CN107393819A - 一种研磨方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种研磨方法，该方法包括，提供待研磨的半导体结构，该半导体结构至少具有研磨层和研磨终点检测层，采用研磨液对研磨层进行主研磨，获取用于表征研磨层表面物理性能的性能参数，根据该性能参数判断是否到达主研磨的研磨终点，若到达主研磨的研磨终点，则对研磨液进行稀释，以使稀释后的研磨液的研磨层对研磨终点检测层的选择比达到预设选择比，以稀释后的研磨液对研磨层进行过研磨。该研磨方法通过在过研磨阶段降低研磨液浓度，使研磨液对研磨层和研磨终点检测层的选择比达到预设选择比，保证了半导体结构的形貌的同时，由于单位研磨液中固体颗粒含量降低，固体颗粒与研磨层表面接触减少，细微刮伤缺陷也相应减少。
Description
技术领域
本申请涉及半导体领域，特别是涉及一种研磨方法。
背景技术
随着半导体技术的发展,尤其是特大规模集成电路(ULSI)和巨大规模集成电路(GSI)的兴起，促使半导体制造由横向往垂直空间发展。垂直空间反展的一个典型示例为3维非易失性存储器(3D NAND)。
向垂直空间发展的思路促使多层金属技术出现。在芯片等生产过程中，会形成台阶。随着台阶层数的累加，表面起伏愈加明显。一方面，景深有限的镜头不能使台阶的高平面和低平面的图形同时得到很好的曝光；另一方面在台阶处光反射会造成金属图形凹口。可见，表面起伏对光刻工艺产生较大影响，为了降低对光刻的影响，进而降低对器件性能的影响，有必要对半导体结构表面进行平坦化。
传统的平坦化技术是通过反刻(Etch Back)，玻璃回流(BPSG Reflow)，旋涂玻璃(Spin On Glass，SOG)实现的，但仅能实现部分平坦化或局部平坦化。当最小特征尺寸达到0.25um以下时，传统的平坦化技术无法满足需求，化学机械研磨(CMP，ChemicalMechanical Polishing)应运而生。CMP通过化学腐蚀及机械力，对加工过程中的图形化衬底进行全局平坦化处理，从加工性能和速度上同时可以满足图形加工的要求。
然而，使用CMP技术进行平坦化，往往会造成细微的刮伤缺陷，这种刮伤缺陷可以导致生产出的产品性能异常。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种研磨方法，减少在平坦化制程工艺中产生的轻微刮伤缺陷。
本申请实施例公开了如下技术方案：
本申请公开了一种研磨方法，该方法包括：
提供待研磨的半导体结构，待研磨的半导体结构至少包括研磨层和位于研磨层之下的研磨终点检测层；
采用研磨液对研磨层进行主研磨；
获取主研磨过程中用于表征研磨层表面物理性能的性能参数；
根据性能参数判断是否到达主研磨的研磨终点；
若到达主研磨的研磨终点，对研磨液进行稀释，以使稀释后的研磨液的研磨层对研磨终点检测层的选择比达到预设选择比；
以稀释后的研磨液对研磨层进行过研磨。
可选的，对研磨液进行稀释包括根据预设稀释浓度对研磨液进行稀释；预设稀释浓度根据研磨液对研磨层和研磨终点检测层的选择比与稀释浓度之间的对应关系确定。
可选的，预设稀释浓度还根据研磨液对研磨层的研磨速率与稀释浓度之间的对应关系确定。
可选的，研磨层为金属层，研磨终点检测层为非金属层时，稀释浓度的范围为50％-75％。
可选的，研磨液和稀释溶剂的流量的比值在1:1到3:1之间。
可选的，研磨方法应用于钨化学机械研磨，研磨层为金属钨层，研磨终点检测层为氧化物层。
可选的，在过研磨停止后，还包括清洗所述半导体结构表面。
可选的，清洗半导体结构表面包括原位使用去离子水冲洗。
可选的，研磨层为金属层，所述金属层表面物理性能的性能参数包括反射光强度；根据所述性能参数判断是否到达主研磨的研磨终点，包括：
