化学机械研磨系统的制作方法

本实用新型属于半导体制造技术领域，特别是涉及一种化学机械研磨系统。

背景技术：

在现有的半导体工艺中，化学机械研磨工艺(CMP)是一项非常重要的工序。以金属钨化学机械研磨工艺(WCMP)为例，在钨连接填充孔(CT)的制备工艺中，一般是在氧化层内形成深井式深槽，然后再于所述深井式深槽内填充金属钨，在填充的过程中，氧化层的表面也会一同被沉积上金属钨；这时，需要通过金属钨化学机械研磨工艺将位于氧化层表面的金属钨去除，而只保留深井式深槽内的金属钨作为金属连线。在现有的对如图1中所示的包括介质层10 及填满所述介质层10内的通孔并覆盖所述介质层10表面的钨层11的待研磨结构进行化学机械研磨的工艺中，由于研磨液以恒定温度供给，在研磨结束之后，如图2所示，会存在严重的凹陷(Recess)现象，即得到的所述钨插塞12的顶部会形成有凹陷13存在，并且，由于在研磨过程中研磨液太少，形成刮伤缺陷的概率也大大增加；所述钨插塞12顶部所述凹陷13的存在会使得钨插塞12的阻值大大增加，甚至使得钨插塞12的顶部会有氧化钨缺陷的产生，从而显著影响器件的性能。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种化学机械研磨系统，用于解决现有技术中由于化学机械研磨工艺中研磨液以恒定温度供给，若研磨液温度过高容易在得到的金属插塞顶部形成凹陷及刮伤缺陷而导致使得钨插塞的阻值大大增加，从而影响器件的性能的问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本实用新型提供一种化学机械研磨方法，所述化学机械研磨方法包括如下步骤：

1)提供形成有介质层的基底，所述介质层上形成有金属层；

2)将所述基底正面朝下置于研磨垫上进行第一次化学机械研磨，以去除覆盖于所述介质层表面的部分所述金属层，其中，所述第一次化学机械研磨过程中，研磨液以第一温度供给，步骤2)中去除的所述金属层的厚度占步骤1)中覆盖于所述介质层表面的所述金属层厚度的 60％～99％，在步骤2)后所述介质层表面具有残留的所述金属层；及，

3)对所述基底进行第二次化学机械研磨，在步骤3)后，所述介质层表面残留的所述金属层去除，其中，所述第二次化学机械研磨过程中，所述研磨液以第二温度供给，所述第二温度小于所述第一温度，使得所述第二次化学机械研磨的研磨速率小于所述第一次化学机械研磨的研磨速率。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第二温度小于所述第一温度在20摄氏度以上，所述第二次化学机械研磨的研磨速率小于所述第一次化学机械研磨的研磨速率40％。

作为本实用新型的一种优选方案，所述金属层包括钨层。

作为本实用新型的一种优选方案，所述金属层还包括氮化钛层，所述氮化钛层位于所述介质层与所述钨层之间，在所述介质层上的所述氮化钛层和在所述基底上的部分的所述介质层在步骤3)中被去除。

作为本实用新型的一种优选方案，所述介质层包括绝缘氧化层，且在步骤3)后所述金属层形成为多个在所述介质层中的金属插塞，所述金属插塞的顶面相对于研磨后所述介质层的上表面为平坦形态或凹陷在15埃～150埃之间。

作为本实用新型的一种优选方案，所述研磨液包含二氧化铈颗粒、去离子水、表面活性剂及双氧水，所述双氧水的质量百分比介于2.5％～3.5％。

作为本实用新型的一种优选方案，所述研磨液包含二氧化硅颗粒、去离子水、表面活性剂及双氧水，所述二氧化硅颗粒的质量百分比介于1％～7％，所述双氧水的质量百分比介于1％～7％。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的流速与所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速相同，所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的流速与所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速均介于50毫升/分钟～150毫升/分钟。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的流速与所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速不同，且所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速大于所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的流速。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的流速介于25毫升/分钟～75毫升/分钟，所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速介于100毫升/分钟～200 毫升/分钟。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一温度介于40℃～45℃；所述第二温度介于10℃～15℃；所述第一次化学机械研磨的研磨速率介于800埃/分钟～2000埃/分钟，所述第二次化学机械研磨的研磨速率介于500埃/分钟～1600埃/分钟，步骤2)中去除的所述金属层的厚度占步骤1)中覆盖于所述介质层表面的所述金属层厚度的70％～90％。

本实用新型还提供一种化学机械研磨方法，所述化学机械研磨方法包括如下步骤：

1)提供形成有介质层的基底，所述介质层上形成有金属层；

2)将所述基底正面朝下置于研磨垫上进行第一次化学机械研磨，以去除覆盖于所述介质层表面的部分所述金属层，其中，所述第一次化学机械研磨过程中，使用第一研磨液以第一温度供给，步骤2)中去除的所述金属层的厚度占步骤1)中覆盖于所述介质层表面的所述金属层厚度的60％～99％，在步骤2)后所述介质层表面具有残留的所述金属层；及，

3)对所述基底进行第二次化学机械研磨，以去除于所述介质层表面的所述金属层，其中，所述第二次化学机械研磨过程中，使用第二研磨液以第二温度供给，所述第二温度小于所述第一温度，使得所述第二次化学机械研磨的研磨速率小于所述第一次化学机械研磨的研磨速率。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第二温度小于所述第一温度20摄氏度以上，所述第二次化学机械研磨的研磨速率小于所述第一次化学机械研磨的研磨速率40％。

作为本实用新型的一种优选方案，所述金属层包括钨层。

作为本实用新型的一种优选方案，所述金属层还包括氮化钛层，所述氮化钛层位于所述介质层与所述钨层之间，在所述介质层上的所述氮化钛层和在所述基底上的部分的所述介质层在步骤3)中被去除。

作为本实用新型的一种优选方案，所述介质层包括绝缘氧化层，且在步骤3)后所述金属层形成为多个在所述介质层中的金属插塞，所述金属插塞的顶面相对于研磨后所述介质层的上表面为平坦形态或凹陷在15埃～150埃之间。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一研磨液包含二氧化硅颗粒、去离子水、表面活性剂及双氧水，所述第二研磨液包含二氧化铈颗粒、去离子水、表面活性剂及双氧水。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一研磨液中，所述二氧化硅颗粒的质量百分比介于1％～7％，所述双氧水的质量百分比介于1％～7％；所述第二研磨液中，所述双氧水的质量百分比介于2.5％～3.5％。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一研磨液的流速与所述第二研磨液的流速相同，所述第二研磨液的流速与所述第一研磨液的流速均介于50毫升/分钟～150毫升/分钟。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一研磨液的流速与所述第二研磨液的流速不同，且所述第二研磨液的流速大于所述第一研磨液的流速。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一研磨液的流速介于25毫升/分钟～75毫升/分钟，所述第二研磨液的流速介于100毫升/分钟～200毫升/分钟。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一温度介于40℃～45℃；所述第二温度介于10℃～15℃；所述第一次化学机械研磨的研磨速率介于800埃/分钟～2000埃/分钟，所述第二次化学机械研磨的研磨速率介于500埃/分钟～1600埃/分钟，步骤2)中去除的所述金属层的厚度占步骤1)中覆盖于所述介质层表面的所述金属层厚度的70％～90％。

本实用新型还提供一种化学机械研磨系统，所述化学机械研磨系统包括：

研磨平台；

研磨垫，位于所述研磨平台的上表面；

研磨头，位于所述研磨垫的上方，用于将待研磨器件压制于所述研磨垫上进行化学机械研磨；

研磨液供给系统，用于向所述研磨垫的表面提供研磨液，所述研磨液供给系统包括第一研磨液供给源、第二研磨液供给源、输液管及喷头；其中，所述输液管一端与所述第一研磨液供给源及所述第二研磨液供给源相连接，另一端与所述喷头相连接，所述喷头位于所述研磨垫上方；及，

控制模块，与所述研磨液供给系统相连接，至少用于调整所述研磨液供给系统向所述研磨垫提供所述研磨液的温度。

作为本实用新型的一种优选方案，所述控制模块包括第一控制单元，所述第一控制单元与所述第一研磨液供给源及所述第二研磨液供给源相连接，用于控制所述第一研磨液供给源在第一次化学机械研磨过程中以第一温度向所述研磨垫提供所述研磨液，并控制所述第二研磨液供给源在第二次化学机械研磨过程中以第二温度向所述研磨垫提供所述研磨液；其中，所述第二温度小于所述第一温度。

