化学机械研磨的方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种化学机械研磨的方法。

背景技术：

随着半导体技术的发展、器件尺寸的缩小，对半导体器件金属互连层表面的平坦化程度要求越来越高。化学机械研磨(CMP)是一种能满足多层布线要求的平坦化技术，化学机械研磨是化学与机械效应的组合，在待研磨的材料层表面，因为发生化学反应而生成特定层，接着以机械方式将此特定层移除。

现有的化学机械研磨装置一般包括三个化学机械研磨子装置，例如子装置1、子装置2与子装置3，所述三个子装置同时对不同的晶圆进行机械研磨，并且每个晶圆都需要经过三个子装置进行三次化学机械研磨。例如，形成有层间介质层以及铜互联层的半导体衬底，所述子装置1进行第一次化学机械研磨，去除大部分的铜互联层，此过程研磨速率比较快，是一种粗研磨方式，然后使用子装置2进行第二次化学机械研磨，去除所述层间介质层表面上的铜，然后使用子装置3对所述层间介质层进行第三次化学机械研磨。

所述子装置1完成一个晶圆研磨之后，该晶圆移动至所述子装置2进行研磨，同时子装置1进行下一个晶圆的研磨，之后子装置3进行该晶圆的研磨，子装置2进行下一个晶圆的研磨，子装置1进行再下一个晶圆的研磨，三个子装置同时对不同的晶圆进行研磨，但是子装置1与子装置2的总的研磨时间大于子装置3总的研磨时间，因此，在子装置3中，在主研磨之前需要有一段等待时间，并且由于子装置2的研磨，在等待中暴露出的铜金属容易被氧化，会导致最终形成的半导体形成树突缺陷(Dendrites Defect)。

因此，如何减少第三次化学机械研磨的等待时间，降低树突缺陷的产生是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种化学机械研磨的方法，减少第三次化学机械研磨中晶圆的等待时间，降低树突缺陷的产生。

本发明的技术方案是一种化学机械研磨的方法，包括以下步骤：

提供待研磨晶圆，所述晶圆包括半导体衬底、形成在所述半导体衬底上的层间介质层、形成在所述层间介质层内的凹槽、以及形成在所述层间介质层上及所述凹槽内的金属互连层；

对所述金属互联层进行第一化学机械研磨，去除部分所述金属互联层；

对所述金属互联层进行第二化学机械研磨，完全去除所述层间介质层上的所述金属互连层；

对所述层间介质层进行第三化学机械研磨；

所述第三化学机械研磨包括一冲洗步骤：采用缓蚀剂对所述晶圆进行冲洗。

进一步的，所述第三化学机械研磨包括预研磨、主研磨以及晶圆清洗。

进一步的，在所述主研磨之前进行所述冲洗步骤。

进一步的，所述冲洗步骤与所述预研磨、主研磨在同一研磨垫上进行。

进一步的，所述金属互连层为铜互联层，所述缓蚀剂为铜缓蚀剂。

进一步的，所述缓蚀剂为苯并三氮唑。

进一步的，所述冲洗步骤进行冲洗的时间为30s～70s。

进一步的，所述第一学机械研磨、第二化学机械研磨以及第三化学机械研磨的总时间相当。

进一步的，所述第一化学机械研磨、第二化学机械研磨以及第三化学机械研磨采用同一化学机械研磨装置的不同子装置进行。

进一步的，所述第一化学机械研磨、第二化学机械研磨与第三化学机械研磨同时进行，分别研磨不同的晶圆。

与现有技术相比，本发明提供的化学机械研磨的方法，对层间介质层进行第三次化学机械研磨，该研磨包括一冲洗步骤，采用缓蚀剂对金属互连层进行冲洗，防止在等待时间内暴露出的金属被氧化，从而降低了发生树突缺陷的风险，提高了半导体器件的性能；同时减少了晶圆在第三次化学机械研磨过程中的等待时间。

附图说明

图1为本发明一实施例所提供的化学机械研磨的方法的流程示意图。

图2～图5为本发明一实施例所提供的化学机械研磨的方法的各步骤结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应对此作为本发明的限定。

本发明的核心思想是：对层间介质层进行第三次化学机械研磨，该研磨包括一冲洗步骤，采用缓蚀剂对金属互连层进行冲洗，防止在等待时间内暴露出的金属被氧化，从而降低了发生树突缺陷的风险，提高了半导体器件的性能；同时减少了晶圆在第三次化学机械研磨过程中的等待时间。

图1为本发明一实施例所提供的化学机械研磨的方法的流程示意图，如图1所示，本发明提出一种化学机械研磨的方法，包括以下步骤：

步骤S01：提供待研磨晶圆，所述晶圆包括半导体衬底、形成在所述半导体衬底上的层间介质层、形成在所述层间介质层内的凹槽、以及形成在所述层间介质层上及所述凹槽内的金属互连层；

步骤S02：对所述金属互联层进行第一化学机械研磨，去除部分所述金属互联层；

步骤S03：对所述金属互联层进行第二化学机械研磨，去除所述层间介质层上的所述金属互连层；

步骤S04：对所述层间介质层进行第三化学机械研磨；所述第三化学机械研磨包括一冲洗步骤：采用缓蚀剂对所述金属互联层进行冲洗。。

图2～4为本发明一实施例提供的化学机械研磨的方法的各步骤结构示意图，请参考图1所示，并结合图2～图4，详细说明本发明提出的化学机械研磨的方法：

在步骤S01中，提供待研磨晶圆10，所述晶圆10包括半导体衬底11、形成在所述半导体衬底11上的层间介质层12、形成在所述层间介质层12内的凹槽13、以及形成在所述层间介质层12上及所述凹槽13内的金属互连层14，如图2所示。