判断反射光强度是否达到预设强度值；
当判断结果为是时，确定到达主研磨的研磨终点。
可选的，研磨层为非金属层，非金属层的物理表面性能的性能参数包括表面摩擦系数；根据性能参数判断是否到达主研磨的研磨终点包括：
判断表面摩擦系数的变化是否符合目标变化趋势；
当判断结果为是时，确定到达主研磨的研磨终点。
由上述技术方案可以看出，本申请通过提供待研磨的半导体结构，该半导体结构至少包括研磨层和研磨终点检测层，进行主研磨，获取用于表征研磨层表面物理性能的性能参数，根据性能参数判断是否到达主研磨的研磨终点，若到达主研磨的研磨终点，以预设稀释浓度对研磨液进行稀释，以稀释后的研磨液对研磨层进行过研磨，以使稀释后的研磨液的研磨层对研磨终点检测层的选择比达到预设选择比。本申请提供的方法，通过对研磨液以预设选择比进行稀释，使的过研磨过程中研磨液的浓度低于主研磨过程中研磨液的浓度，降低了单位研磨液中的固体颗粒的数量，减少了研磨液中的固体颗粒在过研磨时，与研磨终点检测层的接触，进而减少了半导体结构表面的细微刮伤缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为传统的化学机械研磨装置的结构图；
图2A和图2B为金属钨化学机械研磨工艺中的刮伤缺陷示意图；
图3为本申请实施例提供的一种研磨方法的流程图；
图4A至图4D分别为待研磨半导体的结构、目标结构、研磨产生凹陷的结构、研磨产生残留的结构的示意图；
图5为本申请另一实施例提供的一种金属钨化学机械研磨方法的流程图；
图6为本申请另一实施例提供的一种金属钨插塞的结构示意图；
图7为本申请另一实施例提供的一种研磨终点监测装置示意图；
图8为本申请另一实施例提供的研磨液对金属钨与氧化物的研磨速率随稀释浓度的变化趋势图。
具体实施方式
下面结合附图，对本申请的实施例进行描述。
化学机械研磨(CMP)是表面全局平坦化技术的一种。图1所示为一种化学机械研磨设备，该研磨设备至少包括研磨头10、研磨垫20、研磨液喷嘴30，研磨垫20放置在研磨平台40上，研磨平台40可以在电机的控制下进行转动。研磨过程包括研磨头10吸附待研磨的半导体结构(或器件)60，半导体结构60的研磨层朝下，研磨液喷嘴30喷出研磨液到研磨垫上，研磨头10受到下压的力，使半导体结构60的研磨层下压至研磨垫20，研磨平台40的转动使得研磨垫20与研磨头之间存在相对转动，进而使得研磨液均匀分布于半导体结构60表面。
研磨液一般是研磨材料和化学添加剂的混合物。研磨材料主要是石英、二氧化铝、氧化铈，而化学添加剂主要用于和要被去除的材料发生反应，生成易被去除的物质。生成物的硬度和强度降低，可以在机械力的作用下去除。
研磨液中的研磨材料和化学添加剂多为固态颗粒，例如石英等。传统的研磨工艺在研磨的不同阶段研磨液的浓度一般是不变的，当研磨层的大部分已去除，位于其下的研磨终点检测层露出时，仍然采用浓度相对较高的研磨液，可以导致研磨液中的固体颗粒与研磨终点检测层摩擦，产生轻微的刮伤缺陷。图2A所示为金属钨化学机械研磨过程中造成的刮伤缺陷示意图。这种细微刮伤极其微小，很难被扫描式电子显微镜等检测机器检测到。但是，在经过后续化学气相沉积工艺后，刮伤缺陷被放大，很容易被检测机器扫描到。图2B所示为经过化学气相沉积工艺后的刮伤缺陷示意图。
为此，本申请提供了一种研磨方法，将研磨过程分为主研磨和过研磨两个步骤，当位于研磨层之下的研磨终点检测层露出时，可以视为到达主研磨的研磨终点，开始进行过研磨。可见，过研磨主要是在研磨层与研磨终点检测层的临界位置，对残留的研磨层材料进行研磨。为了避免研磨液中的固体颗粒与研磨终点检测层摩擦产生刮伤，可以对研磨液进行稀释，降低单位研磨液中的固体颗粒含量，降低研磨速率，降低研磨层和研磨终点检测层的选择比。通过降低过研磨时的研磨液浓度，可以降低单位研磨液中固态颗粒的含量，从而减少固态颗粒与研磨表面的相互作用，进而降低了研磨过程中刮伤缺陷的比例。