作为本实用新型的一种优选方案，所述控制模块还包括第二控制单元，所述第二控制单元与所述第一研磨液供给源及所述第二研磨液供给源相连接，用于控制所述第一研磨液供给源在第一次化学机械研磨过程中以第一流速向所述研磨垫提供所述研磨液，并控制所述第二研磨液供给源在第二次化学机械研磨过程中以第二流速向所述研磨垫提供所述研磨液；其中，所述第二流速大于所述第一流速。

作为本实用新型的一种优选方案，所述化学机械研磨系统还包括量测模块，所述量测模块与所述第一控制单元及所述第二控制单元相连接，用于量测化学研磨过程中去除的材料层的厚度，并将量测结果反馈至所述第一控制单元及所述第二控制单元；所述第一控制单元依据所述量测模块的量测结果调整所述研磨液的温度，且所述第二控制单元依据所述量测模块的量测结果调整所述研磨液的流速。

作为本实用新型的一种优选方案，所述输液管包括第一输液管及第二输液管，所述喷头包括第一喷头及第二喷头，其中，所述第一输液管一端与所述第一研磨液供给源相连接，另一端与所述第一喷头相连接；所述第二输液管一端与所述第二研磨液供给源相连接，另一端与所述第二喷头相连接；所述控制模块还用于调整所述研磨液供给系统向所述研磨垫提供的研磨液的种类。

作为本实用新型的一种优选方案，所述控制模块包括第一控制单元，所述第一控制单元与所述第一研磨液供给源及所述第二研磨液供给源相连接，用于控制所述第一研磨液供给源在第一次化学机械研磨过程中以第一温度向所述研磨垫提供第一研磨液，并控制所述第二研磨液供给源在第二次化学机械研磨过程中以第二温度向所述研磨垫提供第二研磨液；其中，所述第二温度小于所述第一温度。

作为本实用新型的一种优选方案，所述控制模块还包括第二控制单元，所述第二控制单元与所述第一研磨液供给源及所述第二研磨液供给源相连接，用于控制所述第一研磨液供给源在第一次化学机械研磨过程中以第一流速向所述研磨垫提供所述第一研磨液，并控制所述第二研磨液供给源在第二次化学机械研磨过程中以第二流速向所述研磨垫提供所述第二研磨液；其中，所述第二流速大于所述第一流速。

作为本实用新型的一种优选方案，所述化学机械研磨系统还包括量测模块，所述量测模块与所述第一控制单元及所述第二控制单元相连接，用于量测化学研磨过程中去除的材料层的厚度，并将量测结果反馈至所述第一控制单元及所述第二控制单元；所述第一控制单元依据所述量测模块的量测结果调整所述研磨液供给系统向所述研磨垫提供的研磨液种类及研磨液温度，且所述第二控制单元依据所述量测模块的量测结构调整所述研磨液供给系统向所述研磨垫提供的研磨液种类及研磨液流速。

作为本实用新型的一种优选方案，所述化学机械研磨系统还包括研磨调整组件(37)，所述研磨调整组件用于在研磨过程中对所述研磨垫表面的平整度进行调整，所述研磨调整组件包括：

机械手臂；及，

研磨调整盘，所述研磨调整盘固定于所述机械手臂的一端，用于在所述机械手臂的带动下对所述研磨垫表面的平整度进行调整。

本实用新型还提供一种金属插塞的制备方法，所述金属插塞的制备方法包括如下步骤：

1)提供一基底；

2)于所述基底的正面形成介质层；

3)于所述介质层内形成填充孔；

4)于所述介质层上形成金属层，所述金属层填满所述填充孔并覆盖所述介质层表面；

5)将正面形成有所述介质层及所述金属层的所述基底正面朝下置于研磨垫上进行第一次化学机械研磨，以去除覆盖于所述介质层表面的部分所述金属层，其中，所述第一次化学机械研磨过程中，研磨液以第一温度供给，步骤5)中去除的所述金属层的厚度占步骤4)中覆盖于所述介质层表面的所述金属层厚度的60％～99％，在步骤5)后，所述介质层表面具有残留的所述金属层；及，

6)对所述基底进行第二次化学机械研磨，在步骤6)后，残留于所述介质层表面的所述金属层完全去除，以得到金属插塞，其中，所述第二次化学机械研磨过程中，研磨液以第二温度供给，所述第二温度小于所述第一温度，使得所述第二次化学机械研磨的研磨速率小于所述第一次化学机械研磨的研磨速率。

作为本实用新型的一种优选方案，步骤4)包括如下步骤：

4-1)于所述填充孔的侧壁、底部及所述介质层的表面形成氮化钛层；

4-2)于所述氮化钛层的表面形成钨层，所述钨层填满所述填充孔并覆盖位于所述介质层表面的所述氮化钛层的表面；其中，在所述介质层上的所述氮化钛层的和在所述基底上的部分所述介质层在步骤6)中被去除。

作为本实用新型的一种优选方案，步骤6)后所述金属插塞具有平坦顶面，所述金属插塞的顶面相对于研磨后所述介质层的上表面凹陷在15埃～150埃之间。

作为实用新型的一种优选方案，所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的流速与所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速相同，所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的流速与所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速均介于50毫升/分钟～150毫升/分钟。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的流速与所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速不同，且所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速大于所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的流速，所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的流速介于25毫升/分钟～75毫升/分钟，所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速介于100 毫升/分钟～200毫升/分钟。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一次化学机械研磨过程中的研磨液与所述第二次化学机械研磨过程中的研磨液相同。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一次化学机械研磨过程中的研磨液与所述第二次化学机械研磨过程中的研磨液不同。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一温度介于40℃～45℃；所述第二温度介于10℃～15℃；所述第一次化学机械研磨的研磨速率介于800埃/分钟～2000埃/分钟，所述第二次化学机械研磨的研磨速率介于500埃/分钟～1600埃/分钟，步骤5)中去除的所述金属层的厚度占步骤4)中覆盖于所述介质层表面的所述金属层厚度的70％～90％。

如上所述，本实用新型提供的化学机械研磨系统，具有以下有益效果：

本实用新型的化学机械研磨方法中，通过设定研磨前期研磨液的温度大于研磨后期研磨液的温度，在研磨前期研磨液的温度高可以快速去除大部分位于介质层上的金属层，在研磨后期只需要去除极少部分残留的金属层即可，又研磨后期研磨液温度比较低，对金属层的去除比较慢，且研磨液去除金属层的速率与去除介质层的速率大致相同，既可以控制研磨时间、节约生产成本、减少刮伤缺陷，又可以避免在研磨后得到的金属插塞顶部形成凹陷，使得金属插塞具有较低的阻值，确保结构的性能。

附图说明

图1显示为现有技术中的待研磨结构的局部截面结构示意图。

图2显示为现有技术中的化学机械研磨工艺后得到的金属插塞顶部形成有凹陷的局部截面结构示意图。

图3显示为本实用新型实施例一中提供的化学机械研磨方法的流程图。

图4显示为本实用新型实施例一中提供的化学机械研磨方法的步骤1)中提供的结构的局部截面结构示意图。

图5及图6显示为本实用新型实施例一中提供的化学机械研磨方法的步骤2)后得到结构的局部截面结构示意图。

图7显示为本实用新型实施例一中提供的化学机械研磨方法的步骤3)后得到结构的局部截面结构示意图。

图8显示为本实用新型实施例二中提供的化学机械研磨方法的流程图。

图9及图10显示为本实用新型实施例三中提供的化学机械研磨系统的结构示意图。

图11显示为本实用新型实施例四中提供的金属插塞的制备方法的流程图。

图12至图19显示为本实用新型实施例四中提供的金属插塞的制备方法各步骤对应结构的截面结构示意图。

组件标号说明

10 介质层

11 钨层

12 钨插塞

13 凹陷

20 基底

21 介质层

211 填充孔

22 金属层

221 钨层

2211 第一次化学机械研磨中去除的钨层

2212 第一次化学机械研磨后介质层表面残留的钨层

222 氮化钛层

23 金属插塞

31 研磨平台

32 研磨垫

33 研磨头

34 研磨液供给系统

3411 第一研磨液供给源

3412 第二研磨液供给源

342 输液管

3421 第一输液管

3422 第二输液管

343 喷头

3431 第一喷头

3432 第二喷头

35 控制模块

351 第一控制单元

352 第二控制单元

36 量测模块

37 研磨调整组件

371 机械手臂

372 研磨调整盘

d1 第一步化学机械研磨过程中去除的金属层的厚度

d2 覆盖于介质层表面的金属层的厚度

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图3至图19。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，虽图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图3，本实用新型提供一种化学机械研磨方法，所述化学机械研磨方法包括如下步骤：

