CN101062503A - 化学机械研磨后的晶片清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化学研磨后的晶片清洗方法，其中将化学机械研磨后的晶片加载缓冲单元，并加入化学药剂使该晶片保持湿润。将该晶片自该缓冲单元加载清洗单元，并进行清洗工艺。本发明通过该缓冲单元内所加入的化学药剂降低晶片表面苯并三唑(BTA)的黏性，以于后续清洗工艺中完全去除BTA。

Description

化学机械研磨后的晶片清洗方法

技术领域

本发明涉及一种化学研磨后的晶片清洗方法，特别是涉及一种铜化学研磨后的晶片清洗方法。

背景技术

化学机械研磨(Chemical-Mechanical Polishing，以下简称为CMP)工艺，广泛使用于半导体产业工艺中，并且是目前半导体工艺中最常用来进行晶片表面全面性平坦化(Global Planarization)的技术，更是目前唯一能提供超大规模集成电路(Very Large Scale Integration，VLSI)，甚至极大规模集成电路(UltraLarge Scale Integration，ULSI)工艺全面性平坦化的技术。CMP工艺利用合适的化学助剂与研磨粉体组成的研磨液(slurry)，配合研磨台所施加的机械研磨，通过化学助剂提供的化学反应，以及研磨粉体和晶片与研磨垫间产生的机械研磨效应，将晶片表面高低起伏不一的轮廓一并加以磨平。各工艺参数在适当控制之下，CMP工艺可提供被研磨表面高达94％的平坦度。

在CMP工艺中用以组成研磨液的研磨粉体一般为硅土或铝土等成分，而化学助剂则可为pH值缓冲剂、氧化剂或表面活性剂等。当然，CMP研磨对象不同时，其所需使用的研磨液亦有所差异。如在铜CMP工艺中使用的铜研磨液加入2％的氢氧化铵及1％的氢氟酸(HF)。另外，由于铜极易氧化及腐蚀，因此在铜CMP工艺中，经常加入含有三氮唑(triazole)的溶液以保护被研磨晶片的铜图案，并避免在研磨后等待下一工艺时发生铜腐蚀，例如于研磨液中加入苯并三唑(benzotriazole，以下简称为BTA)作为铜腐蚀抑制剂以保护铜膜表面。

而晶片经过研磨之后，表面势必残留大量研磨粉体与金属离子。因此，在CMP工艺后，紧接着必须进行多次表面清洗工艺，以去除这些微粒、金属离子、有机物等。目前业界清除晶片表面微粒、金属离子、有机物仍以湿式化学清洗法(wet chemical cleaning)为主要方式，其为以液状酸碱溶剂与去离子水的混合物作为化学清洗浴剂清洗晶片表面，随后润湿再干燥的程序。另外，由于湿式化学清洗法有时不但不能去除微粒，反而会增加微粒在晶片表面附着的可能性，因此业界通常结合微粒去除技术与湿式化学清洗法以有效去除微粒、金属离子与有机物等。而一般配合使用在湿式化学清洗法中清除微粒的技术包括擦洗(scrubbing)，利用软毛刷在晶片表面滚动而去除微粒与有机薄膜；以及利用百万赫兹的超声波(Megasonic)震荡清洗以去除晶片表面微粒等。

请参阅图1，图1为现有的晶片清洗系统的示意图。如图1所示，清洗系统100包含缓冲区102，当晶片(图未示)完成铜CMP工艺后，即置入缓冲区102，此时利用去离子水滴润该晶片，保持晶片湿润，以待进行后续清洗工艺。接下来晶片置入清洗机器104，清洗机器104包括第一清洗区106、第二清洗区108、第三清洗区110、第四清洗区112与喷洗式旋干机114。首先，晶片于第一清洗区106内进行一百万赫兹的超声波清洗步骤，以去除晶片表面的微粒。接下来晶片依序置入第二清洗区108与第三清洗区110，分别于第二清洗区108中利用一酸性化学药剂降低BTA的黏着性，同时加入柠檬酸避免铜氧化，与于第三清洗区110中加入碱基化学药剂再次降低BTA的黏着性。之后晶片置入第四清洗区112，再次利用去离子水清洗晶片。其中第二清洗区108至第四清洗区112亦可结合擦洗法，利用软毛刷擦洗晶片表面。晶片完成各清洗步骤后，即置入喷洗式旋干机114，利用旋转、去离子水冲洗和干燥等步骤，一直到晶片旋干为止，最后将晶片移至卸除站116，完成CMP后晶片的清洗工艺。

