CN109300783A - 一种使用钌阻挡层的金属互连线路的化学机械抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了图形片晶圆的抛光方法和适于对图形片晶圆中钌阻挡层进行抛光的抛光液。其中，抛光方法包括：(1)利用第一抛光液对所述金属层依次进行第一抛光处理和第二抛光处理；(2)利用第二抛光液对所述钌阻挡层进行第三抛光处理，得到抛光后图形片晶圆。该抛光方法适于对具有钌阻挡层互连结构的图形片晶圆进行化学机械抛光，实现晶圆中金属层、钌阻挡层和介质层中不同材料的选择性去除，获得良好的抛光后表面与界面质量，抛光后晶圆具有较高的全局和局部平坦化以及较低的表面缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及化学机械抛光领域，具体而言，本发明涉及图形片晶圆的抛光方法和适于对晶圆中钌阻挡层进行抛光的抛光液。
背景技术
当集成电路的技术节点不断推进，应用铜(Cu)和低k介质的后段制程遇到两个关键的问题：如何降低阻挡层的厚度；如何实现Cu的无缺陷沟槽填充。传统的钽/氮化钽(Ta/TaN)阻挡层能够有效阻挡Cu和介质材料之间的相互扩散，然而Ta/TaN阻挡层的最小厚度约为30nm，这使其在更精细的沟槽结构中难以继续应用。因此，需要使用全新的阻挡层材料来实现Cu在其上的无籽晶Cu电镀，也就是所谓的“籽晶增强层”。钴(Co)和钌(Ru)是亚10nm技术节点最有应用前景的新型阻挡层材料。对于Co来讲，Cu在其上的直接电镀工艺有待进一步验证。同时，在标准的酸性硫酸盐电镀液中，Cu在特殊条件下才能在Co阻挡层上成核。在化学机械抛光(CMP)和CMP后湿法清洗过程中，Co由于比较高的化学反应活性也会带来严重的腐蚀问题。
Ru是一种很好的阻挡层材料，可以实现Cu在其表面的直接电镀。使用超薄的Ru阻挡层可以使Cu具有优良的台阶覆盖特性、润湿特性和更低的互连线路电阻。然而，目前制备工艺里，Ru作为阻挡层材料单独使用还不够完美，因为超薄的Ru阻挡层会在高温退火下失效。除此之外，Ru与衬底材料(如介质、硅)的粘附特性有待进一步提高。因此，一种Ru/Ta/TaN多层阻挡层结构被用于后段制程，通过这种方法可以实现更好的扩散阻挡特性、热稳定性和直接Cu电镀性能。
然而，对于含钌阻挡层的CMP过程仍有待进一步改进。
发明内容
本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现而提出的：
发明人在对钌阻挡层、采用钌阻挡层的图形片晶圆CMP方法的研究中发现，传统的关于Ru的CMP过程报道大多使用的是Ru非图形片晶圆，即不存在嵌入的金属层/阻挡层/介质层互连结构，仅仅对Ru单一材料(如靶材、薄膜)的CMP机理及工艺进行研究。如专利CN106118492A公开了适用于Ru阻挡层的碱性抛光液及其制备方法，改善了Ru和Cu的去除选择比及抛光后表面质量，并未提供具有互连结构图形片晶圆的抛光结果。专利CN101205442A公开了阻挡层抛光浆料的研究成果，通过调控抛光液配方，调节不同材料的抛光速率，实现Ru、有色金属和电介质材料的选择性去除。
然而，发明人在实验研究中发现，具有金属层/阻挡层/介质层互连结构的图形片晶圆和单一的Ru材料在实际CMP过程中存在巨大差异。图形片晶圆的图形几何尺寸(如线宽、间距、密度、排布方式等)对CMP结果有显著影响，适用于对Ru单一材料进行抛光的CMP工艺并不能简单地套用在图形片晶圆中。除此之外，不规则形状的(例如方形)Ru阻挡层图形片晶圆的抛光相对于规则的圆形晶圆更为困难，不规则图形片晶圆的抛光工艺研究成果鲜有报导，并且市场上没有适用于图形片晶圆中Ru阻挡层的商用抛光液。
鉴于此，本发明提出图形片晶圆的抛光方法和适于对图形片晶圆中钌阻挡层进行抛光的抛光液。该抛光方法适于对具有钌阻挡层互连结构的图形片晶圆进行化学机械抛光，实现晶圆中金属层、钌阻挡层和介质层中不同材料的选择性去除，获得良好的抛光后表面与界面质量，抛光后晶圆具有较高的全局和局部平坦化以及较低的表面缺陷。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种图形片晶圆的抛光方法。根据本发明的实施例，所述图形片晶圆包括衬底、介质层、钌阻挡层和金属层，所述介质层、所述钌阻挡层和所述金属层设在所述衬底上，所述钌阻挡层设在所述介质层和所述金属层之间；所述抛光方法包括：(1)利用第一抛光液对所述金属层依次进行第一抛光处理和第二抛光处理；(2)利用第二抛光液对所述钌阻挡层进行第三抛光处理，得到抛光后图形片晶圆。
