化學(xué)機(jī)械研磨方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種化學(xué)機(jī)械研磨方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路制造技術(shù)的飛速發(fā)展，集成電路制造工藝也變得越來(lái)越復(fù)雜和精細(xì)，對(duì)晶圓(Wafer)表面的平整度要求也越來(lái)越嚴(yán)格。而現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體制作方法會(huì)造成晶圓的表面起伏不平，對(duì)圖形制作極其不利。為此，需要對(duì)晶圓進(jìn)行平坦化(Planarizat1n)處理,使每一層都具有較高的平整度。
[0003]目前，最常見(jiàn)的平坦化工藝為化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical MechanicalPolishing, CMP)?；瘜W(xué)機(jī)械研磨是一種復(fù)雜的工藝過(guò)程,通過(guò)晶圓和研磨頭之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)平坦化晶圓的表面?；瘜W(xué)機(jī)械研磨進(jìn)行平坦化處理的效率較高，已成為半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域一項(xiàng)不可或缺的制作工藝。
[0004]與此同時(shí)，包括金(Au)、銀(Ag)、鉬(Pt)、鋨(Os)、銥(Ir)、釕(Ru)、銠(Rh)以及鈀(Pd)在內(nèi)的貴金屬，因具有較低的電阻溫度系數(shù)、很好的穩(wěn)定性以及難以被氧化的性質(zhì)，開(kāi)始被廣泛的應(yīng)用于集成電路制造當(dāng)中。比如，所述貴金屬可以作為晶體管的柵極材料，或者用于制作晶體管之間的互連線路等。
[0005]但是，貴金屬的化學(xué)穩(wěn)定性給化學(xué)機(jī)械研磨帶來(lái)了較大的難度。如何對(duì)帶有貴金屬層的半導(dǎo)體器件進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨正是目前亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，以優(yōu)化對(duì)帶有貴金屬層的待研磨晶圓的平坦化效果。
[0007]為了解決所述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，包括:
[0008]提供待研磨晶圓；
[0009]對(duì)所述待研磨晶圓上的貴金屬層進(jìn)行預(yù)處理，使所述貴金屬層轉(zhuǎn)化為合金層；
[0010]提供研磨液，并向所述研磨液中加入研磨顆粒和氧化劑；
[0011]通過(guò)所述研磨液對(duì)所述合金層的至少一部分進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨。
[0012]可選的，對(duì)所述待研磨晶圓上的貴金屬層進(jìn)行預(yù)處理，使所述貴金屬層轉(zhuǎn)化為合金層的步驟包括:
[0013]在所述待研磨晶圓上形成金屬層；
[0014]在所述金屬層上形成所述貴金屬層；
[0015]對(duì)所述金屬層以及貴金屬層進(jìn)行熱處理以形成所述合金層。
[0016]可選的，所述金屬層在所述合金層中的質(zhì)量百分比在3%到20%的范圍內(nèi)。
[0017]可選的，所述貴金屬層的材料為金，所述金屬層的材料為鈀、鎳、銻、鍺或者鈷中的一種或多種。
[0018]可選的，所述貴金屬層的材料為銀，所述金屬層的材料為鈀、銅、銻、鑰、鎢或者鈣中的一種或多種。
[0019]可選的，提供研磨液的步驟中，所述研磨顆粒的硬度在莫氏硬度3?6的范圍內(nèi)。
[0020]可選的，使所述研磨顆粒在研磨液中的質(zhì)量百分比在1%?10%的范圍內(nèi)。
