專利名稱：鋁的化學機械拋光方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造領域，特別涉及一種鋁的化學機械拋光方法。
背景技術：
鋁具有良好的導電性能，而且其形成工藝和圖案化工藝都比較簡單，因而在半導體領域中受到了廣泛的應用，如用作栓塞、焊墊、互連線、金屬柵等。在形成金屬鋁的薄膜后，一般都需要對其表面進行平坦化，而化學機械拋光是最常用的平坦化工藝?；瘜W機械拋光中所使用的設備主要包括拋光頭(head)和拋光盤(platen)，所述拋光盤上設置有拋光墊(pad)。在拋光過程中，待拋光的部件的待拋光表面向下固定在拋光盤上，拋光頭向下壓在待拋光部件的背面，拋光頭和拋光盤各自轉動進行拋光，拋光過程中需不斷加入拋光液(slurry)，化學機械拋光過程中主要通過調節(jié)拋光頭的壓力 (down-force)以及拋光液的選擇性來調節(jié)拋光研磨的速率。拋光液由多種成分構成，主要包括研磨劑(Si02，Al2O3),氧化劑(H2O2)，腐蝕抑制劑(BTA)以及其他一些化學添加物質。圖1和圖2示出了現有技術的一種鋁的化學機械拋光方法的剖面結構示意圖。如圖1所示，提供基底10，所述基底10上形成有介質層11，所述介質層11中形成有開口，所述開口中填充有金屬鋁12，且所述金屬鋁12還覆蓋所述介質層11的表面。所述開口可以是后柵(gate-last)工藝中去除偽柵(dummy gate)之后形成的開口，填充的金屬鋁12是為了形成金屬柵。如圖2所示，對所述金屬鋁12進行化學機械拋光，至暴露出所述介質層11的表面。但是，由于鋁是一種較為柔軟的材質，其硬度約為160MPa，而化學機械拋光過程中會產生多種副產物(by product)，如氧化鋁的顆粒，其硬度約為20000MPa，是鋁的上百倍，因而很容易在金屬鋁12表面造成劃傷(scratch)。隨著半導體器件的特征尺寸(⑶，Critical Dimension)的不斷減小，劃傷會影響器件的性能和可靠性，如對于32nm節(jié)點以下的鋁材質的金屬柵MOS晶體管，鋁材質的柵電極上的劃傷會嚴重影響MOS晶體管的可靠性。關于鋁的化學機械拋光方法，更多內容請參考美國專利申請US20010031558和 US20050112894ο

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的問題是提供一種鋁的化學機械拋光方法，減少鋁表面的劃傷，提高器件的可靠性。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種鋁的化學機械拋光方法，待拋光的部件包括基底以及形成于基底上的介質層，所述介質層中形成有開口，所述開口中填充有金屬鋁，所述金屬鋁填滿所述開口并覆蓋所述介質層，所述化學機械拋光方法包括對所述金屬鋁進行第一拋光過程，至所述介質層上剩余預定厚度的金屬鋁；對所述剩余的金屬鋁進行第二拋光過程，至暴露出所述介質層，所述第二拋光過程與第一拋光過程為非原位的；
將所述待拋光的部件移出化學機械拋光設備，對其表面進行清洗?？蛇x的，所述預定厚度為300 A至1000 A?？蛇x的，所述第二拋光過程與第一拋光過程為非原位的指的是所述第二拋光過程與所述第一拋光過程在不同的化學機械拋光設備中進行，或所述第二拋光過程與所述第一拋光過程在同一化學機械拋光設備的不同拋光盤中進行?？蛇x的，所述第一拋光過程和第二拋光過程中，在將所述待拋光的部件移入化學機械拋光設備之前，拋光液的流量為lOOml/min至lOOOml/min?？蛇x的，所述第一拋光過程和第二拋光過程中，在將所述待拋光的部件移入化學機械拋光設備之后，所述化學機械拋光設備的拋光頭的壓力逐漸增加，增加的速率為lpsi/ min 至 5psi/min。