根据本发明实施例的图形片晶圆的抛光方法采用两步化学机械抛光工艺，依次对晶圆中的金属层和钌阻挡层进行抛光，可以实现对存在嵌入的金属层/钌阻挡层/介质层互连结构的图形片晶圆的整体抛光，获得良好的晶圆表面全局和局部的平坦性。通过分别采用适用于金属层抛光的第一抛光液和适用于钌阻挡层抛光的第二抛光液，可以实现金属层、钌阻挡层和介质层中不同材料的选择性去除，获得良好的抛光后晶圆表面和界面质量。由此，本发明的图形片晶圆的抛光方法可以满足亚10nm技术节点集成电路后段制程规模化工业生产的需要。
另外，根据本发明上述实施例的图形片晶圆的抛光方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述图形片晶圆呈方形。本发明的抛光方法适用于对方形图形片晶圆的抛光，且抛光后晶圆片内均匀性高。
在本发明的一些实施例中，所述图形片晶圆为边长为1.0～2.0inch的正方形图形片晶圆。
在本发明的一些实施例中，所述钌阻挡层包括Ru/Ta/TaN复合结构。本发明的抛光方法可实现钌阻挡层中Ru、Ta、TaN材料的选择性去除。
在本发明的一些实施例中，所述金属层中含有Cu。
在本发明的一些实施例中，所述第一抛光液包括：0.2～2.0重量份的H2O2、1～6重量份的SiO2磨粒。由此，可进一步提高图形片晶圆中金属层的抛光效果。
在本发明的一些实施例中，所述第二抛光液包括：0.2～1.0重量份的H2O2、不少于0.5重量份的三氮唑基缓蚀剂和1～3重量份的SiO2磨粒。由此，可进一步提高图形片晶圆中阻挡层的抛光效果，并进一步有利于金属层、钌阻挡层和介质层中不同材料的选择性去除。
在本发明的一些实施例中，所述第一抛光处理的抛光压力为0.8～2.0psi，所述第二抛光处理的抛光压力为0.6～1.8psi。由此，可进一步提高图形片晶圆中金属层的抛光效果。
在本发明的一些实施例中，所述第一抛光处理和所述第二抛光处理中，所述第一抛光液的流量为100～180mL/min，抛光转速为80～120r/min。由此，可进一步提高图形片晶圆中金属层的抛光效果。
在本发明的一些实施例中，所述第三抛光处理的抛光压力为0.6～1.2psi。由此，可进一步提高图形片晶圆中钌阻挡层的抛光效果，并进一步有利于金属层、钌阻挡层和介质层中不同材料的选择性去除。
在本发明的一些实施例中，所述第三抛光处理中，所述第二抛光液的流量为100～150mL/min，抛光转速为70～100r/min。由此，可进一步提高图形片晶圆中钌阻挡层的抛光效果，并进一步有利于金属层、钌阻挡层和介质层中不同材料的选择性去除。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种适于对图形片晶圆中钌阻挡层进行抛光的抛光液。根据本发明的实施例，该抛光液包括：0.2～1.0重量份的H2O2、不少于0.5重量份的三氮唑基缓蚀剂和1～3重量份的SiO2磨粒。该抛光液适于对图形片晶圆中的钌阻挡层，例如Ru/Ta/TaN多层结构的阻挡层进行抛光，可获得良好的抛光后表面与界面质量，抛光后晶圆具有较高的全局和局部平坦化以及较低的表面缺陷。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的图形片晶圆的抛光方法流程示意图；
图2是实施例15中抛光后晶圆的截面透射电镜图片。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
发明人在对钌阻挡层、采用钌阻挡层的图形片晶圆CMP方法的研究中发现，传统的关于Ru的CMP过程报道大多使用的是Ru非图形片晶圆，即不存在嵌入的金属层/阻挡层/介质层互连结构，仅仅对Ru单一材料(如靶材、薄膜)的CMP机理及工艺进行研究。如专利CN106118492A公开了适用于Ru阻挡层的碱性抛光液及其制备方法，改善了Ru和Cu的去除选择比及抛光后表面质量，并未提供具有互连结构图形片晶圆的抛光结果。专利CN101205442A公开了阻挡层抛光浆料的研究成果，通过调控抛光液配方，调节不同材料的抛光速率，实现Ru、有色金属和电介质材料的选择性去除。