1)提供形成有介质层的基底，所述介质层上形成有金属层；

2)将所述基底正面朝下置于研磨垫上进行第一次化学机械研磨，以去除覆盖于所述介质层表面的部分所述金属层，其中，所述第一次化学机械研磨过程中，研磨液以第一温度供给，步骤2)中去除的所述金属层的厚度占步骤1)中覆盖于所述介质层表面的所述金属层厚度的 60％～99％，在步骤2)后所述介质层表面具有残留的所述金属层；及，

3)对所述基底进行第二次化学机械研磨，在步骤3)后，所述介质层表面残留的所述金属层去除，其中，所述第二次化学机械研磨过程中，所述研磨液以第二温度供给，所述第二温度小于所述第一温度，使得所述第二次化学机械研磨的研磨速率小于所述第一次化学机械研磨的研磨速率。

在步骤1)中，请参阅图3中的S11步骤及图4，提供形成有介质层21的基底20，所述介质层21上形成有金属层22。

作为示例，所述基底20可以为任意一种基底，譬如硅基底、蓝宝石基底或氮化镓基底等等。所述基底20内形成有需要电学引出的功能器件，譬如MOS器件等等。

作为示例，所述介质层21的材料可以包括氧化硅(SiOx)或氮化硅(SiN)等等。

作为示例，所述介质层21还包括绝缘氧化层。

作为示例，所述金属层22可以仅包括钨层221，所述钨层221可以采用物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺等形成。

作为示例，所述介质层21内还可以如图4所示形成有填充孔。当然，在其他示例中，所述介质层21内也可以形成有其他下陷的图案。

作为示例，所述金属层22还可以如图4包括钨(W)层221及氮化钛(TiN)层222；其中，所述氮化钛层222位于所述填充孔的侧壁及底部，并由所述填充孔延伸至所述介质层21的表面，且覆盖所述介质层21的表面；所述钨层221位于所述氮化钛层222的上表面，所述钨层221填满所述填充孔并覆盖位于所述介质层21表面的所述氮化钛层222的表面。

当然，在其他示例中，所述金属层22还可包括其他任意可以形成导电的金属插塞23的金属层，譬如铜层、锡层、钛层、镍层、银层或金层中的至少一种。

在步骤2)中，请参阅图3中的S12步骤及图5及图6，将所述基底20正面朝下置于研磨垫上进行第一次化学机械研磨，以去除覆盖于所述介质层21表面的部分所述金属层22，其中，所述第一次化学机械研磨过程中，研磨液以第一温度供给，步骤2)中去除的所述金属层22的厚度d1占步骤1)中覆盖于所述介质层21表面的所述金属层22厚度d2的60％～99％，在步骤 2)后所述介质层21表面具有残留的所述金属层22。

需要说明的是，化学机械研磨过程中是将待研磨器件固定于一研磨头上，所述研磨头将所述待研磨器件压置于位于一研磨平台上表面的研磨垫，研磨液供给系统在向所述研磨垫上喷射研磨液的同时，所述研磨平台带动所述研磨垫旋转，所述研磨头带动所述待研磨器件做与所述研磨垫旋转方向相反的旋转，以对所述待研磨器件进行研磨。

作为示例，该步骤中使用的所述研磨液可以为任意一种可以对基底20进行研磨的研磨液，譬如，包含氧化硅(SiOx)颗粒的研磨液或包含二氧化铈(CeO2)颗粒的研磨液。

在一示例中，所述研磨液包含二氧化铈颗粒、去离子水、表面活性剂及双氧水(H2O2)；所述研磨液中各组分的比例可以根据实际需要进行设定；优选地，本实施例中，所述双氧水的质量百分比介于2.5％～3.5％；所述表面活性剂包括阳离子型表面活性剂。

在另一示例中，所述研磨液还可以包含二氧化硅颗粒、去离子水、表面活性剂及双氧水；所述研磨液中各组分的比例可以根据实际需要进行设定；优选地，本实施例中，所述研磨液中，所述二氧化硅颗粒的质量百分比介于1％～7％，所述双氧水的质量百分比介于1％～7％；所述表面活性剂包括阳离子型表面活性剂。

作为示例，在该步骤中，所述研磨液的温度相对比较高，优选地，本实施例中，所述第一温度介于40℃～45℃，即所述第一次化学机械研磨过程中，自研磨系统向所述研磨垫喷射的所述研磨液的温度介于40℃～45℃。在所述第一次化学机械研磨过程中，主要去除所述金属层22，所述金属层22(譬如，钨金属层)会与所述研磨液发生化学反应(Chemical reaction)，所述金属层22的研磨去除速率(Removal Rate)深受所述研磨液的温度的影响，所述研磨液的温度越高，所述第一次化学机械研磨过程中对所述金属层22去除的速率越高。又由于所述研磨液中含有双氧水，当研磨液温度越高时，所述金属层22与所述研磨液的化学反应越强烈，从而使得研磨速率较快。以所述金属层22为钨层221作为示例，在研磨过程中，在热效应的作用下，钨层 221会与所述研磨液中的双氧水反应生成氧化钨而被去除，并且，所述研磨液的温度越高，研磨过程中的温度越高，该反应速度越快，即去除所述金属层22的速率越快。

作为示例，所述第一次化学机械研磨过程中去除的所述金属层22的厚度可以根据实际需要进行设定，由于在该步骤中的所述研磨液的第一流速较小，使得该步骤的研磨速率比较快，为了减少总的研磨时间，提高研磨效率，节约成本，在该步骤中去除的所述金属层22的厚度可以明显大于后续步骤中研磨过程中去除的所述金属层22的厚度；优选地，本实施例中，所述第一次化学机械研磨过程中去除的所述金属层22的厚度d1占覆盖于所述介质层21表面的所述金属层22厚度d2的70％～90％。具体的如图5及图6所示，第一次化学机械研磨中去除的钨层2211 的厚度为如图5中虚线阴影区域，该步骤后得到的结构如图6所示，所述介质层21的表面残留有钨层2212。

在步骤3)中，请参阅图3中的S13步骤及图7，对所述基底20进行第二次化学机械研磨，在步骤3)后，所述介质层21表面的所述金属层22去除，其中，所述第二次化学机械研磨过程中，所述研磨液以第二温度供给，所述第二温度小于所述第一温度，使得所述第二次化学机械研磨的研磨速率小于所述第一次化学机械研磨的研磨速率。

具体的，在步骤3)中，在所述介质层21上的所述氮化钛层222和在所述基底20上的部分的所述介质层21被去除。在步骤3)后，保留的所述金属层22形成为多个在所述介质层21中的金属插塞23，此时，所述金属插塞23的顶面相对于研磨后所述介质层21的上表面为平坦形态或在凹陷在15埃～150埃之间。

作为示例，该步骤中的所述第二次化学机械研磨与步骤2)中所述的第一次化学机械研磨在同一研磨设备上进行，更为具体的，该步骤中的所述第二次化学机械研磨与步骤2)中所述的第一次化学机械研磨为一连续的研磨过程，只需在所述第一次化学机械研磨之后调整所述研磨液的温度即可进行所述第二次化学机械研磨，具体的，可以通过使用两个不同的研磨液供给源供给不同温度的所述研磨液。本实施例中，该步骤中所述第二次化学机械研磨中使用的研磨液与步骤2)中所述的第一次化学机械研磨中使用的研磨液的成分完全相同。

作为示例，所述第二温度小于所述第一温度20摄氏度(℃)以上，所述第二次化学机械研磨的研磨速率小于所述第一次化学机械研磨的研磨速率40％；优选地，本实施例中，在所述第一温度介于40℃～45℃的前提下，所述第二温度介于10℃～15℃；所述第一次化学机械研磨的研磨速率介于800埃/分钟～2000埃/分钟，所述第二次化学机械研磨的研磨速率介于500埃/分钟～1600埃/分钟。由于该步骤所述的第二次化学机械研磨中研磨液的温度明显低于步骤2)所述的第一次化学机械研磨中研磨液的温度，该研磨过程中，所述研磨液温度较低，所述研磨液与所述金属层22之间的化学反应变得非常缓慢，甚至二者不会发生明显的化学反应，此时，仅依靠机械研磨的作用去除所述金属层22。虽然该步骤的所述第二次化学机械研磨过程中去除所述金属层22的速率比较慢，但由于在步骤2)所述的第一次化学机械研磨过程中已经去除了绝大部分的所述金属层22，该步骤中需要去除的所述金属层22仅占需要去除的所述金属层22的厚度 10％～30％，所以整个研磨过程中的耗时也是非常短，可以确保具有较高的研磨效率。

