CN101577213A

CN101577213A - 化学机械研磨方法

Info

Publication number: CN101577213A
Application number: CNA2008101059346A
Authority: CN
Inventors: 李健; 刘俊良
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2008-05-05
Filing date: 2008-05-05
Publication date: 2009-11-11

Abstract

一种化学机械研磨方法，包括：以包含研磨微粒的研磨液执行化学机械研磨操作至研磨终点；以不包含研磨微粒的研磨液执行辅助化学机械研磨操作。可在经历所述化学机械研磨后执行去除微粒缺陷的操作时，减少半导体基底被侵蚀或损伤的程度。

Description

化学机械研磨方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种化学机械研磨方法。

背景技术

化学机械研磨(Chemical Mechanical Planarization，CMP)是一种全局表面平坦化技术，在半导体制造过程中用以减小半导体基底厚度的变化和表面形貌的影响。由于CMP可精确并均匀地把半导体基底平坦化为需要的厚度和平坦度，已经成为半导体制造过程中应用最广泛的一种表面平坦化技术。

实践中，所述CMP操作通过在抛光头上粘附抛光垫，继而，在半导体基底和抛光垫之间存在研磨液，并使所述半导体基底和抛光垫之间进行相对运动来平坦化所述半导体基底表面。其中，所述研磨液通常为包含研磨微粒(如硅胶)的悬浮溶液；所述抛光垫通常包含具有多孔吸水特性的聚亚胺脂。

实际生产中，经历所述CMP操作后，还需继续CMP清洗操作，以去除经由所述CMP操作引入的沾污。所述沾污包括去除研磨液后残留的研磨微粒以及由研磨垫上剥落的研磨微粒和其他微粒。所述沾污通常在所述半导体基底表面形成微粒缺陷。半导体基底表面存在所述微粒缺陷，将影响后续操作的进行。如何减少或去除所述微粒缺陷成为本领域技术人员面临的主要问题。

如图1所示，当前，通常采用清洗工艺去除所述微粒缺陷，如2006年10月4日公开的公开号为“CN 1842896A”的中国专利申请中所提供的，在清洗腔室内利用SPM及SC1溶液顺序或同时清洗经历所述CMP操作后的所述半导体基底。然而，利用所述方法去除所述微粒缺陷时，由于涉及的清洗溶液均包含酸、碱等腐蚀性的化学材料，会在所述半导体基底表面造成侵蚀或损伤，仍将影响后续操作的进行。如何减少所述半导体基底被侵蚀或损伤的程度成为本领域技术人员面临的首要问题。

发明内容

本发明提供了一种化学机械研磨方法，可在经历所述化学机械研磨后执行去除微粒缺陷的操作时，减少半导体基底被侵蚀或损伤的程度。

本发明提供的一种化学机械研磨方法，包括：

以包含研磨微粒的研磨液执行化学机械研磨操作至研磨终点；

以不包含研磨微粒的研磨液执行辅助化学机械研磨操作。

可选地，所述研磨微粒包含硅胶或三氧化二铝中的一种或其组合；可选地，所述包含研磨微粒的研磨液或者不包含研磨微粒的研磨液中包含氢氧化钾；可选地，所述包含研磨微粒的研磨液或者不包含研磨微粒的研磨液中包含氨水；可选地，所述包含研磨微粒的研磨液或者不包含研磨微粒的研磨液的PH值小于8；可选地，所述包含研磨微粒的研磨液或者不包含研磨微粒的研磨液中包含双氧水或臭氧的水溶液中的一种或其组合；可选地，所述不包含研磨微粒的研磨液为水；可选地，执行所述辅助化学机械研磨操作时的驱动电压等于或小于执行所述化学机械研磨操作时的驱动电压；可选地，执行所述辅助化学机械研磨操作的持续时间为10～20秒。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的化学机械研磨方法，通过在利用包含研磨微粒的研磨液执行化学机械研磨操作后，以利用不包含研磨微粒的研磨液执行辅助化学机械研磨操作，代替单纯利用不包含研磨微粒的研磨液进行的清洗操作，去除微粒缺陷，可加快去除微粒缺陷时引入的化学材料作用于所述半导体基底的速度，以减少化学材料作用于所述半导体基底的持续时间，可使减少去除微粒缺陷后在所述半导体基底表面造成的侵蚀或损伤成为可能；

上述技术方案提供的化学机械研磨方法的可选方式，通过将不包含研磨微粒的研磨液选为弱碱，可在去除微粒缺陷时，降低化学试剂的反应作用，增强研磨作用，使减少经历CMP操作后在所述半导体基底表面造成侵蚀或损伤成为可能；

