CN117047653A - 化学机械研磨工艺方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例提供了一种化学机械研磨工艺方法与装置，涉及半导体制造技术领域，包括：提供形成有介质层与导电层的基底，使用第一研磨液和第二研磨液的混合研磨液对放置于研磨盘上的基底进行化学机械研磨，以去除介质层上表面覆盖的导电层；使用清洗液对放置于研磨盘上的基底进行冲洗后，再使用第二研磨液对放置于研磨盘上的基底进行化学机械研磨，以去除部分介质层，使介质层的上表面低于填充在凹槽内的导电层的上表面，从而保证凹槽内的导电层能够凸出于介质层的表面，提升了基于单个研磨盘的CMP工艺的产品良率。
Description
技术领域
本公开实施例涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种化学机械研磨工艺方法与装置。
背景技术
化学机械研磨(Chemical Mechanical Polish，简称CMP)工艺是半导体制造工艺中非常关键的工艺之一，其可用于半导体结构中导电插塞的制备。
以金属钨CMP工艺为例，在钨连接填充孔的制备工艺中，一般是在氧化层内形成深井式凹槽，然后再于该凹槽内填充金属钨，在填充的过程中，氧化层的表面也会一同被沉积上金属钨；这时，就需要通过CMP工艺将位于氧化层表面的金属钨去除，而只保留凹槽内的金属钨作为金属连线。现有的CMP工艺一般采用两个研磨盘，这两个研磨盘通过使用不同的研磨液，虽然可以使凹槽内的金属钨凸出于氧化层的表面，但是CMP机台的利用率并不高。
为了提升CMP机台的利用率，现有技术中提出了基于单个研磨盘的CMP工艺。然而，现有技术中基于单个研磨盘的CMP工艺，并不能使凹槽内的金属钨凸出于氧化层的表面，由此可能导致金属钨与金属导电层之间无法有效连接，降低了产品良率。
发明内容
本公开实施例提供了一种化学机械研磨工艺方法与装置，可以解决现有技术中基于单个研磨盘的CMP工艺产品良率较低的技术问题。
第一方面，本公开实施例提供了一种化学机械研磨工艺方法，包括：
提供形成有介质层与导电层的基底，所述介质层具有凹槽，所述导电层覆盖在所述介质层的上表面且填充在所述凹槽内，所述导电层包括钨层；
使用第一研磨液和第二研磨液的混合研磨液对放置于研磨盘上的所述基底进行化学机械研磨，以去除所述介质层的上表面覆盖的所述导电层；所述混合研磨液对所述导电层的研磨速率大于对所述介质层的研磨速率；
使用清洗液对放置于所述研磨盘上的所述基底进行冲洗，以去除所述基底上残留的所述混合研磨液；
使用所述第二研磨液对放置于所述研磨盘上的所述基底进行化学机械研磨，以去除部分所述介质层，使所述介质层的上表面低于填充在所述凹槽内的所述导电层的上表面，所述第二研磨液对所述导电层的研磨速率小于对所述介质层的研磨速率。
在一种可行的实施方式中，所述导电层还包括氮化钛层，所述氮化钛层位于所述介质层与所述钨层之间。
在一种可行的实施方式中，所述使用第一研磨液和第二研磨液的混合研磨液对放置于研磨盘上的所述基底进行化学机械研磨，以去除所述介质层的上表面覆盖的所述导电层，包括：
在使用所述混合研磨液对所述基底进行化学机械研磨的过程中，利用预设的化学机械研磨终点检测程序检测是否已研磨至所述氮化钛层；
当检测到已研磨至所述氮化钛层时，停止使用所述混合研磨液对所述基底进行化学机械研磨。
在一种可行的实施方式中，所述使用所述第二研磨液对放置于所述研磨盘上的所述基底进行化学机械研磨，以去除部分所述介质层，包括：
使用所述第二研磨液对所述基底进行化学机械研磨，以去除预设厚度的所述介质层；所述预设厚度的取值范围为40nm～200nm。
在一种可行的实施方式中，所述混合研磨液中，所述第一研磨液和所述第二研磨液的质量比为1:1～1:4。
在一种可行的实施方式中，所述第一研磨液包括基液、催化剂及稳定剂，所述第二研磨液的成分与所述基液相同。
在一种可行的实施方式中，所述基液包括固体研磨颗粒、过氧化氢及水；
其中，
所述固体研磨颗粒为溶胶式二氧化硅；
所述过氧化氢在所述基液中的质量百分比为1％～3％；
所述水在所述基液中的质量百分比为50％～95％；
所述基液的pH值为1～3。
在一种可行的实施方式中，所述催化剂为硝酸铁，所述催化剂在所述第一研磨液中的质量百分比为0.1％～1％。
在一种可行的实施方式中，所述稳定剂为过硫酸铵，所述稳定剂在所述第一研磨液中的质量百分比为0.05％～1％。