需要说明的是，在步骤3)后在所述填充孔内的所述金属层22分离为具有平坦顶面的栓塞型态，在步骤3)所述的第二次化学机械研磨过程中，在去除残留于所述介质层21表面的所述金属层22之后，可能还会继续研磨去除部分所述介质层21及部分位于所述介质层21内的所述填充孔中的所述金属层22，但由于在所述第二次化学机械研磨过程中所述研磨液的温度比较低，所述研磨液几乎不会与所述金属层22发生反应，所述研磨液去除所述金属层22的速率与去除所述介质层21的速率相差无几，几乎相同，因此，在所述第二次化学机械研磨之后得到的金属插塞23的结构如图7所示，所述金属插塞23的顶部为一平面，不会出现如现有技术中图2中所示的凹陷13。

需要进一步说明的是，当所述介质层21内没有所述填充孔，所述金属层22形成于所述介质层21的表面时，步骤3)后，位于所述介质层21表面的所述金属层22可以被完全去除。

在一示例中，步骤2)中所述第一次化学机械研磨过程中所述研磨液的流速可以与步骤3) 中所述第二次化学机械研磨过程中所述研磨液的流速相同，即所述第一次化学机械研磨过程与所述第二次化学机械研磨过程中所述研磨液的流速保持不变。此时，所述第一次化学机械研磨过程中及所述第二次化学机械研磨过程中所述研磨液的流速可以介于50毫升/分钟～150毫升/分钟，优选地，本实施例中，所述第一次化学机械研磨过程中及所述第二次化学机械研磨过程中所述研磨液的流速优选为100毫升/分钟。

在另一示例中，步骤2)中所述第一次化学机械研磨过程中所述研磨液的流速可以与步骤 3)中所述第二次化学机械研磨过程中所述研磨液的流速不同，即所述第一次化学机械研磨之后，需要调整所述研磨液的流速再进行所述第二次化学机械研磨。优选地，所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速大于所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的流速，以降低所述介质层 21表面处理温度并快速排出研磨过程中产生的副产物；更为优选地，本实施例中，所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的流速介于25毫升/分钟～75毫升/分钟，所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速介于100毫升/分钟～200毫升/分钟。由于该步骤所述的第二次化学机械研磨中研磨液的流速明显高于步骤2)所述的第一次化学机械研磨中研磨液的流速，所述第二次化学机械研磨过程中的所述研磨液的温度会相较于低流速时温度较低，所述研磨液与所述金属层 22之间的化学反应进一步变得更加缓慢，甚至二者不会发生明显的化学反应，此时，仅依靠机械研磨的作用去除所述金属层22。

本实用新型的化学机械研磨方法中，通过设定所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的温度大于所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的温度，在研磨前期研磨液的温度高可以快速去除大部分位于所述介质层21上的所述金属层22，在研磨后期只需要去除极少部分残留的所述金属层22即可，又研磨后期研磨液温度比较低，对所述金属层22的去除比较慢，且所述研磨液去除所述金属层22的速率与去除所述介质层21的速率大致相同，既可以控制研磨时间、节约生产成本、减少刮伤缺陷，又可以避免在研磨后得到的所述金属插塞23顶部形成凹陷，使得金属插塞23具有较低的阻值，确保结构的性能。

实施例二

请结合图4至图7参阅图8，本实用新型还提供一种化学机械研磨方法，所述化学机械研磨方法包括如下步骤：

1)提供形成有介质层的基底，所述介质层上形成有金属层；

2)将所述基底正面朝下置于研磨垫上进行第一次化学机械研磨，以去除覆盖于所述介质层表面的部分所述金属层，其中，所述第一次化学机械研磨过程中，使用第一研磨液以第一温度供给，步骤2)中去除的所述金属层的厚度占步骤1)中覆盖于所述介质层表面的所述金属层厚度的60％～99％，在步骤2)后所述介质层表面具有残留的所述金属层；及，

3)对所述基底进行第二次化学机械研磨，以去除于所述介质层表面的所述金属层，其中，所述第二次化学机械研磨过程中，使用第二研磨液以第二温度供给，所述第二温度小于所述第一温度，使得所述第二次化学机械研磨的研磨速率小于所述第一次化学机械研磨的研磨速率。

在步骤1)中，请参阅图8中的S21步骤及图4，提供形成有介质层21的基底20，所述介质层21上形成有金属层22。

作为示例，所述基底20可以为任意一种基底，譬如硅基底、蓝宝石基底或氮化镓基底等等。所述基底20内形成有需要电学引出的功能器件，譬如MOS器件等等。

作为示例，所述介质层21的材料可以包括氧化硅(SiOx)或氮化硅(SiN)等等。

作为示例，所述介质层21还包括绝缘氧化层。

作为示例，所述金属层22可以仅包括钨层221，所述钨层221可以采用物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺等形成。

作为示例，所述介质层21内还可以如图4所示形成有填充孔。当然，在其他示例中，所述介质层21内也可以形成有其他下陷的图案。

作为示例，所述金属层22还可以如图4包括钨(W)层221及氮化钛(TiN)层222；其中，所述氮化钛层222位于所述填充孔的侧壁及底部，并由所述填充孔延伸至所述介质层21的表面，且覆盖所述介质层21的表面；所述钨层221位于所述氮化钛层222的上表面，所述钨层221填满所述填充孔并覆盖位于所述介质层21表面的所述氮化钛层222的表面。

当然，在其他示例中，所述金属层22还可包括其他任意可以形成导电的金属插塞23的金属层，譬如铜层、锡层、钛层、镍层、银层或金层中的至少一种。

在步骤2)中，请参阅图8中的S22步骤及图5至图6，将所述基底20正面朝下置于研磨垫上进行第一次化学机械研磨，以去除覆盖于所述介质层21表面的部分所述金属层22，其中，所述第一次化学机械研磨过程中，使用第一研磨液以第一温度供给，步骤2)中去除的所述金属层22的厚度d1占步骤1)中覆盖于所述介质层21表面的所述金属层22厚度d2的60％～99％，在步骤2)后所述介质层21表面具有残留的所述金属层22。

需要说明的是，化学机械研磨过程中是将所基底20正面朝下固定于一研磨头上，所述研磨头将所述基底20压置于位于一研磨平台上表面的研磨垫，研磨液供给系统在向所述研磨垫上喷射所述第一研磨液的同时，所述研磨平台带动所述研磨垫旋转，所述研磨头带动所述基底20做与所述研磨垫旋转方向相反的旋转，以对所述基底20上的所述金属层22进行研磨。

作为示例，所述第一次化学机械研磨的过程中，所述第一研磨液以所述第一温度供给时，所述第一次化学机械研磨对所述金属层22的研磨速率介于800埃/分钟～2000埃/分钟。

作为示例，该步骤中使用的所述第一研磨液可以为任意一种可以对基底20进行研磨的研磨液，譬如，包含氧化硅(SiOx)颗粒的研磨液；优选地，第一研磨液可以选择具有较高金属选择比的研磨液，以提高研磨效率，本实施例中，所述第一研磨液优选包含二氧化硅颗粒、去离子水、表面活性剂及双氧水(H2O2)。所述第一研磨液中各组分的比例可以根据实际需要进行设定。优选地，本实施例中，所述二氧化硅颗粒的质量百分比介于1％～7％，所述双氧水的质量百分比介于1％～7％。所述表面活性剂包括阳离子型表面活性剂。

