’與拋光墊310之間的相對運動，研磨顆粒對待拋光的金屬層220’的化學反應層產生磨削作用，將反應層去除，達到拋光的要求。
[0033]在化學機械拋光過程中，研磨頭320與拋光墊310會對位于二者之間的半導體襯底210及位于其上的待拋光的金屬層220’施加壓力。對于貴金屬等硬度較大的材料來說，該壓力可以大于 1psi (Pounds per square inch,磅 / 平方英寸)。其中，lpsi=6.895kPa=0.0689476bar=0.006895MPa。一般來說，增大壓力，可以增強機械磨削作用，提高拋光速率。但是，壓力過大則會影響待拋光的金屬層220’表面的研磨漿料的均勻分布，導致拋光不均勻，拋光墊310也會磨損過快，拋光區域溫度高，出現劃痕的幾率增加，從而降低了拋光質量。優選地，該壓力為10ps1-15psi。壓力在該范圍內時，既能獲得較高的拋光速率，又能保證較好的拋光質量。
[0034]在化學機械拋光過程中，研磨頭320相對于拋光墊310旋轉，以帶動半導體襯底210上的待拋光的金屬層220’相對于拋光墊310旋轉，從而達到拋光的效果。在此，將研磨頭320的自轉旋轉速率定義為研磨轉速。其研磨轉速大于150rpm。一般來說，研磨轉速越大，機械磨削作用越強，拋光速率也越高。但是，轉速過大同樣會導致拋光墊310磨損過快，拋光區域溫度高，出現劃痕的幾率增加，從而降低了拋光質量。優選地，研磨轉速為150rpm-500rpm。研磨轉速在該范圍內時，既能獲得較高的拋光速率，又能保證較好的拋光質量。
[0035]本發明提供的上述化學機械拋光特別適用于諸如Pt、Os、Ir、Ru、Rh和/或Pd的貴金屬。
[0036]在非固結研磨料拋光墊上對金屬層220’進行化學機械拋光時，研磨漿料可以包括研磨顆粒和氧化劑。研磨顆粒和氧化劑呈顆粒狀懸浮在液體載劑中。液體載劑可用于促進研磨顆粒、氧化劑噴灑到拋光墊110的表面上，進而對待拋光的金屬層220’進行化學機械拋光。液體載劑可以為任何合適的介質，例如，水(更優選地可以為去離子水)、水與其他能夠與水混溶的溶劑形成的混合溶液。
[0037]研磨顆粒在拋光過程中主要通過微切削、微劃擦、滾壓等方式作用于待拋光的金屬層220’，去除表面材料。研磨顆粒的硬度、粒徑、形狀及其在研磨漿料中的質量濃度等因素綜合決定了研磨顆粒的拋光能力。
[0038]研磨顆粒的硬度(可以用莫氏硬度衡量)對待拋光的金屬層220’化學機械拋光之后形成的金屬層220的表面有著重要影響。一般來說，當研磨顆粒的硬度太大時，在拋光壓力作用下很容易導致研磨顆粒嵌入最終拋光后的金屬層220的表面，并在表面殘留劃痕、磨蝕坑等，影響表面質量。而研磨顆粒的硬度太小，又不足以去除待拋光的金屬層220’的表面材料，或者去除的速率極低。因此，研磨顆粒的選擇應當取決于待拋光的金屬層220’的具體特性。在根據本發明的一個實施例中，優選地，選擇的研磨顆粒的莫氏硬度可以為5?8。更優選地，研磨顆粒可以為金屬氧化物，例如Al203、Ce02、Zr02、Ti02、Ge02中的一種或多種。研磨顆粒選擇莫氏硬度在上述范圍內的材料，不僅可以使拋光之后的金屬層220的表面的劃痕、磨蝕坑少，還可以具有較大的拋光速率。
[0039]研磨顆粒的顆粒尺寸也可以影響研磨顆粒嵌入拋光表面的深度。一般來說，在拋光過程中，顆粒尺寸大的研磨顆粒作用力大，機械去除作用較強，拋光效率較高。但是，顆粒尺寸較大的研磨顆粒也更容易在最終拋光后的金屬層220表面產生較大的殘留劃痕甚至殘留裂紋。反之，顆粒尺寸較小的研磨顆粒可以獲得較好的拋光表面質量，但是其拋光效率低。因此，研磨顆粒的平均顆粒尺寸應當取決于待拋光的金屬層220’的具體特性。具體地，在根據本發明的一個實施例中，優選地，研磨顆粒的平均顆粒尺寸(例如平均顆粒直徑)可以為100nm-300nm。其中,研磨顆粒的平均顆粒尺寸可以通過光散射(例如，實用HaribaLA-910儀器)進行測定。申請人發現，研磨顆粒的平均晶粒尺寸在該范圍內時，能夠獲得較好的拋光表面質量，而且具有較高的拋光效率。
[0040]當研磨顆粒懸浮于液體載劑中時，研磨顆粒的質量百分比可以為1%_15%。例如，研磨顆粒的質量百分比可以為1%、3%、10%或者15%。
[0041]在化學機械拋光過程中，為了能夠較快地在拋光表面形成一層結合力弱的氧化膜，有利于后續的機械去除，常常會在研磨漿料中添加氧化劑。在氧化劑的氧化腐蝕和研磨顆粒的研磨共同作用下，最終拋光后的金屬層220可達到高質量的全局平坦化效果。
