专利名称：铝金属的化学机械研磨方法
技术领域：
本发明涉及一种集成电路的化学机械研磨(chemical mechanicalpolishing；CMP)方法，特别是一种用于铝金属研磨的化学机械研磨方法。
背景技术：
集成电路技术于近年来快速进展，集成电路之线宽已经可自微米达到纳米的程度，在进入除小线宽的时代，各种制程的条件较以往更为严格。在先前技术中，铝图案利用反应离子腐蚀(reactive ion etching；RIE)方式蚀刻制作图案，上述方式是在集成电路中铝图案化过程里重要的成熟方法。但是此种方法将导致铝的光反射率(reflectivity)降低，从而成为降低所制作的铝图案进而芯片的功效的重要因素之一。离子轰击以及化学侵蚀是造成上述缺陷的主要原因。且先前技术将造成晶圆(wafer)上铝图案间绝缘层的厚度不均匀性，在晶圆(wafer)中间区域与边缘区域的变异可以达到500-1000埃的厚度。
后续的发展采用了化学机械研磨法予以平坦化以得到较佳效果。化学机械研磨法为半导体制程中一种典型常用的可以实现芯片全面性平坦化的一种方法，此方法已俨然成为业界追求全面性平坦化的主要方法。早期的技术是由IBM所发展，基于化学机械研磨法可适用于微小尺寸的集成电路制造工艺，各企业都全力发展该项技术。化学机械研磨法是利用机械式研磨的原理，配合适当的化学助剂把芯片表面高低起伏不平的轮廓加以磨平，进行CMP时，将晶圆(wafer)固定在一个机械研磨头(Carrier)上，正面向下，然后将研磨头下压并接触到表面贴有研磨垫(pad)的转动或移动的钢盘(platen)上。机械研磨头本身也是转动的，将含有研磨剂的研磨液(slurry)滴到研磨垫(pad)上，并通过离心力使研磨液(slurry)在研磨垫(pad)上分布均匀，从而在研磨垫(pad)上形成一层薄的研磨液(slurry)。这样，机械作用和化学反应相结合使晶圆(wafer)表面的材料被除去。由于晶圆(wafer)表面凸起和凹陷的地方研磨速率不一样，所以可达到很好的平坦化效果。如果各种制造工艺参数控制得当，CMP可以提供被研磨表面高达94％以上的平坦度。CMP所使用的研浆主要由硅土、铝土和碱性的KOH或NH4OH溶液混合而成。一般化学机械研磨法所使用的研浆粒子大小约0.1微米，一般而言，以KOH为主且含有硅成份的研浆被广泛地用于对氧化物的平坦化的制造工艺。在化学机械研磨法之后必须进行后CMP清洗(post-CMP cleaning)程序以降低粒子与轻离子如钾离子的污染及其它吸附于晶圆表面的杂质颗粒。
本发明将采用化学机械研磨方法配合研磨停止机制以得到良好的效果。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在集成电路制造工艺中利用化学机械研磨工艺定义嵌于绝缘层的铝金属图案的方法。
本发明的再一目的为，提供一研磨停止机制以得到良好的研磨效果。
本发明的另一目的为，再提升晶圆(wafer)上各相应处的膜层及其厚度均匀一致性的方法以得到良好的研磨效果。
本发明揭露一种铝金属的化学机械研磨方法，该方法包括如下步骤形成铝金属图案于一底材之上；再形成一氧化物绝缘层于该铝金属图案之上并同时使绝缘层填满金属图案的间隙以使绝缘；以化学机械研磨法研磨该绝缘至该金属表面，该化学机械研磨法所采用的研磨剂包含一易吸附于铝材质的表面活性剂；及去除该铝金属图案上的该表面活性剂。其中该表面活性剂包含苯甲酰三氟丙酮(BTA)，三乙醇胺(TEA)，和含有水溶性基团(R-(CH2-CH2O-)-)及S，P，Zn元素的高分子化合物。其中该表面活性剂使得该金属图案与该绝缘的研磨速率之比至少约为1/100。该化学机械研磨法所采用的研磨剂包含一易吸附于铝金属上的表面活性剂，在研磨过程中使该表面活性剂吸附于该铝金属表面以降低该铝金属的研磨速率且可作为一研磨停止机制。
图1为本发明形成铝金属图案以及氧化层的示意图。
图2为本发明于铝图案上吸附表面活化剂的示意图。
图3为本发明化学机械研磨后的示意图。
具体实施例方式
本发明的制造工艺请先行参阅图1，首先提供一半导体底材(substrate)2，在最佳实施例中，底材2为结晶面向<100>或<111>的单晶硅。分别于半导体底材2中制作相关井区以其相关膜层于底材之上，上述非本发明要点故不繁述。利用平版刻法(lithography)于底材上制作铝图案4，随后以现有技术形成绝缘层6堆栈于上述铝金属4图案之上。利用氧化物作为绝缘材质的填充物质，一般在完成沉积之后，利用化学机械研磨法将氧化物加以研磨以制作铝金属间的绝缘。本发明的重要特征为在研磨剂中掺入表面活性剂(Surfactant)，其可以吸附并覆盖于研磨过程中暴露于研磨剂中的铝图案表面，其成分包含但不限于BTA，TEA，和含有水溶性基团(R-(CH2-CH2O-)-)及S，P，Zn元素的高分子化合物。上述表面活性剂(Surfactant)的主要功用在于使得选择研磨速率介于氧化物以及铝金属间将达到约100/1的高研磨选择性。此表面活性剂(Surfactant)具有在特定环境下容易且强吸附于铝金属表面的特性，因此可以完整覆盖于铝图案的表面上，且其将大幅降低铝金属化学机械研磨的研磨速率。
