化學機械研磨的方法與流程
2023-11-06 06:36:57 1
本發明涉及半導體製造領域，特別涉及一種化學機械研磨的方法。
背景技術：
隨著半導體技術的發展、器件尺寸的縮小，對半導體器件金屬互連層表面的平坦化程度要求越來越高。化學機械研磨(CMP)是一種能滿足多層布線要求的平坦化技術，化學機械研磨是化學與機械效應的組合，在待研磨的材料層表面，因為發生化學反應而生成特定層，接著以機械方式將此特定層移除。
現有的化學機械研磨裝置一般包括三個化學機械研磨子裝置，例如子裝置1、子裝置2與子裝置3，所述三個子裝置同時對不同的晶圓進行機械研磨，並且每個晶圓都需要經過三個子裝置進行三次化學機械研磨。例如，形成有層間介質層以及銅互聯層的半導體襯底，所述子裝置1進行第一次化學機械研磨，去除大部分的銅互聯層，此過程研磨速率比較快，是一種粗研磨方式，然後使用子裝置2進行第二次化學機械研磨，去除所述層間介質層表面上的銅，然後使用子裝置3對所述層間介質層進行第三次化學機械研磨。
所述子裝置1完成一個晶圓研磨之後，該晶圓移動至所述子裝置2進行研磨，同時子裝置1進行下一個晶圓的研磨，之後子裝置3進行該晶圓的研磨，子裝置2進行下一個晶圓的研磨，子裝置1進行再下一個晶圓的研磨，三個子裝置同時對不同的晶圓進行研磨，但是子裝置1與子裝置2的總的研磨時間大於子裝置3總的研磨時間，因此，在子裝置3中，在主研磨之前需要有一段等待時間，並且由於子裝置2的研磨，在等待中暴露出的銅金屬容易被氧化，會導致最終形成的半導體形成樹突缺陷(Dendrites Defect)。
因此，如何減少第三次化學機械研磨的等待時間，降低樹突缺陷的產生是本領域技術人員亟需解決的技術問題。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種化學機械研磨的方法，減少第三次化學機械研磨中晶圓的等待時間，降低樹突缺陷的產生。
本發明的技術方案是一種化學機械研磨的方法，包括以下步驟：
提供待研磨晶圓，所述晶圓包括半導體襯底、形成在所述半導體襯底上的層間介質層、形成在所述層間介質層內的凹槽、以及形成在所述層間介質層上及所述凹槽內的金屬互連層；
對所述金屬互聯層進行第一化學機械研磨，去除部分所述金屬互聯層；
對所述金屬互聯層進行第二化學機械研磨，完全去除所述層間介質層上的所述金屬互連層；
對所述層間介質層進行第三化學機械研磨；
所述第三化學機械研磨包括一衝洗步驟：採用緩蝕劑對所述晶圓進行衝洗。
進一步的，所述第三化學機械研磨包括預研磨、主研磨以及晶圓清洗。
進一步的，在所述主研磨之前進行所述衝洗步驟。
進一步的，所述衝洗步驟與所述預研磨、主研磨在同一研磨墊上進行。
進一步的，所述金屬互連層為銅互聯層，所述緩蝕劑為銅緩蝕劑。
進一步的，所述緩蝕劑為苯並三氮唑。
進一步的，所述衝洗步驟進行衝洗的時間為30s～70s。
進一步的，所述第一學機械研磨、第二化學機械研磨以及第三化學機械研磨的總時間相當。
進一步的，所述第一化學機械研磨、第二化學機械研磨以及第三化學機械研磨採用同一化學機械研磨裝置的不同子裝置進行。
進一步的，所述第一化學機械研磨、第二化學機械研磨與第三化學機械研磨同時進行，分別研磨不同的晶圓。
與現有技術相比，本發明提供的化學機械研磨的方法，對層間介質層進行第三次化學機械研磨，該研磨包括一衝洗步驟，採用緩蝕劑對金屬互連層進行衝洗，防止在等待時間內暴露出的金屬被氧化，從而降低了發生樹突缺陷的風險，提高了半導體器件的性能；同時減少了晶圓在第三次化學機械研磨過程中的等待時間。
附圖說明
圖1為本發明一實施例所提供的化學機械研磨的方法的流程示意圖。