可選的，在所述第一拋光過程中，所述化學機械拋光設備的拋光頭的壓力增加至 1. 5psi 至 5. Opsi0可選的，在所述第二拋光過程中，所述化學機械拋光設備的拋光頭的壓力增加至 0. 5psi 至 4. Opsi?？蛇x的，所述第一拋光過程和第二拋光過程中，在將所述待拋光的部件移入化學機械拋光設備之后，所述化學機械拋光設備的拋光頭的轉速逐漸增加，增加的速率為5rpm/ s 至 100rpm/so可選的，在所述第一拋光過程中，所述化學機械拋光設備的拋光頭的轉速增加至 15rpm 至 150rpmo可選的，在所述第二拋光過程中，所述化學機械拋光設備的拋光頭的轉速增加至 15rpm 至 150rpmo可選的，所述第一拋光過程和第二拋光過程結束前，在所述化學機械拋光設備的拋光頭的壓力低于1. 5psi且轉速低于15rpm時，將所述拋光頭從待拋光的部件表面移除。可選的，將所述待拋光的部件移出化學機械拋光設備后，使用草酸溶液對所述待拋光的部件的表面進行清洗?？蛇x的，所述草酸溶液的濃度為0. 01 10wt%。與現有技術相比，本發(fā)明的技術方案有如下優(yōu)點本技術方案首先對金屬鋁進行第一拋光過程，使得剩余的金屬鋁的厚度為預定厚度，之后再進行第二拋光過程，至暴露出介質層，且第二拋光過程和第一拋光過程為非原位的，從而避免了第一拋光過程產生的副產物對第二拋光過程的影響，減少了鋁金屬表面的劃傷；而且本技術方案將待拋光部件移出化學機械設備之后再進行清洗，避免了邊拋光邊清洗對鋁金屬表面造成的劃傷。進一步的，本技術方案在第一拋光過程和第二拋光過程之前，將拋光液的流量控制為lOOml/min至lOOOml/min，較大的拋光液流量可以將化學機械拋光設備上殘留的微粒等清除，利于減少其對金屬鋁表面的劃傷。進一步的，在所述第一拋光過程和第二拋光過程中，控制化學機械拋光設備的拋光頭的壓力和轉速緩慢增加，利于防止壓力和轉速的增速過快導致的工藝條件不穩(wěn)定，從而減少了金屬鋁表面的劃傷。


圖1至圖2是現有技術的一種鋁的化學機械拋光方法的剖面結構示意圖；圖3是本發(fā)明實施例的鋁的化學機械拋光方法的流程示意圖；圖4至圖6是本發(fā)明實施例的鋁的化學機械拋光方法的剖面結構示意圖。
具體實施例方式現有技術的鋁的化學機械拋光過程中，拋光過程中的副產物如氧化鋁等容易在金屬鋁的表面造成劃傷，影響器件的可靠性。本技術方案首先對金屬鋁進行第一拋光過程，使得剩余的金屬鋁的厚度為預定厚度，之后再進行第二拋光過程，至暴露出介質層，且第二拋光過程和第一拋光過程為非原位的，從而避免了第一拋光過程產生的副產物對第二拋光過程的影響，減少了鋁金屬表面的劃傷；而且本技術方案將待拋光部件移出化學機械設備之后再進行清洗，避免了邊拋光邊清洗對鋁金屬表面造成的劃傷。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在以下描述中闡述了具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施方式
的限制。圖3示出了本發(fā)明實施例的鋁的化學機械拋光方法的流程示意圖，其中待拋光的部件包括基底以及形成于基底上的介質層，所述介質層中形成有開口，所述開口中填充有金屬鋁，所述金屬鋁填滿所述開口并覆蓋所述介質層，所述化學機械拋光方法包括步驟S21，對所述金屬鋁進行第一拋光過程，至所述介質層上剩余預定厚度的金屬招；步驟S22，對所述剩余的金屬鋁進行第二拋光過程，至暴露出所述介質層，所述第二拋光過程與第一拋光過程為非原位的；步驟S23，將所述待拋光的部件移出化學機械拋光設備，對其表面進行清洗。下面結合圖3和圖4至圖6對本發(fā)明實施例的鋁的化學機械拋光方法進行詳細說明。