在一种可行的实施方式中，所述第一研磨液与所述第二研磨液的固含量相同，所述固含量为8％～14％。
在一种可行的实施方式中，所述第一研磨液与所述第二研磨液中的固体研磨颗粒的平均粒度为100nm～140nm。
在一种可行的实施方式中，所述清洗液为去离子水。
第二方面，本公开实施例提供了一种化学机械研磨装置，包括：
研磨盘；
研磨头，位于所述研磨盘的上方，用于将待研磨的基底压制于所述研磨盘上进行化学机械研磨；所述基底包括介质层与导电层，所述介质层具有凹槽，所述导电层覆盖在所述介质层的上表面且填充在所述凹槽内，所述导电层包括钨层；
研磨液供给组件，用于向所述研磨盘的表面提供研磨液；
清洗组件，用于向所述研磨盘的表面提供清洗液；
控制组件，分别与所述研磨液供给组件、所述清洗组件连接，用于：
控制所述研磨液供给组件向所述研磨盘的表面提供第一研磨液和第二研磨液的混合研磨液，以去除所述介质层的上表面覆盖的所述导电层；所述混合研磨液对所述导电层的研磨速率大于对所述介质层的研磨速率；
控制所述清洗组件向所述研磨盘的表面提供清洗液，以去除所述基底上残留的所述混合研磨液；
控制所述研磨液供给组件向所述研磨盘的表面提供所述第二研磨液，以去除部分所述介质层，使所述介质层的上表面低于填充在所述凹槽内的所述导电层的上表面，所述第二研磨液对所述导电层的研磨速率小于对所述介质层的研磨速率。
在一种可行的实施方式中，所述导电层还包括氮化钛层，所述氮化钛层位于所述介质层与所述钨层之间。
在一种可行的实施方式中，每个所述研磨盘上待研磨的基底的数量为4个。
本公开实施例中所提供的化学机械研磨工艺方法与装置，通过提出一种新型的第一研磨液和第二研磨液，对于形成有介质层与导电层的基底，先使用第一研磨液和第二研磨液的混合研磨液对放置于研磨盘上的基底进行化学机械研磨，以去除介质层的上表面覆盖的导电层；然后使用清洗液对放置于研磨盘上的基底进行冲洗后，再使用第二研磨液对放置于研磨盘上的基底进行化学机械研磨，以去除部分介质层，使介质层的上表面低于填充在凹槽内的导电层的上表面，从而保证凹槽内的导电层能够凸出于介质层的表面，提升了基于单个研磨盘的CMP工艺的产品良率。
附图说明
图1为本公开实施例中提供的一种基于双研磨盘的CMP工艺的流程示意图；
图2为本公开实施例中提供的一种基于单个研磨盘的CMP工艺流程示意图；
图3为本公开实施例中提供的一种CMP工艺方法的流程示意图；
图4为本公开实施例中提供的一种CMP工艺流程示意图；
图5为本公开实施例中第一研磨液和第二研磨液的流速对W和氧化物的研磨速率影响对照示意图；
图6为本公开实施例中描述的几种CMP工艺的产品结果对照示意图；
图7为本公开实施例中提供的一种化学机械研磨装置的结构示意图。
标号说明：
10 基底
20 介质层
30 导电层
31 钨(W)层
32 氮化钛(TiN)层
311 钨插塞
312 W突出结构
313 凹陷
40 金属结构
61 研磨盘
62 研磨垫
63 研磨头
64 研磨液供给组件
6411 第一研磨液供给源
6412 第二研磨液供给源
6421 第一输液管
6422 第二输液管
6431 第一喷头
6432 第二喷头
65 控制组件
66 清洗组件
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。此外，虽然本公开中公开内容按照示范性一个或几个实例来介绍，但应理解，可以就这些公开内容的各个方面也可以单独构成一个完整实施方式。
需要说明的是，本公开中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本公开的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。
本公开中说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换，例如能够根据本公开实施例图示或描述中给出那些以外的顺序实施。
此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的那些组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。
本公开实施例中使用的术语“模块”，是指任何已知或后来开发的硬件、软件、固件、人工智能、模糊逻辑或硬件或/和软件代码的组合，能够执行与该元件相关的功能。