在本实施例中所述半导体衬底11可包括任何半导体材料，该半导体材料可包括但不限于：Si、SiC、SiGe、SiGeC、Ge合金、GeAs、InAs、InP，以及其它III-V或II-VI族化合物半导体。所述半导体衬底11包括各种隔离结构，例如浅沟槽隔离结构。所述半导体衬底11还可以包括有机半导体或如Si/SiGe、绝缘体上硅(SOI)、或者绝缘体上SiGe(SGOI)的分层半导体。所述半导体衬底11上还可以形成各种半导体器件。

所述层间介质层12，可以为低k介电材料(形成的层间介质层为低k介电层)，还可以为超低k介电材料(形成的层间介质层为超低k介电层)。通常采用化学气相旋涂工艺(SOG)、甩胶技术或化学气相沉积技术制备。

所述金属互连层14优选为铜互联层，可以采用双大马士革工艺形成。首先，对层间介质层12进行刻蚀，产生用于镶嵌工艺的沟槽13，然后接着沉积金属阻挡层和铜籽晶层(图中未示出)，再在层间介质层12和沟槽13中形成铜互联层14，可以采用本领域技术人员所熟知的各种适宜的工艺技术，例如物理气相沉积工艺或者电镀工艺。由于形成晶圆10的各步骤均为现有技术，在此不作赘述。

在步骤S02中，对所述金属互联层14进行第一化学机械研磨，去除部分所述金属互联层14，如图3所示。在本实施例中，去除大部分的金属互连层14，此过程研磨速率比较快，是一种粗研磨方式。

在步骤S03中，对所述金属互联层14进行第二化学机械研磨，完全去除所述层间介质层12上的所述金属互连层14，如图4所示。

为了避免所述层间介质层11上剩余的金属互联层14的厚度较薄时，继续采用第一化学机械研磨这种粗研磨会对晶圆表面造成刮痕，故需进行第二学机械研磨。所述第二化学机械研磨为细研磨。所述第二化学机械研磨完全去除所述层间介质层11上剩余的所述金属互连层14，并暴露出凹槽内的金属互联层14。所述第二化学机械研磨的研磨速率低于所述第一化学机械研磨的研磨速度。

在步骤S04中，对所述层间介质层进行第三化学机械研磨，如图5所示。所述第三化学机械研磨包括一冲洗步骤：采用缓蚀剂对所述晶圆10进行冲洗。

所述第三化学机械研磨主要包括预研磨、主研磨以及晶圆清洗，在进行主研磨之前进行冲洗步骤。优选的，所述缓蚀剂为苯并三氮唑(BTA)，用于保护暴露出的铜互连层14，防止晶圆10在等待时间内发生氧化，以防止树突缺陷的发生。

所述第一化学机械研磨、第二化学机械研磨以及第三化学机械研磨采用同一化学机械研磨装置的子装置进行，例如所述化学机械研磨包括子装置一、子装置二与子装置三，所述子装置一、子装置二与子装置三分别进行第一化学机械研磨、第二化学机械研磨以及第三化学机械研磨。所述第一化学机械研磨、第二化学机械研磨与第三化学机械研磨同时进行，分别研磨不同的晶圆，即所述子装置一、子装置二与子装置三同时对不同的晶圆进行研磨。例如：子装置一对待研磨晶圆一进行第一化学机械研磨之后，移动到子装置二，同时晶圆二移动到子装置一；子装置二对晶圆一进行第二化学机械研磨，同时子装置一对晶圆二进行第一化学机械研磨；然后晶圆一移动到子装置三，晶圆二移动到子装置二，同时晶圆三移动到子装置一，子装置三对晶圆一进行第三化学机械研磨，子装置二对晶圆二进行第二化学机械研磨，子装置一对晶圆三进行第一化学机械研磨，晶圆一完成化学机械研磨之后，会有后续的晶圆不断进行化学机械研磨。

所述第一化学机械研磨与第二化学机械研磨液也主要包括预研磨、主研磨以及晶圆清洗等步骤。由于第一化学机械研磨与第二化学机械研磨的总时间大于第三化学机械研磨的总时间，但是三次化学机械研磨的主研磨是同时进行的，因此，在第三化学机械研磨的主研磨之前进行冲洗步骤，可以减少第三化学机械研磨中晶圆的等待时间，防止暴露出的铜被氧化，进而防止树突缺陷的发生。并且由于采用缓冲剂进行的冲洗，同时降低了其他缺陷产生的风险。

在第三化学机械研磨中，所述冲洗步骤与所述预研磨、主研磨在同一研磨垫上进行，即在进行预研磨之后，直接进行冲洗步骤，然后直接进行主研磨，不对晶圆进行移动。

所述冲洗步骤进行冲洗的时间为30s～70s，例如30s、50s或70s，使得所述第一次学机械研磨、第二化学机械研磨以及第三化学机械研磨的总时间相当，或者三次化学机械研磨总的时间相同。可以理解的是，所述冲洗步骤进行冲洗的时间并不仅限于30s～70s，可以根据第三化学机械研磨与第一化学机械研磨以及第二化学机械研磨的总时间的差值来确定。

综上所述，本发明提供的化学机械研磨的方法，本发明提供的化学机械研磨的方法，对层间介质层进行第三次化学机械研磨，该研磨包括一冲洗步骤，采用缓蚀剂对金属互连层进行冲洗，防止在等待时间内暴露出的金属被氧化，从而降低了发生树突缺陷的风险，提高了半导体器件的性能；同时减少了晶圆在第三次化学机械研磨过程中的等待时间。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。