專利名稱：用化學機械研磨形成鋁特征圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體制造工藝中形成鋁特征圖案的方法，具體涉及利用化學機械研磨配合蝕刻制程形成金屬鋁特征圖案的方法。
背景技術(shù)：
在半導體制造工藝中，常規(guī)的鋁圖案定義都采用反應性離子蝕刻(RIE)來蝕刻鋁，這種方法很容易使鋁的反射率下降，并且容易出現(xiàn)集成電路圖案中氧化物層凹陷以及殘余物缺陷。
用反應性離子蝕刻形成鋁特征圖案是一種成熟的工藝，但是其中同樣存在許多缺點，本領(lǐng)域技術(shù)人員應該能夠了解，例如在進行深蝕刻(etchback)以去除鋁表面的電介質(zhì)時，很容易在電介質(zhì)層出現(xiàn)嚴重的凹陷(dishing)。對用于成像設(shè)備的半導體器件來說，人們通常的目的是形成鋁鏡面和特征圖案互相在一個平面上的結(jié)構(gòu)。然而由于上述的凹陷、殘余物缺陷等原因，采用現(xiàn)有的方法實際上不容易形成令人滿意的平面，這直接影響到半導體器件的性能。
在標準的鋁或者其它薄膜的圖案定義中，會發(fā)生一些不期望有的結(jié)果，例如，凹化(dishing)，薄膜不均勻，殘余物以及缺陷的問題。對一個IC器件比如基于硅的液晶器件LCOS(Liquid Crystal On Silicon)來說，上述的問題可以對器件的性能、可靠性或者產(chǎn)率產(chǎn)生負面影響。
以形成LCOS的鋁鏡層步驟舉例，常規(guī)的形成鋁鏡層的步驟包括鋁的蝕刻，氧化物淀積，氧化物的化學機械研磨，氧化物深蝕刻以及對鋁的修整性化學機械研磨，這些工藝步驟具有不少缺點1、薄膜不均勻以及氧化物殘余。這是由于淀積氧化物的機器本身的不均勻性引起的，非常難以消除。對LCOS的鋁鏡層舉例來說，從晶片中心到晶片邊緣的氧化物厚度不均勻范圍為800～900，而這種不均勻可以在后續(xù)的步驟中引起氧化物殘余以及溝道凹陷；
2、對鏡面層來說，其被期望具有盡可能高的光反射率，因此期望鏡面上的缺陷越少越好，但是從上面的介紹可以知道，在鋁淀積制程形成鋁金屬層后，還有5個步驟，每個步驟都增加了晶片產(chǎn)生缺陷的可能性，例如蝕損斑(pitting)，刮痕等。
3、在最后一個步驟，為了去除氧化物殘余物，對鋁進行修整性化學機械研磨(touch up CMP)，其研磨時間比常規(guī)的化學機械研磨時間要長3倍或3倍以上，無疑升高了化學機械研磨引起刮痕的風險，產(chǎn)生刮痕的原因有許多種，例如，在對鋁的修整性化學機械研磨之前或此研磨步驟本身過程中形成的大顆粒物質(zhì)就可以在研磨中引起刮痕?？偠灾心サ臅r間越少，產(chǎn)生刮痕的可能也越小。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服傳統(tǒng)方法中用反應性離子蝕刻形成鋁特征圖案容易出現(xiàn)凹陷、殘余物缺陷而影響半導體器件性能的缺點，提出本發(fā)明。
本發(fā)明的目的在于，提供一種用于形成鋁特征圖案的鋁化學機械研磨方法，應用此種方法不會出現(xiàn)氧化物層凹陷以及殘余物缺陷的情況，可以應用于各種不同的用途，例如微顯(Micro-Display)，微電機系統(tǒng)(MEMS)，微光機電系統(tǒng)(MOMS)。
根據(jù)本發(fā)明提供的方法，在對鋁鏡面之上的電介質(zhì)層進行深蝕刻(Etchback)之前，首先需要形成特殊的薄膜層疊結(jié)構(gòu)，其具體結(jié)構(gòu)是在鋁鏡面上有兩層電介質(zhì)薄膜，其中上層薄膜的材料為光刻膠或者任何一種損失性的材料，光刻膠或者任何一種損失性的材料的涂布通過旋轉(zhuǎn)涂布(Spin-on)方法完成，此種方法可以在晶片上局部范圍內(nèi)形成一個相當平整的表面。第二層的材料為絕緣性的薄膜，其材料可以是高密度聚乙烯(HDP)，低介電常數(shù)電介質(zhì)，硼磷硅玻璃(BPSG)，正硅酸乙酯(TEOS)，磷硅玻璃(PSG)，氟化硅玻璃(FSG)等。
形成上述薄膜結(jié)構(gòu)后，再進行深蝕刻(Etchback)制程，其中光刻膠和電介質(zhì)薄膜的蝕刻速率選擇比為1∶1，在蝕刻到達金屬鋁層表面時，或者離開金屬鋁表面極短距離時，停止蝕刻。接著對蝕刻后露出的表面進行修飾性化學機械研磨(touch-up CMP)，以提升鋁鏡面的反射率。應用上述的方法，可以完全避免氧化物層凹陷以及氧化物殘余的缺陷。