可选的，本公开实施例涉及动态随机存取存储器(Dynamic Random AccessMemory，简称DRAM)制程工艺，可以应用于DRAM生产中的金属钨(W)CMP工艺。
在钨连接填充孔的制备过程中，一般是在氧化层内形成深井式凹槽，然后再于该凹槽内填充金属钨，在填充的过程中，氧化层的表面也会一同被沉积上金属钨；这时，就需要通过CMP工艺将位于氧化层表面的金属钨去除，而只保留凹槽内的金属钨作为金属连线。
传统的CMP工艺一般采用两个研磨盘，参照图1，图1为本公开实施例中提供的一种基于双研磨盘的CMP工艺的流程示意图。
如图1所示，上述基于双研磨盘的CMP工艺包括：
步骤一、提供形成有介质层20与导电层30的基底10，其中，介质层20具有凹槽，导电层30覆盖在介质层20的上表面且填充在上述凹槽内。
其中，导电层30包括钨(W)层31与氮化钛(TiN)层32，氮化钛层32位于介质层20与钨层31之间。
在一些实施例中，介质层20为氧化物(Oxide)。
步骤二、由研磨盘1利用A研磨液(W的研磨速率>氧化物的研磨速率)去除部分W。
步骤三、由研磨盘2利用B研磨液(氧化物的研磨速率>W的研磨速率)去除部分氮化钛和部分氧化物，从而在钨插塞311的顶部实现W突出结构312，确保W与金属层之间更好的接触和相连。
其中，由于A研磨液和B研磨液所含的原物料差异较大，且A研磨液和B研磨液在混用过程中会发生反应，形成的副产物难以清除，所以A研磨液只能单独作用于研磨盘1，B研磨液只能单独作用于研磨盘2，经过双研磨盘的研磨工艺才能很好的形成W突出结构，但在批量生产的生产线，需要花费更多的耗材和机台用于生产，机台的利用率较低。
因此，上述基于双研磨盘的CMP工艺，虽然可以实现W突出结构，但是CMP机台的利用率并不高。
为了提升CMP机台的利用率，一些解决方案中提出了基于单个研磨盘的CMP工艺。然而，现有基于单个研磨盘的CMP工艺，采用传统的单种研磨液，无法实现氧化物的研磨速率>W的研磨速率，所以在工艺结果中W是凹陷的，无法形成W突出结构。
为了更好的理解本公开实施例，参照图2，图2为本公开实施例中提供的一种基于单个研磨盘的CMP工艺流程示意图。
如图2所示，上述基于单研磨盘的CMP工艺包括：
步骤一、提供形成有介质层20与导电层30的基底10，其中，介质层20具有凹槽，导电层30覆盖在介质层20的上表面且填充在上述凹槽内。
其中，导电层30包括钨(W)层31与氮化钛(TiN)层32，氮化钛层32位于介质层20与钨层31之间。
在一些实施例中，介质层20为氧化物(Oxide)。
步骤二、由研磨盘利用研磨液(W的研磨速率>氧化物的研磨速率)去除部分W和氮化钛。
由于上述研磨液对W的研磨速率>氧化物的研磨速率，因此工艺结果中钨插塞311的顶部会出现凹陷313，无法形成W突出结构。这样的工艺结果加大了后续工艺的加工难度，可能会导致W与金属层之间无法有效连接，严重的影响了产品的良率。
另外，如果上述基于单研磨盘的CMP工艺采用上述A研磨液和B研磨液先后进行两次研磨，则在第一次研磨后即使经过冲洗，基底10的表面也很难完全冲洗干净，且由于A研磨液和B研磨液的差异巨大，在进行第二次研磨时，未冲洗干净的A研磨液和B研磨液会发生反应，形成的副产物难以清除，由此会严重影响产品的良率。
面对上述技术问题，本公开实施例提供了一种化学机械研磨工艺方法，通过提出一种新型的第一研磨液和第二研磨液，对于形成有介质层与导电层的基底，先使用第一研磨液和第二研磨液的混合研磨液对放置于研磨盘上的基底进行化学机械研磨，以去除介质层的上表面覆盖的导电层；然后使用清洗液对放置于研磨盘上的基底进行冲洗后，再使用第二研磨液对放置于研磨盘上的基底进行化学机械研磨，以去除部分介质层，使介质层的上表面低于填充在凹槽内的导电层的上表面，从而保证凹槽内的导电层能够凸出于介质层的表面，提升了基于单个研磨盘的CMP工艺的产品良率。
参照图3，图3为本公开实施例中提供的一种化学机械研磨工艺方法的流程示意图。在本公开一些实施例中，上述化学机械研磨工艺方法包括：
S301、提供形成有介质层与导电层的基底，所述介质层具有凹槽，所述导电层覆盖在所述介质层的上表面且填充在所述凹槽内。
其中，所述导电层包括钨层。
S302、使用第一研磨液和第二研磨液的混合研磨液对放置于研磨盘上的所述基底进行化学机械研磨，以去除所述介质层的上表面覆盖的导电层。
其中，所述混合研磨液对所述导电层的研磨速率大于对所述介质层的研磨速率。
S303、使用清洗液对放置于所述研磨盘上的所述基底进行冲洗，以去除所述基底上残留的所述混合研磨液。
