专利名称：用化学机械研磨形成铝特征图案的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造工艺中形成铝特征图案的方法，具体涉及利用化学机械研磨配合蚀刻制程形成金属铝特征图案的方法。
背景技术：
在半导体制造工艺中，常规的铝图案定义都采用反应性离子蚀刻(RIE)来蚀刻铝，这种方法很容易使铝的反射率下降，并且容易出现集成电路图案中氧化物层凹陷以及残余物缺陷。
用反应性离子蚀刻形成铝特征图案是一种成熟的工艺，但是其中同样存在许多缺点，本领域技术人员应该能够了解，例如在进行深蚀刻(etchback)以去除铝表面的电介质时，很容易在电介质层出现严重的凹陷(dishing)。对用于成像设备的半导体器件来说，人们通常的目的是形成铝镜面和特征图案互相在一个平面上的结构。然而由于上述的凹陷、残余物缺陷等原因，采用现有的方法实际上不容易形成令人满意的平面，这直接影响到半导体器件的性能。
在标准的铝或者其它薄膜的图案定义中，会发生一些不期望有的结果，例如，凹化(dishing)，薄膜不均匀，残余物以及缺陷的问题。对一个IC器件比如基于硅的液晶器件LCOS(Liquid Crystal On Silicon)来说，上述的问题可以对器件的性能、可靠性或者产率产生负面影响。
以形成LCOS的铝镜层步骤举例，常规的形成铝镜层的步骤包括铝的蚀刻，氧化物淀积，氧化物的化学机械研磨，氧化物深蚀刻以及对铝的修整性化学机械研磨，这些工艺步骤具有不少缺点1、薄膜不均匀以及氧化物残余。这是由于淀积氧化物的机器本身的不均匀性引起的，非常难以消除。对LCOS的铝镜层举例来说，从晶片中心到晶片边缘的氧化物厚度不均匀范围为800～900，而这种不均匀可以在后续的步骤中引起氧化物残余以及沟道凹陷；
2、对镜面层来说，其被期望具有尽可能高的光反射率，因此期望镜面上的缺陷越少越好，但是从上面的介绍可以知道，在铝淀积制程形成铝金属层后，还有5个步骤，每个步骤都增加了晶片产生缺陷的可能性，例如蚀损斑(pitting)，刮痕等。
3、在最后一个步骤，为了去除氧化物残余物，对铝进行修整性化学机械研磨(touch up CMP)，其研磨时间比常规的化学机械研磨时间要长3倍或3倍以上，无疑升高了化学机械研磨引起刮痕的风险，产生刮痕的原因有许多种，例如，在对铝的修整性化学机械研磨之前或此研磨步骤本身过程中形成的大颗粒物质就可以在研磨中引起刮痕。总而言之，研磨的时间越少，产生刮痕的可能也越小。
发明内容
为了克服传统方法中用反应性离子蚀刻形成铝特征图案容易出现凹陷、残余物缺陷而影响半导体器件性能的缺点，提出本发明。
本发明的目的在于，提供一种用于形成铝特征图案的铝化学机械研磨方法，应用此种方法不会出现氧化物层凹陷以及残余物缺陷的情况，可以应用于各种不同的用途，例如微显(Micro-Display)，微电机系统(MEMS)，微光机电系统(MOMS)。
根据本发明提供的方法，在对铝镜面之上的电介质层进行深蚀刻(Etchback)之前，首先需要形成特殊的薄膜层叠结构，其具体结构是在铝镜面上有两层电介质薄膜，其中上层薄膜的材料为光刻胶或者任何一种损失性的材料，光刻胶或者任何一种损失性的材料的涂布通过旋转涂布(Spin-on)方法完成，此种方法可以在晶片上局部范围内形成一个相当平整的表面。第二层的材料为绝缘性的薄膜，其材料可以是高密度聚乙烯(HDP)，低介电常数电介质，硼磷硅玻璃(BPSG)，正硅酸乙酯(TEOS)，磷硅玻璃(PSG)，氟化硅玻璃(FSG)等。
形成上述薄膜结构后，再进行深蚀刻(Etchback)制程，其中光刻胶和电介质薄膜的蚀刻速率选择比为1∶1，在蚀刻到达金属铝层表面时，或者离开金属铝表面极短距离时，停止蚀刻。接着对蚀刻后露出的表面进行修饰性化学机械研磨(touch-up CMP)，以提升铝镜面的反射率。应用上述的方法，可以完全避免氧化物层凹陷以及氧化物残余的缺陷。
