專利名稱：化學(xué)機械研磨及通孔形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及化學(xué)機械研磨及通孔形成方法。
背景技術(shù)：
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(fù)雜和精細(xì)。為了提高集成度，降低制造成本，元件的關(guān)鍵尺寸 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(shù)，利用芯片的垂直空間，進一步提高器件的集成密度，在各層 布線之間需要用導(dǎo)電通孔進行電連接，而導(dǎo)電通孔之間則通過絕緣層隔離。例如，在申請?zhí)?為200710088223的中國專利申請中，首先在半導(dǎo)體襯底上形成第一層間絕緣層，其中在所 述半導(dǎo)體襯底中已形成底層結(jié)構(gòu)。接著蝕刻第一絕緣層的區(qū)域，從而形成接觸孔，半導(dǎo)體襯 底的接觸區(qū)域通過該接觸孔被暴露。然后在包括接觸孔的整個表面上沉積低電阻鎢層，從 而形成觸點。 隨著對于器件尺寸越來越高的要求，導(dǎo)電通孔的孔徑也要求越來越小。為了滿足 對于孔徑的需求，目前通常采用高深寬比的通孔工藝，例如采用深層反應(yīng)離子蝕刻(DRIE， De印Reactive Ion Etch)來形成孔徑較小的通孔，當(dāng)前的深層反應(yīng)離子蝕刻系統(tǒng)已經(jīng)足 以蝕刻深寬比超過50的深槽硅結(jié)構(gòu)。在例如申請?zhí)枮?0119596. 4的中國專利申請中還能 發(fā)現(xiàn)更多與深層反應(yīng)離子蝕刻相關(guān)的信息。 而另一些通孔工藝中，為了滿足通孔小孔徑要求的同時減小工藝成本，對通孔的 截面形狀進行了改進，例如申請?zhí)枮?00610118864的中國專利申請中，將通孔的截面形狀 設(shè)計成上寬下窄的漏斗狀，實現(xiàn)更小的曝光尺寸，同步縮小通孔開口和底部的尺寸，從而縮 小通孔孔徑。 然而，有時為了滿足更小孔徑的要求，可能需要對已填充完金屬的通孔進行研磨， 直到研磨達到的通孔孔徑達到要求。此時，研磨就面臨著需同時研磨金屬層和用于隔離通 孔的絕緣層的問題，而由于目前的研磨工藝通常只采用一種研磨漿，因而可能無法達到研 磨減薄金屬層和/或絕緣層的厚度要求，或即使達到研磨減薄金屬層和/或絕緣層的厚度 要求，研磨后的金屬層和絕緣層也粗糙不平，影響后續(xù)工藝實施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種化學(xué)機械研磨及通孔形成方法，解決現(xiàn)有工藝中研磨后粗糙不 平，影響后續(xù)工藝實施的問題。 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種化學(xué)機械研磨的方法，包括 使用第一研磨漿研磨水平方向上同時具有第一研磨介質(zhì)和第二研磨介質(zhì)的半導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)，以減薄第一研磨介質(zhì)； 在第二研磨介質(zhì)達到塌陷高度時，停止研磨第一研磨介質(zhì)，轉(zhuǎn)而使用第二研磨漿 研磨第二研磨介質(zhì)至與第一研磨介質(zhì)齊平；
若第一研磨介質(zhì)的減薄厚度未達到預(yù)設(shè)要求，則重復(fù)上述步驟。 本發(fā)明還提供一種通孔形成方法，包括填充通孔以及填充通孔后的化學(xué)機械研