參考圖4，提供待拋光的部件，所述待拋光的部件包括基底20，所述基底20的表面形成有介質層21，所述介質層21中形成有開口，所述開口中填充有金屬鋁22，所述金屬鋁填滿所述開口并覆蓋所述介質層21。所述基底20為半導體材料，可以是單晶硅，也可以是硅鍺化合物，還可以是絕緣體上硅(SOI，Silicon On Insulator)結構或硅上外延層結構。 所述介質層21的材料可以是氧化硅、氮化硅等。在一具體實施例中，該待拋光的部件中的開口可以是后柵工藝中去除偽柵之后形成的開口，所述開口兩側還形成有源/漏注入區(qū)，所述金屬鋁22是用于形成金屬柵。此外， 在其他實施例中，所述開口也可以是接觸孔、通孔等，所述金屬鋁22是用于填充形成鋁材質的栓塞，對于形成栓塞的過程，在所述介質層21與金屬鋁22之間還可以形成有阻擋層 (barrier)(圖中未示出)，所述阻擋層的材料可以是鉭、氮化鉭等。本實施例中所述介質層 21表面上的金屬鋁22的厚度大于1000 A。
同時結合圖3和圖5，執(zhí)行步驟S21，對所述金屬鋁進行第一拋光過程，至所述介質層上剩余預定厚度的金屬鋁。作為一個優(yōu)選的實施例，在進行所述第一拋光過程之前，即將所述待拋光的部件移入化學機械拋光設備之前，控制拋光液的流量為lOOml/min至lOOOml/min，即使用較大的拋光液流量對拋光盤、拋光墊進行沖刷和清洗，去除其上的微粒等殘留物。由于在實際生產中，化學機械拋光設備往往是流水線作業(yè)使用的，因此，在對所述待拋光部件進行第一拋光前，該化學機械拋光設備往往剛對前一拋光部件進行過拋光，其上殘留有上一次拋光過程中產生的副產物，副產物中硬度較高的微粒如氧化鋁等會在金屬鋁表面造成劃傷，使用較大流量的拋光液進行沖刷和清洗，能有效的減少前一次拋光過程對后一次拋光過程的影響。將所述待拋光的部件移入化學機械拋光設備之后，逐漸增加拋光頭的壓力和轉速，其中壓力的增速為lpsi/min至5psi/min，增至1. 5psi至5. Opsi，轉速的增速為5rpm/ s至100rpm/s，增至15rpm至150rpm。本實施例中控制拋光頭的壓力和轉速的增加速率， 可以保持工藝條件的穩(wěn)定，有利于減少第一拋光過程初期在金屬鋁表面造成的劃傷。第一拋光過程之后，所述介質層21上剩余的金屬鋁22a的厚度d為預定厚度，所述厚度d指的是介質層21的表面至剩余的金屬鋁22a的表面的距離。本實施例中，所述預定厚度優(yōu)選為 300 A至1000 A。由于金屬鋁2 上形成的部分劃傷可能會較深，如果所述剩余的金屬鋁 22a的厚度過小，劃傷可能會深及介質層21表面以下的金屬鋁，使得后續(xù)在拋光去除介質層21表面以上的金屬鋁之后，金屬鋁表面仍然存在劃傷。發(fā)明人經過研究和實驗確定，在預定厚度為300 A至1000 A時，能夠有效的減少金屬鋁表面上最終形成的劃傷。結合圖3和圖6，執(zhí)行步驟S22，對所述剩余的金屬鋁進行第二拋光過程，至暴露出所述介質層，所述第二拋光過程與第一拋光過程為非原位(ex-situ)的。所述第二拋光過程與第一拋光過程為非原位的，指的是二者并不是在同一化學機械拋光設備中完成的，或者二者是在同一化學機械拋光設備的不同拋光盤中完成的。第一拋光過程之前，參考圖4，由于金屬鋁22需要填充開口，因而其表面往往是不平整的，因此第一拋光過程中拋光頭的壓力較大，產生的氧化鋁顆粒等副產物較多，所述副產物會殘留在拋光盤上以及拋光墊上的凹槽(groove)內，如果繼續(xù)使用相同的化學機械拋光設備或相同的拋光盤、拋光墊，會對第二拋光過程造成較明顯的影響，在金屬鋁的表面造成較嚴重的劃傷。將所述待拋光的部件轉移至其他的拋光盤或其他的化學機械拋光設備將有利于避免第一拋光過程對第二拋光過程的影響，減少劃傷。