本发明的优点是显而易见的，相比传统的用反应性离子蚀刻(RIE)形成铝特征图案的方法，本发明的方法一方面保证了蚀刻过程的快速有效，另一方面，由于最后采用修整性化学机械研磨(touch-up CMP)方法，进一步提高了所形成镜面的质量。而本发明方法的整个流程，不再有引起氧化物层凹陷或者氧化物残余的情况。
本申请中包括的附图是说明书的一个构成部分，附图与说明书和权利要求书一起用于说明本发明的实质内容，用于更好地理解本发明。附图中图1是本发明所述清洗液的pH值和其已使用时间在不同温度下的关系示意图；图2是本发明所述清洗液所含双氧水的比率和其已使用时间在不同温度下的关系示意图；具体实施方式
为了更好地理解本发明的工艺，下面结合实施例对本发明作进一步说明。
在对铝镜面之上的电介质层进行深蚀刻(Etchback)之前，首先形成特殊的薄膜层叠结构，如图1所示，在铝镜面上有两层电介质薄膜，其中上层薄膜的材料为光刻胶或者任何一种损失性的材料，光刻胶的涂布通过旋转涂布(Spin-on)方法完成，此种方法可以在晶片上局部范围内形成一个相当平整的表面。第二层的材料为绝缘性的薄膜，其材料可以是高密度聚乙烯(HDP)，低介电常数电介质，硼磷硅玻璃(BPSG)，正硅酸乙酯(TEOS)，磷硅玻璃(PSG)，氟化硅玻璃(FSG)等。
形成上述薄膜结构后，再进行深蚀刻(Etchback)制程，其中光刻胶和电介质薄膜的蚀刻速率选择比为1∶1，在蚀刻到达金属铝层表面时，或者离开金属铝表面极短距离时，停止蚀刻，形成的结构如图2所示。接着对蚀刻后露出的表面进行修饰性化学机械研磨(touch-up CMP)以提升铝镜面的反射率。应用上述的方法，可以完全避免氧化物层凹陷以及氧化物残余的缺陷。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.一种用化学机械研磨形成铝特征图案的方法，其特征在于包括如下步骤(1)首先形成铝镜面上有两层电介质薄膜的结构，其中上层薄膜的材料为光刻胶或者任何一种损失性的材料，第二层的材料为电介质薄膜；(2)形成上述薄膜结构后，再进行深蚀刻制程，在蚀刻到达金属铝层表面时，或者将要蚀刻到金属铝表面时停止蚀刻；(3)对蚀刻后露出的表面进行修饰性化学机械研磨，形成金属铝和氧化物特征图案共平面的结构。
2.如权利要求1所述的方法，其中步骤(1)中上层薄膜材料涂布采用旋转涂布的方法完成，使其表面平整。
3.如权利要求1所述的方法，其中步骤(1)中第二层电介质薄膜的材料可以选自高密度聚乙烯，低介电常数材料，硼磷硅玻璃，正硅酸乙酯，磷化硅玻璃，氟化硅玻璃。
4.如权利要求1所述的方法，其中步骤(2)中光刻胶和电介质薄膜的蚀刻速率选择比为1∶1。
全文摘要
本发明提供一种利用化学机械研磨配合蚀刻制程形成金属铝特征图案的方法，在半导体工业中，一般用反应性离子蚀刻形成铝特征图案，这是一种成熟的工艺，但是其中同样存在许多缺点，例如氧化物层凹陷、氧化物残余缺陷等。采用本发明的方法，一方面可以保证蚀刻形成镜面的过程快速有效，另一方面，由于最后采用修饰性化学机械研磨方法，进一步提高了所形成镜面的质量。采用本发明的方法，不会有氧化物层凹陷或者氧化物残余缺陷的情况出现。
文档编号H01L21/768GK1941295SQ20051003001
公开日2007年4月4日 申请日期2005年9月26日 优先权日2005年9月26日
发明者俞昌 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司