[0021]可選的，使所述研磨顆粒的平均直徑在30?300納米的范圍內(nèi)。
[0022]可選的，使所述研磨顆粒為二氧化硅、氧化鋁或者氧化鈰中的一種或者多種。
[0023]可選的，提供研磨液的步驟中，所述氧化劑包含過(guò)氧化氫以及鹵酸鹽。
[0024]可選的，使所述鹵酸鹽為溴酸鹽、亞溴酸鹽中的一種或者多種，或者為氯酸鹽、亞氯酸鹽中的一種或者多種。
[0025]可選的，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨的步驟包括:
[0026]提供化學(xué)機(jī)械研磨裝置，并將所述待研磨晶圓安裝在所述化學(xué)機(jī)械研磨裝置的研磨頭上。
[0027]可選的，使所述研磨頭的研磨壓力在I?5磅/平方英寸的范圍內(nèi)。
[0028]可選的，使所述研磨頭的轉(zhuǎn)速在30?150轉(zhuǎn)/分鐘的范圍內(nèi)。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0030]通過(guò)對(duì)貴金屬層進(jìn)行預(yù)處理，使貴金屬層轉(zhuǎn)化為合金層，由于合金層比貴金屬硬度大，更容易在化學(xué)機(jī)械研磨中實(shí)現(xiàn)平坦化，進(jìn)而優(yōu)化了化學(xué)機(jī)械研磨的效果。
[0031]進(jìn)一步，當(dāng)所述貴金屬層的材料為金時(shí)，采用鈀、鎳、銻、鍺或者鈷中的任意一種或多種與金結(jié)合形成合金層，相對(duì)于直接對(duì)金進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，合金層具有較高的硬度，便于化學(xué)機(jī)械研磨的進(jìn)行。
[0032]進(jìn)一步，當(dāng)所述貴金屬層的材料為銀時(shí)，采用鈀、銅、銻、鑰、鎢或者鈣中的任意一種或多種與銀結(jié)合形成合金層，可以避免直接對(duì)銀進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)銀的顏色發(fā)生變化的問(wèn)題；此外，形成銀的合金層也可以在一定程度上提升硬度，有益于化學(xué)機(jī)械研磨的進(jìn)行。
[0033]進(jìn)一步，研磨顆粒的硬度在莫氏硬度3?6的范圍內(nèi)，能夠在較好地對(duì)待研磨晶圓進(jìn)行研磨，同時(shí)還能避免在待研磨晶圓上產(chǎn)生劃痕。
[0034]進(jìn)一步，所述研磨顆粒的質(zhì)量百分比在1%?10%的范圍，有利于在化學(xué)機(jī)械研磨過(guò)程中保持較佳的研磨速率，同時(shí)還能盡量避免劃傷所述合金層。
[0035]進(jìn)一步，所述研磨顆粒的平均直徑在30?300納米的范圍內(nèi)，有利于在化學(xué)機(jī)械研磨過(guò)程中保持較佳的研磨速率，同時(shí)還能盡量避免劃傷所述合金層。
[0036]進(jìn)一步，在氧化劑中加入過(guò)氧化氫以及鹵酸鹽，能夠使所述研磨液具有較好移除速率。
【附圖說(shuō)明】
[0037]圖1是本發(fā)明化學(xué)機(jī)械研磨方法一實(shí)施例的流程圖；
[0038]圖2是圖1中步驟S2的分步驟流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]貴金屬由于具有高化學(xué)穩(wěn)定性以及材料的硬度小的特性而難以被直接地進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨。
[0040]以金這種貴金屬為例，由于金本身硬度比較小，所形成的金金屬層在化學(xué)機(jī)械研磨的壓力下，非常容易發(fā)生變形；加上金金屬的化學(xué)穩(wěn)定性很高，采用現(xiàn)有的化學(xué)機(jī)械研磨方法較難對(duì)金金屬進(jìn)行腐蝕。
[0041]為此，本發(fā)明提供一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，先將貴金屬層轉(zhuǎn)化為合金層，之后再對(duì)合金層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，以優(yōu)化化學(xué)機(jī)械研磨的效果。