磨，其中，所述化學(xué)機械研磨包括 使用第一研磨漿研磨具有通孔填充介質(zhì)以及通孔間的絕緣介質(zhì)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，以 減薄所述絕緣介質(zhì)； 在通孔填充介質(zhì)達到塌陷高度時，停止研磨絕緣介質(zhì)，轉(zhuǎn)而使用第二研磨漿研磨 通孔填充介質(zhì)至與絕緣介質(zhì)齊平； 若絕緣介質(zhì)的減薄厚度未達到預(yù)設(shè)要求，則重復(fù)上述步驟。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述所公開的化學(xué)機械研磨及通孔形成方法具有以下優(yōu)點通 過交替研磨依次去除所需研磨的兩種研磨介質(zhì)，并且在研磨過程中實行分階段研磨，保證 當(dāng)一種研磨介質(zhì)被研磨減薄時，剩余的研磨介質(zhì)不會因高度過高而塌陷，從而也保證了在 每一階段研磨后，研磨介質(zhì)表面仍比較平整。


圖1是本發(fā)明化學(xué)機械研磨的方法的一種實施方式圖；
圖2A至2D是本發(fā)明化學(xué)機械研磨的方法的一種實施例圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明化學(xué)機械研磨及通孔形成方法的一種實施例，通過交替研磨依次去除 所需研磨的兩種研磨介質(zhì)，并且在研磨過程中實行分階段研磨，保證當(dāng)一種研磨介質(zhì)被研 磨減薄時，剩余的研磨介質(zhì)不會因高度過高而塌陷，從而也保證了在每一階段研磨后，研磨 介質(zhì)表面仍比較平整。 參照圖1所示，本發(fā)明化學(xué)機械研磨的方法的一種實施方式包括 步驟sl，使用第一研磨漿研磨水平方向上同時具有第一研磨介質(zhì)和第二研磨介質(zhì)
的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，以減薄第一研磨介質(zhì)； 步驟s2，判斷第一研磨介質(zhì)的減薄厚度是否達到預(yù)設(shè)要求，若是，則執(zhí)行步驟s3 ; 若否，則執(zhí)行步驟s5; 步驟s3，使用第二研磨槳研磨第二研磨介質(zhì)至與第一研磨介質(zhì)齊平；
步驟s4，停止研磨； 步驟s5，判斷第二研磨介質(zhì)的塌陷高度是否達到，若是，則執(zhí)行步驟s6 ;若否，則
返回步驟Sl ; 步驟s6，使用第二研磨漿研磨第二研磨介質(zhì)至與第一研磨介質(zhì)齊平，并返回步驟 sl。 由于目前的化學(xué)機械研磨工藝中，在整個研磨過程中通常只采用一種研磨漿。因 而，當(dāng)需要研磨的半導(dǎo)體層為兩種材料組成時，由于研磨漿對各種材料的研磨速率不同，對 所述半導(dǎo)體層研磨之后，其中一種材料的減薄厚度可能達不到要求，或即使達到減薄厚度 要求，其中一種材料也粗糙不平。 本實施方式中，通過對水平方向上同時具有兩種材料層(第一研磨介質(zhì)和第二研 磨介質(zhì))的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進行交替研磨，以分別減薄第一研磨介質(zhì)和第二研磨介質(zhì)。
考慮到當(dāng)對某一研磨介質(zhì)減薄掉一定厚度之后，剩余的研磨介質(zhì)若過高可能會引 起剩余研磨介質(zhì)向被研磨掉的區(qū)域塌陷，并且，持續(xù)對某一研磨介質(zhì)進行研磨，勢必增大另 一研磨介質(zhì)的不平整度，因而在交替研磨過程中實行分段研磨，以使得交替研磨中各研磨 介質(zhì)被研磨后仍能保持平整。 