專利名稱：研磨液及化學機械研磨方法
研磨液及化學機械研磨方法 技術領域 -
本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種研磨液及化學機械 研磨方法。
背景技術：
隨著超大規(guī)模集成電路ULSI(Ultra Large Scale Integration)的飛速發(fā)
展，集成電路制造工藝變得越來越復雜和精細。為了提高集成度，降低 制造成本，元件的特征尺寸(FeatureSize)不斷變小，芯片單位面積內(nèi)的元 件數(shù)量不斷增加，平面布線已難以滿足元件高密度分布的要求，只能采 用多層布線技術，利用芯片的垂直空間，進一步提高器件的集成密度。
但多層布線技術的應用會造成硅片表面起伏不平，對圖形制作極其 不利。為此，需要對不規(guī)則的晶片表面進行平坦化(Planarization)處理。 目前，化學機械研磨法(CMP, Chemical Mechanical Polishing)是達成 全局平坦化的最佳方法，尤其在半導體制作工藝進入亞微米(sub-micron) 領域后，化學機械研磨已成為一項不可或缺的制作工藝技術。
化學機械研磨法(CMP)是一種復雜的工藝過程，圖l為現(xiàn)有的化學 機械研磨設備的結構示意圖，如圖l所示，該裝置包括外殼IOI，表面 貼有研磨墊(polishpad)的轉(zhuǎn)臺(platen) 102，研磨頭103a、 103b和用 于輸送研磨液(slurry) 105的研磨液供應管(tube) 104。
研磨時，先將待研磨的襯底附著在研磨頭103上，通過在研磨頭103 上施加下壓力，使襯底緊壓到研磨墊上；然后，表面貼有研磨塾的轉(zhuǎn)臺 102在電機的帶動下旋轉(zhuǎn)，研磨頭103也進行同向轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)機械研磨； 同時，研磨液105通過研磨液供應管(tube) 104輸送到研磨墊上，并利用 轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)的離心力均勻地分布在研磨墊上，在待研磨襯底和研磨墊之間 形成一層液體薄膜，該薄膜與待研磨襯底的表面發(fā)生化學反應，生成易 去除的產(chǎn)物，該產(chǎn)物再在機械研磨作用下被去除?；瘜W機械研磨質(zhì)量對生產(chǎn)的成品率有較大的影響。如，當研磨后襯 底的表面出現(xiàn)擦痕時，該擦痕易在金屬間引起短路或開路現(xiàn)象，大大降 低產(chǎn)品的成品率。圖2為說明襯底表面擦痕引起金屬間短路的示意圖，如
圖2所示，因為襯底表面存在的擦痕201,造成了連接孔202和203之間的 電短路。
化學機械研磨中，可用于衡量研磨質(zhì)量的指標包括研磨后襯底表 面的平坦度、擦痕數(shù)以及研磨后出現(xiàn)的凹陷(dishing)和腐蝕(erosion)情況 等。而影響研磨質(zhì)量的關鍵因素之一包括所用的研磨液。為得到較好的 研磨結果，常要求使用較好的研磨液，然而其所需的成本往往也會明顯 較高。
為提高研磨質(zhì)量，2005年7月13日授權的授權公告號為CN1210772C 的中國專利中公開了 一種可減少擦痕的鴒金屬的化學機械研磨方法，該 方法通過在研磨的前段和后段分別采用了標準的酸性鴒研磨液和氧化物 研磨液進行研磨，實現(xiàn)了鎢金屬研磨表面擦痕的減少。