下面结合图3对本申请实施例提供的研磨方法进行介绍，该方法包括：
S301:提供待研磨的半导体结构，该半导体结构至少包括研磨层和位于研磨层之下的研磨终点检测层。
待研磨的半导体结构可以理解为半导体器件加工过程中因材料过剩或表面凹凸不平含有需要去除部分的结构。需要去除的部分可以视为研磨层，位于研磨层之下的一层可以视为研磨终点检测层，可以用于检测是否达到研磨终点，以免产生过度研磨现象，使得不需要去除的部分例如器件的功能层被去除，对器件的性能产生影响。
具体的，半导体器件加工过程中，常常会在膜层上形成台阶或凹槽，在凹槽内填充介质时，往往是通过大面积淀积的方式，因此，常常需要对多余的金属介质进行研磨，将其取出。此时，多余的金属介质可以视为该半导体结构的研磨层，金属介质之下的层例如阻挡层等，一般为绝缘层，可以视为研磨终点检测层。
研磨层和位于其下的研磨终点检测层一般可以为不同材料形成的层。例如，金属和非金属材料形成的层，或不同金属材料形成的层。在淀积膜层的过程中膜层厚度过大，也可以采用研磨方式去除一定厚度的膜层。因此，研磨层和位于其下的研磨终点检测层也可以是同一种材料形成的膜层。研磨层和研磨终点检测层的材料并不影响本申请实施例的实现，本申请对研磨层和研磨终点检测层的材料不做限定。
S302：采用研磨液对研磨层进行主研磨。
主研磨可以理解为研磨过程的一个主要步骤。研磨层一般具有一定厚度，主研磨可以将研磨层的大部分材料去除。由于主研磨的研磨对象主要为研磨层，研磨头并未接触研磨层之下的研磨终点检测层，可以采用高效的研磨方式进行研磨。
为了实现高效研磨，可以采用高选择比、高研磨速率的研磨液。高选择比可以理解为研磨液对研磨层的研磨速率与对研磨终点检测层的研磨速率之比较高。高研磨速率指对研磨层的研磨速率比较高。需要说明的是，高选择比和高研磨速率一般并不等同。选择比一般和研磨材料、研磨液浓度、研磨层材料以及研磨终点检测层材料相关。研磨速率一般和研磨液材料、研磨液浓度、研磨层材料相关。
根据研磨层以及研磨终点检测层的材料，可以选择相对应的研磨液。研磨液一般可以为研磨材料、化学添加剂的混合物。研磨材料包括二氧化硅、氧化铝、氧化铈，一般可以呈粉末状、颗粒状。主要用于机械研磨，这些固体颗粒可以与研磨层表面接触，通过磨头与研磨垫的相对转动，使研磨层表面在机械作用下去除。化学添加剂一般根据实际情况进行选择，包括氧化物磨料、金属钨磨料、特殊应用磨料等。化学添加剂可以与研磨层表面发生反应，形成易去除的表面层。
研磨液的浓度也会对选择比、研磨速率产生影响，为了达到主研磨要求的选择比和研磨速率，可以根据该研磨液的浓度与研磨速率的对应关系、研磨液的浓度与选择比的对应关系确定。这种对应关系，可以在实际加工过程中收集多种研磨液的不同浓度下的研磨速率以及选择比数据，对上述数据进行统计学处理和分析得到。
S303：获取主研磨过程中用于表征研磨层表面物理性能的性能参数。
研磨层表面物理性能的性能参数可以用于判断主研磨的研磨终点。由于主研磨的研磨对象可知，这种性能参数可以用于区别研磨层表面和研磨终点检测层表面，以便对研磨过程进行控制，避免过度研磨或研磨刮伤等。
研磨层的表面在研磨过程中可以是变化的，研磨层表面物理性能参数在研磨过程中可以是变化的。可以通过这种变化识别研磨的进程，也就是说，可以通过侦测研磨层表面物理性能参数的变化，识别研磨的进程。尤其是可以通过侦测表面物理性能参数的变化，识别主研磨的终点。
表征研磨层表面物理性能的性能参数可以光学参数或力学参数。