如上文所述，在研磨第一研磨介質(zhì)進行減薄時，當(dāng)?shù)诙心ソ橘|(zhì)相對于第一研磨 介質(zhì)的高度達到第二研磨介質(zhì)的塌陷高度時，則停止第一研磨介質(zhì)的研磨而轉(zhuǎn)換為研磨第 二研磨介質(zhì)，直至所述第二研磨介質(zhì)被減薄至與第一研磨介質(zhì)齊平。在完成對第二研磨介 質(zhì)的研磨之后，再次進行第一研磨介質(zhì)的研磨。 另外，在交替研磨的過程中也考慮減薄的厚度要求，若對第一研磨介質(zhì)研磨時，在 第二研磨介質(zhì)達到塌陷高度前，第一研磨介質(zhì)的減薄厚度已滿足要求，則可停止第一研磨 介質(zhì)的研磨而轉(zhuǎn)為研磨第二研磨介質(zhì)，直至所述第二研磨介質(zhì)被減薄至與第一研磨介質(zhì)齊 平。 若在第二研磨介質(zhì)達到塌陷高度時，第一研磨介質(zhì)的減薄厚度還未滿足減薄要 求，則按上述所說，轉(zhuǎn)換為對第二研磨介質(zhì)的研磨，并在將第二研磨介質(zhì)被減薄至與第一研 磨介質(zhì)齊平之后，再次轉(zhuǎn)換為對第一研磨介質(zhì)的研磨。此過程往復(fù)循環(huán)，直到第一研磨介質(zhì) 的減薄厚度滿足減薄要求，則在第二研磨介質(zhì)被減薄至與第一研磨介質(zhì)齊平之后，結(jié)束整 個研磨過程。 下面以一個小孔徑通孔工藝中的化學(xué)機械研磨過程為例來進行詳細(xì)說明。
圖2A所示為已填充金屬鎢的通孔結(jié)構(gòu)的簡易示圖，所述通孔結(jié)構(gòu)包括襯底10， 襯底10上的絕緣氧 化層20以及絕緣氧化層20的通孔中填充的金屬鎢層30，所述金屬鎢 層30覆蓋所述絕緣氧化層20。所述絕緣氧化層20作為通孔間的絕緣介質(zhì)層以隔離各個通 孔。 參照圖2B所示，首先使用研磨金屬鎢的研磨漿進行研磨以去除絕緣氧化層20 表面覆蓋的金屬鎢。所述研磨漿可以采用對金屬鎢和絕緣氧化層的研磨速率選擇比大于 30 : 1的研磨漿，例如SSW2000。由于所述研磨漿對絕緣氧化層20的研磨速率很低，因而 在金屬鎢層30被減薄的時候，絕緣氧化層20幾乎不會被減薄。因而，研磨金屬鎢層30至 金屬鎢層30與絕緣氧化層20齊平的過程中，無需對研磨過程作過多監(jiān)控。
結(jié)合圖1和圖2C所示，當(dāng)研磨去除絕緣氧化層20上覆蓋的金屬鎢后，轉(zhuǎn)而使用對 絕緣氧化層和金屬鎢的研磨速率選擇比大于30 : l的研磨漿，來研磨水平方向同時具有金 屬鎢層30和絕緣氧化層20的通孔結(jié)構(gòu)。所述研磨絕緣氧化層20的研磨漿可以采用例如 SS25或KL1501等。由于所述研磨漿對金屬鎢層30的研磨速率很低，因而在絕緣氧化層層 20被減薄的時候，金屬鎢層30幾乎不會被減薄。 在研磨絕緣氧化層20的過程中，需實時檢測填充有金屬鎢層30的通孔的孔徑，以 及減薄絕緣氧化層20后，剩余的金屬鎢層30的高度H。 若在高度H達到金屬鎢層30的塌陷高度前，通孔的孔徑已滿足了要求，則停止研 磨絕緣氧化層20，轉(zhuǎn)而使用研磨金屬鎢層30的研磨漿進行研磨來減小金屬鎢層30的高度。 參照圖2D所示，當(dāng)金屬鎢層30被減薄至與絕緣氧化層20齊平時，則結(jié)束整個研磨過程。
繼續(xù)參照圖2C所示，若在高度H達到金屬鎢層30的塌陷高度時，通孔的孔徑尚未 滿足要求，則停止研磨絕緣氧化層20，轉(zhuǎn)而使用研磨金屬鎢層30的研磨漿進行研磨來減小金屬鎢層30的高度。由于此時在高度H達到金屬鎢層30的塌陷高度時已停止研磨絕緣氧 化層20，因而高度H也不會繼續(xù)增加，金屬鎢層30就不會因為超過塌陷高度而向已被去除 絕緣氧化層20的區(qū)域塌陷。另外，由于絕緣氧化層20被持續(xù)研磨可保持平整，此時改為研 磨金屬鎢層30，也即使得金屬鎢層30也處于平整的修正中。 