專利名稱：化學(xué)機械研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種化學(xué)機械研磨方法。
背景技術(shù)：
化學(xué)機械研磨(Chemical Mechanical Planarization， CMP)是一種 全局表面平坦化技術(shù)，在半導(dǎo)體制造過程中用以減小半導(dǎo)體基底厚度的 變化和表面形貌的影響。由于CMP可精確并均勻地把半導(dǎo)體基底平坦化為 需要的厚度和平坦度，已經(jīng)成為半導(dǎo)體制造過程中應(yīng)用最廣泛的一種表 面平坦化技術(shù)。
實踐中，所述CMP才喿作通過在拋光頭上粘附拋光塾，繼而，在半導(dǎo)體 基底和拋光墊之間存在研磨液，并使所述半導(dǎo)體基底和拋光墊之間進行 相對運動來平坦化所述半導(dǎo)體基底表面。其中，所述研磨液通常為包含 研磨微粒(如硅膠)的懸浮溶液；所述拋光墊通常包含具有多孔吸水特 性的聚亞胺脂。
實際生產(chǎn)中，經(jīng)歷所述CMP才喿作后，還需繼續(xù)CMP清洗:操作，以去除經(jīng) 由所述CMP操作引入的沾污。所述沾污包括去除研磨液后殘留的研磨微粒 以及由研磨墊上剝落的研磨微粒和其他微粒。所述沾污通常在所述半導(dǎo) 體基底表面形成微粒缺陷。半導(dǎo)體基底表面存在所述微粒缺陷，將影響 后續(xù)操作的進行。如何減少或去除所述微粒缺陷成為本領(lǐng)域技術(shù)人員面 臨的主要問題。
如圖l所示，當(dāng)前，通常采用清洗工藝去除所述微粒缺陷，如2006年 10月4日公開的公開號為"CN 1842896A"的中國專利申請中所提供的， 在清洗腔室內(nèi)利用SPM及SC1溶液順序或同時清洗經(jīng)歷所述CMP操作后的 所述半導(dǎo)體基底。然而，利用所述方法去除所述微粒缺陷時，由于涉及 的清洗溶液均包含酸、堿等腐蝕性的化學(xué)材料，會在所述半導(dǎo)體基底表面造成侵蝕或損傷，仍將影響后續(xù)操作的進行。如何減少所述半導(dǎo)體基 底被侵蝕或損傷的程度成為本領(lǐng)域技術(shù)人員面臨的首要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種化學(xué)機械研磨方法，可在經(jīng)歷所述化學(xué)機械研磨 后執(zhí)行去除微粒缺陷的操作時，減少半導(dǎo)體基底被侵蝕或損傷的程度。
本發(fā)明提供的一種化學(xué)機械研磨方法，包括 以包含研磨微粒的研磨液執(zhí)行化學(xué)機械研磨操作至研磨終點； 以不包含研磨孩i粒的研磨液執(zhí)行輔助化學(xué)機械研磨操作。 可選地，所述研磨微粒包含硅膠或三氧化二鋁中的一種或其組合；可 選地，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 氫氧化鉀；可選地，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；可選地，所述包含研磨孩i粒的研磨液或者不包含研 磨微粒的研磨液的PH值小于8;可選地，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雙氧水或臭氧的水溶液中的一種或其組 合；可選地，所述不包含研磨孩l粒的研磨液為水；可選地，執(zhí)行所述輔 助化學(xué)機械研磨操作時的驅(qū)動電壓等于或小于執(zhí)行所述化學(xué)機械研磨操 作時的驅(qū)動電壓；可選地，執(zhí)行所述輔助化學(xué)才幾械研磨操作的持續(xù)時間 為10~ 20秒。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點
上述技術(shù)方案提供的化學(xué)機械研磨方法，通過在利用包含研磨微粒的 研磨液執(zhí)行化學(xué)機械研磨操作后，以利用不包含研磨微粒的研磨液執(zhí)行 輔助化學(xué)機械研磨操作，代替單純利用不包含研磨微粒的研磨液進行的 清洗操作，去除微粒缺陷，可加快去除微粒缺陷時引入的化學(xué)材料作用 于所述半導(dǎo)體基底的速度，以減少化學(xué)材料作用于所述半導(dǎo)體基底的持 續(xù)時間，可使減少去除微粒缺陷后在所述半導(dǎo)體基底表面造成的侵蝕或 損傷成為可能；上述技術(shù)方案提供的化學(xué)機械研磨方法的可選方式，通過將不包含研 磨微粒的研磨液選為弱堿，可在去除微粒缺陷時，降低化學(xué)試劑的反應(yīng)