以光学参数作为一个示例，当研磨层大部分被去除，研磨终点检测层露出时，光线发生反射的平面可以理解为研磨终点检测层表面，也就是说，反射面由研磨之前的研磨层表面变为研磨终点检测层表面。这两种表面对光的反射能力往往可以是不同的，尤其其中一个为金属层，一个为绝缘层时，金属对光的反射能力较强，因此反射光的强度在这个时刻可以发生突变。可以通过侦测反射光的强度，识别研磨终点。
以力学参数作为一个示例，当研磨层大部分被去除，研磨终点检测层露出时，研磨层表面发生变化，可以理解为，由研磨层材料形成的表面变为研磨终点检测层材料形成的表面。由于材料的差异，表面摩擦系数一般也不相同。材料差异越大，表面摩擦系数的差异越大。表面摩擦系数可以通过摩擦力计算得到，摩擦力的作用是相互的，待研磨的半导体结构收到摩擦力的作用时，也会给研磨垫一个反作用力。可以将研磨垫与研磨平台视为一个整体，进行受力分析。研磨垫与研磨平台的整体受到电机输出的扭力和摩擦力的作用，为了保持研磨平台的转速，当摩擦力发生变化时，扭力也将发生变化。电机的扭矩可以侦测，电机扭矩的变化在一定程度上，可以代表扭力的变化，进而可以间接反映摩擦力和摩擦系数的变化，通过这个变化，可以识别研磨终点。
表面物理性能参数包括光学参数和力学参数，但不限于光学和力学参数，也可以是其他可以反映研磨过程的参数，例如电学参数(包括电流)，本申请对此不做限定。
光学参数包括但不限于反射光的光强，力学参数包括但不限于表面摩擦系数。光学参数和力学参数也可以是其他可以反映光学变化或力学变化的参数，本申请对此不做限定。
获取主研磨过程中用于表征研磨层表面物理性能的性能参数，可以通过相对应的传感器获取。具体的，获取光学参数可以通过光学传感器进行获取，获取力学参数可以通过力学传感器进行获取。本申请对获取表征研磨层表面物理性能的性能参数的方式不做限定。
S304：根据性能参数判断是否到达主研磨的研磨终点。
主研磨和过研磨可以视为相匹配的两个过程。主研磨的研磨终点可以视为研磨层大部分被去除，研磨终点检测层露出的时刻。可以理解，主研磨主要对研磨层的大部分材料进行研磨，使之去除；过研磨主要对研磨层与研磨终点检测层临界位置残留的研磨层的材料进行研磨，使研磨层的材料完全去除，不残留在研磨终点检测层表面。由于主研磨到达研磨终点时，研磨终点检测层露出，研磨层表面发生变化，可以根据研磨层表面性能参数判断是否到达主研磨的终点。
具体的，当研磨层为金属层时，可以判断该反射光强度是否达到预设强度值，判断结果为是时，确定到达主研磨的研磨终点。其中，预设强度值可以根据研磨层的材料以及研磨终点检测层的材料对光的反射能力计算得到。
当研磨层为非金属时，可以判断表面摩擦系数的变化是否符合目标变化趋势，当判断结果为是时，确定到达主研磨的研磨终点。
目标变化趋势可以理解为与研磨过程相匹配的变化趋势。为了更方便地说明如何通过表面摩擦系数的变化，判断是否到达终点，以二氧化硅(SiO2)作为研磨层，以金属铜(Cu)作为研磨终点检测层作为示例进行说明。当二氧化硅大部分被去除，金属铜露出时，半导体结构的表面发生变化，由原来的二氧化硅表面变为金属铜表面，表面摩擦系数会变小。因此，目标变化趋势可以为摩擦系数保持平稳，然后逐渐变小的变化趋势。由平稳到变小的时间点可以视为主研磨的研磨终点。
表面摩擦系数一般无法直接获取，可以通过间接的方式获取。例如，通过获取平台的电机扭矩，经过一定的计算，得到表面摩擦系数。扭矩的变化趋势在一定程度上可以表征表面摩擦系数的变化趋势，也可以直接通过获取扭矩的变化趋势，确认是否到达主研磨的研磨终点。
需要说明的是，由保持平稳到逐渐变小的变化趋势仅仅为目标变化趋势的一种实现方式，不应当理解为对目标变化趋势的一个限定。
通过反射光强度或通过表面摩擦系数，判断是否到达主研磨的研磨终点，也仅仅是本申请的一个示例，在本申请其他实施例中，还可以根据其他参数，判断是否到达主研磨的终点，例如膜层厚度、电流等，本申请对此不做限定。