作为示例，在该步骤中，所述第一研磨液的温度相对比较高，优选地，本实施例中，所述第一温度介于40℃～45℃，即所述第一次化学机械研磨过程中，自研磨系统向所述研磨垫喷射的所述第一研磨液的温度介于40℃～45℃。在所述第一次化学机械研磨过程中，主要去除所述金属层22，所述金属层22(譬如，钨金属层)会与所述第一研磨液发生化学反应(Chemical reaction)，所述金属层22的研磨去除速率(Removal Rate)深受所述第一研磨液的温度的影响，所述第一研磨液的温度越高，所述第一次化学机械研磨过程中对所述金属层22去除的速率越高。又由于所述第一研磨液中含有双氧水，当所述第一研磨液温度越高时，所述金属层22与所述第一研磨液的化学反应越强烈，从而使得研磨速率较快。以所述金属层22为钨层221作为示例，在研磨过程中，在热效应的作用下，钨层会与所述第一研磨液中的双氧水反应生成氧化钨而被去除，并且，所述第一研磨液的温度越高，研磨过程中的温度越高，该反应速度越快，即去除所述金属层22的速率越快。

作为示例，所述第一次化学机械研磨过程中去除的所述金属层22的厚度可以根据实际需要进行设定，由于在该步骤中的所述第一研磨液的第一流速较小，使得该步骤的研磨速率比较快，为了减少总的研磨时间，提高研磨效率，节约成本，在该步骤中去除的所述金属层22的厚度可以明显大于后续步骤中研磨过程中去除的所述金属层22的厚度；优选地，本实施例中，所述第一次化学机械研磨过程中去除的所述金属层22的厚度d1占覆盖于所述介质层21表面的所述金属层22厚度d2的70％～90％。

在步骤3)中，请参阅图8中的S23步骤及图7，对所述基底20进行第二次化学机械研磨，以去除所述介质层21表面的所述金属层22，其中，所述第二次化学机械研磨过程中，使用第二研磨液以第二温度供给，所述第二温度小于所述第一温度，使得所述第二次化学机械研磨的研磨速率小于所述第一次化学机械研磨的研磨速率。

具体的，在步骤3)中，在所述介质层21上的所述氮化钛层222和在所述基底20上的部分的所述介质层21被去除。在步骤3)后，保留的所述金属层22形成为多个在所述介质层21 中的金属插塞23，此时，所述金属插塞23的顶面相对于研磨后所述介质层21的上表面为平坦形态或在凹陷在15埃～150埃之间。

作为示例，该步骤中的所述第二次化学机械研磨与步骤2)中所述的第一次化学机械研磨在同一研磨设备上进行，更为具体的，该步骤中的所述第二次化学机械研磨与步骤2)中所述的第一次化学机械研磨为一连续的研磨过程，只需在所述第一次化学机械研磨的时候使用第一输液管及第一喷头以所述第一温度喷射所述第一研磨液，在所述第一次化学机械研磨之后改用第二输液管及第二喷头以所述第二温度向所述研磨垫喷洒所述第二研磨液即可进行所述第二次化学机械研磨。本实施例中，第一研磨液和第二研磨液成分不同。

作为示例，该步骤中使用的所述第二研磨液可以为任意一种可以对基底20进行研磨的研磨液，譬如，包含氧化硅(SiOx)颗粒的研磨或包含二氧化铈(CeO2)颗粒的研磨液；优选地，第二研磨液可以选择具有较低金属选择比的研磨液，以避免在研磨后得到的金属插塞23顶部形成凹陷，所述第二研磨液选自于包含二氧化铈颗粒的研磨液；更为优选地，本实施例中，所述第二研磨液包含二氧化铈颗粒、去离子水、表面活性剂及双氧水。所述第二研磨液中各组分的比例可以根据实际需要进行设定。优选地，本实施例中，所述第二研磨液中，所述双氧水的质量百分比介于2.5％～3.5％。所述表面活性剂包括阳离子型表面活性剂。需要说明的是，本实施例中，在相同的流速及研磨压力等研磨条件下，该步骤中所述第二次化学机械研磨中使用的所述第二研磨液与步骤2)中所述的第一次化学机械研磨中使用的所述第一研磨液具有不同的研磨速率；优选地，本实施例中，在相同的流速及研磨压力等研磨条件下，该步骤中所述第二次化学机械研磨中使用的所述第二研磨液的研磨速率小于步骤2)中所述的第一次化学机械研磨中使用的所述第一研磨液的研磨速率。需要进一步说明的是，该步骤中所述第二次化学机械研磨中使用的所述第二研磨液与步骤2)中所述的第一次化学机械研磨中使用的所述第一研磨液除了可以如上所述的不同之外，还可以为所述第一研磨液包含二氧化硅颗粒，而所述第二研磨液包含二氧化铈颗粒；也可以为所述第一研磨液包含的组分物质与所述第二研磨液包含的组分物质相同，但所述第一研磨液中各组分物质的含量与所述第二研磨液中各组分物质的含量不同。

作为示例，所述第二温度小于所述第一温度20摄氏度以上，所述第二次化学机械研磨的研磨速率小于所述第一次化学机械研磨的研磨速率40％；优选地，本实施例中，在所述第一温度介于40℃～45℃的前提下，所述第二温度介于10℃～15℃；所述第一次化学机械研磨的研磨速率介于800埃/分钟～2000埃/分钟，所述第二次化学机械研磨的研磨速率介于500埃/分钟～1600埃 /分钟。由于该步骤所述的第二次化学机械研磨中所述第二研磨液的温度明显低于步骤2)所述的第一次化学机械研磨中所述第一研磨液的温度，该研磨过程中，所述第二研磨液温度较低，所述第二研磨液与所述金属层22之间的化学反应变得非常缓慢，甚至二者不会发生明显的化学反应，此时，仅依靠机械研磨的作用去除所述金属层22。虽然该步骤的所述第二次化学机械研磨过程中去除所述金属层22的速率比较慢，但由于在步骤2)所述的第一次化学机械研磨过程中已经去除了绝大部分的所述金属层22，该步骤中需要去除的所述金属层22仅占需要去除的所述金属层22的厚度10％～30％，所以整个研磨过程中的耗时也是非常短，可以确保具有较高的研磨效率。

需要说明的是，在步骤3)所述的第二次化学机械研磨过程中，在去除残留于所述介质层 21表面的所述金属层22之后，可能还会继续研磨去除部分所述介质层21及部分位于所述介质层21内的所述填充孔中的所述金属层22，但由于在所述第二次化学机械研磨过程中所述第二研磨液的温度比较低，所述第二研磨液几乎不会与所述金属层22发生反应，所述第二研磨液去除所述金属层22的速率与去除所述介质层21的速率相差无几，几乎相同，因此，在所述第二次化学机械研磨之后得到的金属插塞23的结构如图7所示，所述金属插塞23的顶部为一平面，不会出现如现有技术中图2中所示的凹陷13。

需要进一步说明的是，当所述介质层21内没有所述填充孔，所述金属层22形成于所述介质层21的表面时，步骤3)后，位于所述介质层21表面的所述金属层22可以被完全去除。

在一示例中，步骤2)中所述第一次化学机械研磨过程中所述第一研磨液的流速可以与步骤3)中所述第二次化学机械研磨过程中所述第二研磨液的流速相同，即所述第一次化学机械研磨过程中所述第一研磨液的流速与所述第二次化学机械研磨过程中所述第二研磨液的流速保持不变。此时，所述第一次化学机械研磨过程中所述第一研磨液及所述第二次化学机械研磨过程中所述第二研磨液的流速可以介于50毫升/分钟～150毫升/分钟，优选地，本实施例中，所述第一次化学机械研磨过程中所述第一研磨液及所述第二次化学机械研磨过程中所述第二研磨液的流速优选为100毫升/分钟。

在另一示例中，步骤2)中所述第一次化学机械研磨过程中所述第一研磨液的流速可以与步骤3)中所述第二次化学机械研磨过程中所述第二研磨液的流速不同。优选地，所述第二次化学机械研磨过程中所述第二研磨液的流速大于所述第一次化学机械研磨过程中所述第一研磨液的流速，以降低所述介质层21表面处理温度并快速排出研磨过程中产生的副产物；更为优选地，本实施例中，所述第一次化学机械研磨过程中所述第一研磨液的流速介于25毫升/分钟～75毫升 /分钟，所述第二次化学机械研磨过程中所述第二研磨液的流速介于100毫升/分钟～200毫升/分钟。由于该步骤所述的第二次化学机械研磨中所述第二研磨液的流速明显高于步骤2)所述的第一次化学机械研磨中所述第一研磨液的流速，所述第二次化学机械研磨过程中的所述第二研磨液的温度会相较于低流速时温度较低，所述第二研磨液与所述金属层22之间的化学反应进一步变得更加缓慢，甚至二者不会发生明显的化学反应，此时，仅依靠机械研磨的作用去除所述金属层22。