然而，发明人在实验研究中发现，具有金属层/阻挡层/介质层互连结构的图形片晶圆和单一的Ru材料在实际CMP过程中存在巨大差异。图形片晶圆的图形几何尺寸(如线宽、间距、密度、排布方式等)对CMP结果有显著影响，适用于对Ru单一材料进行抛光的CMP工艺并不能简单地套用在图形片晶圆中。除此之外，不规则形状的(例如方形)Ru阻挡层图形片晶圆的抛光相对于规则的圆形晶圆更为困难，不规则图形片晶圆的抛光工艺研究成果鲜有报导，并且市场上没有适用于图形片晶圆中Ru阻挡层的商用抛光液。
鉴于此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种图形片晶圆的抛光方法。根据本发明的实施例，图形片晶圆包括衬底、介质层、钌阻挡层和金属层，介质层、钌阻挡层和金属层设在衬底上，钌阻挡层设在介质层和金属层之间；该抛光方法包括：(1)利用第一抛光液对金属层依次进行第一抛光处理和第二抛光处理；(2)利用第二抛光液对钌阻挡层进行第三抛光处理，得到抛光后图形片晶圆。
根据本发明实施例的图形片晶圆的抛光方法采用两步化学机械抛光工艺，依次对晶圆中的金属层和钌阻挡层进行抛光，可以实现对存在嵌入的金属层/钌阻挡层/介质层互连结构的图形片晶圆的整体抛光，获得良好的晶圆表面全局和局部的平坦性。通过分别采用适用于金属层抛光的第一抛光液和适用于钌阻挡层抛光的第二抛光液，可以实现金属层、钌阻挡层和介质层中不同材料的选择性去除，获得良好的抛光后晶圆表面和界面质量。由此，本发明的图形片晶圆的抛光方法可以满足亚10nm技术节点集成电路后段制程规模化工业生产的需要。
根据本发明的实施例，适于采用本发明的抛光方法就进行抛光的图形片晶圆可以呈方形。发明人在实验中发现，相对于规则形状(圆形)的图形片晶圆，不规则形状(例如方形)的图形片晶圆的抛光更为困难，这可能是由于方形片具有的尖角所造成抛光过程中晶圆表面抛光液和抛光压力的分布不均匀性，从而导致抛光后晶圆出现难以避免的表面缺陷和界面缺陷。而本发明的抛光方法通过依次对图形片晶圆中的金属层和钌阻挡层进行抛光，通过调整抛光过程中的工艺参数，有效减轻了方形片晶圆形状所造成的抛光液和抛光压力分布的不均匀性，改善晶圆表面抛光不均匀的现状，进而实现了对方形图形片晶圆的抛光，且抛光后晶圆的片内均匀性好，表面和界面质量均较高。
根据本发明的实施例，图形片晶圆可以为边长为1.0～2.0inch的正方形图形片晶圆。由此，本发明的抛光方法适用于对上述尺寸和形状的图形片晶圆进行抛光。
根据本发明的实施例，图形片晶圆的钌阻挡层可包括Ru/Ta/TaN复合结构，金属层含有Cu，同时，介质层可由常见的低k值介质(例如纳米多孔材料黑钻1，BD1)形成。也即是说，本发明的抛光方法适用于具有钌阻挡层的铜互连结构图形片晶圆的抛光过程，可实现图形片晶圆中包括Cu、Ru、Ta、TaN、BD1的不同材料的选择性去除，获得良好的抛光后表面与界面质量。
下面参考图1进一步对本发明的图形片晶圆的抛光方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该抛光方法包括：
S100：金属层抛光
该步骤中，利用第一抛光液对所述金属层依次进行第一抛光处理和第二抛光处理。需要说明的是，在本文中，第一抛光处理也称为P1，第二抛光处理也称为OP。其中，第一抛光处理主要是对金属层中的金属(例如Cu)进行抛光，以便快速除去金属材料。第二抛光处理主要是对金属层进行“过抛光”，从而除去金属层上的金属材料残留。通过利用第一抛光液依次对金属层进行第一和第二抛光处理，可以显著提高金属层的抛光效果。
