专利名称：：化学机械研磨的方法
技术领域：
：本发明涉及半导体制造
技术领域：
，特别是涉及一种化学机械研磨的方法。
背景技术：
：化学机械研磨(CMP，ChemicalMechanicalPolishing)是利用具有腐蚀作用的研磨剂(Slurry)和研磨垫(Pad)配合机械研磨的动作，去除半导体基底表面多余的金属层(metallayer)与其周围任何的材料(例如，氧化物介质层(oxidelayer)、阻挡层)，并磨平半导体基底表面，以达到全面平坦化，减少设计布局限制，提升配线密度，同时亦降低缺陷密度，提升制程良率。申请号为200510099539.8的中国发明专利申请7>开了一种化学才几械研磨的方法，包括提供一具有开口的半导体基底，铜金属层覆盖于半导体基底并填满所述开口；进行第一阶段研磨，以去除铜金属层的部分厚度；进行第二阶段研磨，以去除半导体基底开口以外的该铜金属层。然而，在化学机械研磨中，金属(例如，铜)和氧化物在研磨速率上的差异会造成盘状凹陷(dishing)与磨蚀(erosion)。盘状凹陷发生在铜金属面上，因为铜金属较周围的氧化物研磨得更快，如图1A所示的铜金属10上的凹陷10a。磨蚀则发生在窄导线的密集数组区域，造成铜金属导线与导线间氧化物的过磨，影响了整个结构的厚度和平整度，如图1B所示的铜金属导线11与氧化物12上的磨蚀11a。盘状凹陷与磨蚀都会导致更薄的导线与更高的电阻，而在已产生盘状凹陷或磨蚀的金属层上面再形成介质层和金属层时，沉积氧化物会造成一个凹洞，积于此凹洞内的铜金属在后续的化学机械研磨过程中，可能无法完全被清除掉，便会在此层造成了短路
发明内容本发明解决的问题是，提供一种化学机械研磨的方法，以降低研磨过程中造成的盘状凹陷与磨蚀。为解决上述问题，本发明提供一种化学机械研磨的方法，包括下述步骤提供半导体基底，所述半导体基底上具有介质层和金属层，所述介质层中具有开口，所述金属层填满所述开口并覆盖所述介质层，所述金属层和介质层之间具有阻挡层；用研磨剂进行第一阶段研磨，去除所述介质层的开口外的部分金属层；加入第一抑制剂进行第二阶段研磨，去除所述介质层的开口外的余下金属层。可选的，所述金属层为铜金属层。可选的，所述去除所述介质层的开口外的部分金属层包括去除所述介质层的开口外80%的金属层。可选的，所述第一抑制剂为苯并三氮唑、曱基苯骈三氮唑或三乙醇胺中的一种。可选的，所述第一抑制剂的浓度为10-1000ppm。可选的，所述化学机械研磨的方法还包括在所述第二阶段研磨后，清洗半导体基底。可选的，所述清洗半导体基底包括加入第二抑制剂。可选的，所述第二抑制剂为苯并三氮唑、曱基苯骈三氮唑或三乙醇胺中的一种。可选的，所述第二抑制剂的浓度为10-1000ppm。可选的，所述化学机械研磨的方法还包括进行第三阶段研磨，去除所述介质层的开口外的阻挡层。可选的，所述第三阶段研磨包括加入第三抑制剂。可选的，所述第三抑制剂为苯并三氮唑、曱基苯骈三氮唑或三乙醇胺中的一种。可选的，所述第三抑制剂的浓度为10-1000ppm。与现有技术相比，上述技术方案在第一阶段研磨去除半导体基底上大部分多余的金属后，在第二阶段研磨中加入抑制剂，所述抑制剂可以和金属原子形成共价键和配位键，相互交替成键状聚合体，在金属表面形成具有緩蚀作用的防护膜，降低了金属的研磨速率，使得金属与其周围材料的研磨速率相似，因此，金属的盘状凹陷和金属窄导线的密集数组区域的磨蚀会因防护膜的形成而降低。并且，在第二阶段研磨中选择适当浓度的抑制剂，如10ppm1000ppm,既能平衡金属与其周围材料的研磨速率，又不会影响研磨质量。另外，由于上述加入抑制剂的第二阶段研磨已经在金属层表面形成了防护膜，因此，在后续用去离子水对半导体基底进行研磨、冲洗时，该防护膜可以保护所述金属层不受去离子水以及该去离子水中的溶解物的腐蚀。图1A是现有技术的化学机械研磨产生盘状凹陷的半导体基底结构的剖面示意图1B是现有技术的化学机械研磨产生磨蚀的半导体基底结构的剖面示意图2是本发明实施方式的化学机械研磨的方法的基本流程图3是本发明实施例的化学机械研磨的方法的流程图4A至4D是本发明实施例的化学机械研磨的方法的各步骤相应的半导体基底结构的剖面示意图5A是第二阶段研磨中未加入抑制剂进行研磨后获得的半导体基底中间的电镜图5B是第二阶段研磨中加入抑制剂进行研磨后获得的半导体基底中间的电4竟图；图6A是第二阶段研磨中未加入抑制剂进行研磨后获得的半导体基底边缘的电镜图6B是第二阶,更研磨中加入抑制剂进行研磨后获得的半导体基底边缘的电镜图。