S305：若到达主研磨的研磨终点，对研磨液进行稀释，以使稀释后的研磨液的研磨层对研磨终点检测层的选择比达到预设选择比。
通过对研磨液进行稀释，可以降低研磨液的浓度，降低单位研磨液中固体颗粒的含量，可以减少固体颗粒与半导体结构表面的相互作用，进而降低因固体颗粒与半导体结构表面的相互作用产生的细微刮伤缺陷。
为了保障研磨后的半导体结构与目标结构相符合，往往需要对研磨的选择比进行控制。目标结构可以视为理想的研磨后的结构，其尺寸、表面性能与设计值相差较小，在可以控制的范围内。将选择比控制在一个合理范围内，可以通过在该选择比条件下的研磨，得到期望的半导体结构。这个选择比的控制范围，可以视为预设选择比。预设选择比可以是一个区间，也可以是一个单值，本申请对此不做限定。
为了更方便的描述选择比对研磨半导体结构的影响，以一个具体示例进行说明。图4A所示为一个待研磨的半导体结构，该结构具有台阶，台阶上覆盖有一层金属薄膜,台阶为对绝缘薄膜刻蚀形成的，例如二氧化硅薄膜。金属薄膜可以视为研磨层401，二氧化硅薄膜可以视为研磨终点检测层402。图4B所示为与图4A的待研磨的半导体结构相对应的目标结构，换句话说，图4A经过研磨后，理论上应当形成图4B所示的结构。图4B所示的结构往往可以根据设计图纸或设计规则获得。
而在研磨过程中存在许多变量，可以导致图4A所示的结构经过研磨后与图4B所示的结构产生不可忽视的偏差。选择比可以视为影响半导体结构的形貌的一个重要参量。在过研磨过程中，选择比过高或过低可以导致膜层凹陷403或膜层残留404等缺陷产生。图4C所示为研磨过度导致研磨终点检测层产生凹陷的示意图。图4D所示为研磨不充分导致的研磨层材料残留的示意图。为了避免影响后续的淀积工艺，进而影响器件的性能，这些缺陷应当尽量避免。因此，在到达主研磨的研磨终点后，可以对研磨液进行稀释，使稀释后的研磨液对研磨层和研磨终点检测层的选择比达到预设的选择比。
为了使稀释后的研磨液对对研磨层和研磨终点检测层的选择比达到预设的选择比，可以按特定的比例对研磨液进行稀释。特定的比例可以理解为预设稀释浓度。预设稀释浓度可以根据研磨液对研磨层和研磨终点检测层的选择比与稀释浓度之间的对应关系确定。稀释浓度，可以理解稀释前研磨液的体积与稀释后研磨液的体积之比。上述对应关系可以通过收集工艺数据或者设计实验并收集实验数据获得，这里不做详细描述。
对应关系可以是一种折线图或柱状图的形式，也可以是数据表的形式，还可以是其他体现选择比与稀释浓度之间关系的形式。通过对应关系，可以根据选择比确定稀释浓度，或者根据稀释浓度可获得选择比。本申请对选择比与稀释浓度之间的对应关系的形式不做限定。
稀释浓度在根据选择比与稀释浓度之间的对应关系的基础上，还可以根据研磨层的研磨速率与稀释浓度之间的对应关系确定。可以理解为，通过对研磨速率与稀释浓度之间的对应关系，可以将预设稀释浓度进一步优化。
为了方便描述，以一个具体示例进行说明。若根据选择比与稀释浓度的对应关系，确定出稀释浓度应当在60％-80％，而为了避免研磨液浓度过低，研磨速率下降过快，导致研磨层残留，可以对研磨速率进行限定，要求研磨速率大于最小允许值，例如70％(可以理解为最初研磨速率的70％)，根据研磨速率与稀释浓度之间的对应关系，研磨速率大于70％时，对应稀释浓度大于70％。结合选择比与研磨速率，预设稀释浓度可以设为70％-80％。
S306：以稀释后的研磨液对研磨层进行过研磨。
过研磨可以视为研磨过程中为与主研磨相对应的另一个步骤。过研磨主要是在研磨终点检测层露出后，对残留的研磨层材料进行研磨，将研磨层完全去除。由于残留的研磨层材料相对较少，可以在过研磨过程中采用精细化的研磨方式，以避免对邻近的研磨终点检测层造成损伤。
