或银合金填入沟道与通道。然后对银或银合金膜进行CMP。
介电层的材料可以从高密度等离子体氧化硅(HDP)，等离子体增强四乙基氧化硅玻璃(PETEOS)，富硅氧化硅玻璃(SRO)，硼磷硅玻璃(BPSG)，氟化硅玻璃(FSG)，低介电常数材料与其它任何氧化物与介电材料中选择，而介电层的制备可以采用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、旋涂或其它任何适当方法。介电层图案可用干式蚀法或湿蚀法制成。金属银或银合金上的膜可采用电镀法、化学镀层法、CVD、PVD或其它方法制备。
对银或银合金所采用CMP法：将晶片上的银或银合金表面放在抛光垫上，在抛光垫上施以CMP研磨液，分别以特定速率旋转晶片与抛光垫，与此同时，以特定的下压力将晶片压向抛光垫。在抛光同时或抛光以后，清除抛光垫上的残余物。此外还可以使用有效的清洗液清洗晶片以清除掉抛光残余物，以保持抛光后的晶片的洁净。
被抛光的材料可以为银或银合金、阻挡层与介电层。而且根据生产过程中具体情况的不同，银与银合金、阻挡层与介电层之间可能有相同或不同的抛光速率。CMP过程中所用的各种研磨液可含有研磨颗粒，表面活性剂，氧化剂，络合剂，阻蚀剂，缓冲剂与催化剂。
在一实施例中，化学机械研磨(CMP)过程采用下列参数：CMP抛光头下压力不小于3磅/平方英寸；桌面转速不低于50转/分钟；抛光头转速不低于50转/分钟；研磨液流速在100～500毫升/分钟之间，最好是150毫升/分钟。银或银合金的抛光速率不低于2000埃/分钟。CMP垫可以从IC1000、IC1010或聚氨酯或硬垫中选择。在进一步的较佳实施例中，下压力2psi、桌面(300mm直径)转速54rpm、抛光头转速60rpm、抛光浆料流速200ml/min。在另一实施例中，含银或银合金表面层的抛光过程是将含银或银合金表面安放在抛光垫上；旋转含银或银合金的表面与抛光垫，并且加压；与此同时，在抛光垫上施加CMP研磨液(例如该研磨液较佳地包括5.0wt％的聚四氟乙烯颗粒、0.1wt％PAA、0.1wt％BTA、0.5wt％乙二胺四乙酸和余量为水，pH为4.25，pH调节剂是乙二胺四乙酸和盐酸)；在抛光过程的同时和/或之后，清除抛光余物以保持抛光垫的洁净。
含银或银合金表面薄膜可以存在于半导体衬底、介电材料衬底、玻璃衬底或其它任何衬底上。可以用银合金来替代银以克服纯银硬度小的缺点。银合金可以用两种或两种以上的元素制成，如银可以与铜、铝、镁、钛、铂、钯、镍或任何其它元素制成合金。含银或银合金表面可能是整个的银或银合金表面，也可能是部份含银或银合金表面，如银或银合金与介电层表面共一平面。银合金中杂质的含量可以在0.1％～5％之间。由于在应用中需要银的高反射率性能，其它金属含量应不大于1％。
介电层可以用HDP、PETEOS、SRO、BPSG、FSG、低介电常数材料或任何其他氧化物与介电材料制成。制备方法可以采用CVD、PVD、旋涂或其它适当方法。
含银或银合金薄膜表面可以采用大马士革或双重大马士革法制成。大马士革法或双重大马士革法包括在衬底上制成一介电层；在介电层上制备图案；用阻挡材料沉积于沟道与通道表面；然后将金属银或银合金填入沟道和通道；再加以抛光或蚀刻或抛光与蚀刻相结合，这样含银或银合金薄膜的表面就制成了。
另一种制造含银或银合金表面的方法是介电材料填入法，该方法包括在衬底上制成银或银合金层；在银或银合金层上制成图案；作为一种选择，可用阻挡材料沉积于沟道与通道表面；再填入介电材料；然后采用蚀刻或CMP法或两者结合，就制成了含银或银合金的薄膜或表面，它与介电层形成同一平面。制造同样的银或银合金薄膜或表面还可以采用其它方法，例如可以用浮除法(lift off)制造银薄膜。
在上述集成化方法中有一典型CMP过程：CMP抛光头下压力不超过3磅/平方英寸；桌面转速不超过50转/分钟；抛光头转速不超过50转/分钟；研磨液流速为100～500毫升/分钟，以150毫升/分钟为好；银或银合金抛光速率不超过1000埃/分钟；抛光垫可用polytex垫或其它软垫，在抛光前或抛光的同时抛光垫需要加以刮整。