圖2～圖5為本發明一實施例所提供的化學機械研磨的方法的各步驟結構示意圖。
具體實施方式
為使本發明的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本發明的內容做進一步說明。當然本發明並不局限於該具體實施例，本領域的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發明的保護範圍內。
其次，本發明利用示意圖進行了詳細的表述，在詳述本發明實例時，為了便於說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應對此作為本發明的限定。
本發明的核心思想是：對層間介質層進行第三次化學機械研磨，該研磨包括一衝洗步驟，採用緩蝕劑對金屬互連層進行衝洗，防止在等待時間內暴露出的金屬被氧化，從而降低了發生樹突缺陷的風險，提高了半導體器件的性能；同時減少了晶圓在第三次化學機械研磨過程中的等待時間。
圖1為本發明一實施例所提供的化學機械研磨的方法的流程示意圖，如圖1所示，本發明提出一種化學機械研磨的方法，包括以下步驟：
步驟S01：提供待研磨晶圓，所述晶圓包括半導體襯底、形成在所述半導體襯底上的層間介質層、形成在所述層間介質層內的凹槽、以及形成在所述層間介質層上及所述凹槽內的金屬互連層；
步驟S02：對所述金屬互聯層進行第一化學機械研磨，去除部分所述金屬互聯層；
步驟S03：對所述金屬互聯層進行第二化學機械研磨，去除所述層間介質層上的所述金屬互連層；
步驟S04：對所述層間介質層進行第三化學機械研磨；所述第三化學機械研磨包括一衝洗步驟：採用緩蝕劑對所述金屬互聯層進行衝洗。。
圖2～4為本發明一實施例提供的化學機械研磨的方法的各步驟結構示意圖，請參考圖1所示，並結合圖2～圖4，詳細說明本發明提出的化學機械研磨的方法：
在步驟S01中，提供待研磨晶圓10，所述晶圓10包括半導體襯底11、形成在所述半導體襯底11上的層間介質層12、形成在所述層間介質層12內的凹槽13、以及形成在所述層間介質層12上及所述凹槽13內的金屬互連層14，如圖2所示。
在本實施例中所述半導體襯底11可包括任何半導體材料，該半導體材料可包括但不限於：Si、SiC、SiGe、SiGeC、Ge合金、GeAs、InAs、InP，以及其它III-V或II-VI族化合物半導體。所述半導體襯底11包括各種隔離結構，例如淺溝槽隔離結構。所述半導體襯底11還可以包括有機半導體或如Si/SiGe、絕緣體上矽(SOI)、或者絕緣體上SiGe(SGOI)的分層半導體。所述半導體襯底11上還可以形成各種半導體器件。
所述層間介質層12，可以為低k介電材料(形成的層間介質層為低k介電層)，還可以為超低k介電材料(形成的層間介質層為超低k介電層)。通常採用化學氣相旋塗工藝(SOG)、甩膠技術或化學氣相沉積技術製備。
所述金屬互連層14優選為銅互聯層，可以採用雙大馬士革工藝形成。首先，對層間介質層12進行刻蝕，產生用於鑲嵌工藝的溝槽13，然後接著沉積金屬阻擋層和銅籽晶層(圖中未示出)，再在層間介質層12和溝槽13中形成銅互聯層14，可以採用本領域技術人員所熟知的各種適宜的工藝技術，例如物理氣相沉積工藝或者電鍍工藝。由於形成晶圓10的各步驟均為現有技術，在此不作贅述。
在步驟S02中，對所述金屬互聯層14進行第一化學機械研磨，去除部分所述金屬互聯層14，如圖3所示。在本實施例中，去除大部分的金屬互連層14，此過程研磨速率比較快，是一種粗研磨方式。
在步驟S03中，對所述金屬互聯層14進行第二化學機械研磨，完全去除所述層間介質層12上的所述金屬互連層14，如圖4所示。