根据本发明的实施例，上述第一抛光液的具体组成并不受特别限制，可以采用本领域常用的用于对晶圆中金属层进行抛光的抛光液。根据本发明的具体实施例，第一抛光液可以包括0.2～2.0重量份的H2O2、1～6重量份的SiO2磨粒。其中，H2O2含量例如可以是0.2重量份、0.4重量份、0.6重量份、0.8重量份、1.0重量份、1.2重量份、1.4重量份、1.6重量份、1.8重量份或2.0重量份。SiO2磨粒含量例如可以是1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份或6重量份。根据本发明的具体示例，第一抛光液中可包括0.2～2.0wt.％的H2O2、1～6wt.％的SiO2磨粒以及余量的去离子水。发明人发现，上述组分的第一抛光液更适于对图形片晶圆中的金属层进行抛光。对于具有金属层/阻挡层/介质层互连结构的图形片晶圆而言，其中金属层的抛光过程将会对晶圆的其他部分造成影响，进而发明人通过对抛光液组成的优化，得到了上述适于对图形片晶圆中的金属层进行抛光的第一抛光液，利用第一抛光液对金属层抛光，对晶圆其他部分的影响小，且抛光后得到的金属层的表面或界面平坦性好。抛光液中含有适量的H2O2，为P1过程中有效的氧化剂。SiO2磨粒软硬适中，是P1过程中有效的抛光磨粒。当H2O2含量过高时，容易造成金属层材料(例如铜)的严重腐蚀；当磨粒含量过高时，易导致抛光后晶圆表面缺陷(例如划痕)；当H2O2和磨粒含量过低时，容易造成金属层材料的抛光效率过缓。
根据本发明的实施例，第一抛光处理的抛光压力为0.8～2.0psi，第二抛光处理的抛光压力为0.6～1.8psi。其中，第一抛光处理的抛光压力例如可以是0.8psi、1.0psi、1.2psi、1.4psi、1.5psi、1.6psi、1.8psi或2.0psi。第二抛光处理的抛光压力例如可以是0.6psi、0.8psi、1.0psi、1.2psi、1.3psi、1.4psi、1.6psi或1.8psi。由此，可进一步提高图形片晶圆中金属层的抛光效果，且对晶圆其他部分的影响小，抛光后得到的金属层的表面或界面平坦性好。
在本发明的一些实施例中，第二抛光处理的抛光压力可以根据第一抛光处理的抛光压力来确定，第二抛光处理的抛光压力可以为低于第一抛光处理的压力0.2psi，例如，第一抛光处理的抛光压力采用1.5psi时，第二抛光处理的抛光压力采用1.3psi。第二抛光处理的主要目的是对经过第一抛光处理的金属层进行过抛光，以除去金属材料残余。第二抛光处理采用略低于第一抛光处理的抛光压力，即可保证金属材料残余的有效去除，且抛光压力降低，可进一步减小第二抛光处理对图形片晶圆其他部分的影响。
根据本发明的具体实施例，在上述第一抛光处理和所述第二抛光处理中，第一抛光液的流量为100～180mL/min，抛光转速为80～120r/min。抛光液流量过低时，抛光液不易在晶圆表面形成有效的弹流润滑薄膜，降低抛光后的片内均匀性和表面质量；抛光液流量过高时，容易造成抛光液的浪费。抛光速度过低时，晶圆表面的抛光均匀性会降低，抛光效率下降；抛光速率过高时，抛光速率过高，抛光终点控制会变得比较困难。
S200：阻挡层抛光
该步骤中，利用第二抛光液对钌阻挡层进行第三抛光处理，得到抛光后图形片晶圆。需要说明的是，在本文中，第三抛光处理也称为P2,。通过对经过第一、第二抛光处理的图形片晶圆进一步进行第三抛光处理，完成图形片晶圆的抛光。在本发明的一些实施例中，抛光产生的金属层材料、阻挡层材料和介质层材料最终停留在介质层内。
根据本发明的具体实施例，上述第二抛光液可以包括0.2～1.0重量份的H2O2、不少于0.5重量份的三氮唑基缓蚀剂和1～3重量份的SiO2磨粒。其中，H2O2含量例如可以是0.2重量份、0.25重量份、0.4重量份、0.6重量份、0.75重量份、0.8重量份或1.0重量份。三氮唑基缓蚀剂含量例如可以是0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份、1.0重量份。SiO2磨粒含量例如可以是1重量份、2重量份或3重量份。根据本发明的具体示例，第二抛光液中可包括0.2～1.0wt.％的H2O2、0.5～1wt.％的三氮唑基缓蚀剂、1～3wt.％的SiO2磨粒以及余量的去离子水。上述三氮唑基缓蚀剂可以采用本领域常见的三氮唑基缓蚀剂，例如甲基苯并三氮唑(TTA)、苯并三氮唑(BTA)、1,2,4-三氮唑等。发明人发现，目前市场上没有适用于钌阻挡层的商用抛光液，进而发明人通过对抛光液组成的优化，得到了上述适于对图形片晶圆中的钌阻挡层进行抛光的第二抛光液，利用第二抛光液对钌阻挡层抛光，对晶圆其他部分的影响小，且抛光后得到的金属层的表面或界面平坦性好。此抛光液中具有的氧化剂H2O2对金属层材料(例如铜)、钌阻挡层材料(例如钌、钽、氮化钽)、介质层材料(低k介质材料)均能实现有效去除。三氮唑基缓蚀剂可以在抛光过程中对金属层中的较活泼金属材料(例如Cu)进行保护，避免金属层出现过蚀现象，降低抛光后金属层出现表面缺陷(如表面凹陷)和界面缺陷(如电偶腐蚀)。同时，此抛光液可以实现对金属层/钌阻挡层/介质层不同材料的近似等速率去除(其中对铜的抛光速率略低于其他材料)，进而实现抛光后的晶圆全局和局部平坦化。