抛光银或银合金的研磨液中含有研磨颗粒，蚀刻剂，表面活性剂，络合剂，抑制剂与缓冲剂。研磨液的抛光机制可能是：氧化—软化—抛光机制，蚀刻—钝化—抛光机制，钝化—抛光—蚀刻机制，自钝化—蚀刻机制与表面活性剂抑制机制，或者是这些机制的结合。研磨颗粒可以从下列材料中选择，但不限于下列材料，如SiO2、Al2O3、CaCO3、ZrO2、CeO2、TiO2、Si3N4、AlN、TiN、SiC、Al(OH)3、MgO、聚合物(如聚乙烯或聚四氟乙烯)、无机或有机材料或这些材料的组合。研磨颗粒是根据钝化层的硬度与研磨液的pH值来选择的，因为银膜较软，基本上是选择较软颗粒如聚乙烯或聚四氯乙烯，且使溶液的pH值与其等电点不同，这样可以减少研磨时缺陷的产生。如果需要研磨较硬又厚的钝化层且要求较高的研磨速率，可以用稍硬的颗粒如SiO2、Al2O3或CeO2。
溶液中若不含硝酸或络合物(氨、氰化物等)，而银有很强的抗腐蚀能力，因此各种研磨液的pH值可以在-2～16之间。在氧化—软化—抛光机制中，pH值以6～16较好；而在蚀刻—钝化—抛光机制，钝化—抛光—蚀刻机制中pH值以-2～8较好；自钝化—蚀刻机制中pH值为5～10较好；表面活性剂抑制机制中pH值全部范围都可采用，但以pH8～11较好。
表面活性剂可以从以下材料中选用，如聚乙烯醇，聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，丙烯酸与丙烯酸酯共聚物，丙烯酸与羟丙基丙烯酸酯的共聚物，顺丁烯二酸与丙烯酸的共聚物，丙烯酸与羟丙基丙烯酸酯三元共聚物，经共聚作用改性的聚乙烯醇，甲基丙烯酸醇酯与链烷醇胺共聚物，顺丁烯二酸与苯乙烯的共聚物，聚氧乙烯单甲基共聚物，经羧酸处理过的聚乙烯醇，乙二醇与多胺共聚物的衍生物，特定共聚物分散剂，羟丙基丙烯酸酯以及任何其它单体如异丁烯、环氧丙烷、2-羟乙醛、甲基丙烯酸酯、顺丁烯二酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、苯乙烯、乙烯吡啶酮等的共聚物，但不限于上述这些成份。
络合剂可以从以下材料中选用，但也不局限于这些材料：NH4 +、X(X＝Cl-，Br-，I-)、EDTA、CyDTA、DTPA、EDTP、EGTA、HEDTA、NTA、四亚乙基五胺、三亚乙基四胺或它们的组合。缓冲剂可以是有机化合物如乙二胺、乙二酸，或无机化合物如HNO3、NH3H2O。抑制剂可以是有机表面活性剂，或是含N或S或O或P或Zn等元素或者是含π键的化合物，如1，2，3-苯并三唑，茚，苯并噻吩，吲哚，异吲哚，3-氮茚，[2，3-d]-υ-三唑，1-吡唑，1，2-苯并异恶唑，吲唑，异吲唑，苯并咪唑，苯并异二唑，1，2，3，7-四氮茚，1-吡唑并[b]吡嗪，三唑并吡嗪，嗯呢，苯并呋喃，嘌呤或它们的组合。
蚀刻剂可从下列成份中选择，但并不为局限于这些成份，如HNO3、HX(X＝Cl，Br，I)、HXO3(X＝Cl，Br，I)、I-+I2、Cl-+Cl2、Br-+Br2、AgNO3或它们的组合。
氧化剂可以是H2O2，S2O6 2-或S2O8 2-的盐，KIO3，KMnO4，KNO3，HNO3，溴酸盐，溴，丁二烯，氯酸盐，氯酸，氯，亚氯酸盐，铬酸盐，铬酸，重铬酸盐，氟，卤盐，卤族元素，次氯酸盐，一氧化二氮，氧化物，氧，二氟化氧，臭氧，过氧乙酸，过硼酸盐，过卤酸盐，重碳酸盐，高氯酸盐，高氯酸，高水合物，过氧化物，过硫酸盐，高锰酸盐，硼酸钠，硫酸或它们的组合。
下面讨论以上过程中的各种CMP法的具体实施例。图2A-2C为采用大马士革法制备银膜图案的过程示意图。晶片或衬底的材料可从下列材料中选择：HDP，PETEOS，TEOS，SRO，BPSG，FSG，低介电常数材料，以及任何氧化物与介电材料。一般是用干法蚀刻制备沟道图案102，但湿法蚀刻法也同样可以采用。在衬底上制备介电层100并适当地蚀刻。介电层100在蚀刻以后银沉积以前，制备一阻挡层(图中未显示)以防止银的扩散。其次采用一些适当方法包括电镀、无电镀、化学镀、CVD、PVD或其它方法，沉积成银层104。然后进行抛光工序以清除介电层表面上的银或银合金，这就提供了一个平坦的表面适合于半导体加工。抛光工序可采CMP法，其包括在抛光垫上安放表面，在抛光垫上施加抛光研磨液，并将晶片与抛光垫同时旋转并加压，随后将晶片上的残余物清除。