但是，該發(fā)明的方法需要采用兩種不同的研磨液， 一方面在操作上 較為復雜，另一方面也會明顯加大生產(chǎn)的總成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種研磨液及化學機械研磨方法，以在較低生產(chǎn)成本的 基礎上改善現(xiàn)有化學機械研磨方法中研磨結果較差的現(xiàn)象。
本發(fā)明提供的一種研磨液，包括研磨原料，該研磨原料內(nèi)至少具有 研磨顆粒及去離子水，且所述研磨液內(nèi)還加入了去離子水及添加劑。
優(yōu)選地，所述研磨原料中加入的去離子水與所述研磨原料的體積比 在0.5: 1至1.5: l之間。
優(yōu)選地，研磨液中總的去離子水的成分重量比在92%至96%之間。
可選地，所述研磨顆粒包括二氧化硅，且所述二氧化硅在研磨液中 的成分重量比在1%至3%之間?？蛇x地，所述添加劑的加入量為令研磨液的PH值保持在2至2.5 之間。
可選地，所述添加劑包括&02，所述11202在研磨液中的成分重量 比在3°/。至5%之間。
可選地，所述添加劑還包括氨水。
可選地，所述研磨液用于研磨金屬鴒，且所述研磨原料為 SS-W2585。
本發(fā)明具有相同或相應技術特征的一種化學機械研磨方法，包括步
驟
在研磨原料中加入添加劑及去離子水，形成研磨液； 將待研磨村底置于化學機械研磨設備內(nèi)；
向所述化學機械研磨設備輸送所述研磨液對所述待研磨襯底進行 化學機械研磨。
優(yōu)選地，所述研磨原料中加入的去離子水與所述研磨原料的體積比 在0.5: 1至1.5: 1之間。
可選地，所述研磨顆粒包括二氧化硅，且所述研磨液中所述二氧化 爿眭的成分重量比在1%至3%之間。
可選地，加入所述添加劑及去離子水后，研磨液的PH值保持在2 至2.5之間。
可選地，所述添加劑包括&02，且所述11202在研磨液中的成分重 量比在3%至5%之間。
可選地，所述添加劑還包括氨水。
可選地，所述研磨液用于研磨金屬鵪，且所述研磨原料為 SS-W2585。
與現(xiàn)有^t支術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明的研磨液及化學機械研磨方法，通過向研磨原料中加入添加 劑及去離子水提高了研磨質(zhì)量。操作較為簡單，且可以節(jié)約研磨原料的 使用量。這樣，即使采用了成本較高的高質(zhì)量的研磨原料，仍可以實現(xiàn) 在不增加生產(chǎn)總成本的前提下，提高研磨質(zhì)量。
本發(fā)明的研磨液及化學機械研磨方法，與傳統(tǒng)的研磨液及研磨方法 相比，除了在研磨原料中加入添加劑外，還加入了去離子水對其進行稀 釋。稀釋后的研磨液內(nèi)研磨顆粒濃度下降，襯底表面顆粒聚集量少，可 以有效減少襯底表面的擦痕，進一步提高研磨質(zhì)量。
本發(fā)明的研磨液及化學機械研磨方法還加大了傳統(tǒng)的添加劑的加
入量，以保持加入去離子水后的研磨液的PH值不變。這樣得到的研磨 液對襯底的化學腐蝕的速率不變(其由研磨液的PH值決定)，機械去 除的速率下降(其由研磨液中的顆粒含量決定)，結果整體的研磨速率 僅略有下降?？梢詫崿F(xiàn)在維持生產(chǎn)效率基本不變的情況下提高研磨質(zhì) 量。


圖1為現(xiàn)有的化學機械研磨設備的結構示意圖2為說明襯底表面擦痕引起金屬間短路的示意圖3為分別采用傳統(tǒng)的研磨液與本發(fā)明第 一實施例中的研磨液進行 研磨后的研磨結果對比圖4為本發(fā)明第二實施例的化學機械研磨方法的流程圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合 附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。