根据本发明的实施例，第三抛光处理的抛光压力为0.6～1.2psi，例如可以是0.6psi、0.8psi、1.0psi或1.2psi。由此，可进一步提高图形片晶圆中钌阻挡层的抛光效果，且对晶圆其他部分的影响小，抛光后得到的钌阻挡层的表面或界面平坦性好。P2抛光压力过高容易造成介质层的损伤，例如低k介质BD1的损伤。
根据本发明的具体实施例，在上述第三抛光处理中，第二抛光液的流量为100～150mL/min，抛光转速为70～100r/min。抛光液流量过低时，抛光液不易在晶圆表面形成有效的弹流润滑薄膜，降低抛光后的片内均匀性和表面质量；抛光液流量过高时，容易造成抛光液的浪费。抛光速度过低时，晶圆表面的抛光均匀性会降低；抛光速率过高时，抛光速率过高，抛光终点控制会变得比较困难。根据本发明的优选实施例，在第三抛光处理中，控制第二抛光液的流量为130mL/min、抛光转速为90r/min。由此，可进一步有利于提高抛光后晶圆的片内均匀性和表面质量。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种适于对图形片晶圆中钌阻挡层进行抛光的抛光液。根据本发明的实施例，该抛光液包括：0.2～1.0重量份的H2O2、不少于0.5重量份的三氮唑基缓蚀剂和1～3重量份的SiO2磨粒。该抛光液适于对图形片晶圆中的钌阻挡层，例如Ru/Ta/TaN多层结构的阻挡层进行抛光，可获得良好的抛光后表面与界面质量，抛光后晶圆具有较高的全局和局部平坦化以及较低的表面缺陷。
根据本发明的具体实施例，该抛光液可以包括0.2～1.0重量份的H2O2、不少于0.5重量份的三氮唑基缓蚀剂和1～3重量份的SiO2磨粒。其中，H2O2含量例如可以是0.2重量份、0.25重量份、0.4重量份、0.6重量份、0.75重量份、0.8重量份或1.0重量份。三氮唑基缓蚀剂含量例如可以是0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份、1.0重量份。SiO2磨粒含量例如可以是1重量份、2重量份或3重量份。根据本发明的具体示例，该抛光液中可包括0.2～1.0wt.％的H2O2、0.5～1wt.％的三氮唑基缓蚀剂、1～3wt.％的SiO2磨粒以及余量的去离子水。上述三氮唑基缓蚀剂可以采用本领域常见的三氮唑基缓蚀剂，例如甲基苯并三氮唑(TTA)、苯并三氮唑(BTA)、1,2,4-三氮唑等。发明人发现，目前市场上没有适用于钌阻挡层的商用抛光液，进而发明人通过对抛光液组成的优化，得到了上述适于对图形片晶圆中的钌阻挡层进行抛光的抛光液，利用该抛光液对钌阻挡层抛光，对晶圆其他部分的影响小，且抛光后得到的金属层的表面或界面平坦性好。此抛光液中具有的氧化剂H2O2对金属层材料(例如铜)、钌阻挡层材料(例如钌、钽、氮化钽)、介质层材料(低k介质材料)均能实现有效去除。三氮唑基缓蚀剂可以在抛光过程中对金属层中的较活泼金属材料(例如Cu)进行保护，避免金属层出现过蚀现象，降低抛光后金属层出现表面缺陷(如表面凹陷)和界面缺陷(如电偶腐蚀)。同时，此抛光液可以实现对金属层/钌阻挡层/介质层不同材料的近似等速率去除(其中对铜的抛光速率略低于其他材料)，进而实现抛光后的晶圆全局和局部平坦化。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
以下实施例中，采用本发明的抛光方法，对边长为1.55inch的图形片晶圆进行抛光，图形片晶圆中的金属层主要由Cu形成，阻挡层为Ru/Ta/TaN复合阻挡层，介质层主要由BD1形成。