為了避免所述層間介質層11上剩餘的金屬互聯層14的厚度較薄時，繼續採用第一化學機械研磨這種粗研磨會對晶圓表面造成刮痕，故需進行第二學機械研磨。所述第二化學機械研磨為細研磨。所述第二化學機械研磨完全去除所述層間介質層11上剩餘的所述金屬互連層14，並暴露出凹槽內的金屬互聯層14。所述第二化學機械研磨的研磨速率低於所述第一化學機械研磨的研磨速度。
在步驟S04中，對所述層間介質層進行第三化學機械研磨，如圖5所示。所述第三化學機械研磨包括一衝洗步驟：採用緩蝕劑對所述晶圓10進行衝洗。
所述第三化學機械研磨主要包括預研磨、主研磨以及晶圓清洗，在進行主研磨之前進行衝洗步驟。優選的，所述緩蝕劑為苯並三氮唑(BTA)，用於保護暴露出的銅互連層14，防止晶圓10在等待時間內發生氧化，以防止樹突缺陷的發生。
所述第一化學機械研磨、第二化學機械研磨以及第三化學機械研磨採用同一化學機械研磨裝置的子裝置進行，例如所述化學機械研磨包括子裝置一、子裝置二與子裝置三，所述子裝置一、子裝置二與子裝置三分別進行第一化學機械研磨、第二化學機械研磨以及第三化學機械研磨。所述第一化學機械研磨、第二化學機械研磨與第三化學機械研磨同時進行，分別研磨不同的晶圓，即所述子裝置一、子裝置二與子裝置三同時對不同的晶圓進行研磨。例如：子裝置一對待研磨晶圓一進行第一化學機械研磨之後，移動到子裝置二，同時晶圓二移動到子裝置一；子裝置二對晶圓一進行第二化學機械研磨，同時子裝置一對晶圓二進行第一化學機械研磨；然後晶圓一移動到子裝置三，晶圓二移動到子裝置二，同時晶圓三移動到子裝置一，子裝置三對晶圓一進行第三化學機械研磨，子裝置二對晶圓二進行第二化學機械研磨，子裝置一對晶圓三進行第一化學機械研磨，晶圓一完成化學機械研磨之後，會有後續的晶圓不斷進行化學機械研磨。
所述第一化學機械研磨與第二化學機械研磨液也主要包括預研磨、主研磨以及晶圓清洗等步驟。由於第一化學機械研磨與第二化學機械研磨的總時間大於第三化學機械研磨的總時間，但是三次化學機械研磨的主研磨是同時進行的，因此，在第三化學機械研磨的主研磨之前進行衝洗步驟，可以減少第三化學機械研磨中晶圓的等待時間，防止暴露出的銅被氧化，進而防止樹突缺陷的發生。並且由於採用緩衝劑進行的衝洗，同時降低了其他缺陷產生的風險。
在第三化學機械研磨中，所述衝洗步驟與所述預研磨、主研磨在同一研磨墊上進行，即在進行預研磨之後，直接進行衝洗步驟，然後直接進行主研磨，不對晶圓進行移動。
所述衝洗步驟進行衝洗的時間為30s～70s，例如30s、50s或70s，使得所述第一次學機械研磨、第二化學機械研磨以及第三化學機械研磨的總時間相當，或者三次化學機械研磨總的時間相同。可以理解的是，所述衝洗步驟進行衝洗的時間並不僅限於30s～70s，可以根據第三化學機械研磨與第一化學機械研磨以及第二化學機械研磨的總時間的差值來確定。
綜上所述，本發明提供的化學機械研磨的方法，本發明提供的化學機械研磨的方法，對層間介質層進行第三次化學機械研磨，該研磨包括一衝洗步驟，採用緩蝕劑對金屬互連層進行衝洗，防止在等待時間內暴露出的金屬被氧化，從而降低了發生樹突缺陷的風險，提高了半導體器件的性能；同時減少了晶圓在第三次化學機械研磨過程中的等待時間。
上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，並非對本發明範圍的任何限定，本發明領域的普通技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬於權利要求書的保護範圍。