本發(fā)明的優(yōu)點是顯而易見的，相比傳統(tǒng)的用反應性離子蝕刻(RIE)形成鋁特征圖案的方法，本發(fā)明的方法一方面保證了蝕刻過程的快速有效，另一方面，由于最后采用修整性化學機械研磨(touch-up CMP)方法，進一步提高了所形成鏡面的質(zhì)量。而本發(fā)明方法的整個流程，不再有引起氧化物層凹陷或者氧化物殘余的情況。


本申請中包括的附圖是說明書的一個構(gòu)成部分，附圖與說明書和權(quán)利要求書一起用于說明本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容，用于更好地理解本發(fā)明。附圖中圖1是本發(fā)明所述清洗液的pH值和其已使用時間在不同溫度下的關(guān)系示意圖；圖2是本發(fā)明所述清洗液所含雙氧水的比率和其已使用時間在不同溫度下的關(guān)系示意圖；具體實施方式
為了更好地理解本發(fā)明的工藝，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
在對鋁鏡面之上的電介質(zhì)層進行深蝕刻(Etchback)之前，首先形成特殊的薄膜層疊結(jié)構(gòu)，如圖1所示，在鋁鏡面上有兩層電介質(zhì)薄膜，其中上層薄膜的材料為光刻膠或者任何一種損失性的材料，光刻膠的涂布通過旋轉(zhuǎn)涂布(Spin-on)方法完成，此種方法可以在晶片上局部范圍內(nèi)形成一個相當平整的表面。第二層的材料為絕緣性的薄膜，其材料可以是高密度聚乙烯(HDP)，低介電常數(shù)電介質(zhì)，硼磷硅玻璃(BPSG)，正硅酸乙酯(TEOS)，磷硅玻璃(PSG)，氟化硅玻璃(FSG)等。
形成上述薄膜結(jié)構(gòu)后，再進行深蝕刻(Etchback)制程，其中光刻膠和電介質(zhì)薄膜的蝕刻速率選擇比為1∶1，在蝕刻到達金屬鋁層表面時，或者離開金屬鋁表面極短距離時，停止蝕刻，形成的結(jié)構(gòu)如圖2所示。接著對蝕刻后露出的表面進行修飾性化學機械研磨(touch-up CMP)以提升鋁鏡面的反射率。應用上述的方法，可以完全避免氧化物層凹陷以及氧化物殘余的缺陷。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護的范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種用化學機械研磨形成鋁特征圖案的方法，其特征在于包括如下步驟(1)首先形成鋁鏡面上有兩層電介質(zhì)薄膜的結(jié)構(gòu)，其中上層薄膜的材料為光刻膠或者任何一種損失性的材料，第二層的材料為電介質(zhì)薄膜；(2)形成上述薄膜結(jié)構(gòu)后，再進行深蝕刻制程，在蝕刻到達金屬鋁層表面時，或者將要蝕刻到金屬鋁表面時停止蝕刻；(3)對蝕刻后露出的表面進行修飾性化學機械研磨，形成金屬鋁和氧化物特征圖案共平面的結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(1)中上層薄膜材料涂布采用旋轉(zhuǎn)涂布的方法完成，使其表面平整。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(1)中第二層電介質(zhì)薄膜的材料可以選自高密度聚乙烯，低介電常數(shù)材料，硼磷硅玻璃，正硅酸乙酯，磷化硅玻璃，氟化硅玻璃。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(2)中光刻膠和電介質(zhì)薄膜的蝕刻速率選擇比為1∶1。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用化學機械研磨配合蝕刻制程形成金屬鋁特征圖案的方法，在半導體工業(yè)中，一般用反應性離子蝕刻形成鋁特征圖案，這是一種成熟的工藝，但是其中同樣存在許多缺點，例如氧化物層凹陷、氧化物殘余缺陷等。采用本發(fā)明的方法，一方面可以保證蝕刻形成鏡面的過程快速有效，另一方面，由于最后采用修飾性化學機械研磨方法，進一步提高了所形成鏡面的質(zhì)量。采用本發(fā)明的方法，不會有氧化物層凹陷或者氧化物殘余缺陷的情況出現(xiàn)。
文檔編號H01L21/768GK1941295SQ20051003001
公開日2007年4月4日 申請日期2005年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月26日
發(fā)明者俞昌 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司