本实用新型的化学机械研磨方法中，通过设定所述第一次化学机械研磨过程中所述第一研磨液的温度大于所述第二次化学机械研磨过程中所述第二研磨液的温度，使得所述第一次化学机械研磨过程中所述第一研磨液的研磨速率大于所述第二次化学机械研磨过程中所述第二研磨液的研磨速率，在研磨前期所述第一研磨液的温度高可以快速去除大部分位于所述介质层21上的所述金属层22，在研磨后期只需要去除极少部分残留的所述金属层22即可，又研磨后期所述第二研磨液温度较低，对所述金属层22的去除比较慢，且所述第二研磨液去除所述金属层22 的速率与去除所述介质层21的速率大致相同，既可以控制研磨时间、节约生产成本、减少刮伤缺陷，又可以避免在研磨后得到的金属插塞23顶部形成凹陷，使得金属插塞23具有较低的阻值，确保结构的性能。

实施例三

请参阅图9，本实用新型还提供一种化学机械研磨系统，所述化学机械研磨系统包括：研磨平台31；研磨垫32，所述研磨垫32位于所述研磨平台31的上表面；研磨头33，所述研磨头 33位于所述研磨垫32的上方，用于将待研磨器件(如实施例一中所述的基底20)压制于所述研磨垫32上进行化学机械研磨；研磨液供给系统34，所述研磨供给系统34用于向所述研磨垫 32的表面提供研磨液，所述研磨液供给系统34包括第一研磨液供给源3411、第二研磨液供给源3412、输液管342及喷头343；其中，所述输液管342一端与所述第一研磨液供给源3411及所述第二研磨液供给源3412相连接，另一端与所述喷头343相连接，所述喷头343位于所述研磨垫32上方；及，控制模块35，所述控制模块35与所述研磨液供给系统34相连接，至少用于调整所述研磨液供给系统34向所述研磨垫32提供所述研磨液的温度。

作为示例，该示例中所述输液管342及所述喷头343的数量均为一个。

作为示例，如图9所示的所述化学机械研磨系统用于执行如实施例一中所述的化学机械研磨方法，所述控制模块35包括第一控制单元351，所述第一控制单元351与所述第一研磨液供给源3411及所述第二研磨液供给源3412相连接，用于控制所述第一研磨液供给源3411在研磨初期阶段(如实施例一中所述的第一次化学机械研磨过程中)以第一温度向所述研磨垫32提供研磨液，并控制所述第二研磨液供给源3412在研磨后期阶段(如实施例一中所述的第二次化学机械研磨过程中)以第二温度向所述研磨垫32提供研磨液；其中，所述第二温度小于所述第一温度。

作为示例，当所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的流速与所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速不同时，所述控制模块35还包括第二控制单元352，所述第二控制单元352 与所述第一研磨液供给源3411及所述第二研磨液供给源3412相连接，用于控制所述第一研磨液供给源3411在所述第一次化学机械研磨过程中以第一流速向所述研磨垫32提供研磨液，并控制所述第二研磨液供给源3412在所述第二次化学机械研磨过程中以第二流速向所述研磨垫 32提供研磨液；其中，所述第二流速大于所述第一流速，以降低所述待研磨器件表面处理温度并快速排出研磨过程中产生的副产物。

作为示例，所述化学机械研磨系统还包括量测模块36，所述量测模块36与所述第一控制单元351及所述第二控制单元352相连接，用于量测化学研磨过程中去除的材料层(如实施例一中所述的金属层22)的厚度，并将量测结果反馈至所述第一控制单元351及所述第二控制单元 352；所述第一控制单元351依据所述量测模块36的量测结果调整研磨液的温度，且所述第二控制单元352依据所述量测模块36的量测结果调整研磨液的流速。具体的，如实施例一中的方案所示，在化学机械研磨过程中，研磨初始阶段(即所述第一次化学机械研磨过程中)，由所述第一研磨液供给源3411以第一温度向所述研磨垫32表面提供研磨液，当所述量测模块36量测到去除的所述金属层22的厚度达到覆盖于所述介质层21表面的厚度的70％～90％时(即由所述第一次化学机械研磨过程转为所述第二次化学机械研磨过程时)，所述量测模块36向所述第一控制单元351反馈量测结果信号，所述第一研磨液供给源3411停止供给研磨液，所述第一控制单元351控制所述第二研磨液供给源3412以第二温度向所述研磨垫32表面提供研磨液。

需要说明的是，当所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的流速与所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速不同时，所述第二控制单元352在所述第一次化学机械研磨过程中控制所述第一研磨液供给源3411以第一流速向所述研磨垫32表面提供研磨液；当所述量测模块36 量测到去除的所述金属层22的厚度达到覆盖于所述介质层21表面的厚度的70％～90％时(即由所述第一次化学机械研磨过程转为所述第二次化学机械研磨过程时)，所述量测模块36向所述第二控制单元352反馈量测结果信号，所述第二控制单元352控制所述第二研磨液供给源3412 以第二流速向所述研磨垫32表面提供研磨液。

在另一示例中，如图10所示为另一化学机械研磨系统，图10中所述化学机械研磨系统用于执行如实施例二中所述的化学机械研磨方法，相较于图9，图10中的所述化学机械研磨系统中的所述输液管342包括第一输液管3421及第二输液管3422，所述喷头343包括第一喷头3431 及第二喷头3432，其中，所述第一输液管3421一端与所述第一研磨液供给源3411相连接，另一端与所述第一喷头3431相连接,；所述第二输液管3422一端与所述第二研磨液供给源3412 相连接，另一端与所述第二喷头3432相连接；所述控制模块35还用于调整所述研磨液供给系统34向所述研磨垫32提供的研磨液的种类。

所述控制模块35包括第一控制单元351，所述第一控制单元351与所述第一研磨液供给源 3411及所述第二研磨液供给源3412相连接，用于控制所述第一研磨液供给源3411在研磨初期阶段(如实施例二中所述的第一次化学机械研磨过程中)以第一温度向所述研磨垫32提供第一研磨液，并控制所述第二研磨液供给源3412在研磨后期阶段(如实施例二中所述的第二次化学机械研磨过程中)以第二温度向所述研磨垫32提供第二研磨液；其中，所述第二温度小于所述第一温度。

作为示例，当所述第一次化学机械研磨过程中第一研磨液的流速与所述第二次化学机械研磨过程中第二研磨液的流速不同时，所述控制模块35还包括第二控制单元352，所述第二控制单元352与所述第一研磨液供给源3411及所述第二研磨液供给源3412相连接，用于控制所述第一研磨液供给源3411在所述第一次化学机械研磨过程中以第一流速向所述研磨垫32提供第一研磨液，并控制所述第二研磨液供给源3412在所述第二次化学机械研磨过程中以第二流速向所述研磨垫32提供第二研磨液；其中，所述第二流速大于所述第一流速，以降低所述待研磨器件表面处理温度并快速排出研磨过程中产生的副产物。

作为示例，所述化学机械研磨系统还包括量测模块36，所述量测模块36与所述第一控制单元351及所述第二控制单元352相连接，用于量测化学研磨过程中去除的材料层(如实施例二中所述的金属层22)的厚度，并将量测结果反馈至所述第一控制单元351及所述第二控制单元352；所述第一控制单元351依据所述量测模块36的量测结果调整所述研磨液供给系统34 向所述研磨垫32提供的研磨液种类及研磨液流速。具体的，如实施例二中的方案所示，在化学机械研磨过程中，从化学机械研磨开始(即所述第一次化学机械研磨过程中)，由所述第一研磨供给源3411经由所述第一输液管3421及所述第一喷头3431以第一温度向所述研磨垫32的表面提供第一研磨液；当所述量测模块36量测到去除的所述金属层22的厚度达到覆盖于所述介质层21表面的厚度的70％～90％时(即由所述第一次化学机械研磨过程转为所述第二次化学机械研磨过程时)，所述量测模块36向所述控制模块35反馈量测结果信号，所述第一研磨液供给源3411停止供给第一研磨液，所述第一控制单元351控制所述第二供液源3412经由所述第二输液管3422及所述第二喷头3432以第二温度向所述研磨垫32的表面提供第二研磨液。