例如假設(shè)金屬鎢層30的塌陷高度為500埃，則當(dāng)研磨減薄的絕緣氧化層20的厚 度達到500埃時，即剩余的金屬鎢層30的高度達到500埃時，停止研磨絕緣氧化層20，轉(zhuǎn)而 研磨金屬鎢層30。 從所述實施過程中可以看到，對于所需要研磨層的不同材質(zhì)，例如本例中的金屬 鎢層30和絕緣氧化層20，由于材料的物理化學(xué)性能相差很大，若采用單一研磨漿，金屬鎢 層30和絕緣氧化層20的研磨速率有很大的差異，研磨后無法得到平整的表面。而分別選 用不同研磨漿分段研磨對應(yīng)的材料層，使得這些材料層在研磨時始終能夠較為平整。因而， 分段依次研磨不同材料層可以很好地解決這個問題，例如本例中分別選用SSW2000和SS25 依次研磨絕緣氧化層20和金屬鎢層30，從而獲得平整的表面。 繼續(xù)參照圖2D所示，所述金屬鎢層30也被持續(xù)研磨直至減薄至與絕緣氧化層20 齊平。由于此時被金屬鎢層30填充的通孔的孔徑尚未滿足要求，則再次開始研磨絕緣氧化 層20進行進一步減薄。接下來的研磨過程與上述的完全相同，即若在研磨絕緣氧化層20 的過程中，剩余的金屬鎢層30的高度H未達到塌陷高度前，通孔孔徑已滿足要求，則在將金 屬鎢層30通過研磨減薄至與絕緣氧化層20齊平后結(jié)束研磨。若在所述高度H達到塌陷高 度時，通孔孔徑仍未滿足要求，則停止研磨絕緣氧化層20以停止繼續(xù)增加金屬鎢層30的高 度，轉(zhuǎn)而研磨金屬鎢層30。此過程往復(fù)循環(huán)，直到通孔孔徑滿足要求，則在將金屬鎢層30通 過研磨減薄至與絕緣氧化層20齊平后結(jié)束研磨。 上述實例中，塌陷高度的值可通過試片研磨獲得，例如，選取一片結(jié)構(gòu)與圖2A的
通孔結(jié)構(gòu)完全相同的試片，持續(xù)研磨填充有金屬鎢層30的通孔中的絕緣氧化層20，直到剩
余的金屬鎢層30塌陷，測量通過研磨減薄的絕緣氧化層20的厚度，就可以作為塌陷高度。
而若為了數(shù)據(jù)精確，還可多選取幾片試片，獲得相應(yīng)值，并將所述值平均作為塌陷高度值。 從上述實例中可以看到，所述化學(xué)機械研磨方法適用于對多種材料并存的半導(dǎo)體
結(jié)構(gòu)進行研磨以獲得較為平整的表面，也可藉由此方法來獲得小尺寸孔徑的通孔。 另外，由于所述化學(xué)機械研磨方法可以同時去除兩種及兩種以上的材料，以獲得
較為平整的表面，也可用于去除某些工藝失效的材料層，從而提供給后續(xù)工藝一個良好的平面。 雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種化學(xué)機械研磨的方法，其特征在于，包括使用第一研磨漿研磨水平方向上同時具有第一研磨介質(zhì)和第二研磨介質(zhì)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，以減薄第一研磨介質(zhì)；在第二研磨介質(zhì)達到塌陷高度時，停止研磨第一研磨介質(zhì)，轉(zhuǎn)而使用第二研磨漿研磨第二研磨介質(zhì)至與第一研磨介質(zhì)齊平；若第一研磨介質(zhì)的減薄厚度未達到預(yù)設(shè)要求，則重復(fù)上述步驟。
2. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨的方法，其特征在于，還包括若在第二研磨介質(zhì) 達到塌陷高度前，第一研磨介質(zhì)的減薄厚度達到預(yù)設(shè)要求，則停止研磨第一研磨介質(zhì)，轉(zhuǎn)而 使用第二研磨漿研磨第二研磨介質(zhì)至與第一研磨介質(zhì)齊平后結(jié)束研磨。
3. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨的方法，其特征在于，所述第二研磨介質(zhì)的塌陷 高度根據(jù)下述方法獲得選用與所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)相同的試片，持續(xù)研磨第一研磨介質(zhì)直至第二研磨介質(zhì)塌陷； 測量研磨第一研磨介質(zhì)所減薄的厚度作為第二研磨介質(zhì)的塌陷高度。
4. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨的方法，其特征在于，所述第一研磨介質(zhì)為絕緣 氧化層，第二研磨介質(zhì)為金屬鎢層。
5. 如權(quán)利要求4所述的化學(xué)機械研磨的方法，其特征在于，所述第一研磨漿為 SSW2000，第二研磨槳為SS25或KL1501。
6. —種通孔形成方法，包括填充通孔以及填充通孔后的化學(xué)機械研磨，其特征在于，所 述化學(xué)機械研磨包括使用第一研磨漿研磨具有通孔填充介質(zhì)以及通孔間的絕緣介質(zhì)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，以減薄 所述絕緣介質(zhì)；在通孔填充介質(zhì)達到塌陷高度時，停止研磨絕緣介質(zhì)，轉(zhuǎn)而使用第二研磨漿研磨通孔 填充介質(zhì)至與絕緣介質(zhì)齊平；若絕緣介質(zhì)的減薄厚度未達到預(yù)設(shè)要求，則重復(fù)上述步驟。
7. 如權(quán)利要求6所述的通孔形成方法，其特征在于，若在通孔填充介質(zhì)達到塌陷高度 前，絕緣介質(zhì)的減薄厚度達到預(yù)設(shè)要求，則停止研磨絕緣介質(zhì)，轉(zhuǎn)而使用第二研磨漿研磨通 孔填充介質(zhì)至與絕緣介質(zhì)齊平后結(jié)束研磨。
8. 如權(quán)利要求6所述的通孔形成方法，其特征在于，所述通孔填充介質(zhì)的塌陷高度根 據(jù)下述方法獲得選用與所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)相同的試片，持續(xù)研磨絕緣介質(zhì)直至通孔填充介質(zhì)塌陷； 測量研磨絕緣介質(zhì)所減薄的厚度作為通孔填充介質(zhì)的塌陷高度。
9. 如權(quán)利要求6所述的通孔形成方法，其特征在于，所述絕緣介質(zhì)為絕緣氧化層，通孔 填充介質(zhì)為金屬鎢層。
10. 如權(quán)利要求9所述的通孔形成方法，其特征在于，所述第一研磨漿為SSW2000，第二 研磨漿為SS25或KL1501。
全文摘要
一種化學(xué)機械研磨及通孔形成方法，所述化學(xué)機械研磨的方法，包括使用第一研磨漿研磨水平方向上同時具有第一研磨介質(zhì)和第二研磨介質(zhì)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，以減薄第一研磨介質(zhì)；在第二研磨介質(zhì)達到塌陷高度時，停止研磨第一研磨介質(zhì)，轉(zhuǎn)而使用第二研磨漿研磨第二研磨介質(zhì)至與第一研磨介質(zhì)齊平；若第一研磨介質(zhì)的減薄厚度未達到預(yù)設(shè)要求，則重復(fù)上述步驟。所述化學(xué)機械研磨的方法使得研磨后的表面比較平整。
文檔編號H01L21/00GK101740330SQ20081020284
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日
發(fā)明者蔣莉, 邵穎, 黎銘琦 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司