图3A-3C为双重大马士革法示意图，其中采用CMP法将衬底上面的银层104或银薄膜移去，剩下银与衬底形成同一平面。作为一个例子CMP法制程范围如下：
抛光速率                  不低于2000埃/分钟
抛光头下压力              不小于3磅/平方英寸
桌面转速                  不低于50转/分钟
抛光头转速                不低于50转/分钟
研磨液流速                从100到500毫升/分钟，150毫升/分钟较好
抛光垫刮整                抛光同时和/或抛光后
抛光垫                    IC1000或1010或其它聚氨酯垫或其它硬垫。
在某些应用中，需要一种光滑、平坦、高反射率的表面。为了这些用途，图2C与图3C中的结构可能需要另外再加工，如银精细表面的精加工工序。图2C中的结构也可以通过图4A-4C所示的氧化物填入法来完成。这种用于表面精加工的银CMP法与前述银的CMP法有所不同，在前述的银CMP法中，研磨速率要大于2000埃/分钟，然而在此项CMP法中，目的是要提高银平面的反射率，平滑度与平坦化，银的磨除量并不是主要问题，因此研磨速率不用超过1000埃/分钟，在表面上只需磨除少量的银膜。此项CMP法有一些优点，一个优点是，这个方法可将凹陷和腐蚀减少到最低程度。由于银膜，银膜上的介电层，以及嵌在银膜中的介电层都是轻软、缓慢、少量地研磨，与采用快速、粗糙抛光的方法相比，可以提供更好的凹陷(dishing)与腐蚀(erosion)特性。其它的优点包括在银表面上增进了银膜表面的平坦度，提高了反射率，减少了缺陷率。
一个典型的银表面精细加工CMP方法的参数待征如下：
研磨速率               不超过1000埃/分钟
抛光头下压力           不超过3磅/平方英寸
桌面转速               不超过50转/分钟
抛光头转速             不超过50转/分钟
研磨液流速              100～500毫升/分钟，150毫升/分钟较好
抛光垫刮整              抛光同时和/或抛光后
抛光垫                  polytex垫或其它软垫
不平整度                (抛光后)5埃或5埃以下
反射率                  95％以上(可见光范围)
表面凹陷                少于400埃
腐蚀                    少于1000埃
缺陷数                  少于1000
银膜耗损量              少于1000埃
银CMP法可以采用以下机制：
a.氧化—软化—抛光机制
在此机制中，银膜很快被氧化成AgO或Ag2O或Ag2O2，并在银膜表面上形成一氧化作用层。银氧化剂可以是H2O2，S2O6 2-或S2O8 2-的盐，KIO3，KMnO4，KNO3，HNO3，溴酸盐，溴，丁二烯，氯酸盐，氯酸，氯，亚氯酸盐，铬酸盐，铬酸，重铬酸盐，氟，卤盐，卤族元素，次氯酸盐，一氧化二氮，氧化物，氧，二氟化氧，臭氧，过氧乙酸，过硼酸盐，过卤酸盐，重碳酸盐，高氯酸盐，高氯酸，高水合物，过氧化物，过硫酸盐，高锰酸盐，硼酸钠，硫酸，或它们的组合。氧化膜可能比金属银膜较软或较硬并有一定厚度。氧化膜将银膜与溶液隔离开，并与溶液直接接触。因此在氧化层与溶液之间的界面由于物理与化学因素如氢键、表面活性剂或超声波的作用力，与下层原子的连接将变得较为脆弱。采取一种抛光工序清除氧化层表面的弱连接部分，在抛光的同时银膜的氧化作用还在进行，在一定的化学环境中，表面上的弱连接功能也在进行。由于氧化层表面的弱连接部分较易磨除而其下部分相对不易被磨除，因而可获得银膜的研磨与平坦化。抛光工序参数与研磨颗粒的硬度、大小应根据氧化层的硬度、密度、厚度来选择。由于钝化层有密度较低、较软、较薄的特征，应该选择一套较为温和缓慢的加工参数，如低旋转速率、低下压力以及含有较软、较小研磨颗粒的研磨液。
