[发明专利]层间介质层化学机械研磨方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种层间介质层化学机械研磨方法。 

背景技术

化学机械研磨(Chemical Mechanical Planarization，CMP)是一种全局表面平坦化技术，在半导体制造过程中用以减小位于晶片上膜层的厚度变化和表面形貌的影响。由于CMP可精确并均匀地把位于晶片上的膜层研磨为需要的厚度和平坦度，已经成为半导体制造过程中应用最广泛的一种表面平坦化技术。 

实践中，确定某些材料已研磨至所需厚度是简单的，如研磨钨层时，由于金属钨和位于其下的介质层材料间具有不同的研磨速率，研磨操作会在介质层处停下来，此时，所述介质层作为钨层研磨的研磨终止层存在。但是，对于无研磨终止层的研磨过程而言，如何确定材料是否已研磨至所需厚度尚未有更为准确的方法。作为示例，如图1所示，在研磨位于半导体基底10(包含栅极结构20)上的金属前介质30(PMD)层表面时，通常，通过将研磨操作持续目标时间以获得平坦且具有目标厚度的金属前介质层，即，在确定需被研磨掉的PMD层的厚度之后，根据选定的研磨速率确定研磨操作持续时间，再使所述研磨操作持续所述时间后，判定所述PMD层已研磨至所需厚度；图中标示的虚线代表未经历研磨操作的PMD层表面；图中标示PMD层表面的实线代表经历研磨操作后的PMD层表面。 

实际生产中，需要对大量位于晶片上的膜层执行同一操作，如，将位于一批或几批(25片/批)晶片上的膜层研磨至同一厚度。然而，如图2所示，实际生产发现，即使研磨前所述膜层的结构参数相同、所述研磨操作的工艺参数也相同，将所述研磨操作持续目标时间后，获得的位于 不同晶片(a和b)上的膜层40的厚度也不相同(即，获得的位于不同晶片上的膜层间具有高度差h)；换言之，对于无研磨终止层的研磨操作而言，通过时间控制研磨操作的方法难以保持所述研磨操作的稳定性。如何增强无研磨终止层的研磨操作的稳定性(即，对结构参数相同的位于晶片上的膜层执行工艺参数的所述研磨操作后，获得厚度均匀的所述位于晶片上的膜层)成为本领域技术人员亟待解决的问题。 

2007年10月10日公告的公告号为“CN100342499C”的中国专利中提供了一种化学机械研磨制程控制方法，包括：提供具有一组试作晶片与一组剩余晶片的数个晶片，依据初始制程时间对试作晶片进行研磨，决定出试作晶片的补偿时间，再将初始制程时间加上补偿时间以决定更替时间，并依据更替时间对剩余晶片进行研磨。应用所述方法可增强在半导体制程中在一批量的晶片内移除材料量的均匀性。 

但是，应用上述方法增强无研磨终止层的研磨操作的稳定性时，经历初始制程时间后，需检测获得的晶片的厚度，以获得在所述初始制程时间内被研磨掉的晶片的厚度，继而获得不同晶片对应同一研磨操作的研磨速率，进而确定不同晶片的补偿时间；换言之，应用上述方法增强无研磨终止层的研磨操作的稳定性时，需多次测量晶片的厚度，操作繁杂。 

发明内容

本发明提供了一种层间介质层的化学机械研磨方法，可增强无研磨终止层的研磨操作的稳定性。 

本发明提供的一种层间介质层的化学机械研磨方法，包括： 

在半导体基底上形成具有目标厚度的层间介质层； 

在所述层间介质层上形成牺牲层，所述牺牲层的硬度大于所述层间介质层的硬度； 

对所述牺牲层执行化学机械研磨操作，去除所述牺牲层时，获得满足产品要求的层间介质层。 

可选地，所述研磨方法还包括，在所述牺牲层上形成辅助牺牲层，所述辅助牺牲层和层间介质层材料相同；可选地，所述层间介质层材料为磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃或氟硅玻璃时，所述牺牲层材料为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或其组合；可选地，利用电机电流检测法确定所述研磨操作的终点后，判定所述牺牲层被去除；可选地，利用电机电流检测法确定所述研磨操作的终点时，研磨所述牺牲层时的电机电流或研磨速率的平均值大于研磨所述层间介质层的电机电流或研磨速率的平均值。 

一种层间介质层的化学机械研磨方法，包括： 

在半导体基底上形成具有大于目标厚度的层间介质层； 

在所述层间介质层上形成牺牲层，所述牺牲层的硬度大于所述层间介质层的硬度； 

执行第一研磨操作，去除所述牺牲层； 

执行第二研磨操作，去除部分所述层间介质层后，获得满足产品要求的层间介质层。