本發(fā)明的處理方法可以:被廣泛地應用于各個領域中，并且可利用許 多適當?shù)牟牧现谱鳎旅媸峭ㄟ^具體的實施例來加以說明，當然本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領域內(nèi)的普通技術人員所熟知的一般的替 換無疑地涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
其次，本發(fā)明利用示意圖進行了詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時， 為了便于說明，表示結構的示意圖會不依一般比例作局部放大，不應以 此作為對本發(fā)明的限定，此外，在實際的制作中，應包含長度、寬度及
深度的三維空間尺寸。
隨著集成電路的制作向超大規(guī)模集成電路(ULSI, Ultra Large Scale Integration)發(fā)展，內(nèi)部的電路密度越來越大，器件的關鍵尺寸不斷縮 小，對各步工藝制程的要求也不斷提高。
以化學才幾械研磨工藝為例，隨著晶片內(nèi)器件尺寸的不斷縮小，晶片 上因研磨質(zhì)量不佳而導致的一些小缺陷對器件性能的影響會更加顯著， 因而，隨著器件尺寸的縮小，對化學機械研磨工藝后晶片表面狀況的要 求也進一步提高了。
一些傳統(tǒng)的研磨液受自身性能的限制，可能已無法滿足此時化學機 械研磨工藝中的高研磨質(zhì)量的要求。如在進入45nm工藝后，在研磨去 除金屬鴒的工藝中，采用傳統(tǒng)的成本較低的由美國嘉柏^:電子材料股份 有限公司(Cabot)生產(chǎn)的SS-W2000研磨原料制作的研磨液已無法滿 足研磨要求。需要采用由該公司生產(chǎn)的研磨質(zhì)量更好的SS-W2585研磨 原料(屬于二氧化硅水基分散體)制作研磨液。然而，后者的成本基本 是前者的兩倍，這使得生產(chǎn)成本有了明顯的升高。
為了在維持較低生產(chǎn)成本的前提下，提高研磨質(zhì)量，本發(fā)明提出了 一種按新方法配制的研磨液，該研磨液包括研磨原料、添加劑和去離子 水。
第一實施例
本實施例中用于配制研磨液的研磨原料為SS-W2585,其可用于研 磨去除金屬鴒。雖然利用該研磨原料制成的研磨液可以達到較好的研磨效果，但其價格較高，會導致生產(chǎn)成本提高。
- 傳統(tǒng)的研磨液通常是由研磨原料及添加劑組成。本實施例中，所用 的添加劑為酸性的，具體地，可以為雙氧水(H202)或雙氧水與氨水的
混合物。該添加劑與襯底表面的金屬鵠(w)發(fā)生化學反應，生成易去
除的產(chǎn)物，再由研磨原料中的研磨顆粒研磨去除。
傳統(tǒng)的研磨液中通過調(diào)節(jié)加入的所述添加劑的量可以令研磨液的
PH值保持在2至2.5之間，如為2.3,以在研磨過程中得到較為滿意的 對金屬鴒的化學腐蝕速率。
由于廠家生產(chǎn)的研磨原料通常為包括研磨顆粒(本實施例中為二氧 化硅研磨顆粒)與去離子水的混合膠狀物，上述傳統(tǒng)的研磨液(由研磨 原料與添加劑組成的研磨液)內(nèi)有會含有大量的去離子水。通常其內(nèi)總 的去離子水所占的成分重量比通常會在90%至92%之間，如為91%;其 內(nèi)的二氧化硅研磨顆粒所占的成分重量比約在3%至5%之間，如為4%。
本實施例中，為了降低成本，在配制研磨液時除了加入添加劑外， 還加入了去離子水，對傳統(tǒng)的研磨液進行了進一步的稀釋。具體地，可 以將研磨原料與去離水按0.5: 1至1.5: 1的比例配制，如為1: 1。