第一抛光液和第二抛光液的制备方法为：按照第一抛光液和第二抛光液的组成配比，将SiO2磨粒加入到去离子水中，依次加入氧化剂(H2O2)、三氮唑基缓蚀剂(1,2,4-三氮唑)等化学组分，磁力搅拌器搅拌30min，在将第一抛光液和第二抛光液在化学机械抛光过程中使用磁力搅拌器持续搅拌。
应用的化学机械抛光方法包括：使用Universal-150抛光机(天津华海清科机电科技有限公司)，第一抛光处理和第二抛光处理中使用IC1000抛光垫，第三抛光处理中使用PolitexReg抛光垫，第三抛光处理结束后用去离子水清洗晶圆表面，并用压缩氮气吹干。工艺参数中的抛光转速包括抛光头转速和抛光盘转速，例如，抛光转速90/100rpm是指抛光头转速为90rpm，抛光盘转速为100rpm。
抛光后图形片晶圆的表征方法为：使用四探针膜厚测量仪确定铜抛光阶段(即第一抛光处理和第二抛光处理)的抛光终点；使用自动化薄膜测绘仪辅助光学显微镜确定阻挡层抛光阶段(即第三抛光处理)的抛光终点；使用透射电子显微镜观察晶圆抛光后界面缺陷，使用原子力显微镜和探针式轮廓仪测量晶圆表面抛光后的铜凹陷等缺陷。
实施例1
使用边长为1.55inch的正方形图形片晶圆。铜抛光过程：P1抛光压力为2.0psi，OP抛光压力为1.3psi，第一抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第一抛光液含1wt.％H2O2，5wt.％SiO2磨粒，使用IC1000抛光垫。
实施例2
使用边长为1.55inch的正方形图形片晶圆。铜抛光过程：P1抛光压力为1.5psi，OP抛光压力为1.3psi，第一抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第一抛光液含1wt.％H2O2，5wt.％SiO2磨粒，使用IC1000抛光垫。
实施例3
使用边长为1.55inch的正方形图形片晶圆。铜抛光过程：P1抛光压力为1.3psi，OP抛光压力为1.3psi，第一抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第一抛光液含1wt.％H2O2，5wt.％SiO2磨粒，使用IC1000抛光垫。
实施例4
使用边长为1.55inch的正方形图形片晶圆。铜抛光过程：P1抛光压力为1.0psi，OP抛光压力为0.8psi，第一抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第一抛光液含1wt.％H2O2，5wt.％SiO2磨粒，使用IC1000抛光垫。
实施例5
使用边长为1.55inch的正方形图形片晶圆。铜抛光过程：P1抛光压力为0.8psi，OP抛光压力为0.6psi，第一抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第一抛光液含1wt.％H2O2，5wt.％SiO2磨粒，使用IC1000抛光垫。
实施例6
使用边长为1.55inch的正方形图形片晶圆。铜抛光过程：P1抛光压力为1.0psi，OP抛光压力为0.8psi，第一抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第一抛光液含2wt.％H2O2，5wt.％SiO2磨粒，使用IC1000抛光垫。
实施例7
使用边长为1.55inch的正方形图形片晶圆。铜抛光过程：P1抛光压力为1.0psi，OP抛光压力为0.8psi，第一抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第一抛光液含1.5wt.％H2O2，5wt.％SiO2磨粒，使用IC1000抛光垫。
实施例8
使用边长为1.55inch的正方形图形片晶圆。铜抛光过程：P1抛光压力为1.0psi，OP抛光压力为0.8psi，第一抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第一抛光液含0.75wt.％H2O2，5wt.％SiO2磨粒，使用IC1000抛光垫。
实施例9