本實施例中，所使用的化學機械拋光設備包括多個拋光盤，具體為3個，因而，在結束第一拋光過程后，將其轉移至另一拋光盤繼續(xù)進行第二拋光過程。需要說明的，在所述第一拋光過程結束前，在所述化學機械拋光設備的拋光頭的壓力低于1. 5psi且轉速低于15rpm時，將所述拋光頭從待拋光的部件表面移除，從而結束第一拋光過程，將所述待拋光的部件取出，轉移至另一拋光盤。在拋光頭的壓力較小且轉速較低的條件下移出拋光頭，利于保持工藝條件的穩(wěn)定，減少金屬鋁表面的劃傷。作為一個優(yōu)選的實施例，在進行所述第二拋光過程之前，即將所述待拋光的部件移入化學機械拋光設備(本實施例中具體為另一拋光盤)之前，控制拋光液的流量為 lOOml/min至lOOOml/min，即使用較大的拋光液流量對拋光盤、拋光墊進行沖刷和清洗，去
6除其上的微粒等殘留物。與所述第一拋光過程類似的，使用較大流量的拋光液進行沖刷和清洗，能有效的減少前一次拋光過程對后一次拋光過程的影響。將所述待拋光的部件移入化學機械拋光設備之后，逐漸增加拋光頭的壓力和轉速，其中壓力的增速為lpsi/min至5psi/min，增至1. 5psi至5. Opsi，轉速的增速為5rpm/ s至lOrpm/s，增至15rpm至150rpm。類似的，控制拋光頭的壓力和轉速的增加速率，有利于保持工藝條件的穩(wěn)定，減少第二拋光過程初期在金屬鋁表面造成的劃傷。在第二拋光過程之后，剩余的金屬鋁22b的表面與所述介質層21的表面齊平，拋光過程結束可以使用終點檢測(End-point)技術來實現。在所述第二拋光過程結束前，在所述化學機械拋光設備的拋光頭的壓力低于1. 5psi且轉速低于15rpm時，將所述拋光頭從待拋光的部件表面移除， 從而結束第二拋光過程，將所述待拋光的部件取出。參考圖3，執(zhí)行步驟S23，將所述待拋光的部件移出化學機械拋光設備，對其表面進行清洗?，F有技術中，一般是將所述待拋光的部件仍留在化學機械拋光設備中，使用去離子水代替拋光液，仍然保持拋光頭的壓力和轉速，實現待拋光部件的清洗。但是，發(fā)明人經過研究發(fā)現，采用現有技術的方法，在清洗過程中，殘留在拋光墊中的副產物如氧化鋁顆粒等可能會脫離拋光墊的凹槽，與金屬鋁的表面接觸，造成劃傷。因此，本實施例中，在完成所述第二拋光過程之后，將待拋光的部件從化學機械拋光設備中移出后對其表面進行清洗， 使用的清洗溶液為草酸溶液，且優(yōu)選濃度為0.01 10wt% (重量百分比)的草酸溶液進行清洗，有效的減少金屬鋁表面的劃傷問題，改善器件的可靠性。綜上，本技術方案首先對金屬鋁進行第一拋光過程，使得剩余的金屬鋁的厚度為 300 A至1000 A,之后再進行第二拋光過程，至暴露出介質層，且第二拋光過程和第一拋光過程為非原位的，從而避免了第一拋光過程產生的副產物對第二拋光過程的影響，減少了鋁金屬表面的劃傷；而且本技術方案將待拋光部件移出化學機械設備之后再進行清洗， 避免了邊拋光邊清洗對鋁金屬表面造成的劃傷。進一步的，本技術方案在第一拋光過程和第二拋光過程之前，使用較大的拋光液流量對化學機械拋光設備上殘留的微粒等進行清除，利于減少其對金屬鋁表面的劃傷。再進一步的，在所述第一拋光過程和第二拋光過程中，控制化學機械拋光設備的拋光頭的壓力和轉速緩慢增加，利于防止壓力和轉速的增速過快導致的工藝條件不穩(wěn)定， 從而減少了金屬鋁表面的劃傷。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發(fā)明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.一種鋁的化學機械拋光方法，待拋光的部件包括基底以及形成于基底上的介質層， 所述介質層中形成有開口，所述開口中填充有金屬鋁，所述金屬鋁填滿所述開口并覆蓋所述介質層，其特征在于，所述化學機械拋光方法包括對所述金屬鋁進行第一拋光過程，至所述介質層上剩余預定厚度的金屬鋁；對所述剩余的金屬鋁進行第二拋光過程，至暴露出所述介質層，所述第二拋光過程與第一拋光過程為非原位的；將所述待拋光的部件移出化學機械拋光設備，對其表面進行清洗。