[0042]不同的氧化劑對待拋光的金屬層220 ’的氧化效果不同。在根據本發明的一個實施例中，優選地，氧化劑為溴酸鹽、亞溴酸鹽、次溴酸鹽、氯酸鹽、亞氯酸鹽、次氯酸鹽、碘酸鹽、次碘酸鹽、高碘酸鹽中的一種或多種。
[0043]氧化劑的濃度也會對拋光效果產生影響。例如，隨著氧化劑濃度的增加，氧化膜厚度變大，材料的去除率卻減少，而且氧化膜的厚度也會對拋光后的表面質量產生一定影響。優選地，氧化劑的質量百分比為1%_15%。
[0044]綜上所述，根據本發明的化學機械拋光方法，合理選擇壓力大小、研磨轉速，并通過研磨顆粒與氧化劑相結合，能夠獲得好的拋光表面質量的同時獲得高的拋光速率。
[0045]本發明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發明限制于所描述的實施例范圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發明并不局限于上述實施例，根據本發明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發明所要求保護的范圍以內。本發明的保護范圍由附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。
【主權項】
1.一種化學機械拋光的方法，其特征在于，所述方法包括: 提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有待拋光的金屬層；以及使用研磨漿料對所述金屬層執行化學機械拋光，其中所述研磨漿料包括研磨顆粒和氧化劑，施加的壓力大于1psi,且研磨轉速大于150rpm。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述壓力為10ps1-15psi。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述研磨旋速為150rpm-500rpm。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述研磨顆粒的莫氏硬度為5?8。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述研磨顆粒為Al203、Ce02、Zr02、Ti02、Ge02中的一種或多種。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述研磨顆粒的質量百分比為1%-15%。
7.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述研磨顆粒的平均顆粒尺寸為100nm-300nmo
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化劑為溴酸鹽、亞溴酸鹽、次溴酸鹽、氯酸鹽、亞氯酸鹽、次氯酸鹽、碘酸鹽、次碘酸鹽、高碘酸鹽中的一種或多種。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述氧化劑的質量百分比為1%-15%。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬層的材料為貴金屬。
11.如權利要求10所述的方法,其特征在于,所述金屬層的材料包括Pt、Os、Ir、Ru、Rh以及Pd中的一種或多種。
【專利摘要】本發明公開了一種化學機械拋光的方法。所述方法包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有待拋光的金屬層；以及使用研磨漿料對所述金屬層執行化學機械拋光，其中所述研磨漿料包括研磨顆粒和氧化劑，施加的壓力大于10psi，且研磨轉速大于150rpm。根據本發明的化學機械拋光的方法能夠獲得好的拋光表面質量的同時獲得高的拋光速率。
【IPC分類】B24B37-00
【公開號】CN104723208
【申請號】CN201310716928
【發明人】蔣莉
【申請人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2013年12月20日