在本申请中，可以以稀释后的研磨液对研磨层进行过研磨的方式，实现精细化的研磨。由于稀释后的研磨液的浓度相对于主研磨的研磨液浓度大大降低，单位研磨液中固体颗粒含量大大减小，固体颗粒与研磨表面的接触也相应减少，因而，因固体颗粒与研磨的半导体结构的表面相互作用产生的细微刮伤缺陷也相应减少。
此外，一般可以按照预设稀释浓度对研磨液进行稀释，而预设稀释浓度可以保证对研磨层和研磨终点检测层的选择比达到预设选择比，从而保证了半导体结构的形貌与目标差异在可以控制的范围内。稀释浓度不宜过低，以避免研磨速率过慢，研磨层未研磨彻底，导致膜层残留。
本申请实施例提供的研磨方法，通过提供待研磨的半导体结构，该半导体结构至少具有研磨层和研磨终点检测层，采用研磨液对研磨层进行主研磨，获取用于表征研磨层表面物理性能的性能参数，根据该性能参数判断是否到达主研磨的研磨终点，若到达主研磨的研磨终点，则对研磨液进行稀释，以使稀释后的研磨液的研磨层对研磨终点检测层的选择比达到预设选择比，以稀释后的研磨液对研磨层进行过研磨。该研磨方法通过在过研磨阶段降低研磨液浓度，使研磨液对研磨层和研磨终点检测层的选择比达到预设选择比，保证了半导体结构的形貌的同时，由于单位研磨液中固体颗粒含量降低，固体颗粒与研磨层表面接触减少，二者相互作用减少，因相互作用导致的细微刮伤缺陷也相应减少。
过研磨停止后，半导体结构的表面一般携带有残余的研磨产生的颗粒以及研磨液，为了避免研磨这些颗粒进一步导致半导体结构表面的细微刮伤，可以对半导体结构表面进行清洗。
具体的，可以通过去离子水进行原位清洗。原位清洗可以理解为在研磨过程中半导体结构所处的原位置进行清洗。清洗方式不限于去离子水冲洗，也可以采用风淋等方式。进一步的，还可以对研磨设备的研磨头以及研磨垫进行清洗，避免影响下一个半导体结构的研磨。上述方式仅为本申请的一个示例，本申请对清洗方式不做限定。
上述研磨方式可以应用到许多场景中。可以用于对深槽填充的平面化，可以用于接触孔和过孔中的金属接头的平面化，也可以用于生产中间步骤中氧化层和金属间电介层的平面化。为了使本申请提供的研磨方法更清楚，以该研磨方法在钨化学机械研磨中的应用进行说明。
如图5所示，本申请实施例提供了一种研磨方法，应用于钨化学机械研磨(W-CMP)，研磨层可以为金属钨层，研磨终点检测层可以为氧化物层，具体步骤如下：
S501：提供一种待研磨的钨插塞结构60，该结构包括衬底601、二氧化硅层602、金属钨层603。
钨插塞一般用于多层金属化工艺，实现多层金属的连接。钨插塞一般在接触孔或通孔中形成。图6所示为该钨插塞结构示意图，金属钨层603作为研磨过程中的研磨层，二氧化硅形成的介电层602作为研磨终点检测层。
钨插塞工艺常常采用覆盖式钨淀积，无选择性地在二氧化硅表面和接触孔或通孔开口处淀积金属钨。二氧化硅层602的一个作用为通过绝缘层的设置将金属层隔离，因此，可以将淀积在二氧化硅层602表面的金属钨层603去除。可以通过本申请提供的方式，将其去除。
钨插塞结构仅为本申请中待研磨的半导体结构的一个示例，不应当理解为对本申请的限定。
S502：采用金属钨研磨液对金属钨层603进行主研磨。
对金属钨层进行主研磨可以采用与金属钨层相对应的特定研磨液。该研磨液对金属钨和氧化物可以具有相对较高的选择比，使得在研磨过程中尽量保证对金属钨相对较高的研磨速率，而对氧化物保持相对较低的研磨速率。
以上为本申请实施例公开的“采用研磨液对研磨层进行主研磨”的一个示例，在本申请其他实施例中，也可以是其他的实现方式。
S503：获取金属钨层603的反射光强度。
获取金属钨层603的反射光强度可以采用如图7所示的研磨终点侦测装置70，侦测装置中的激光源701发送入射光束，经过研磨垫的可视窗，到达晶圆表面的钨金属层603，并在钨金属层603表面发生反射，通过位于反射路径上的传感器702采集反射光的强度等参数。