在机制a中，研磨液例如可以包括：1wt％的聚四氟乙烯颗粒、0.05wt％聚乙烯亚胺、0.5wt％H2O2、余量为水，pH为11，pH调节剂是氨水。
b.蚀刻—钝化—抛光机制
此机制是首先将银膜溶解在溶液中，形成Ag+或其它形式的银离子。这可在研磨液中加入HNO3或其它化学物质而实现。但在溶液中还存在其它化学物质或离子，如Cl-，Br-，I-，CH3CHOO-，C6H5O8 3-，PO4 3-，C2O4 2-，S2-，C6H4(OH)COO-等。它们能与Ag+或其它形式的银离子起反应，结果生成银沉淀化合物如AgCl，AgI，AgBr，CH3COOAg，Ag3C6H5O8，Ag3PO4，Ag2C2O4，Ag2S，C6H4(OH)COOAg等。沉淀化合物沉积在银膜的表面上，形成一层钝化层，因而抑制了银在溶液中的继续溶解。然后，当表面在抛光时，沉淀化合物层被破坏，银膜的溶解可再进行。银膜经过重复地蚀刻，银离子沉淀与机械抛光等工序，产生一个系统平衡，实现了银膜的薄化与平坦化。
在机制b中，例如该研磨液包括：3wt％的聚四氟乙烯颗粒、0.03wt％丙烯酸与丙烯酸酯共聚物和苯并咪唑，0.8wt％氯化铵，余量为水，pH为3，pH调节剂是硝酸。
c.钝化—抛光—蚀刻机制
此机制主要也是通过上述三个步骤完成的。第一步是在银膜表面生成钝化层，钝化层可能是硬性的也可能是软性的。与(b)机制不同，钝化层不是来自沉淀而是直接在银膜表面生成，所以钝化层的性质与(b)机制形成的很不相同。银钝化剂可以从以下一类成份中选用：HCl，HBr，HI，CH3CHOOH，H3C6H5O8，H3PO4，H2C2O2，H2S，C6H4(OH)COOH及其它成份。当施以抛光工序后，钝化层被磨除，与此同时，溶液中的银蚀刻剂将起作用以降低银膜的厚度。银蚀刻剂可以是HNO3、AgNO3或其他化学物质。因此，也形成了与上述蚀刻—钝化—抛光机制相类似的钝化—抛光—蚀刻系统，银膜的薄化与平坦化得以完成。
在该机制c中，研磨液可包括：1wt％的氧化铝颗粒、0.08wt％聚乙烯亚胺、0.8％氯化铵、0.5wt％KNO3，余量为水，pH为3，pH调节剂是盐酸。
d.自钝化—蚀刻机制
众所周知，银的两种化学反应如下：
(1)Ag+HClO3→AgCl(沉淀)+AgClO3+3H2O
AgClO3+2NH3→Ag(NH3)2ClO3
AgCl+2NH3→Ag(NH3)2Cl
反应式(1)也适用于HBrO3和HIO3。
(2)Ag+HCl→AgCl(沉淀)；AgCl+HCl→AgCl3 2-+2H+
反应式(2)也适用于HBr和HI。
化学反应式(1)与(2)说明在溶液中同时存在蚀刻作用与钝化作用，当研磨液中NH3或X-(X＝Cl，Br，I)的量配制恰当，可以得到一个以钝化作用为主的反应，然后借助抛光过程，一个可控制的银膜平坦化与薄化过程可实现。
在该机制d中，该研磨液例如可以包括：1wt％的氧化铝颗粒、0.03wt％聚乙烯亚胺、0.8wt％氯化铵、余量为水，pH为7，pH调节剂是氨水。
e.表面活性剂抑制机制
在此机制中，与钝化层的作用一样，采用抑制剂以防止银膜的腐蚀，但在抛光过程中机械作用影响下，银膜表面将与溶液中的银蚀刻剂部分或完全接触，导致银表面蚀刻。此时，表面活性剂仍趋向于被吸附在银膜上，然后表面活性剂的吸附作用与被磨除作用之间达到平衡，结果也带来了一种银膜平坦化与薄化过程。
