CN105097425A

CN105097425A - 一种化学机械研磨的方法

Info

Publication number: CN105097425A
Application number: CN201410158666.XA
Authority: CN
Inventors: 李强; 闫大鹏; 张志杰; 桂辉辉
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2014-04-18
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2015-11-25

Abstract

本发明提供一种化学机械研磨的方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有层间介电层，在所述层间介电层中形成有沟槽，在所述层间介电层表面和所述沟槽中形成有铜互连层；进行第一化学机械研磨，以去除所述层间介电层表面的大部分铜互连层；进行第二化学机械研磨，以完全去除所述层间介电层表面的铜互连层；采用含有酸性化学物质的溶液清洗所述半导体衬底的表面，以去除铜残留。根据本发明的方法可有效去除化学机械研磨过程中的铜残留，进而提高器件的性能和良率。

Description

一种化学机械研磨的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，尤其涉及一种化学机械研磨的方法。

背景技术

随着半导体技术的发展、器件尺寸的缩小，对半导体器件金属互连层表面的平坦程度要求越来越高。化学机械研磨（CMP）称为能够满足多层布线要求唯一有效的技术。化学机械抛光的原理包括化学与机械效应的组合，在待研磨的材料层表面，因为发生化学反应而生成特定层，接着以机械方式将此特定层移除。

现有技术化学机械研磨的方法主要包括以下步骤：首先，提供未经研磨处理的晶片，晶片包括半导体衬底，半导体衬底上形成有层间介电层，在层间介电层中形成有沟槽，在层间介电层表面和所沟槽中形成有铜互连层；接着，在第一研磨垫上，进行第一化学机械研磨，去除大部分铜互连层，此过程研磨速率比较快，是一种粗研磨方式，但为了避免剩余铜层较薄时，继续采用这种粗研磨对晶片表面造成刮痕，便在第二研磨垫上对剩余铜层进行第二化学机械研磨，在到达研磨终点时为了确保所有介电层表面上的铜都已经被去除而达到隔离目的，还要进行一定时间的过度抛光（overpolish，OP）处理。但是，在第二化学机械研磨执行一段时间后，会有一些研磨的铜残留产生，累积留在了研磨垫上和半导体衬底表面上，而由于第二化学机械研磨过程中，铜残留移除的速率很低，而通过提高抛光时间和抛光压力仍然不能将全部铜残留移除，如图1所示，会有铜残留101存在于芯片的表面上，以至于铜残留问题一直在影响化学机械研磨抛光的效果，进而影响器件的性能和良率。

因此，为了解决上述技术问题，有必要提出一种新的方法。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种化学机械研磨的方法，包括下列步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有层间介电层，在所述层间介电层中形成有沟槽，在所述层间介电层表面和所述沟槽中形成有铜互连层；进行第一化学机械研磨，以去除所述层间介电层表面的大部分铜互连层；进行第二化学机械研磨，以完全去除所述层间介电层表面的铜互连层；采用含有酸性化学物质的溶液清洗所述半导体衬底的表面，以去除铜残留。

进一步，所述酸性化学物质包括柠檬酸铵。

进一步，所述第二化学机械研磨的抛光速度低于所述第一化学机械研磨的抛光速度。

进一步，进行所述第二化学机械研磨时，还包括进行一定时间的过度抛光处理的步骤。

进一步，所述清洗与所述第二化学机械研磨在同一研磨垫上进行。

进一步，所述第一化学机械研磨与所述第二化学机械研磨在不同的研磨垫上进行。

进一步，所述清洗的时间为2～12s。

进一步，对所述半导体衬底的表面进行清洗的同时还能对研磨垫起到清洗作用。

综上所示，根据本发明的方法可有效去除化学机械研磨过程中的铜残留，进而提高器件的性能和良率。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为现有技术第二化学机械研磨后所获得器件的示意图；

图2为本发明实施例所使用化学机械研磨设备的俯视图；

图3为根据本发明示例性实施例的方法依次实施的步骤的流程图；

图4为根据本发明示例性实施例所获得的器件的示意图；

图5为根据本发明示例性实施例执行第二化学机械研磨过程中铜移除速率和氧化物移除速率图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的本发明的制造工艺。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

[示例性实施例]

下面将结合附图对本发明进行更详细的描述，其中标示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以进行修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。

为了便于参考，图2给出了本发明实施例所使用化学机械研磨设备的俯视图，设备包括多个研磨垫201a、201b和201c。在现有CMP工艺中，研磨垫201a用以完成高研磨速率的粗研磨；而在研磨垫201b上用以完成低研磨速率的细研磨；通过这两步处理，以完全去除金属层。