S304、使用所述第二研磨液对放置于所述研磨盘上的所述基底进行化学机械研磨，以去除部分所述介质层，使所述介质层的上表面低于填充在所述凹槽内的所述导电层的上表面。
其中，所述第二研磨液对所述导电层的研磨速率小于对所述介质层的研磨速率。
为了更好的理解本公开实施例，参照图4，图4为本公开实施例中提供的一种CMP工艺流程示意图。该CMP工艺基于单个研磨盘实现。
在本公开一些实施例中，上述CMP工艺包括：
步骤一、提供形成有介质层20与导电层30的基底10，其中，介质层20具有凹槽，导电层30覆盖在介质层20的上表面且填充在上述凹槽内。
可选的，基底10可以为任意一种基底，譬如硅基底、蓝宝石基底或氮化镓基底等等。
在一些实施例中，基底10内形成有需要电学引出的功能器件，譬如MOS器件等等。
在一些实施例中，介质层20为氧化物(Oxide)，如氧化硅(SiOx)等。另外，介质层20还可以为氮化硅(SiN)等。
在一些实施例中，可以采用物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺于基底10的正面形成介质层20。
在一些实施例中，可以采用光刻及刻蚀工艺于介质层20内形成上述凹槽。其中，介质层20内形成的凹槽的数量可以根据实际需要进行设定。例如，介质层20内形成的凹槽的数量可以为多个。
在一些实施例中，导电层30包括钨(W)层31与氮化钛(TiN)层32，氮化钛层32位于介质层20与钨层31之间。可选的，氮化钛层32位于上述凹槽的侧壁及底部，并由上述凹槽延伸至介质层20的表面，且覆盖介质层20的上表面；钨层31位于氮化钛层32的上表面，钨层31填满上述凹槽并覆盖位于氮化钛层32的表面。
可选的，钨层31可以采用物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺等形成。
在其它一些实施例中，导电层30还可包括其它任意可以形成导电的金属插塞的金属层，譬如铜层、锡层、钛层、镍层、银层或金层中的至少一种。
步骤二、使用第一研磨液和第二研磨液的混合研磨液对放置于研磨盘上的基底10进行化学机械研磨，以去除覆盖于介质层20表面的部分导电层30。
其中，上述混合研磨液对导电层30中钨的研磨速率大于对介质层20中氧化物的研磨速率。
其中，第一研磨液和第二研磨液基本的成分和浓度都是相似的，由此可以实现第一研磨液和第二研磨液的混合研磨液在同一研磨盘混合研磨。
需要说明的是，化学机械研磨过程中是将待研磨器件固定于一研磨头上，该研磨头将待研磨器件压置于位于一研磨平台上表面的研磨盘，研磨液供给系统在向上述研磨盘上喷射研磨液的同时，上述研磨平台带动上述研磨盘旋转，上述研磨头带动上述待研磨器件做与上述研磨盘旋转方向相反的旋转，以对上述待研磨器件进行研磨。
在一些实施例中，在使用上述混合研磨液对基底10进行化学机械研磨的过程中，利用预设的化学机械研磨终点检测程序检测是否已研磨至氮化钛层32；当检测到已研磨至氮化钛层32时，停止使用上述混合研磨液对基底进行化学机械研磨。
在一些实施例中，上述化学机械研磨终点检测程序可以为基于摩擦力的终点检测程序。
其中，基于摩擦力的终点检测程序是利用材料与研磨垫相对摩擦时的摩擦系数不同来判断研磨的界面，具体实施方法有间接测量法与直接测量法。直接测量法是直接测量研磨摩擦力来实现终点检测。如被研磨材料与研磨垫之间的摩擦力会对研磨头的摆动产生阻力，使用力压电式传感器监测研磨头所受到的横向力。当研磨界面的材料发送改变时，横向的摩擦力将发送改变，通过直接测量摩擦力的改变可以实现终点检测。间接法时通过检测由于研磨摩擦力的改变引起的研磨电机电流变换的终点检测方法。为了维持研磨头的摆动以及转所的稳定，研磨头驱动电机的电流强度会伴随研磨头的旋转阻力、研磨盘旋转扭矩的改变而改变。因此通过实时测量电机的驱动电流、研磨头的电机阻力等参数可以判断出研磨的终点。
在另外一些实施例中，上述化学机械研磨终点检测程序还可以为基于光学的终点检测程序、电磁耦合终点检测程序、电化学终点检测程序、热成像终点检测程序等，本公开实施例中不做限制。
步骤三、使用清洗液对放置于研磨盘上的基底10进行冲洗，以去除基底10上残留的混合研磨液。
在一些实施例中，可以采用去离子水(DIW)对放置于研磨盘上的基底10进行冲洗，以去除基底10上残留的混合研磨液，避免对凹槽内的W过度研磨。