上述技术方案提供的化学机械研磨方法的可选方式，通过将不包含研磨微粒的研磨液选为去离子水(DIW)，可在去除微粒缺陷时，不再引入化学材料，使得减少甚至避免经历CMP操作后在所述半导体基底表面造成侵蚀或损伤成为可能。

附图说明

图1为说明现有技术中经历化学机械研磨后去除微粒缺陷时的操作示意图；

图2为说明本发明实施例中经历化学机械研磨后去除微粒缺陷时的操作示意图。

具体实施方式

尽管下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应当理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列的描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛教导，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下列说明和权利要求书本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实践中，选用的研磨液中通常包含研磨微粒，在完成研磨操作并去除所述研磨液后，研磨液中的研磨微粒仍会在半导体基底上形成一定的残留，以及，研磨垫上残留的研磨微粒和其他微粒也易形成剥落而粘附于所述半导体基底上，而形成微粒缺陷。半导体基底上存在所述微粒缺陷，将影响后续操作的进行。

传统工艺中，通常采用清洗工艺去除所述微粒缺陷。然而，利用清洗方法去除所述微粒缺陷时，由于涉及的清洗溶液均包含酸、碱等腐蚀性的化学材料，会在所述半导体基底表面造成侵蚀或损伤，仍将影响后续操作的进行。

如何减少所述半导体基底被侵蚀或损伤的程度成为本发明解决的主要问题。

如图2所示，本发明提供的技术方案中，为去除经历CMP操作后残留的微粒缺陷，在利用包含研磨微粒的研磨液执行CMP操作后，以利用不包含研磨微粒的研磨液执行辅助CMP操作，代替单纯利用不包含研磨微粒的研磨液进行的清洗操作，可加快去除微粒缺陷时引入的化学材料作用于所述半导体基底的速度，以减少化学材料作用于所述半导体基底的持续时间，可使减少去除微粒缺陷后在所述半导体基底表面造成的侵蚀或损伤成为可能。

作为本发明的第一实施例，执行所述CMP操作时，所述研磨微粒可包含硅胶或三氧化二铝中的一种或其组合。研磨介质层材料(如硼硅玻璃、氟硅玻璃、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、二氧化硅或具有低介电常数材料如黑钻石或coral)时，所述研磨液还包含氢氧化钾或氨水中的一种或其组合；研磨钨金属层时，所述研磨液还包含双氧水或臭氧的水溶液中的一种或其组合。

由于所述辅助CMP操作的实质为利用同时进行的CMP操作和清洗操作替代单纯的清洗操作，可加快去除微粒缺陷时引入的化学材料与所述半导体基底反应的速度，继而，可减少化学材料作用于所述半导体基底的持续时间，进而，减少引入化学材料去除微粒缺陷后在所述半导体基底表面造成的侵蚀或损伤；而所述微粒缺陷是在完成CMP操作后被观测到的，如果只是在已完成CMP操作的基础上单纯地增加一步CMP操作，易导致材料被研磨过度，即，在所述半导体基底表面形成侵蚀或损伤。因此，本发明的发明人分析后认为，所述CMP操作之所以能将材料研磨至所需厚度，研磨液中的液体成分改变了待研磨材料的表面性质，继而，在研磨垫的辅助下，研磨微粒与承载研磨液的待研磨材料之间发生机械研磨作用而造成的；此时，减弱所述研磨微粒的含量即可减弱所述机械研磨作用发生的程度，即，可减弱研磨所述微粒缺陷时所需的作用力；进而，在没有所述研磨微粒作用时，仅存在所述研磨垫与承载研磨液的待研磨材料之间发生的机械研磨作用。而所述微粒缺陷仅为由所述CMP操作带来的粘附于待研磨材料上的表面缺陷，即，所述微粒缺陷与所述待研磨材料之间的粘附力远小于所述待研磨材料结构间的作用力，因此，去除所述微粒缺陷时所需的作用力小于研磨所述待研磨材料时所需的作用力，使仅应用所述研磨垫与承载研磨液的待研磨材料之间发生的机械研磨作用去除所述微粒缺陷成为可能。

即，执行所述辅助CMP操作时，所述研磨液中不包含研磨微粒。例如，研磨介质层材料时，所述研磨液包含氢氧化钾或氨水中的一种或其组合；研磨钨金属层时，所述研磨液包含双氧水或臭氧的水溶液中的一种或其组合。