需要说明的是，当所述第一次化学机械研磨过程中第一研磨液的流速与所述第二次化学机械研磨过程中第二研磨液的流速不同时，所述第二控制单元352在所述第一次化学机械研磨过程中控制所述第一研磨液供给源3411以第一流速向所述研磨垫32表面提供第一研磨液；当所述量测模块36量测到去除的所述金属层22的厚度达到覆盖于所述介质层21表面的厚度的 70％～90％时(即由所述第一次化学机械研磨过程转为所述第二次化学机械研磨过程时)，所述量测模块36向所述第二控制单元352反馈量测结果信号，所述第二控制单元352控制所述第二研磨液供给源3412以第二流速向所述研磨垫32表面提供第二研磨液。

作为示例，所述化学机械研磨系统还包括研磨调整组件37，所述研磨调整组件37用于在研磨过程中对所述研磨垫32表面的平整度进行调整。

作为示例，所述研磨调整组件37包括：机械手臂371；及，研磨调整盘372，所述研磨调整盘372固定于所述机械手臂371的一端，用于在所述机械手臂371的带动下对所述研磨垫32 表面的平整度进行调整。

实施例四

请参阅图11，本实用新型还提供一种金属插塞的制备方法，所述金属插塞的制备方法包括如下步骤：

1)提供一基底；

2)于所述基底的正面形成介质层；

3)于所述介质层内形成填充孔；

4)于所述介质层上形成金属层，所述金属层填满所述填充孔并覆盖所述介质层表面；

5)将正面形成有所述介质层及所述金属层的所述基底正面朝下置于研磨垫上进行第一次化学机械研磨，以去除覆盖于所述介质层表面的部分所述金属层，其中，所述第一次化学机械研磨过程中，研磨液以第一温度供给，步骤5)中去除的所述金属层的厚度占步骤4)中覆盖于所述介质层表面的所述金属层厚度的60％～99％，在步骤5)后，所述介质层表面具有残留的所述金属层；及，

6)对所述基底进行第二次化学机械研磨，在步骤6)后，残留于所述介质层表面的所述金属层完全去除，以得到金属插塞，其中，所述第二次化学机械研磨过程中，研磨液以第二温度供给，所述第二温度小于所述第一温度，使得所述第二次化学机械研磨的研磨速率小于所述第一次化学机械研磨的研磨速率。

在步骤1)中，请参阅图11中的S31步骤及图12，提供一基底20。

作为示例，所述基底20可以为任意一种基底，譬如硅基底、蓝宝石基底或氮化镓基底等等。所述基底20内形成有需要电学引出的功能器件，譬如MOS器件等等。

在步骤2)中，请参阅图11中的S32步骤及图13，于所述基底20的正面形成介质层21。

作为示例，所述介质层21的材料可以包括氧化硅(SiOx)或氮化硅(SiN)等等。具体的，可以采用物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺于所述基底20的正面形成所述介质层21。

在步骤3)中，请参阅图11中的S33步骤及图14，于所述介质层21内形成填充孔211。

作为示例，可以采用光刻及刻蚀工艺于所述介质层21内形成所述填充孔211。于所述介质层21内形成的所述填充孔211的数量可以根据实际需要进行设定，优选地，本实施中，所述填充孔211的数量可以为多个。

在步骤4)中，请参阅图11中的S34步骤及图15至图16，于所述介质层21上形成金属层 22，所述金属层22填满所述填充孔211并覆盖所述介质层21表面。

在一示例中，于所述介质层21上形成金属层22包括如下步骤：

4-1)于所述填充孔211的侧壁、底部及所述介质层21的表面形成氮化钛层222，如图15 所示，具体的，可以采用物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺形成所述氮化钛层222；

4-2)于所述氮化钛层222的表面形成钨层221，所述钨层221填满所述填充孔211并覆盖位于所述介质层21表面的所述氮化钛层222的表面，如图16所示，具体的，可以采用物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺形成所述钨层221。

在另一示例中，形成的所述金属层22包括钨层221，具体方法为还可以直接于所述填充孔 211内及所述介质层21的表面形成钨层221作为所述金属层22。

在步骤5)中，请参阅图11中S35步骤及图17至图18，将正面形成有所述介质层21及所述金属层22的所述基底20正面朝下置于研磨垫上进行第一次化学机械研磨，以去除覆盖于所述介质层21表面的部分所述金属层22，其中，所述第一次化学机械研磨过程中，研磨液以第一温度供给，在步骤5)后，所述介质层21表面具有残留的所述金属层22。

需要说明的是，化学机械研磨过程中是将待研磨器件固定于一研磨头上，所述研磨头将所述待研磨器件压置于位于一研磨平台上表面的研磨垫，研磨液供给系统在向所述研磨垫上喷射研磨液的同时，所述研磨平台带动所述研磨垫旋转，所述研磨头带动所述待研磨器件做与所述研磨垫旋转方向相反的旋转，以对所述待研磨器件进行研磨。

作为示例，该步骤中使用的所述研磨液可以为任意一种可以对基底20进行研磨的研磨液，譬如，包含氧化硅(SiOx)颗粒的研磨液或包含二氧化铈(CeO2)颗粒的研磨液。

在一示例中，所述研磨液包含二氧化铈颗粒、去离子水、表面活性剂及双氧水(H2O2)；所述研磨液中各组分的比例可以根据实际需要进行设定；优选地，本实施例中，所述双氧水的质量百分比介于2.5％～3.5％；所述表面活性剂包括阳离子型表面活性剂。

在另一示例中，所述研磨液还可以包含二氧化硅颗粒、去离子水、表面活性剂及双氧水；所述研磨液中各组分的比例可以根据实际需要进行设定；优选地，本实施例中，所述研磨液中，所述二氧化硅颗粒的质量百分比介于1％～7％，所述双氧水的质量百分比介于1％～7％；所述表面活性剂包括阳离子型表面活性剂。

作为示例，在该步骤中，所述研磨液的温度相对比较高，优选地，本实施例中，所述第一温度介于40℃～45℃，即所述第一次化学机械研磨过程中，自研磨系统向所述研磨垫喷射的所述研磨液的温度介于40℃～45℃。在所述第一次化学机械研磨过程中，主要去除所述金属层22，所述金属层22(譬如，钨金属层)会与所述研磨液发生化学反应(Chemical reaction)，所述金属层22的研磨去除速率(Removal Rate)深受所述研磨液的温度的影响，所述研磨液的温度越高，所述第一次化学机械研磨过程中对所述金属层22去除的速率越高。又由于所述研磨液中含有双氧水，当研磨液温度越高时，所述金属层22与所述研磨液的化学反应越强烈，从而使得研磨速率较快。以所述金属层22为钨层221作为示例，在研磨过程中，在热效应的作用下，钨层 221会与所述研磨液中的双氧水反应生成氧化钨而被去除，并且，所述研磨液的温度越高，研磨过程中的温度越高，该反应速度越快，即去除所述金属层22的速率越快。

作为示例，所述第一次化学机械研磨过程中去除的所述金属层22的厚度可以根据实际需要进行设定，由于在该步骤中的所述研磨液的第一流速较小，使得该步骤的研磨速率比较快，为了减少总的研磨时间，提高研磨效率，节约成本，在该步骤中去除的所述金属层22的厚度可以明显大于后续步骤中研磨过程中去除的所述金属层22的厚度；优选地，本实施例中，所述第一次化学机械研磨过程中去除的所述金属层22的厚度d1占覆盖于所述介质层21表面的所述金属层22厚度d2的70％～90％。具体的如图17及图18所示，第一次化学机械研磨中去除的钨层2211 的厚度为如图17中虚线阴影区域，该步骤后得到的结构如图18所示，所述介质层21的表面残留有钨层2212。

在步骤6)中，请参阅图11中的S36步骤及图19，对所述基底20进行第二次化学机械研磨，在步骤6)后，残留于所述介质层21表面的所述金属层22完全去除，以得到金属插塞23，其中，所述第二次化学机械研磨过程中，研磨液以第二温度供给，所述第二温度小于所述第一温度，使得所述第二次化学机械研磨的研磨速率小于所述第一次化学机械研磨的研磨速率。

具体的，在步骤6)中，在所述介质层21上的所述氮化钛层222和在基底20上的部分的所述介质层21被去除。在步骤6)后，保留的所述金属层22形成为多个在所述介质层21中的金属插塞23，此时，所述金属插塞23的顶面相对于研磨后所述介质层21的上表面为平坦形态或凹陷在15埃～150埃之间。