[0042]實(shí)施例一:
[0043]本實(shí)施例一中采用金(Au)作為待研磨晶圓上的貴金屬層。
[0044]參考圖1，示出了本發(fā)明化學(xué)機(jī)械研磨方法一實(shí)施例的流程示意圖。所述化學(xué)機(jī)械研磨方法包括如下步驟:
[0045]步驟SI,提供待研磨晶圓；
[0046]步驟S2，對(duì)所述待研磨晶圓上的金金屬層進(jìn)行預(yù)處理，使所述金金屬層與鈀(Pd)、鎳(Ni)、銻(Sb)、鍺(Ge)或者鈷(Co)中的一種金屬相結(jié)合，以形成合金層；
[0047]步驟S3,提供研磨液,并向所述研磨液中加入研磨顆粒和氧化劑；
[0048]步驟S4，通過(guò)所述研磨液對(duì)所述合金層的至少一部分進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨。
[0049]本實(shí)施例中步驟S2形成的所述合金層的硬度變大(相對(duì)于金金屬層)，使得所述合金層在研磨壓力下不容易變形。同時(shí)，以上步驟有利于化學(xué)機(jī)械研磨中化學(xué)腐蝕的進(jìn)行，從而在保證一定的移除速率的同時(shí)，減小在所述合金層的表面產(chǎn)生劃痕的幾率，從而得到較好的平坦化效果。
[0050]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面對(duì)本發(fā)明的第一具體實(shí)施例的各步驟作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0051]執(zhí)行步驟SI，提供待研磨晶圓。在本發(fā)明中對(duì)采用何種晶圓不作任何限定。
[0052]執(zhí)行步驟S2，對(duì)所述待研磨晶圓上的金金屬層進(jìn)行預(yù)處理，使所述金金屬層與鈀、鎳、銻、鍺或者鈷中的一種或多種金屬相結(jié)合，以形成合金層。
[0053]在本實(shí)施例中，金金屬層與上述的鈀、鎳、銻、鍺或者鈷中的一種金屬相結(jié)合，以分別形成的鈕-金合金、鎳-金合金、金-鋪合金、金-鍺合金或者金-鈷的合金層。
[0054]由于金金屬層的硬度較小，在進(jìn)行研磨時(shí)，金金屬層本身在受到研磨產(chǎn)生的壓力時(shí)容易發(fā)生變形。采用上述金屬(鈀、鎳、銻、鍺或者鈷)形成的合金層的好處在于，所述合金層的硬度相對(duì)金金屬層較大，使得待研磨晶圓上的合金層在研磨過(guò)程中能夠盡量避免因受到壓力而發(fā)生變形。
[0055]同時(shí)，形成的合金層的化學(xué)穩(wěn)定性小于金金屬層，在研磨過(guò)程中能夠提升對(duì)合金層的腐蝕率，從而保證較好的移除速率。
[0056]當(dāng)上述金屬所占比例過(guò)小時(shí)，所述金金屬層的硬度并不能得到有效地提升，形成的合金層硬度仍然不足，無(wú)法承受化學(xué)機(jī)械研磨的壓力；
[0057]當(dāng)上述金屬所占比例過(guò)大時(shí)，形成的合金層的電學(xué)性能變化較大，與金金屬的電學(xué)性能相差較大，無(wú)法維持與金金屬相比基本相同的貴金屬特性。
[0058]在本實(shí)施例中，所述合金層中的鈀、鎳、銻、鍺或者鈷與金金屬的百分比在3%到20%的范圍內(nèi)。
[0059]參考圖2,示意出了圖1所示步驟S2—實(shí)施例的示意圖。形成合金層的步驟包括:
[0060]步驟S21，在待研磨晶圓上形成鈀、鎳、銻、鍺或者鈷的金屬層；
[0061]步驟S22，在所述金屬層上形成所述金金屬層；
[0062]步驟S23，對(duì)所述金屬層以及金金屬層進(jìn)行熱處理，以形成所述合金層。
[0063]通過(guò)上述熱處理步驟，使所述金屬層與所述金金屬層之間產(chǎn)生相互擴(kuò)散，最終形成所述合金層。這樣形成的合金層較為穩(wěn)定。
[0064]但是，本發(fā)明對(duì)形成所述金屬層的方法并不做限定，也可以采用其它方法形成所述合金層。