作用，增強研磨作用，使減少經(jīng)歷CMP操作后在所述半導(dǎo)體基底表面造成 侵蝕或損傷成為可能；
上述技術(shù)方案提供的化學(xué)機械研磨方法的可選方式，通過將不包含研 磨微粒的研磨液選為去離子水(DIW),可在去除微粒缺陷時，不再引入 化學(xué)材料，使得減少甚至避免經(jīng)歷CMP操作后在所述半導(dǎo)體基底表面造成 侵蝕或損傷成為可能。


圖1為說明現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)歷化學(xué)機械研磨后去除微粒缺陷時的操作 示意圖2為說明本發(fā)明實施例中經(jīng)歷化學(xué)機械研磨后去除微粒缺陷時的 操作示意圖。
具體實施例方式
盡管下面將參照附圖對本發(fā)明進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā) 明的優(yōu)選實施例，應(yīng)當(dāng)理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明 而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列的描述應(yīng)當(dāng)^皮理解為對于本 領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛教導(dǎo)，而并不作為對本發(fā)明的限制。
為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細 描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混 亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實 現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個實 施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和 耗費時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。
在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下列 說明和權(quán)利要求書本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助 說明本發(fā)明實施例的目的。
實踐中，選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會在半導(dǎo)體基底上形成一定的 殘留，以及，研磨墊上殘留的研磨微粒和其他微粒也易形成剝落而粘附 于所述半導(dǎo)體基底上，而形成纟鼓粒缺陷。半導(dǎo)體基底上存在所述微粒缺 陷，將影響后續(xù)才喿作的進行。
傳統(tǒng)工藝中，通常采用清洗工藝去除所述纟敖粒缺陷。然而，利用清 洗方法去除所述微粒缺陷時，由于涉及的清洗溶液均包含酸、堿等腐蝕 性的化學(xué)材料，會在所述半導(dǎo)體基底表面造成侵蝕或損傷，仍將影響后 續(xù)操作的進行。
如何減少所述半導(dǎo)體基底被侵蝕或損傷的程度成為本發(fā)明解決的 主要問題。
如圖2所示，本發(fā)明提供的技術(shù)方案中，為去除經(jīng)歷CMP操作后殘 留的微粒缺陷，在利用包含研磨微粒的研磨液執(zhí)行CMP操作后，以利用 不包含研磨微粒的研磨液執(zhí)行輔助CMP操作，代替單純利用不包含研磨 微粒的研磨液進行的清洗操作，可加快去除微粒缺陷時引入的化學(xué)材料 作用于所述半導(dǎo)體基底的速度，以減少化學(xué)材料作用于所述半導(dǎo)體基底 的持續(xù)時間，可使減少去除微粒缺陷后在所述半導(dǎo)體基底表面造成的侵 蝕或損傷成為可能。
作為本發(fā)明的第一實施例，執(zhí)行所述CMP纟喿作時，所述研磨微粒可包 含硅膠或三氧化二鋁中的一種或其組合。研磨介質(zhì)層材料(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電常數(shù)材料如 黑鉆石或coral)時，所述研磨液還包含氬氧化鉀或氨水中的一種或其組 合；研磨鎢金屬層時，所述研磨液還包含雙氧水或臭氧的水溶液中的一 種或其組合。
