专利名称：用回蚀和化学机械研磨形成铝镜层的方法
技术领域：
本发明涉及半导体工业中的回蚀(Etch Back)以及化学机械研磨工艺，特别涉及一种用回蚀和化学机械研磨相结合形成铝镜层的方法。
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，例如在进行回蚀(etch back)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)以及残余物的问题，在铝镜面上会有各种缺陷，例如蚀损斑，微粒等。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、残余物缺陷例如微粒等原因，采用现有的方法实际上不容易形成令人满意的平面，上述的比如蚀损斑(pitting)，微粒等缺陷可以经常性地在铝膜表面观察到，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，氧化物回蚀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
为了避免上述反应性离子蚀刻(RIE)后采用的后续步骤产生的电介质凹陷、蚀损斑(pitting)，微粒等缺点对产品质量的负面影响，提出本发明。
本发明的主要目的在于，提供一种用回蚀和化学机械研磨相结合形成铝镜层的方法，这种方法可以避免带来上文提及的各种缺点，使产品的铝表面没有或者非常少出现所述的缺陷。本发明可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)。
需要按照本发明方法进行处理的半导体材料初始结构为，最上层是电介质膜层，例如二氧化硅层；电介质层下面是金属铝层，金属铝层厚度为5000，中间存在用电介质填充的缺口，金属铝层下面为电介质层。
根据本发明的方法，其中包括两个回蚀步骤第一步是对电介质的选择性蚀刻步骤，此步中对铝和电介质的蚀刻速率比最好控制在＜1∶100，经过此步骤后，半导体材料表面的电介质层全部被蚀刻去除，并且金属铝层间隙中的电介质同样被去除一定厚度，而金属铝层的蚀刻基本可以忽略不计；第二步是金属铝蚀刻步骤，此步骤对铝和电介质的蚀刻速率比最好控制在＞100∶1。需要注意的是，经过第二次回蚀，金属铝层被蚀刻掉一定厚度，与此同时，附着在铝表面的缺陷也被去除了。另外，由于蚀损斑所在地方的蚀刻速率小于铝表面的蚀刻速率，铝表面的蚀损斑也被去除。对铝进行回蚀的另一个结果是孔隙中所填充的电介质突出于铝层表面。
经过上述两个回蚀步骤后，对得到的半导体材料表面进行修饰性化学机械研磨(touch up CMP)，形成金属铝和电介质特征图案在一个共平面上的结构，此种方法是优化的铝化学机械研磨(CMP)方法，用以抛光嵌入在电介质层中的铝特征，从而可以解决前述的各种缺陷问题。
总体上，本发明所述方法的步骤如下(1)对铝和电介质材料构成的半导体材料中的电介质进行选择性蚀刻，铝∶电介质的蚀刻速率比＜1∶100；(2)对上述半导体材料中的铝进行选择性蚀刻，铝∶电介质的蚀刻速率＞100∶1；(3)对得到的半导体材料表面进行修饰性化学机械研磨。
本发明的优点在于，利用本发明提供的方法，可以得到非常好的形成铝镜面和特征图案互相在一个平面上的结构，不会有氧化物残余和凹陷的情况出现，没有或非常少出现铝层表面缺陷。
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，数字1表示电介质材料，数字2表示金属铝材料图1是本发明方法第一次回蚀的示意图；图2是本发明方法第二次回蚀的示意图；图3是对铝表面进行化学机械研磨的示意图；和图4是按本发明方法处理后的效果示意图。
具体实施例方式
为了更好地理解本发明的工艺，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但这些实施例不对本发明构成限制。