2.根據權利要求1所述的鋁的化學機械拋光方法，其特征在于，所述預定厚度為 300 A 至1000 A0
3.根據權利要求1所述的鋁的化學機械拋光方法，其特征在于，所述第二拋光過程與第一拋光過程為非原位的指的是所述第二拋光過程與所述第一拋光過程在不同的化學機械拋光設備中進行，或所述第二拋光過程與所述第一拋光過程在同一化學機械拋光設備的不同拋光盤中進行。
4.根據權利要求1所述的鋁的化學機械拋光方法，其特征在于，所述第一拋光過程和第二拋光過程中，在將所述待拋光的部件移入化學機械拋光設備之前，拋光液的流量為 100ml/min 至 1000ml/min。
5.根據權利要求1所述的鋁的化學機械拋光方法，其特征在于，所述第一拋光過程和第二拋光過程中，在將所述待拋光的部件移入化學機械拋光設備之后，所述化學機械拋光設備的拋光頭的壓力逐漸增加，增加的速率為lpsi/min至5psi/min。
6.根據權利要求5所述的鋁的化學機械拋光方法，其特征在于，在所述第一拋光過程中，所述化學機械拋光設備的拋光頭的壓力增加至1. 5psi至5. Opsi。
7.根據權利要求5所述的鋁的化學機械拋光方法，其特征在于，在所述第二拋光過程中，所述化學機械拋光設備的拋光頭的壓力增加至0. 5psi至4. Opsi。
8.根據權利要求1所述的鋁的化學機械拋光方法，其特征在于，所述第一拋光過程和第二拋光過程中，在將所述待拋光的部件移入化學機械拋光設備之后，所述化學機械拋光設備的拋光頭的轉速逐漸增加，增加的速率為5rpm/s至100rpm/S。
9.根據權利要求8所述的鋁的化學機械拋光方法，其特征在于，在所述第一拋光過程中，所述化學機械拋光設備的拋光頭的轉速增加至15rpm至150rpm。
10.根據權利要求8所述的鋁的化學機械拋光方法，其特征在于，在所述第二拋光過程中，所述化學機械拋光設備的拋光頭的轉速增加至15rpm至150rpm。
11.根據權利要求1所述的鋁的化學機械拋光方法，其特征在于，所述第一拋光過程和第二拋光過程結束前，在所述化學機械拋光設備的拋光頭的壓力低于1. 5psi且轉速低于 15rpm時，將所述拋光頭從待拋光的部件表面移除。
12.根據權利要求1所述的鋁的化學機械拋光方法，其特征在于，將所述待拋光的部件移出化學機械拋光設備后，使用草酸溶液對所述待拋光的部件的表面進行清洗。
13.根據權利要求12所述的鋁的化學機械拋光方法，其特征在于，所述草酸溶液的濃度為 0. 01 10wt%。
全文摘要
一種鋁的化學機械拋光方法，待拋光的部件包括基底以及形成于基底上的介質層，所述介質層中形成有開口，所述開口中填充有金屬鋁，所述金屬鋁填滿所述開口并覆蓋所述介質層，所述化學機械拋光包括對所述金屬鋁進行第一拋光過程，至所述介質層上剩余預定厚度的金屬鋁；對所述剩余的金屬鋁進行第二拋光過程，至暴露出所述介質層，所述第二拋光過程與第一拋光過程為非原位的；將所述待拋光的部件移出化學機械拋光設備，對其表面進行清洗。本發(fā)明減少了金屬鋁表面的劃傷，改善了器件的可靠性。
文檔編號B24B37/00GK102463522SQ20101055138
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權日2010年11月18日
發(fā)明者蔣莉, 黎銘琦 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司