具体实施例方式本发明实施例是在研磨去除半导体基底的介质层的开口外的大部分铜金属后，加入延缓铜研磨速率的抑制剂，继续对半导体基底进行研磨，去除剩下的开口外的铜金属。由于铜金属的研磨速率降低，使得铜与其周围材料的研磨速率接近，因此，铜金属的盘状凹陷也会减小。本发明实施方式化学机械研磨的方法的基本流程如图2所示，包括下述步骤步骤S21,提供半导体基底，所述半导体基底上具有介质层和金属层，所述介质层中具有开口，所述金属层填满所述开口并覆盖所述介质层，所述金属层和介质层之间具有阻挡层。步骤S22，用研磨剂进行第一阶段研磨，去除所述介质层的开口外的部分金属层。所述金属可以是铜、铝、鴒等。步骤S23,加入第一抑制剂进行第二阶l殳研磨，去除所述介质层的开口外的余下金属层。所述第一抑制剂为苯并三氮唑、曱基苯骈三氮唑或三乙醇胺中的一种。下面以研磨半导体基底上的铜金属层为例、结合附图3、图4A至4D对本发明实施方式做详细的说明。图3为本发明实施例的化学机械研磨的方法的流程图，图4A至4D为本实施例的化学机械研磨的方法的各步骤相应的半导体基底结构的剖面示意图。请结合参考图3和图4A，步骤S31,提供待研磨的半导体基底40,在所述半导体基底40上具有介质层42和铜金属层46，在所述介质层42中具有暴露出半导体基底40的开口，所述铜金属层46填满所述开口并覆盖所述介质层42,在所述铜金属层46和介质层42之间具有阻挡层44。其中，所述半导体基底40可以包括各种半导体元件；所述介质层42为低介电常数材料或绝缘材料；所述开口可以是沟槽或连接孔，或者所述开口为沟槽和连接孔的组合；所述阻挡层44用于隔离所述铜金属层46和介质层42,阻止铜金属层46向半导体基底40的介质层42中扩散；所述铜金属层46为待研磨层。需要将多余的铜金属层46通过化学机械研磨去除，即去除所述介质层42的开口外的铜金属层46,露出所述介质层42的开口外的阻挡层44,并保留所述开口中的铜金属层。请结合参考图3和图4B,步骤S32,执行第一阶段研磨，去除所述介质层42的开口外的部分铜金属层46。所述第一阶段研磨又可以称为主研磨(mainpolish)。将所述的半导体基底40置于研磨设备中，研磨设备具有研磨垫和研磨头，研磨头吸附所述半导体基底40的背面，并使该半导体基底40上待研磨的铜金属层46与研磨垫接触；在研磨头上施加压力，使所述铜金属层46能够与研磨垫充分接触；向所述铜金属层46表面和研磨垫之间供给研磨剂，进行主研磨，通过研磨垫和研磨头之间的相对转动，使所述研磨剂均勻分布于所述铜金属层46表面和研磨垫之间，同时，所述研磨剂与铜金属层表面发生化学反应，生成易于被去除的物质，接着通过铜金属层46表面与研磨垫表面的相对转动的机械作用将该易于被去除的物质从铜金属层46表面去除；由于铜金属层46暴露空气中时，表面会被氧化，因而，在主研磨时，首先被去除的是铜表面的氧化层，氧化层被去除后，继续进行主研磨，去除部分铜金属层材料，形成如图4B所示的结构。通常，主研磨去除半导体基底40的介质层42上约80%的铜金属层46,其可以通过预先设定主研磨的研磨时间来控制。请结合参考图3和图4C,步骤S33,执行第二阶段研磨，去除所述介质层42的开口外的余下铜金属层46,露出所述介质层42的开口外的阻挡层44,并保留所述开口中的铜金属层46a。所述第二阶段研磨又可以称为过研磨(overpolish)。主研磨完成后，停止供给研磨剂，向铜金属层46表面和研磨垫之间通入第一抑制剂，用第一抑制剂进行过研磨，即通过旋转所述研磨头和研磨垫使得所述第一抑制剂较为均匀的分布于所述铜金属层表面，过研磨去除介质层42的开口外的阻挡层44上几乎全部的铜金属材料，形成如图4C所示的结构，所述介质层42的开口外的阻挡层44露出，开口中的铜金属层46a被保留。通常，过研磨去除介质层42上超过95%的铜金属层46,其可以通过预先设定过研磨的研磨时间来控制。所述第一抑制剂可以是苯并三氮唑、甲基苯骈三氮唑或三乙醇胺中的一种。