使用边长为1.55inch的正方形图形片晶圆。铜抛光过程：P1抛光压力为1.0psi，OP抛光压力为0.8psi，第一抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第一抛光液含0.5wt.％H2O2，5wt.％SiO2磨粒，使用IC1000抛光垫。
实施例10
使用边长为1.55inch的正方形图形片晶圆。铜抛光过程：P1抛光压力为1.0psi，OP抛光压力为0.8psi，第一抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第一抛光液含0.75wt.％H2O2，5wt.％SiO2磨粒，使用IC1000抛光垫。阻挡层抛光过程：P2抛光压力为1.0psi，抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第二抛光液含1.0wt.％H2O2，3wt.％SiO2磨粒，使用PolitexReg抛光垫。
实施例11
使用边长为1.55inch的正方形图形片晶圆。铜抛光过程：P1抛光压力为1.0psi，OP抛光压力为0.8psi，第一抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第一抛光液含0.75wt.％H2O2，5wt.％SiO2磨粒，使用IC1000抛光垫。阻挡层抛光过程：P2抛光压力为1.0psi，抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第二抛光液含0.75wt.％H2O2，3wt.％SiO2磨粒，使用PolitexReg抛光垫。
实施例12
使用边长为1.55inch的正方形图形片晶圆。铜抛光过程：P1抛光压力为1.0psi，OP抛光压力为0.8psi，第一抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第一抛光液含0.75wt.％H2O2，5wt.％SiO2磨粒，使用IC1000抛光垫。阻挡层抛光过程：P2抛光压力为1.0psi，抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第二抛光液含0.4wt.％H2O2，3wt.％SiO2磨粒，使用PolitexReg抛光垫。
实施例13
使用边长为1.55inch的正方形图形片晶圆。铜抛光过程：P1抛光压力为1.0psi，OP抛光压力为0.8psi，第一抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第一抛光液含0.75wt.％H2O2，5wt.％SiO2磨粒，使用IC1000抛光垫。阻挡层抛光过程：P2抛光压力为1.0psi，抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第二抛光液含0.25wt.％H2O2，3wt.％SiO2磨粒，使用PolitexReg抛光垫。
实施例14
使用边长为1.55inch的正方形图形片晶圆。铜抛光过程：P1抛光压力为1.0psi，OP抛光压力为0.8psi，第一抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第一抛光液含0.75wt.％H2O2，5wt.％SiO2磨粒，使用IC1000抛光垫。阻挡层抛光过程：P2抛光压力为1.0psi，抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第二抛光液含0.4wt.％H2O2，0.5wt.％三氮唑基缓蚀剂，3wt.％SiO2磨粒，使用PolitexReg抛光垫。
实施例15
使用边长为1.55inch的正方形图形片晶圆。铜抛光过程：P1抛光压力为1.0psi，OP抛光压力为0.8psi，第一抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第一抛光液含0.75wt.％H2O2，5wt.％SiO2磨粒，使用IC1000抛光垫。阻挡层抛光过程：P2抛光压力为1.0psi，抛光液流量130mL/min，抛光转速90/100rpm，第二抛光液含0.4wt.％H2O2，1wt.％三氮唑基缓蚀剂，3wt.％SiO2磨粒，使用PolitexReg抛光垫。
表征结果如表1～2和图1：