在一示例中，该步骤中的所述第二次化学机械研磨与步骤5)中所述的第一次化学机械研磨在同一研磨设备上进行，更为具体的，该步骤中的所述第二次化学机械研磨与步骤5)中所述的第一次化学机械研磨为一连续的研磨过程，只需在所述第一次化学机械研磨之后调整所述研磨液的温度即可进行所述第二次化学机械研磨，具体的，可以通过使用两个不同的研磨液供给源供给不同温度的所述研磨液。即该步骤中所述第二次化学机械研磨中使用的研磨液与步骤5)中所述的第一次化学机械研磨中使用的研磨液的成分完全相同。

在另一示例中，该步骤中的所述第二次化学机械研磨与步骤5)中所述的第一次化学机械研磨在同一研磨设备上进行，更为具体的，该步骤中的所述第二次化学机械研磨与步骤5)中所述的第一次化学机械研磨为一连续的研磨过程，只需在所述第一次化学机械研磨的时候使用第一输液管及第一喷头以所述第一温度喷射一种研磨液，在所述第一次化学机械研磨之后改用第二输液管及第二喷头以所述第二温度向所述研磨垫喷洒另一种研磨液即可进行所述第二次化学机械研磨。该步骤中所述第二次化学机械研磨过程中使用的研磨液与步骤5)中第一次化学机械研磨过程中使用的研磨液不同，本实施例中，该步骤中的研磨液可以为任意一种可以对基底20进行研磨的研磨液，譬如，包含氧化硅(SiOx)颗粒的研磨液或包含二氧化铈(CeO2)颗粒的研磨液；优选地，该步骤中研磨液选自于包含二氧化铈颗粒的研磨液；更为优选地，本实施例中，该步骤中研磨液包含二氧化铈颗粒、去离子水、表面活性剂及双氧水。该步骤中研磨液中各组分的比例可以根据实际需要进行设定。优选地，本实施例中，该步骤中研磨液中，所述双氧水的质量百分比介于2.5％～3.5％。所述表面活性剂包括阳离子型表面活性剂。需要说明的是，本实施例中，在相同的流速及研磨压力等研磨条件下，该步骤中所述第二次化学机械研磨中使用的研磨液与步骤5)中所述的第一次化学机械研磨中使用的研磨液具有不同的研磨速率；优选地，本实施例中，在相同的流速及研磨压力等研磨条件下，该步骤中所述第二次化学机械研磨中使用的所述研磨液的研磨速率小于步骤5)中所述的第一次化学机械研磨中使用的所述研磨液的研磨速率。需要进一步说明的是，该步骤中所述第二次化学机械研磨中使用的研磨液与步骤5)中所述的第一次化学机械研磨中使用的所述研磨液除了可以如上所述的不同之外，还可以为该步骤中的所述研磨液包含二氧化硅颗粒，而步骤5)中的所述研磨液包含二氧化铈颗粒；也可以为该步骤中第二次化学机械研磨中使用的研磨液包含的组分物质与步骤5)中的第一次化学机械研磨中使用的研磨液包含的组分物质相同，但该步骤中第二次化学机械研磨中使用的研磨液中各组分物质的含量与步骤5)中的第一次化学机械研磨中使用的研磨液中各组分物质的含量不同。

作为示例，所述第二温度小于所述第一温度20摄氏度(℃)以上，所述第二次化学机械研磨的研磨速率小于所述第一次化学机械研磨的研磨速率40％；优选地，本实施例中，在所述第一温度介于40℃～45℃的前提下，所述第二温度介于10℃～15℃；所述第一次化学机械研磨的研磨速率介于800埃/分钟～2000埃/分钟，所述第二次化学机械研磨的研磨速率介于500埃/分钟～1600埃/分钟。由于该步骤所述的第二次化学机械研磨中研磨液的温度明显低于步骤5)所述的第一次化学机械研磨中研磨液的温度，第二次化学机械研磨过程中，研磨液温度较低，研磨液与所述金属层22之间的化学反应变得非常缓慢，甚至二者不会发生明显的化学反应，此时，仅依靠机械研磨的作用去除所述金属层22。虽然该步骤的所述第二次化学机械研磨过程中去除所述金属层22的速率比较慢，但由于在步骤5)所述的第一次化学机械研磨过程中已经去除了绝大部分的所述金属层22，该步骤中需要去除的所述金属层22仅占需要去除的所述金属层22的厚度10％～30％，所以整个研磨过程中的耗时也是非常短，可以确保具有较高的研磨效率。

需要说明的是，在步骤6)所述的第二次化学机械研磨过程中，在去除残留于所述介质层 21表面的所述金属层22之后，可能还会继续研磨去除部分所述介质层21及部分位于所述介质层21内的所述填充孔211中的所述金属层22，但由于在所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的温度比较低，研磨液几乎不会与所述金属层22发生反应，研磨液去除所述金属层22的速率与去除所述介质层21的速率相差无几，几乎相同，因此，在所述第二次化学机械研磨之后得到的金属插塞23的结构如图17所示，所述金属插塞23的顶部为一平面，不会出现如现有技术中图2中所示的凹陷13。

在一示例中，步骤5)中所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的流速可以与步骤6)中所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速相同，即所述第一次化学机械研磨过程与所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速保持不变。此时，所述第一次化学机械研磨过程中及所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速可以介于50毫升/分钟～150毫升/分钟，优选地，本实施例中，所述第一次化学机械研磨过程中及所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速优选为100毫升/分钟。

在另一示例中，步骤5)中所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的流速可以与步骤6) 中所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速不同，即所述第一次化学机械研磨之后，需要调整研磨液的流速再进行所述第二次化学机械研磨。优选地，所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速大于所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的流速，以降低所述介质层21表面处理温度并快速排出研磨过程中产生的副产物；更为优选地，本实施例中，所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的流速介于25毫升/分钟～75毫升/分钟，所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的流速介于100毫升/分钟～200毫升/分钟。由于该步骤所述的第二次化学机械研磨中研磨液的流速明显高于步骤5)所述的第一次化学机械研磨中研磨液的流速，所述第二次化学机械研磨过程中的研磨液的温度会相较于低流速时温度较低，研磨液与所述金属层22之间的化学反应进一步变得更加缓慢，甚至二者不会发生明显的化学反应，此时，仅依靠机械研磨的作用去除所述金属层22。

作为示例，步骤6)后所述金属插塞23具有平坦顶面。

本实用新型的金属插塞23的制备方法中，通过设定所述第一次化学机械研磨过程中研磨液的温度大于所述第二次化学机械研磨过程中研磨液的温度，在研磨前期研磨液的温度高可以快速去除大部分位于所述介质层21上的所述金属层22，在研磨后期只需要去除极少部分残留的所述金属层22即可，又研磨后期研磨液温度较低，对所述金属层22的去除比较慢，且所述研磨液去除所述金属层22的速率与去除所述介质层21的速率大致相同，既可以控制研磨时间、节约生产成本、减少刮伤缺陷，又可以避免在研磨后得到的所述金属插塞23顶部形成凹陷，使得金属插塞23具有较低的阻值，确保结构的性能。

综上所述，本实用新型提供一种化学机械研磨系统，所述化学机械研磨方法包括如下步骤： 1)提供形成有介质层的基底，所述介质层上形成有金属层；2)将所述基底正面朝下置于研磨垫上进行第一次化学机械研磨，以去除覆盖于所述介质层表面的部分所述金属层，其中，所述第一次化学机械研磨过程中，研磨液以第一温度供给，步骤2)中去除的所述金属层的厚度占步骤1)中覆盖于所述介质层表面的所述金属层厚度的60％～99％，在步骤2)后所述介质层表面具有残留的所述金属层；及，3)对所述基底进行第二次化学机械研磨，在步骤3)后，所述介质层表面残留的所述金属层去除，其中，所述第二次化学机械研磨过程中，所述研磨液以第二温度供给，所述第二温度小于所述第一温度，使得所述第二次化学机械研磨的研磨速率小于所述第一次化学机械研磨的研磨速率。本实用新型的化学机械研磨方法中，通过设定研磨前期研磨液的温度大于研磨后期研磨液的温度，在研磨前期研磨液的温度高可以快速去除大部分位于介质层上的金属层，在研磨后期只需要去除极少部分残留的金属层即可，又研磨后期研磨液温度比较低，对金属层的去除比较慢，且研磨液去除金属层的速率与去除介质层的速率大致相同，既可以控制研磨时间、节约生产成本、减少刮伤缺陷，又可以避免在研磨后得到的金属插塞顶部形成凹陷，使得金属插塞具有较低的阻值，确保结构的性能。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。