以上仅为获取用于表征表面物理性能的性能参数的一种实现方式，在本申请其他实施例中，也可以采用其他的实现方式，本申请对此不做限定。
S504：根据金属钨层603的反射光强度，判断是否到达主研磨的研磨终点。
研磨层为金属钨层603，研磨终点检测层为二氧化硅层602。根据表1所示的各材料的反射率，可知金属钨的反射率为0.422，二氧化硅的反射率为0.034，二者反射率差异高达12倍。由于反射光的强度等于入射光的强度乘以反射率，即Iref＝Ii*R,可知当反射界面由金属钨变为绝缘的二氧化硅时，反射光的强度将会发生突变，反射光强度达到预设强度值的时候，可以认为到达主研磨的研磨终点。可以根据入射光的强度，以及二氧化硅层的反射率进行计算二氧化硅层露出时的反射光强度理论值，可以将该反射光强度理论值作为预设强度值。
表1各材料的反射率
作为一个示例，若入射光的强度为1000流明(可以视为220V，120W的白炽灯泡发出的光通量)，主研磨过程中由于反射界面为钨，反射光强度为422流明(可以视为220V，50W的白炽灯泡发出的光通量)，钨被逐渐去除后，反射界面变为SiO2，反射光强度变为34流明(可以视为220V，4W的白炽灯泡发出的光通量)，当侦测到反射光的强度骤然下降，反射光强度达到预设强度值34流明时，可以认为到达主研磨的研磨终点。
以上仅为本申请实施例的一种实现方式，在本申请其他实施例中也可以采用其他方式实现研磨终点的识别，本申请对此不做限定。
S505：若到达主研磨的终点，根据研磨液对金属钨层603和二氧化硅层602的选择比与稀释浓度的对应关系确定预设稀释浓度，以预设稀释浓度对研磨液进行稀释，以使稀释后的研磨液对金属钨层603和二氧化硅层602的选择比达到预设选择比。
图8所示为本申请发明人提供的钨化学机械研磨工艺中，氧化物和钨的研磨速率随着研磨液稀释浓度的变化比率。发明人通过大量的实验，对研磨液不同稀释浓度例下的研磨速率进行研究，发现对金属钨层603进行机械化学研磨时，研磨液使用与金属钨相对应的研磨材料和化学添加剂，金属钨的研磨速率与稀释浓度在一定范围内呈线性关系。如图8所示，当稀释浓度为100％，即未进行稀释时，研磨速率视为100％，当稀释浓度为50％时，即研磨液与稀释溶剂各占50％，研磨速率为50％，稀释浓度为50％与100％的中间值75％时，金属钨的研磨速率约为75％。而氧化物的研磨速率变化较小，稀释浓度在21.43％-75％的范围变化时，研磨速率在90％上下浮动。
考虑到研磨对半导体结构形貌的影响，以及降低细微刮伤缺陷的目的，可以将预设选择比的范围设为1-1.5，与该选择比对应稀释浓度的范围为50％-75％。也就是说，研磨层为金属钨，研磨终点检测层为二氧化硅时，研磨液的稀释浓度的范围可以为50％-75％。
需要说明的是，上述稀释浓度的范围除了可以应用于钨化学机械研磨，也可以用于铜等金属的化学机械研磨。可以理解，研磨层为金属层，研磨终点检测层为非金属层时，稀释浓度的范围可以为50％-75％。
为了实现上述稀释浓度，可以将研磨液与稀释溶剂的流量的比值控制在1:1到3：1之间。作为一种示例，可以将研磨液的喷嘴的流量控制在300ml/min，稀释溶剂的喷嘴的流量控制在100ml/min-300ml/min。稀释溶剂可以是去离子水(DI Water)。
S506：以稀释后的研磨液对研磨层进行过研磨。
以稀释后研磨液对残留的金属钨层603进行过研磨。该步骤可以参见S306，这里不再赘述。
为了验证按上述稀释浓度对研磨液进行稀释对细微刮伤缺陷的改善效果，可以对不同稀释浓度下的刮伤缺陷数目、比例、位置分布等等进行分析，还可以分析刮伤缺陷数目在统计学上的预测值。统计学上的预测值，可以理解为，借助统计分析软件，从统计学的观点，预测每组相应的条件下刮伤缺陷数目的范围。