表1铜抛光阶段后晶圆的片内均匀性
表2阻挡层抛光阶段后晶圆代表性图形阵列(μm)的铜凹陷数值
| 图形阵列 | 100/100 | 50/50 | 10/10 | 5/5 | 2/2 | 1/1 | 7/3 | 3/7 |
| 实施例11 | 918.0 | 812.0 | 663.5 | 233.0 | 20.5 | 18.5 | 169.7 | 181.2 |
| 实施例12 | 613.1 | 458.2 | 244.9 | 111.0 | 15.6 | 10.1 | 99.9 | 144.7 |
| 实施例15 | 560.7 | 377.2 | 201.0 | 109.4 | 15.6 | 11.1 | 134.9 | 100.5 |
从以上结果可以看出，采用本发明的的化学机械抛光方法对图形片晶圆进行抛光，可以显著提高抛光后晶圆的片内均匀性，通过调整适当的抛光工艺参数，例如降低抛光下压力和氧化剂含量，可以有效降低方形图形晶圆边缘处和中心处的抛光差异。本发明的阻挡层抛光液(第二抛光液)配方和抛光方法可以获得良好的抛光后晶圆表面和界面质量。
由实施例15可以看出，5/5μm阵列阻挡层抛光阶段结束后的截面透射电镜图片如图1，当阻挡层抛光液中含有0.4wt.％H2O2、1wt.％三氮唑基缓蚀剂时，在超低抛光下压力下(1.0psi)可以获得良好的抛光后表面质量，100/100μm大线宽图形阵列的铜凹陷值仅为此技术指标可以满足工业生产的要求，本发明的化学机械抛光方法适用于集成电路后段制程中使用Ru阻挡层的铜互连结构的抛光过程。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种图形片晶圆的抛光方法，其特征在于，
所述图形片晶圆包括：衬底、介质层、钌阻挡层和金属层，所述介质层、所述钌阻挡层和所述金属层设在所述衬底上，所述钌阻挡层设在所述介质层和所述金属层之间；
所述抛光方法包括：
(1)利用第一抛光液对所述金属层依次进行第一抛光处理和第二抛光处理；
(2)利用第二抛光液对所述钌阻挡层进行第三抛光处理，得到抛光后图形片晶圆。
2.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述图形片晶圆呈方形；
任选地，所述图形片晶圆为边长为1.0～2.0inch的正方形图形片晶圆。
3.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述钌阻挡层包括Ru/Ta/TaN复合结构；
任选地，所述金属层中含有Cu。
4.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述第一抛光液包括：0.2～2.0重量份的H2O2、1～6重量份的SiO2磨粒。
5.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述第二抛光液包括：0.2～1.0重量份的H2O2、不少于0.5重量份的三氮唑基缓蚀剂和1～3重量份的SiO2磨粒。
6.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述第一抛光处理的抛光压力为0.8～2.0psi，所述第二抛光处理的抛光压力为0.6～1.8psi。
7.根据权利要求6所述的抛光方法，其特征在于，所述第一抛光处理和所述第二抛光处理中，所述第一抛光液的流量为100～180mL/min，抛光转速为80～120r/min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三抛光处理的抛光压力为0.6～1.2psi。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第三抛光处理中，所述第二抛光液的流量为100～150mL/min，抛光转速为70～100r/min。
10.一种适于对图形片晶圆中钌阻挡层进行抛光的抛光液，其特征在于，包括：0.2～1.0重量份的H2O2、不少于0.5重量份的三氮唑基缓蚀剂和1～3重量份的SiO2磨粒。
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