步骤四、使用第二研磨液对放置于研磨盘上的基底10进行化学机械研磨，以去除部分介质层20，使介质层20的上表面低于填充在凹槽内的导电层30的上表面，在钨插塞311的顶部形成W突出结构312。
其中，上述第二研磨液对介质层20中氧化物的研磨速率大于对导电层30中W的研磨速率。
可以理解的是，由于第二研磨液对氧化物的研磨速率大于对W的研磨速率，因此，在使用第二研磨液对放置于研磨盘上的基底10进行化学机械研磨一段时间之后，介质层20的上表面会低于填充在凹槽内的钨插塞311的顶面。
在一些实施例中，可以与设置一个研磨厚度，然后使用第二研磨液研磨掉该厚度的氧化物之后，即可停止研磨。
可选的，上述研磨厚度的取值范围可以为40nm～200nm。
本公开实施例中所提供的化学机械研磨工艺方法，在提供形成有介质层与导电层的基底后，先使用第一研磨液和第二研磨液的混合研磨液对放置于研磨盘上的基底进行化学机械研磨，以去除介质层的上表面覆盖的导电层；然后使用清洗液对放置于研磨盘上的基底进行冲洗后，再使用第二研磨液对放置于研磨盘上的基底进行化学机械研磨，以去除部分介质层，使介质层的上表面低于填充在凹槽内的导电层的上表面，从而保证凹槽内的导电层能够凸出于介质层的表面，提升了基于单个研磨盘的CMP工艺的产品良率。
在本公开实施例中，提出一种新型的第一研磨液和第二研磨液。第一研磨液和第二研磨液基本的成分和浓度都是相似的，从而有助于实现两种研磨液在同一研磨盘混合研磨，而不会发生化学反应生成难溶物。
在一些实施例中，第一研磨液可以是在第二研磨液的基础上添加适量的催化剂(Catalyst)和稳定剂(Stabilizer)得到，用来增加W的研磨速率，但是对氧化物的研磨速率基本上是常数。
在本公开一些实施例中，若将第二研磨液作为基液，则第一研磨液包括该基液与上述催化剂和稳定剂。
可选的，上述基液包括固体研磨颗粒、过氧化氢及水。
其中，上述固体研磨颗粒为溶胶式二氧化硅或二氧化铈；上述过氧化氢在基液中的质量百分比为1％～3％；上述水在基液中的质量百分比为50％～95％；上述基液的pH值为1～3。
可选的，上述第一研磨液与第二研磨液的固含量相同，固含量为8％～14％。
可选的，上述第一研磨液与第二研磨液中的固体研磨颗粒的平均粒度为100nm～140nm。
为了更好的理解本公开实施例，参照表1，表1为第一研磨液和第二研磨液的成分对照表。
表1：第一研磨液和第二研磨液的成分对照表
| 成分 | 第一研磨液 | 第二研磨液 |
| 固体研磨颗粒 | 溶胶式 | 溶胶式 |
| 平均粒度 | 100nm～140nm | 100nm～140nm |
| 过氧化氢 | 1％～3％ | 1％～3％ |
| 水 | 50％～95％ | 50％～95％ |
| 固含量 | 8％～14％ | 8％～14％ |
| pH | 1～3 | 1～3 |
| 其它 | 催化剂+稳定剂 | 无 |
可选的，上述催化剂为可溶性铁，如可以为硝酸铁等。在过氧化氢(H2O2)环境下，W表面容易被氧化，使W表面变得松软更容易去除。
可选的，上述催化剂在第一研磨液中的质量百分比为0.1％～1％。
可选的，上述稳定剂为有机酸及其盐，如可以为过硫酸铵等。
可选的，上述稳定剂在第一研磨液中的质量百分比为0.05％～1％。
为了更好的理解本公开实施例，参照图5，图5为本公开实施例中第一研磨液和第二研磨液的流速对W和氧化物的研磨速率影响对照示意图。
在图5中，a表示第一研磨液的最大流速，b表示第二研磨液的最大流速。
从图5中可以看出，当第一研磨液的最大流速为0cc，第二研磨液的最大流速为200cc时(相当于仅为研磨盘提供第二研磨液)，氧化物的研磨速率会大于W的研磨速率。当第一研磨液的最大流速增加(如第一研磨液的最大流速大于50cc)之后，W的研磨速率会大于氧化物的研磨速率。随着第一研磨液的最大流速增大，即研磨液中催化剂和稳定剂的用量增大，预期到W的研磨速率会相应的增大，然而，意外的是，W的实际研磨速率基本保持不变。一种解释是，虽然第一研磨液中加了催化剂和稳定剂，且两者用量在不断增加，但由于能接触到W的量是有限的，在第二研磨液中添加第一研磨液到一定程度时会达到饱和，W的研磨速率不会明显变化。另外，考虑到第一次研磨(对导电层研磨)和第二次研磨(对介质层研磨)在单盘研磨过程中使用的研磨液要尽量相似，否则使用的研磨液差别巨大，一方面，两种研磨液可能会发生反应，另一方面，在研磨过渡期间，第一次研磨(对导电层研磨)不能快速转变到第二次研磨(对介质层研磨)，从而造成导电层的过度研磨，且从优化成本的角度出发，在本公开一些实施例中，对介质层的上表面覆盖的导电层进行研磨时，使用上述第一研磨液和第二研磨液的混合研磨液；对介质层进行研磨时，使用上述第二研磨液。且在第一研磨液和第二研磨液混合使用时，第一研磨液和第二研磨液的质量比可以为1:1～1:4，另外，对介质层的上表面覆盖的导电层进行研磨时，考虑到研磨液对导电层和介质层的研磨选择比越大越好，因此，第一研磨液和第二研磨液的质量比优选为1：1。