由于加入了大量的去離子水，研磨液的PH值可能會發(fā)生變化，為 了保持研磨液的PH值，進而維持研磨速率基本不變，本實施例中，還 可以同時增加添加劑的含量，以令研磨液的PH值保持在2至2.5之間。 如，當按l: l的比例進行稀釋時，將加入的添加劑的量同時增加一倍。 這樣，即使加入了大量的去離子水，仍可以維持研磨液的PH值不變， 進而維持其對襯底表面的金屬鴒的化學腐蝕速率不變。
本實施例中所用的添加劑為H202，其在滿足上述維持研磨液PH值 基本不變的調(diào)節(jié)功能后，在本實施例的研磨液中的成分重量比通常會在 3%至5%之間，如為4°/。。
在本發(fā)明的其它實施例中，還可以使用由H202和氨水共同組成的酸性添加劑等，來對金屬鴒進行化學腐蝕。
另外，由于稀釋作用，本實施例中研磨液內(nèi)的研磨顆粒(二氧化硅 顆粒)的含量會有所降低，其在研磨液中的成分重量比會降至1%至3% 之間，如為2%。去離子水的含量會有所上升，如研磨液中總的去離子
水的成分重量比升至92%至96%之間，如為94%。
由于本實施例研磨液中的研磨顆粒有所減少，研磨時的機械去除速 率會有所下降，但是，因為本實施例的研磨液的化學腐蝕速率仍能維持 不變，實驗證實，此時總體的研磨速率并不會有明顯的下降，大約僅下 降10%至20°/。左右，對生產(chǎn)效率的影響不大。
另外，本實施例中的新的研磨液，其研磨原料的使用量可以降低至 傳統(tǒng)使用量的一半，而研磨質(zhì)量不會有明顯下降。
由于本實施例的研磨液內(nèi)研磨顆粒濃度下降，研磨時在襯底表面聚 集的顆粒量降低，有效減少了襯底表面的擦痕。實驗證實，同樣采用 SS-W2585為研磨原料制成的研磨液，采用傳統(tǒng)的未稀釋的方法制成的 研磨液與采用本實施例中的1: 1稀釋方法制成的研磨液相比，利用前 者研磨后的襯底缺陷數(shù)為91個，而利用后者研磨后的襯底缺陷數(shù)為88 個。證明了本實施例的稀釋后的研磨液對研磨質(zhì)量不會有明顯影響，甚 至可以更好。
本實施例中，為了提高研磨質(zhì)量，采用了成本較高的SS-W2585研 磨原料。為了降低成本，在對研磨液的具體配制進行了多次的實驗研究 后，最終得到了既節(jié)約研磨原料，又不明顯降低研磨速率的研磨液配比。 并且，采用該種新配制的研磨液后，研磨質(zhì)量也不會有所下降。
圖3為分別采用傳統(tǒng)的研磨液與本發(fā)明第 一實施例中的研磨液進行 研磨后的研磨結果對比圖，如圖3所示，圖中橫坐標代表使用了不同的 研磨液，縱坐標代表在化學機械研磨后不同產(chǎn)品的襯底表面的缺陷分布 情況。圖中301為采用傳統(tǒng)的未稀釋的研磨液配制方法，利用SS-W2000 研磨原料制成的研磨液對襯底表面的金屬鴒進行化學機械研磨后得到 的不同產(chǎn)品的襯底表面缺陷分布情況；圖中302為采用本實施例的1: 1 稀釋的研磨液配制方法，利用SS-W2585研磨原料制成的研磨液對襯底 表面的金屬鴒進行化學機械研磨后得到的不同產(chǎn)品的襯底表面缺陷分 布情況。
如圖3所示，采用圖3中所示的兩種方法制成的研磨液成本基本相 同(前者的成本低，研磨原料使用量大；后者的成本高，研磨原料的使 用量小)，但可以看到，圖中302所示的采用本實施例的研磨液進行研 磨后得到的襯底表面的研磨質(zhì)量有著明顯的優(yōu)勢，不同產(chǎn)品的襯底表面 的缺陷數(shù)均有了明顯的下降。
第二實施例
本實施例介紹了一種化學機械研磨方法，其具體說明了如何形成新 的研磨液，并利用其進行研磨的過程。圖4為本發(fā)明第二實施例的化學 機械研磨方法的流程圖，下面結合圖4對本發(fā)明的第二實施例進行詳細 介紹。