6由于所述輔助CMP操作的實質(zhì)為利用同時進行的CMP操作和清洗操作 替代單純的清洗操作，可加快去除微粒缺陷時引入的化學(xué)材料與所述半 導(dǎo)體基底反應(yīng)的速度，繼而，可減少化學(xué)材料作用于所述半導(dǎo)體基底的 持續(xù)時間，進而，減少引入化學(xué)材料去除微粒缺陷后在所述半導(dǎo)體基底 表面造成的侵蝕或損傷；而所述微粒缺陷是在完成CMP操作后被觀測到 的，如果只是在已完成CMP操作的基礎(chǔ)上單純地增加一步CMP操作，易導(dǎo) 致材料被研磨過度，即，在所述半導(dǎo)體基底表面形成侵蝕或損傷。因此， 本發(fā)明的發(fā)明人分析后認(rèn)為，所述CMP操作之所以能將材料研磨至所需厚 度，研磨液中的液體成分改變了待研磨材料的表面性質(zhì)，繼而，在研磨 墊的輔助下，研磨微粒與承載研磨液的待研磨材料之間發(fā)生機械研磨作 用而造成的；此時，減弱所述研磨微粒的含量即可減弱所述機械研磨作 用發(fā)生的程度，即，可減弱研磨所述微粒缺陷時所需的作用力；進而， 在沒有所述研磨孩i粒作用時，僅存在所述研磨墊與承載研磨液的待研磨 材料之間發(fā)生的機械研磨作用。而所述微粒缺陷僅為由所述CMP操作帶來 的粘附于待研磨材料上的表面缺陷，即，所述微粒缺陷與所述待研磨材 料之間的粘附力遠小于所述待研磨材料結(jié)構(gòu)間的作用力，因此，去除所 述微粒缺陷時所需的作用力小于研磨所述待研磨材料時所需的作用力， 使僅應(yīng)用所述研磨墊與承載研磨液的待研磨材沖牛之間發(fā)生的機械研磨作 用去除所述微粒缺陷成為可能。
即，執(zhí)行所述輔助CMP才喿作時，所述研磨液中不包含研磨孩￡粒。例如， 研磨介質(zhì)層材料時，所述研磨液包含氫氧化鉀或氨水中的一種或其組合； 研磨鴒金屬層時，所述研磨液包含雙氧水或臭氧的水溶液中的 一種或其 組合。
進一 步地，還可通過控制執(zhí)行所述CMP才喿作和輔助CMP操作時的驅(qū)動電 壓調(diào)整研磨所述微粒缺陷時所需的作用力。
執(zhí)行所述輔助CMP操作時的驅(qū)動電壓可小于但不限于小于(也可大于 或等于)執(zhí)行所述CMP操作時的驅(qū)動電壓；即，所述研磨墊與承載研磨液
7的待研磨材料之間發(fā)生的機械研磨作用可根據(jù)所述微粒缺陷與所述待研 磨材料之間粘附程度的不同而作適當(dāng)調(diào)節(jié)，粘附程度較高時，可增加執(zhí)
行所述輔助CMP操作時的驅(qū)動電壓；粘附程度較低時，可減小執(zhí)行所述輔 助CMP^喿作時的驅(qū)動電壓。
執(zhí)行所述輔助CMP操作時的驅(qū)動電壓等于執(zhí)行所述CMP操作時的驅(qū)動 電壓時，可在產(chǎn)品的研磨過程中引入輔助CMP操作后，不涉及操作機臺功 率的改變，簡化操作；執(zhí)行所述輔助CMP操作時的驅(qū)動電壓小于執(zhí)行所述 CMP操作時的驅(qū)動電壓時，可進一步減弱研磨所述微粒缺陷時所需的作用 力，使進一步減少去除微粒缺陷后在所述半導(dǎo)體基底表面造成的侵蝕或 損傷成為可能。
實踐中，執(zhí)行所述輔助CMP操作的持續(xù)時間可根據(jù)工藝條件和產(chǎn)品要 求確定，通常，遠小于執(zhí)行所述CMP操作的持續(xù)時間，具體地，執(zhí)行所述 輔助CMP操作的持續(xù)時間可為IO ~ 20秒。
需說明的是，執(zhí)行所述CMP操作和輔助CMP操作不同，除執(zhí)行所述輔助 CMP操作時的研磨液中不包含研磨微粒之外，執(zhí)行所述CMP操作和輔助CMP 操作時的研磨液也可不同；例如，研磨介質(zhì)層材料時，執(zhí)行所述CMP操作 時的研磨液可包含氫氧化鉀；而執(zhí)行所述輔助CMP才喿作時的研磨液可為氨 水；也可以是，執(zhí)行所述CMP操作時的研磨液所述研磨液可包含氨水；而 執(zhí)行所述輔助CMP操作時的研磨液可為氫氧化鉀。
特別地，執(zhí)行所述輔助CMP操作時的研磨液的PH值小于執(zhí)行所述CMP 操作時的研磨液的PH值時，可在去除微粒缺陷時，降低化學(xué)試劑的反應(yīng) 作用，增強機械研磨作用，有助于進一步減少去除微粒缺陷后在所述半 導(dǎo)體基底表面造成的侵蝕或損傷。