为了更好的理解本公开实施例，参照图6，图6为本公开实施例中描述的几种CMP工艺的产品结果对照示意图。
从图6中可以看出，传统基于单个研磨盘的CMP工艺，由于钨插塞311的顶部无法形成W突出结构，由此会导致钨插塞311与金属结构40之间无法有效连接，存在断路风险。而本公开实施例中所提供的新型基于单个研磨盘的CMP工艺，由于钨插塞311的顶部可以形成W突出结构，由此使钨插塞311与金属结构40之间能够有效连接，所获得的产品能够达到传统的基于双研磨盘的CMP工艺水平。
本公开实施例中所提供的化学机械研磨工艺方法，通过配制两种新型的研磨液，可以在单一研磨盘实现W突出结构，在提升机台利用率的同时，还能够保证产品的良率。
基于上述实施例中所描述的内容，本公开实施例中还提供了一种化学机械研磨装置。参照图7，图7为本公开实施例中提供的一种化学机械研磨装置的结构示意图，该化学机械研磨装置包括：
研磨盘61。
研磨垫62，位于研磨盘61的上表面。
研磨头63，位于研磨垫62的上方，用于将待研磨的基底压制于研磨垫62上进行化学机械研磨。
研磨液供给组件64，用于向研磨垫62的表面提供第一研磨液及第二研磨液。
可选的，研磨液供给组件64包括第一研磨液供给源6411、第二研磨液供给源6412、第一输液管6421、第二输液管6422、第一喷头6431及第二喷头6432；其中，第一输液管6421一端与第一研磨液供给源6411相连接，另一端与第一喷头6431相连接，第一喷头6431位于研磨垫62上方；第二输液管6422一端与第二研磨液供给源6412相连接，另一端与第二喷头6432相连接，第二喷头6432位于研磨垫62上方。
在一种可行的实施方式中，第一研磨液供给源6411用于提供第一研磨液，第二研磨液供给源6412用于提供第二研磨液。
或者，第一研磨液供给源6411用于提供第一研磨液与第二研磨液的混合研磨液，第二研磨液供给源6412用于提供第二研磨液。
控制组件65，与研磨液供给组件64相连接，用于调整研磨液供给组件64向研磨垫62提供的研磨液种类及研磨液流速。
清洗组件66，用于向研磨盘的表面提供清洗液。
在一种可行的实施方式中，控制模块65与第一研磨液供给源6411及第二研磨液供给源6412相连接。
控制模块65与清洗组件66连接，用于在第一次研磨完成后，向研磨垫62的表面提供清洗液，以去除研磨垫62上残留的所述混合研磨液。
控制模块65还用于在第二次研磨过程中，控制第二供液源6412向研磨垫62的表面提供第二研磨液。
在本公开一些实施例中，上述待研磨的基底上形成有介质层与导电层。其中，介质层具有凹槽，导电层覆盖在介质层的上表面且填充在上述凹槽内。导电层包括钨(W)层与氮化钛层，氮化钛层位于介质层与钨层之间。可选的，氮化钛层位于上述凹槽的侧壁及底部，并由上述凹槽延伸至介质层的表面，且覆盖介质层的上表面；钨层位于氮化钛层的上表面，钨层填满上述凹槽并覆盖位于氮化钛层的表面。
在一些实施例中，介质层为氧化物(Oxide)，如氧化硅(SiOx)等。
在一些实施例中，在第一次研磨过程中，控制模块65可以控制第一研磨供给源6411向研磨垫62的表面提供第一研磨液和第二研磨液的混合研磨液；或者，控制模块65也可以控制第一研磨供给源6411以第一流速向研磨垫62的表面提供第一研磨液，同时控制第二研磨供给源6412以第二流速向研磨垫62的表面提供第二研磨液。
其中，由于上述第一研磨液和第二研磨液的混合研磨液对导电层中钨的研磨速率大于对介质层中氧化物的研磨速率，因此，在第一次研磨过程中，可以去除覆盖于介质层表面的部分导电层。
在一些实施例中，上述化学机械研磨装置还包括检测装置，用于在第一次研磨过程中，利用预设的化学机械研磨终点检测程序检测是否已研磨至氮化钛层；当检测到已研磨至氮化钛层时，停止第一次研磨。
在一些实施例中，上述化学机械研磨终点检测程序可以为基于摩擦力的终点检测程序。
在另外一些实施例中，上述化学机械研磨终点检测程序还可以为基于光学的终点检测程序、电磁耦合终点检测程序、电化学终点检测程序、热成像终点检测程序等，本公开实施例中不做限制。