步驟401:在研磨原料中加入添加劑及去離子水，形成研磨液。
本實施例中所用的研磨原料為SS-W2585,其為二氧化硅水基分散 體，可以達到較好的研磨效果，但其價格較高，會導致生產(chǎn)成本提高。
為了降低成本，在配制研磨液時除了加入添加劑外，還加入了去離 子水，對傳統(tǒng)的研磨液進行了進一步的稀釋。具體地，在研磨原料中加 入的去離子水與所述研磨原料的體積比可以設置在0.5: 1至1.5: l之 間，如為1: 1。
通常研磨液的PH值保持在2至2.5之間，如為2.3，可以在研磨過 程中得到較為滿意的對金屬鴒的化學腐蝕速率。本實施例中，為了令加 入去離子水稀釋后的研磨液的PH值能維持不變，當將研磨原料按l: 1的比例利用去離子水進行稀釋時，將加入的添加劑的量與傳統(tǒng)添加劑的 加入量相比，增大了約一倍，以維持該脧性溶液對襯底表面的金屬鵪的 化學腐蝕速率不變。
本步中形成的研磨液被去離子水稀釋，其內(nèi)總的去離子水所占的成
分重量比通常會變至在92°/。至96%之間，如為94%; 二氧化硅研磨顆粒 所占的成分重量比會變至約在1%至3%之間，如為2%。
本實施例中所用的添加劑為H202,其在滿足上述維持研磨液PH值 基本不變的調(diào)節(jié)功能后，在本實施例的研磨液中的成分重量比通常會在 3%至5%之間，如為4%。
在本發(fā)明的其它實施例中，還可以使用其它添加劑，如由11202和 氨水共同組成的酸性添加劑等，來對金屬鴒進行化學腐蝕。采用其余添 加劑的化學機械研磨方法的具體實施步驟與思路均和本實施例相似，在 本發(fā)明實施例的啟示下，這一應用的延伸對于本領域普通技術人員而言 是易于理解和實現(xiàn)的，在此不再贅述。
步驟402:將待研磨襯底置于化學機械研磨設備內(nèi)。
本實施例中，所述待研磨襯底表面已形成待研磨的金屬鴒。需要對 其進行平坦化處理。
步驟403:向所述化學機械研磨設備輸送所述研磨液對所述待研磨 襯底進行化學機械研磨。
由于本實施例所用的研磨液中的研磨顆粒有所減少，研磨時的機械 去除速率會有所下降，但是，由于本實施例中所用的研磨液的化學腐蝕 速率仍維持不變，實驗證實，研磨時總體的研磨速率并不會有明顯的下 降，大約僅下降10%至20%左右。因此，本步研磨所需的生產(chǎn)時間不會 有明顯的改變，采用本實施例的化學機械研磨方法對生產(chǎn)效率的影響不 大。
采用本實施例中的化學機械研磨方法，可采用傳統(tǒng)的一步研磨方法(中途不需要更換研磨液)，操作簡便。
采用本實施例中的化學機械研磨方法，雖然所用的研磨液內(nèi)研磨原
料的使用量可以降低一半，但研磨質(zhì)量不會有明顯下降由于本實施例 的研磨液內(nèi)研磨顆粒濃度下降，研磨過程中在襯底表面聚集的顆粒量較 少，有效減少了襯底表面的擦痕量，在采用本實施例的化學機械研磨方 法后，研磨質(zhì)量反而會有所提高，研磨后襯底表面的缺陷數(shù)會更少。
本發(fā)明的上述實施例中，以用于去除金屬鎢的SS-W2585為研磨原 料形成新的研磨液，在本發(fā)明的其它實施例中，還可以利用其它研磨原 料來配制研磨液，或去除其它待研磨材料，其的具體實施步驟與思路均 和本實施例相似，在本發(fā)明實施例的啟示下，這一應用的延伸對于本領 域普通技術人員而言是易于理解和實現(xiàn)的，在此不再贅述。
本發(fā)明雖然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(nèi)，都可以做出可能 的變動和修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以本發(fā)明權利要求所界定的 范圍為準。