作為本發(fā)明的第二實施例，進一步地，將研磨液選為弱》威，或者，僅 將不包含研磨微粒的研磨液選為弱堿，如，使所述研磨液的PH值小于8， 可在去除微粒缺陷時，降低化學(xué)試劑的反應(yīng)作用，增強機械研磨作用，可使減少經(jīng)歷CMP操作后在所述半導(dǎo)體基底表面造成侵蝕或損傷成為可 6匕
作為本發(fā)明的第三實施例，進一步地，將不包含研磨微粒的研磨液選 為去離子水(DIW)，可在去除微粒缺陷時，不再引入化學(xué)材料，使得減 少甚至避免經(jīng)歷CMP操作后在所述半導(dǎo)體基底表面造成侵蝕或損傷成為 可能。
需說明的是，未加說明的步驟均可采用傳統(tǒng)的方法獲得，且具體的工 藝參數(shù)根據(jù)產(chǎn)品要求及工藝條件確定。
盡管通過在此的實施例描述說明了本發(fā)明，和盡管已經(jīng)足夠詳細地描 述了實施例，申請人不希望以任何方式將權(quán)利要求書的范圍限制在這種 細節(jié)上。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說另外的優(yōu)勢和改進是顯而易見的。因 此，在較寬范圍的本發(fā)明不限于表示和描述的特定細節(jié)、表達的設(shè)備和 方法和說明性例子。因此，可以偏離這些細節(jié)而不脫離申請人總的發(fā)明 概念的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機械研磨方法，其特征在于，包括以包含研磨微粒的研磨液執(zhí)行化學(xué)機械研磨操作至研磨終點；以不包含研磨微粒的研磨液執(zhí)行輔助化學(xué)機械研磨操作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨方法，其特征在于所述 研磨微粒包含硅膠或三氧化二鋁中的一種或其組合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨方法，其特征在于所述 包含研磨孩(粒的研磨液或者不包含研磨孩(粒的研磨液中包含氪氧化鉀。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨方法，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. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨方法，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. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨方法，其特征在于所述 包含研磨微粒的研磨液或者不包含研磨孩i粒的研磨液中包含雙氧水或 臭氧的水溶液中的一種或其組合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨方法，其特征在于所述 不包含研磨微粒的研磨液為水。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨方法，其特征在于執(zhí)行 所述輔助化學(xué)機械研磨操作時的驅(qū)動電壓等于或小于執(zhí)行所述化學(xué)機 械研磨操作時的驅(qū)動電壓。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨方法，其特征在于執(zhí)行 所述輔助化學(xué)機械研磨操作的持續(xù)時間為10 ~ 20秒。
全文摘要
一種化學(xué)機械研磨方法，包括以包含研磨微粒的研磨液執(zhí)行化學(xué)機械研磨操作至研磨終點；以不包含研磨微粒的研磨液執(zhí)行輔助化學(xué)機械研磨操作?？稍诮?jīng)歷所述化學(xué)機械研磨后執(zhí)行去除微粒缺陷的操作時，減少半導(dǎo)體基底被侵蝕或損傷的程度。
文檔編號B24B37/04GK101577213SQ20081010593
公開日2009年11月11日 申請日期2008年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月5日
發(fā)明者劉俊良, 健 李 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司