上述的层以较佳实施例而言可以利用低压化学气相沉积法(LowPressure Chemical Vapcr Deposition；LPCVD)、等离子体增强化学汽相淀积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；PECVD)、或高密度等离子体化学气相沉积法(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition；HDPCVD)形成。在研磨初始，只有氧化物被研磨，无铝表面曝露，因为研磨剂中的表面活性剂只接触氧化物但不形成吸附，所以氧化物的研磨速率将不受到影响。随着研磨的进行，将逐渐接近铝金属表层，而渐渐地将曝露出铝金属表层。此时混合于研磨剂(slurry)中的表面活性剂将快速地被吸附(包括物理和化学作用)在铝金属表面，从而大大减缓或防止了研磨剂与铝金属的化学及磨擦作用，参阅图2，因此只有极少量的铝金属将被移除。且整个铝金属图案远大于残存氧化物，因此相对性而言，铝金属的研磨速率接近于零，当所有位于铝金属表面上的氧化物被移除时，将导致研磨终止。因此在整个底材上不会有任何氧化物残存。最后如有需要，也可在后续程序将上述表面活性剂去除(如通过改变溶液的PH值及机械作用)，参阅图3。因此本法可提供一种据研磨停止机制且可提升底材膜层均匀性的方法以得到良好的研磨效果。
本发明以较佳实施例说明如上，而熟悉此领域技艺者，在不脱离本发明的精神范围内，当可作些许变动润饰，其专利保护范围应以权利要求书所限定的范围为准。
权利要求
1.一种金属的化学机械研磨方法，该方法包括形成金属图案于一底材之上；形成一绝缘层于所述金属图案之上；以化学机械研磨法研磨该绝缘至该金属表面，该化学机械研磨法所采用的研磨剂包含一易吸附于该金属上的表面活性剂；及去除该金属图案上的该表面活性剂。
2.如权利要求1所述的金属的化学机械研磨方法，其特征在于，所述表面活性剂包括BTA，TEA，和含有水溶性基团及S，P，Zn元素的高分子化合物。
3.如权利要求1所述的金属的化学机械研磨方法，其特征在于，所述表面活性剂使得介于该金属图案与该绝缘的研磨速率至少约为1/100。
4.如权利要求1所述的金属的化学机械研磨方法，其特征在于，所述绝缘层包括氧化物。
5.如权利要求1所述的金属的化学机械研磨方法，其特征在于，所述金属包括铝。
6.一种铝金属的化学机械研磨方法，该方法包含形成铝金属图案于一底材之上；形成一氧化物绝缘层于该铝金属图案之上；以化学机械研磨法研磨该绝缘至该金属表面，该化学机械研磨法所采用的研磨剂包含一易吸附于铝材质的表面活性剂；及去除该铝金属图案上的所述表面活性剂。
7.如权利要求6所述的铝金属的化学机械研磨方法，其特征在于，所述表面活性剂包含BTA，TEA，和含有水溶性基团及S，P，Zn元素的高分子化合物。
8.如权利要求6所述的铝金属的化学机械研磨方法，其特征在于，所述表面活性剂使得该金属图案与该绝缘的研磨速率之比至少约为1/100。
9.一种化学机械研磨方法的研磨剂，该化学机械研磨法所采用的研磨剂包含一易吸附于铝金属上的表面活性剂，在研磨过程中使该表面活性剂吸附于该铝金属表面以降低该铝金属的研磨速率且可作为一研磨停止机制。
全文摘要
本发明涉及一种铝金属的化学机械研磨方法，该方法包括如下步骤形成铝金属图案于一底材之上；再形成一氧化物绝缘层于该铝金属图案之上；以化学机械研磨法矸磨该绝缘至该金属表面，该化学机械研磨法所采用的研磨剂包含一易吸附于铝材质的表面活性剂；及去除该铝金属图案上的该表面活性剂。其中该表面活性剂使得该金属图案与该绝缘的研磨速率之比至少约为1/100。该化学机械研磨法所采用的研磨剂包含一易吸附于铝金属上的表面活性剂在研磨过程中使该表面活性剂吸附于该铝金属表面以降低该铝金属的研磨速率且可作为一研磨停止机制。
文档编号B24B37/00GK1634680SQ20031012291
公开日2005年7月6日 申请日期2003年12月29日 优先权日2003年12月29日
发明者俞昌, 杨春晓 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司