在一些实施例中，在停止第一次研磨后，控制模块65可以控制清洗组件66向研磨盘的表面提供清洗液，以去除基底上残留的混合研磨液。
在一些实施例中，可以采用去离子水(DIW)对放置于研磨盘上的基底进行冲洗，避免对凹槽内的W过度研磨。
在一些实施例中，在对基底进行冲洗之后，即可开始第二次研磨，在第二次研磨过程中，控制模块65可以控制第二研磨供给源6412向研磨垫62的表面提供第二研磨液。
可以理解的是，由于第二研磨液对氧化物的研磨速率大于对W的研磨速率，因此，在使用第二研磨液对放置于研磨盘上的基底进行化学机械研磨一段时间之后，介质层的上表面会低于填充在凹槽内的钨插塞的顶面。
在一些实施例中，可以与设置一个研磨厚度，然后使用第二研磨液研磨掉该厚度的氧化物之后，即可停止研磨。
可选的，上述研磨厚度的取值范围可以为40nm～200nm。
在一些实施例中，第一研磨液可以是在第二研磨液的基础上添加适量的催化剂(Catalyst)和稳定剂(Stabilizer)得到，用来增加W的研磨速率，但是对氧化物的研磨速率基本上是常数。
在本公开一些实施例中，若将第二研磨液作为基液，则第一研磨液包括该基液与上述催化剂和稳定剂。
可选的，上述基液包括固体研磨颗粒、过氧化氢及水。
其中，上述固体研磨颗粒为溶胶式二氧化硅或二氧化铈；上述过氧化氢在基液中的质量百分比为1％～3％；上述水在基液中的质量百分比为50％～95％；上述基液的pH值为1～3。
可选的，上述第一研磨液与第二研磨液的固含量相同，固含量为8％～14％。
可选的，上述第一研磨液与第二研磨液中的固体研磨颗粒的平均粒度为100nm～140nm。
可选的，上述催化剂为可溶性铁，如可以为硝酸铁等。在过氧化氢(H2O2)环境下，W表面容易被氧化，使W表面变得松软更容易去除。
可选的，上述催化剂在第一研磨液中的质量百分比为0.1％～1％。
可选的，上述稳定剂为有机酸及其盐，如可以为过硫酸铵等。
可选的，上述稳定剂在第一研磨液中的质量百分比为0.05％～1％。
另外，考虑到第一次研磨(对导电层研磨)和第二次研磨(对介质层研磨)在单盘研磨过程中使用的研磨液要尽量相似，否则使用的研磨液差别巨大，一方面，两种研磨液可能会发生反应，另一方面，在研磨过渡期间，第一次研磨(对导电层研磨)不能快速转变到第二次研磨(对介质层研磨)，从而造成导电层的过度研磨，且从优化成本的角度出发，在本公开一些实施例中，对介质层的上表面覆盖的导电层进行研磨时，使用上述第一研磨液和第二研磨液的混合研磨液；对介质层进行研磨时，使用上述第二研磨液。且在本公开一些实施例中，在第一研磨液和第二研磨液的混合研磨液中使用时，第一研磨液和第二研磨液的质量比可以为1:1～1:4，另外，对介质层的上表面覆盖的导电层进行研磨时，考虑到研磨液对导电层和介质层的研磨选择比越大越好，因此，第一研磨液和第二研磨液的质量比优选为1：1。
可以理解的是，本公开实施例中提供的化学机械研磨装置，通过使用单一研磨盘工艺，可以将机台传统的2×2生产模式切换成4×1模式，从而极大地提高机台的利用率并节省生产成本。其中，上述2×2生产模式是指机台采用2个研磨盘，每个研磨盘采用不同的研磨工艺，同时可研磨两片晶圆；上述4×1模式则是指机台采用1个研磨盘，该研磨盘可以同时研磨4片晶圆。
本公开实施例中所提供的化学机械研磨装置，通过利用两种新型的研磨液，可以在单一研磨盘实现W突出结构，在提升机台利用率的同时，还能够保证产品的良率。
在本公开所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的范围。
Claims (15)
1.一种化学机械研磨工艺方法，其特征在于，包括：
提供形成有介质层与导电层的基底，所述介质层具有凹槽，所述导电层覆盖在所述介质层的上表面且填充在所述凹槽内，所述导电层包括钨层；
使用第一研磨液和第二研磨液的混合研磨液对放置于研磨盘上的所述基底进行化学机械研磨，以去除所述介质层的上表面覆盖的所述导电层；所述混合研磨液对所述导电层的研磨速率大于对所述介质层的研磨速率；
使用清洗液对放置于所述研磨盘上的所述基底进行冲洗，以去除所述基底上残留的所述混合研磨液；