本申请实施例提供的研磨方法，通过提供金属钨插塞结构，该结构至少包括金属钨层和二氧化硅层，采用金属钨研磨液对金属钨层进行主研磨，获取主研磨过程中金属钨层的反射光强度，判断反射光强度是否达到预设强度值，若达到预设强度值，则到达主研磨的终点，根据研磨液对金属钨层和二氧化硅层的选择比与稀释浓度的对应关系，确定预设稀释浓度，根据预设稀释浓度对研磨液进行稀释，以稀释后的研磨液对研磨层进行过研磨。该方法通过降低过研磨过程的研磨液的浓度，降低了单位研磨液中固体颗粒的含量，减少了过研磨过程固体颗粒与研磨终点检测层的接触，从而减少了因二者相互作用导致的细微刮伤缺陷。
以上所述，仅为本申请的一种具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种研磨方法，其特征在于，所述方法包括：
提供待研磨的半导体结构，所述待研磨的半导体结构至少包括研磨层和位于研磨层之下的研磨终点检测层；
采用研磨液对研磨层进行主研磨；
获取主研磨过程中用于表征研磨层表面物理性能的性能参数；
根据所述性能参数判断是否到达主研磨的研磨终点；
若到达主研磨的研磨终点，对研磨液进行稀释，以使稀释后的研磨液的研磨层对研磨终点检测层的选择比达到预设选择比；
以稀释后的研磨液对研磨层进行过研磨。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对研磨液进行稀释包括根据预设稀释浓度对研磨液进行稀释；
所述预设稀释浓度根据研磨液对研磨层和研磨终点检测层的选择比与稀释浓度之间的对应关系确定。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设稀释浓度还根据研磨液对研磨层的研磨速率与稀释浓度之间的对应关系确定。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述研磨层为金属层，所述研磨终点检测层为非金属层时，所述稀释浓度的范围为50％-75％。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述研磨液和所述稀释溶剂的流量的比值在1:1到3:1之间。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述研磨方法应用于钨化学机械研磨，所述研磨层为金属钨层，所述研磨终点检测层为氧化物层。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，在所述过研磨停止后，还包括：
清洗所述半导体结构表面。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述清洗所述半导体结构表面包括：原位使用去离子水冲洗。
9.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述研磨层为金属层，所述金属层表面物理性能的性能参数包括反射光强度；
所述根据所述性能参数判断是否到达主研磨的研磨终点，包括：
判断所述反射光强度是否达到预设强度值；
当判断结果为是时，确定到达主研磨的研磨终点。
10.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述研磨层为非金属层，所述非金属层的物理表面性能的性能参数包括表面摩擦系数；
所述根据所述性能参数判断是否到达主研磨的研磨终点包括：
判断所述表面摩擦系数的变化是否符合目标变化趋势；
当判断结果为是时，确定到达主研磨的研磨终点。
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