具体请一并参考图3，其为本发明实施例所提供的CMP方法的流程图。首先，执行步骤301，提供半导体衬底，半导体衬底上形成有层间介电层，在层间介电层中形成有沟槽，在层间介电层表面和沟槽中形成有铜互连层。

所述半导体衬底可包括任何半导体材料，此半导体材料可包括但不限于：Si、SiC、SiGe、SiGeC、Ge合金、GeAs、InAs、InP，以及其它Ⅲ-Ⅴ或Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体。半导体衬底包括各种隔离结构，例如浅沟槽绝缘。半导体衬底还可以包括有机半导体或者如Si/SiGe、绝缘体上硅（SOI）、或者绝缘体上SiGe（SGOI）的分层半导体。

所述层间介电层的材料，可以为低k介电材料（形成的为低k介电层），也可以为超低k介电材料（形成的为超低k介电层）。通常采用化学气相旋涂工艺（SOG）、甩胶技术或化学气相沉积技术制备。

采用双大马士革工艺形成铜互连结构，首先对层间介电层进行刻蚀，产生用于镶嵌工艺的沟槽；然后接着沉积金属阻挡层和铜籽晶层，再在层间介电层表面和沟槽中形成有铜互连层，可以采用本领域技术人员所熟习的各种适宜的工艺技术，例如物理气相沉积工艺或者电镀工艺。形成铜金属互连层之前，需以上步骤为现有技术，在此不作赘述。

接着，执行步骤302，进行第一化学机械研磨，以去除所述层间介电层表面的大部分铜互连层。

在第一研磨垫201a上，进行第一化学机械研磨，去除大部分铜互连层，此过程研磨速率比较快，是一种粗研磨方式，作为一个实例，研磨速度为6000±30A/min。

接着，执行步骤303，进行第二化学机械研磨，以完全去除层间介电层表面的铜互连层。

为了避免剩余铜层较薄时，继续采用第一化学机械研磨这种粗研磨对晶片表面造成刮痕，故需进行第二化学机械研磨。第二化学机械研磨为细研磨。第一化学机械研磨与第二化学机械研磨在不同的研磨垫上进行。在第二研磨垫201b上对剩余铜层进行第二化学机械研磨，第二化学机械研磨的抛光速度低于第一化学机械研磨的抛光速度。作为一个实例，第二化学机械研磨的抛光速度为1800～2500A/min。

执行步骤304，采用含有酸性化学物质的溶液清洗所述半导体衬底的表面，以去除铜残留。

在所述第二化学机械研磨执行一段时间后，会有一些研磨的铜残留产生，累积留在了研磨垫上和半导体衬底表面上，而由于第二化学机械研磨的铜移除速度低，很难将铜残留完全移除，故其影响最终的化学机械研磨效果。本实施例提供一种方法，第二化学机械研磨执行一段时间后，同时，在第二研磨垫201b上，采用含有酸性化学物质的溶液清洗所述半导体衬底的表面，所述酸性化学物质包括柠檬酸铵。作为一个实例，所述清洗的时间为2～12s。所述清洗与所述第二化学机械研磨在同一研磨垫上进行。对所述半导体衬底的表面进行清洗的同时还能对第二研磨垫201b起到清洗作用。如图4所示，由于含有酸性化学物质的溶液清洗步骤的加入，铜残留移除速率增大，而氧化物的移除速率并未受到影响。在到达研磨终点时为了确保所有层间介电层表面上的铜都已经被去除而达到隔离目的，还要进行一定时间的过度抛光（overpolish，OP）处理。而含有酸性化学物质的溶液清洗步骤的加入还可削弱研磨液对铜移除的抑制作用，提升铜抛光速率，有助于实现过度抛光。

经过第二化学机械研磨和清洗后，器件表面无铜残留存在，如图5所示。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims

1.一种化学机械研磨的方法，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有层间介电层，在所述层间介电层中形成有沟槽，在所述层间介电层表面和所述沟槽中形成有铜互连层；

进行第一化学机械研磨，以去除所述层间介电层表面的大部分铜互连层；

进行第二化学机械研磨，以完全去除所述层间介电层表面的铜互连层；

采用含有酸性化学物质的溶液清洗所述半导体衬底的表面，以去除铜残留。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸性化学物质包括柠檬酸铵。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二化学机械研磨的抛光速度低于所述第一化学机械研磨的抛光速度。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述第二化学机械研磨时，还包括进行一定时间的过度抛光处理的步骤。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述清洗与所述第二化学机械研磨在同一研磨垫上进行。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一化学机械研磨与所述第二化学机械研磨在不同的研磨垫上进行。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述清洗的时间为2～12s。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述半导体衬底的表面进行清洗的同时还能对研磨垫起到清洗作用。