此机制中银蚀刻剂可以是以前各机制中所采用的任何成份。而抑制剂则可从以下一类化学物质中选择，如一些有机表面活性剂，或是含N或S或O或P或Zn等元素或者是含π键的化合物，如1，2，3-苯并三唑，茚，苯并噻吩，吲哚，异吲哚，3-氮茚，[2，3-d]-υ-三唑，1-吡唑，1，2-苯并异恶唑，吲唑，异吲唑，苯并咪唑，苯并异二唑，1，2，3，7-四氮茚，1-吡唑并[b]吡嗪，三唑并吡嗪，嗯呢，苯并呋喃，嘌呤或它们的组合。研磨液的pH值可以是在-2～16之间，因为当溶液中不含硝酸或络合物质(氨，氰化物等)时，银有很强的抗腐蚀性。因此，在机制a中，pH值以6～16较好；而在机制b与机制c中，pH值以-2～8较好；机制d中，pH值要在5～10之间较好；而机制e中，pH值全范围都可选用。
在该机制e中，该研磨液较佳地包括：1wt％的二氧化硅颗粒、0.006wt％PAA(聚丙烯酸)铵盐、0.1wt％BTA(苯并三唑)和余量为水，pH为3，pH调节剂是盐酸。
用本发明方法制得的半导体器件选自：CPU芯片、逻辑芯片、动态随机存取存储器、静态存储器、电可擦除只读存储器、闪存记忆、微型机电系统大容量光存储器硅基液晶显示芯片与DLP。
尽管本发明是通过以上实施例来说明的，但应当理解为本发明内容并不局限于所揭示的实施例。相反，本发明包括显然与本工艺各种技术有关的各种修改方案和类似调整。因此应根据最广义解释本发明从属权利要求范围，包括所有此类修改方案以及类似调整。

Claims (15)

1.一种用于化学机械抛光的研磨液，其包含：5.0wt％的聚四氟乙烯颗粒、0.1wt％的聚丙烯酸、0.1wt％的苯并三唑、0.5wt％乙二胺四乙酸和余量为水，pH为4.25。
2.一种用于化学机械抛光的研磨液，其包含：1wt％的聚四氟乙烯颗粒、0.05wt％的聚乙烯亚胺、0.5wt％H2O2、余量为水，pH为11。
3.一种用于化学机械抛光的研磨液，其包含：3wt％的聚四氟乙烯颗粒、0.03wt％丙烯酸与丙烯酸酯共聚物和苯并咪唑，0.8wt％氯化铵，余量为水，pH为3。
4.一种对含有银或银合金的表面进行化学机械抛光的方法，该方法采用权利要求1-3中任一项所述的研磨液。
5.如权利要求4所述的方法，所述化学机械抛光包括表面减厚和平坦化，采用了以下参数：CMP抛光头下压力至少是3磅/平方英寸，桌面转速至少50转/分钟，抛光头转速至少50转/分钟，研磨液流速在100～500毫升/分钟之间，银膜抛光速率至少2000埃/分钟。
6.如权利要求5所述的方法，其中采用的抛光垫为硬抛光垫。
7.如权利要求5所述的方法，其中采用的抛光垫为聚氨酯抛光垫。
8.如权利要求5所述的方法，其中采用的抛光垫为IC1000抛光垫，IC1010抛光垫。
9.如权利要求4所述的方法，所述化学机械抛光包括表面精细加工，所述表面精细加工采用了以下参数：CMP抛光头下压力不超过3磅/平方英寸；桌面转速不超过50转/分钟；抛光头转速不超过50转/分钟；研磨液流速100～500毫升/分钟；银膜抛光率不超过1000埃/分钟；抛光垫是polytex抛光垫或其它软抛光垫。
10.如权利要求9所述的方法，其中采用的抛光垫为一种软抛光垫抛光，其中该抛光垫的一种是polytex抛光垫。
11.一种制造半导体的方法，包括：
在半导体衬底上制造介电层，
在介电层上制备图案，
在介电层上沉积阻挡材料层，
在阻挡材料层上沉积银或银合金，
用如权利要求4所述的方法对银或银合金层进行化学机械抛光。
12.一种制造半导体的方法，包括：
在半导体衬底上制成银或银合金层，
在银或银合金层上制成图案，
在银或银合金图案层上填入介电材料，
用如权利要求4所述的方法对表面进行化学机械抛光。
13.如权利要求12所述的方法，还包括在填入介电材料之前在银或银合金图案层上沉积阻挡材料。
14.如权利要求12或13所述的方法，所述化学机械抛光与蚀刻法联用。
15.用权利要求11或12所述方法制得的半导体器件，所述半导体器件选自：CPU芯片、逻辑芯片、动态随机存取存储器、静态存储器、电可擦除只读存储器、闪存记忆、微型机电系统大容量光存储器硅基液晶显示芯片与DLP。
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