进一步地，还可通过控制执行所述CMP操作和辅助CMP操作时的驱动电压调整研磨所述微粒缺陷时所需的作用力。

执行所述辅助CMP操作时的驱动电压可小于但不限于小于(也可大于或等于)执行所述CMP操作时的驱动电压；即，所述研磨垫与承载研磨液的待研磨材料之间发生的机械研磨作用可根据所述微粒缺陷与所述待研磨材料之间粘附程度的不同而作适当调节，粘附程度较高时，可增加执行所述辅助CMP操作时的驱动电压；粘附程度较低时，可减小执行所述辅助CMP操作时的驱动电压。

执行所述辅助CMP操作时的驱动电压等于执行所述CMP操作时的驱动电压时，可在产品的研磨过程中引入辅助CMP操作后，不涉及操作机台功率的改变，简化操作；执行所述辅助CMP操作时的驱动电压小于执行所述CMP操作时的驱动电压时，可进一步减弱研磨所述微粒缺陷时所需的作用力，使进一步减少去除微粒缺陷后在所述半导体基底表面造成的侵蚀或损伤成为可能。

实践中，执行所述辅助CMP操作的持续时间可根据工艺条件和产品要求确定，通常，远小于执行所述CMP操作的持续时间，具体地，执行所述辅助CMP操作的持续时间可为10～20秒。

需说明的是，执行所述CMP操作和辅助CMP操作不同，除执行所述辅助CMP操作时的研磨液中不包含研磨微粒之外，执行所述CMP操作和辅助CMP操作时的研磨液也可不同；例如，研磨介质层材料时，执行所述CMP操作时的研磨液可包含氢氧化钾；而执行所述辅助CMP操作时的研磨液可为氨水；也可以是，执行所述CMP操作时的研磨液所述研磨液可包含氨水；而执行所述辅助CMP操作时的研磨液可为氢氧化钾。

特别地，执行所述辅助CMP操作时的研磨液的PH值小于执行所述CMP操作时的研磨液的PH值时，可在去除微粒缺陷时，降低化学试剂的反应作用，增强机械研磨作用，有助于进一步减少去除微粒缺陷后在所述半导体基底表面造成的侵蚀或损伤。

作为本发明的第二实施例，进一步地，将研磨液选为弱碱，或者，仅将不包含研磨微粒的研磨液选为弱碱，如，使所述研磨液的PH值小于8，可在去除微粒缺陷时，降低化学试剂的反应作用，增强机械研磨作用，可使减少经历CMP操作后在所述半导体基底表面造成侵蚀或损伤成为可能。

作为本发明的第三实施例，进一步地，将不包含研磨微粒的研磨液选为去离子水(DIW)，可在去除微粒缺陷时，不再引入化学材料，使得减少甚至避免经历CMP操作后在所述半导体基底表面造成侵蚀或损伤成为可能。

需说明的是，未加说明的步骤均可采用传统的方法获得，且具体的工艺参数根据产品要求及工艺条件确定。

尽管通过在此的实施例描述说明了本发明，和尽管已经足够详细地描述了实施例，申请人不希望以任何方式将权利要求书的范围限制在这种细节上。对于本领域技术人员来说另外的优势和改进是显而易见的。因此，在较宽范围的本发明不限于表示和描述的特定细节、表达的设备和方法和说明性例子。因此，可以偏离这些细节而不脱离申请人总的发明概念的精神和范围。

Claims

1.一种化学机械研磨方法，其特征在于，包括：

以不包含研磨微粒的研磨液执行辅助化学机械研磨操作。

2.根据权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于：所述研磨微粒包含硅胶或三氧化二铝中的一种或其组合。

3.根据权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于：所述包含研磨微粒的研磨液或者不包含研磨微粒的研磨液中包含氢氧化钾。

4.根据权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于：所述包含研磨微粒的研磨液或者不包含研磨微粒的研磨液中包含氨水。

5.根据权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于：所述包含研磨微粒的研磨液或者不包含研磨微粒的研磨液的PH值小于8。

6.根据权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于：所述包含研磨微粒的研磨液或者不包含研磨微粒的研磨液中包含双氧水或臭氧的水溶液中的一种或其组合。

7.根据权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于：所述不包含研磨微粒的研磨液为水。

8.根据权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于：执行所述辅助化学机械研磨操作时的驱动电压等于或小于执行所述化学机械研磨操作时的驱动电压。

9.根据权利要求1所述的化学机械研磨方法，其特征在于：执行所述辅助化学机械研磨操作的持续时间为10～20秒。