因为铜金属较周围的材料(如阻挡层44)研磨得更快，盘状凹陷就会发生在铜金属面上，而加入的第一抑制剂可以和铜原子形成共价键和配位4建，相互交替成键状聚合体，在铜表面形成具有緩蚀作用的防护膜，降低了铜研磨的速率，使得铜与其周围材料的研磨速率相似，因此，铜金属的盘状凹陷会因防护膜的形成而降低，并且在研磨没有去除周围阻挡层44的情况下停止在阻挡层44上。第一抑制剂的浓度为101000ppm(即0.001%-0.1%),选择适当浓度的第一抑制剂，既能平衡铜金属与其周围材料的研磨速率，又不会影响研磨质量。在结束过研磨后，可以继续进行步骤S34,清洗半导体基底。过研磨完成后，停止供给第一抑制剂，用去离子水对半导体基底40表面进行研磨、沖洗，去除所述主研磨和过研磨产生的研磨颗粒、污染物以及残留物。由于在用去离子水进行研磨、冲洗之前，已经在所述铜金属层46漆面形成了防护膜，该保护层可保护所述铜金属层46逸面不受去离子水以及该去离子水中的溶解物的腐蚀(corrosion)。在其它的实施例中，在清洗半导体基底的过程中可以同时加入第二抑制剂，所述第二抑制剂可以是苯并三氮唑、甲基苯骈三氮唑或三乙醇胺中的一种，浓度为10-1000ppm,进一步保护所述铜金属层46漆面不受去离子水以及该去离子水中的溶解物的腐蚀。请结合参考图3和图4D,在结束过研磨后，可以继续进行步骤S35，进行第三阶段研磨，去除开口外的阻挡层44和铜金属层46a，形成如图4D所示的结构，介质层42的开口外的阻挡层44和金属层46a被去除，露出部分介质层42,并保留所述开口中的铜金属层46b。在第三阶段研磨中，也可以同时加入第三抑制剂，所述第三抑制剂可以是苯并三氮唑、曱基苯骈三氮唑或三乙醇胺中的一种，浓度为10-1000ppm。加入第三抑制剂可以在铜表面形成具有緩蚀作用的防护膜，降低了铜研磨的速率，使得铜与其周围材料(阻挡层44和介质层42)的研磨速率相似，因此，铜金属的盘状凹陷会因防护膜的形成而降低，并且在研磨没有去除周围介质层42的情况下停止在介质层44上。在结束第三阶段研磨后，用去离子水对半导体基底40表面进行研磨、冲洗，去除所述第三阶段研磨产生的研磨颗粒、污染物以及残留物。在其它的实施例中，也可以先进行第三阶段研磨，再清洗半导体基底。下表是在相同过研磨时间，加入抑制剂和未加入抑制剂进行研磨后，测量半导体基底的中间厚度、边缘厚度以及铜凹陷深度的比较。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>表中，在铜线宽度为0.42微米，使用电子扫描镜(SEM)测量半导体基底的中间厚度、边缘厚度；在铜线宽度为10、30微米，使用不透明薄膜测量设备(MPII)测量半导体基底的中间厚度、边缘厚度；铜凹陷是使用原子力测量设备(AFM)测量凹陷深度。上述表中的所有测量结果表明，在过研磨中，加入抑制剂进行研磨后的铜损耗要比未加入抑制剂进行研磨后的铜损耗少，铜凹陷深度减小了200埃，因此，在过研磨时加入抑制剂进行研磨，可以降低铜金属的研磨速率，从而有效地降低铜金属的盘状凹陷。图5A是第二阶段研磨中未加入抑制剂进行研磨后获得的半导体基底中间的电镜图；图5B是第二阶段研磨中加入抑制剂进行研磨后获得的半导体基底中间的电镜图。比较图5A和5B可以看到，加入抑制剂进行研磨后，图5B的半导体基底中间的铜金属的盘状凹陷深度52比图5A的半导体基底中间的铜金属的盘状凹陷深度51明显降低，并且也没有影响研磨质量。相似地，图6A是第二阶段研磨中未加入抑制剂进行研磨后获得的半导体基底边缘的电镜图；图6B是第二阶段研磨中加入抑制剂进行研磨后获得的半导体基底边缘的电镜图。比较图6A和6B可以看到，加入抑制剂进行研磨后，图6B的半导体基底边缘的铜金属的盘状凹陷深度62比图6A的半导体基底边缘的铜金属的盘状凹陷深度61也明显降低，并且也没有影响研磨质量。利用上述相同的化学机械研磨的方法，研磨具有窄导线密集数组的半导体基底，即在第一阶段研磨去除半导体基底上大部分多余的金属后，用减緩金属研磨速率的抑制剂进行第二阶段研磨，同样可以降低发生在窄导线的密集数组区域的磨蚀。综上所述，上述技术方案在第一阶段研磨去除半导体基底上大部分多余的金属后，在第二阶段研磨中加入抑制剂，所述抑制剂可以和金属原子形成共价键和配位键，相互交替成键状聚合体，在金属表面形成具有緩蚀作用的防护膜，降低了金属的研磨速率，使得金属与其周围材料的研磨速率相似，因此，金属的盘状凹陷和金属窄导线的密集数组区域的磨蚀会因防护膜的形成而降低。