使用所述第二研磨液对放置于所述研磨盘上的所述基底进行化学机械研磨，以去除部分所述介质层，使所述介质层的上表面低于填充在所述凹槽内的所述导电层的上表面，所述第二研磨液对所述导电层的研磨速率小于对所述介质层的研磨速率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导电层还包括氮化钛层，所述氮化钛层位于所述介质层与所述钨层之间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述使用第一研磨液和第二研磨液的混合研磨液对放置于研磨盘上的所述基底进行化学机械研磨，以去除所述介质层的上表面覆盖的所述导电层，包括：
在使用所述混合研磨液对所述基底进行化学机械研磨的过程中，利用预设的化学机械研磨终点检测程序检测是否已研磨至所述氮化钛层；
当检测到已研磨至所述氮化钛层时，停止使用所述混合研磨液对所述基底进行化学机械研磨。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用所述第二研磨液对放置于所述研磨盘上的所述基底进行化学机械研磨，以去除部分所述介质层，包括：
使用所述第二研磨液对所述基底进行化学机械研磨，以去除预设厚度的所述介质层；所述预设厚度的取值范围为40nm～200nm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合研磨液中，所述第一研磨液和所述第二研磨液的质量比为1:1～1:4。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一研磨液包括基液、催化剂及稳定剂，所述第二研磨液的成分与所述基液相同。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基液包括固体研磨颗粒、过氧化氢及水；其中，
所述固体研磨颗粒为溶胶式二氧化硅；
所述过氧化氢在所述基液中的质量百分比为1％～3％；
所述水在所述基液中的质量百分比为50％～95％；
所述基液的pH值为1～3。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述催化剂为硝酸铁，所述催化剂在所述第一研磨液中的质量百分比为0.1％～1％。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述稳定剂为过硫酸铵，所述稳定剂在所述第一研磨液中的质量百分比为0.05％～1％。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一研磨液与所述第二研磨液的固含量相同，所述固含量为8％～14％。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一研磨液与所述第二研磨液中的固体研磨颗粒的平均粒度为100nm～140nm。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述清洗液为去离子水。
13.一种化学机械研磨装置，其特征在于，包括：
研磨盘；
研磨头，位于所述研磨盘的上方，用于将待研磨的基底压制于所述研磨盘上进行化学机械研磨；所述基底包括介质层与导电层，所述介质层具有凹槽，所述导电层覆盖在所述介质层的上表面且填充在所述凹槽内，所述导电层包括钨层；
研磨液供给组件，用于向所述研磨盘的表面提供研磨液；
清洗组件，用于向所述研磨盘的表面提供清洗液；
控制组件，分别与所述研磨液供给组件、所述清洗组件连接，用于：
控制所述研磨液供给组件向所述研磨盘的表面提供第一研磨液和第二研磨液的混合研磨液，以去除所述介质层的上表面覆盖的所述导电层；所述混合研磨液对所述导电层的研磨速率大于对所述介质层的研磨速率；
控制所述清洗组件向所述研磨盘的表面提供清洗液，以去除所述基底上残留的所述混合研磨液；
控制所述研磨液供给组件向所述研磨盘的表面提供所述第二研磨液，以去除部分所述介质层，使所述介质层的上表面低于填充在所述凹槽内的所述导电层的上表面，所述第二研磨液对所述导电层的研磨速率小于对所述介质层的研磨速率。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述导电层还包括氮化钛层，所述氮化钛层位于所述介质层与所述钨层之间。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，每个所述研磨盘上待研磨的基底的数量为4个。
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