初始的需要按照本发明方法进行处理的半导体材料结构如图1所示，最上层是电介质氧化物膜层，例如二氧化硅层；二氧化硅层下面是金属铝层，金属铝层厚度为5000，中间存在用电介质氧化物填充的缺口，金属铝层下面是氧化物层。
先对二氧化硅层进行选择性蚀刻，要求对铝和二氧化硅的蚀刻速率比控制在＜1∶100，在本实施例中所述的蚀刻采用氢氟酸进行，添加氟化铵作为缓冲剂来控制蚀刻速率。具体地，应当根据蚀刻的对象材料决定蚀刻手段，例如，单晶硅与多晶硅的蚀刻通常是利用硝酸与氢氟酸的混合液来进行，二氧化硅的蚀刻通常采用氢氟酸溶液加以进行，氮化硅可利用加热至180℃的磷酸溶液(85％)来进行蚀刻。蚀刻后的材料结构如图2所示，由于铝和氧化物二氧化硅的蚀刻速率比控制在＜1∶100，二氧化硅层的蚀刻速率远高于金属铝层的蚀刻速率，最后表面的氧化物层全部去除，并且金属铝层间隙中的氧化物同样被去除一定厚度，而金属铝层的蚀刻基本可以忽略不计，仍旧在5000左右。
然后对金属铝层进行选择性蚀刻，要求铝和二氧化硅的蚀刻速率比控制在＞100∶1，在本实施例中所述的蚀刻采用磷酸、硝酸、醋酸及水的混合溶液加以进行，比例为80％的磷酸、5％的硝酸、5％的醋酸及10％的水。具体地，上述的蚀刻溶液应当按照实际材料特点选择成分以及比例。蚀刻后得到的材料结构如图3所示，由于铝和二氧化硅的蚀刻速率比控制在＞100∶1，金属铝层的蚀刻速率远高于二氧化硅层的蚀刻速率，最后金属铝层厚度被蚀刻至3000，而金属铝层的间隙中的二氧化硅材料的蚀刻速率基本可以忽略不计，最后形成间隙中的二氧化硅材料突出于铝表面一定距离的形状。
最后对铝表面进行修饰性化学机械研磨(touch up CMP)，以形成金属铝和二氧化硅特征图案在一个共平面上的结构，如图4所示，经过所述的修饰性化学机械研磨，突出于铝层的二氧化硅层被研磨至与金属铝共平面。
用上述方法形成的铝镜面没有氧化物残余、凹化的情况出现，在铝表面没有或者几乎没有缺陷存在。
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
1.一种用回蚀和化学机械研磨形成铝镜层的方法，其特征在于包括如下步骤(1)对金属铝和电介质构成的半导体材料中的电介质进行选择性蚀刻，其中电介质的蚀刻速率高于金属铝的蚀刻速率；(2)对上述半导体材料中的铝进行选择性蚀刻，其中金属铝的蚀刻速率高于电介质的蚀刻速率；(3)对得到的半导体材料表面进行修饰性化学机械研磨。
2.如权利要求1所述的方法，其中步骤(1)中选择性蚀刻采用的腐蚀剂由电介质材料本身的性质以及需要的蚀刻速率决定，其成分含有下列物质中的一种或几种硝酸、氢氟酸、磷酸溶液。
3.如权利要求1所述的方法，其中步骤(2)中选择性蚀刻采用的腐蚀剂含有下列物质中的一种或几种磷酸、硝酸、醋酸溶液。
4.如权利要求2所述的方法，其中步骤(1)中铝∶氧化物的腐蚀速率比＜1∶100。
5.如权利要求3所述的方法，其中步骤(2)中铝∶氧化物的蚀刻速率比＞100∶1。
全文摘要
本发明涉及半导体工业中的回蚀以及化学机械研磨工艺，特别涉及一种用回蚀和化学机械研磨相结合形成铝镜层的方法。应用本发明的方法，可以避免反应性离子蚀刻后采用的后续步骤产生的电介质凹陷、蚀损斑，微粒等缺点对产品质量的负面影响，使产品的铝表面没有或者非常少缺点。本发明可应用于微显(Micro－Display)，微电机系统(MEMS)，微光机电系统(MOMS)等。
文档编号H01L21/302GK1941291SQ20051003030
公开日2007年4月4日 申请日期2005年9月29日 优先权日2005年9月29日
发明者俞昌, 杨春晓 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司