權利要求
1、一種研磨液，包括研磨原料，該研磨原料內(nèi)至少具有研磨顆粒及去離子水，其特征在于所述研磨液內(nèi)還加入了去離子水及添加劑。
2、 如權利要求1所述的研磨液，其特征在于所述研磨原料中加 入的去離子水與所述研磨原料的體積比在0.5: 1至1.5: l之間。
3、 如^L利要求1或2所述的研磨液，其特征在于所述研磨液中 總的去離子水的成分重量比在92%至96%之間。
4、 如權利要求1或2所述的研磨液，其持征在于所述研磨顆粒 包括二氧化硅。
5、 如權利要求4所述的研磨液，其特征在于所述二氧化硅在研 磨液中的成分重量比在1%至3%之間。
6、 如^K利要求1或2所述的研磨液，其特征在于所述添加劑令 研磨液的PH值保持在2至2.5之間。
7、 如權利要求6所述的研磨液，其特征在于所述添加劑包括H202。
8、 如權利要求7所述的研磨液，其特征在于所述H202在研磨液 中的成分重量比在3%至5°/。之間。
9、 如權利要求7所述的研磨液，其特征在于所述添加劑還包括 氨水。
10、 如權利要求1所述的研磨液，其特征在于所述研磨液用于研 磨金屬鎢。
11、 如權利要求10所述的研磨液，其特征在于所述研磨原料為 SS-W2585。
12、 一種化學機械研磨方法，其特征在于，包括步驟 在研磨原料中加入添加劑及去離子水，形成研磨液； 將待研磨襯底置于化學機械研磨設備內(nèi)；向所述化學機械研磨設備輸送所述研磨液對所述待研磨襯底進行化學機械研磨。
13、 如權利要求12所述的化學機械研磨方法，其特征在于.所述 研磨原料中加入的去離子水與所述研磨原料的體積比在0.5: 1至1.5: 1 之間。
14、 如權利要求12或13所述的化學機械研磨方法，其持征在于 所述研磨顆粒包括二氧化硅。
15、 如權利要求14所述的化學機械研磨方法，其特征在于研磨 液中所述二氧化硅的成分重量比在1°/。至3%之間。
16、 如權利要求12或13所述的化學機械研磨方法，其特征在于 加入所述添加劑及去離子水后，研磨液的PH值保持在2至2.5之間。
17、 如權利要求16所述的化學機械研磨方法，其特征在于所述 添加劑包4舌11202。
18、 如權利要求17所述的化學機械研磨方法，其特征在于所述 11202在研磨液中的成分重量比在3%至5%之間。
19、 如權利要求17所述的化學機械研磨方法，其特征在于所述 添加劑還包括氨水。
20、 如權利要求17所述的化學機械研磨方法，其特征在于所述 研磨液用于研磨金屬鎢。
21、 如權利要求20所述的化學機械研磨方法，其特征在于所述 研磨原料為SS-W2585。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種研磨液，包括研磨原料，該研磨原料內(nèi)至少具有研磨顆粒及去離子水，且所述研磨液內(nèi)還加入了去離子水及添加劑。本發(fā)明還公開了對應的一種化學機械研磨方法。采用本發(fā)明的研磨液及化學機械研磨方法，可以節(jié)約研磨原料的使用量，實現(xiàn)在不增加生產(chǎn)成本的情況下，提高研磨質(zhì)量。
文檔編號C09K3/14GK101457136SQ20071009454
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月13日 優(yōu)先權日2007年12月13日
發(fā)明者劉俊良, 健 李 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司