并且，在第二阶段研磨中选择适当浓度的抑制剂，如10ppm1000ppm,既能平衡金属与其周围材料的研磨速率，又不会影响研磨质量。另外，由于上述加入抑制剂的第二阶段研磨已经在金属层表面形成了防护膜，因此，在后续用去离子水对半导体基底进行研磨、沖洗时，该防护膜可以保护所述金属层不受去离子水以及该去离子水中的溶解物的腐蚀。本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。权利要求1.一种化学机械研磨的方法，包括提供半导体基底，所述半导体基底上具有介质层和金属层，所述介质层中具有开口，所述金属层填满所述开口并覆盖所述介质层，所述金属层和介质层之间具有阻挡层，其特征在于，还包括下述步骤用研磨剂进行第一阶段研磨，去除所述介质层的开口外的部分金属层；加入第一抑制剂进行第二阶段研磨，去除所述介质层的开口外的余下金属层。2.根据权利要求1所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，所述金属层为铜金属层。3.根据权利要求1所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，所述去除所述介质层的开口外的部分金属层包括去除所述介质层的开口外80%的金属层。4.根据权利要求1所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，所述第一抑制剂为苯并三氮唑、曱基苯骈三氮唑或三乙醇胺中的一种。5.根据权利要求4所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，所述第一抑制剂的浓度为10-1000ppm。6.根据权利要求1所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，还包括在所述第二阶段研磨后，清洗半导体基底。7.根据权利要求6所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，所述清洗半导体基底包括加入第二抑制剂。8.根据权利要求7所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，所述第二抑制剂为苯并三氮唑、甲基苯骈三氮唑或三乙醇胺中的一种。9.根据权利要求8所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，所述第二抑制剂的浓度为10-1000ppm。10.根据权利要求1或6所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，还包括:进行第三阶段研磨，去除所述介质层的开口外的阻挡层。11.根据权利要求IO所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，所述第三阶段研磨包括加入第三抑制剂。12.根据权利要求11所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，所述第三抑制剂为苯并三氮唑、甲基苯骈三氮唑或三乙醇胺中的一种。13.根据权利要求12所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，所述第三抑制剂的浓度为10-1000ppm。全文摘要一种化学机械研磨的方法，包括下述步骤提供半导体基底，所述半导体基底上具有介质层和金属层，所述介质层中具有开口，所述金属层填满所述开口并覆盖所述介质层，所述金属层和介质层之间具有阻挡层；用研磨剂进行第一阶段研磨，去除所述介质层的开口外的部分金属层；加入第一抑制剂进行第二阶段研磨，去除所述介质层的开口外的余下金属层。本发明公开的化学机械研磨的方法可以降低研磨过程中造成的盘状凹陷与磨蚀。文档编号B24B29/00GK101456152SQ20071009452公开日2009年6月17日申请日期2007年12月13日优先权日2007年12月13日发明者李福洪,李艳红申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司