然而，由于铜CMP工艺中作为铜腐蚀抑制剂的BTA具有黏着性且不易去除，因此现有清洗步骤虽于第二清洗区108与第三清洗区110内分别加入酸性与碱性的化学药剂以降低BTA黏性，并配合擦洗方法以期于清洗其它微粒、金属离子与有机物的同时去除BTA，但是很明显地，利用现有技术清洗过的晶片表面仍具有残留的BTA。请参阅图2，图2为现有的铜CMP后清洗工艺后的电子显微镜照片。如图2所示，由于现有铜CMP后清洗工艺仅于两清洗区中通过加入的化学药剂降低BTA黏性，因此无法将BTA完全清除，导致BTA残留于晶片表面，甚至在晶片表面黏结成块，造成污染。此残留于晶片表面的BTA会造成电阻值升高、热效应以及后续形成的薄膜与铜的接口不佳的问题，使得晶片可靠度下降，故BTA已被确认为是化学机械研磨后晶片清洗时常见的有机污染源。

发明内容

因此，本发明的主要目的在于提供一种化学机械研磨后的晶片清洗方法，以有效解决现有技术中BTA清洗后仍残留于晶片表面的问题。

根据本发明的权利要求，提供一种化学机械研磨后的晶片清洗方法，包括下列步骤：将化学机械研磨后的晶片加载缓冲单元，并加入化学药剂使该晶片保持湿润；以及将该晶片自该缓冲单元加载清洗单元，并进行清洗工艺。

根据本发明所提供的化学机械研磨后的晶片清洗方法，可通过缓冲单元内所加入的化学药剂滴润待清洗的晶片表面，同时可于清洗工艺前利用所加入的该化学药剂降低晶片表面BTA的黏性，使得后续清洗工艺中能完全去除BTA，因此本发明所提供的清洗方法更适用于清洗铜化学机械研磨后的晶片。

具体实施方式

请参阅图3，图3为本发明的优选实施例的流程图；并请一并参阅图4，图4为本发明的优选实施例所提供的清洗机器示意图。在清洗化学研磨后的晶片前，首先如步骤300所述，先将化学机械研磨后的晶片置入清洗机器的缓冲单元400内等待进行后续清洗工艺。步骤300同时利用化学药剂于等待进行清洗工艺时缓慢滴润或喷洒于晶片表面，以保持晶片表面的湿润，同时藉以降低晶片表面BTA的黏着度，藉此避免晶片于缓冲单元400内等待时间过长而使后续清洗工艺效果不佳。此化学药剂可为酸性溶液如柠檬酸、碱性溶液如含胺的碱性溶液、或者有机溶液如三乙醇胺、乙二醇或哌嗪(piperazine)。另外，步骤300中，缓冲单元400内的待清洗晶片亦可以浸泡方式浸泡于上述化学药剂中。

接下来，如步骤302、步骤304与步骤306所述，将待清洗的晶片置入清洗机器的清洗单元402之内，以进行后续清洗工艺中的第一清洗步骤、第二清洗步骤与第三清洗步骤。值得注意的是于本实施中，清洗单元402内包括多个清洗槽，以分别进行如步骤302、步骤304与步骤306所述的各清洗步骤，但清洗工艺亦可依清洗单元规格不同而为采用单清洗槽方式进行。其中，第一清洗步骤利用酸性溶液如柠檬酸清洗晶片，以去除化学机械研磨后所残留在晶片表面的微粒、金属离子与有机物；第二清洗步骤利用碱性溶液如含胺的碱溶液清洗该晶片，以再次去除化学机械研磨后所残留在晶片表面的微粒、金属离子与有机物。而第三清洗步骤则利用去离子水清洗晶片表面，以去除残留在晶片表面的微粒、金属离子与有机物，并清洗残留于晶片上的酸性溶液或碱性溶液。

随后，如步骤308所述，将晶片自清洗单元402移至干燥单元404内。干燥单元404可为喷洗式旋转机器，用以进行干燥步骤，利用旋转、去离子水冲洗和干燥等步骤，一直到晶片旋干为止。

如上所述，本发明所提供的优选实施例所述的方法可概括如下：

步骤300：利用化学药剂滴润待清洗的晶片；

步骤302：进行第一清洗步骤，利用酸性溶液清洗晶片；

步骤304：进行第二清洗步骤，利用碱性溶液清洗晶片；

步骤306：进行第三清洗步骤，利用去离子水清洗晶片；

步骤308：进行干燥步骤。

另外，于步骤300内，在利用化学药剂滴润待清洗的晶片后，亦可再添加以去离子水冲洗该晶片的步骤，以确保晶片表面的湿润度。

而为增加晶片表面微粒的去除程度，步骤302、步骤304、步骤306内亦可同时进行擦洗方法，于清洗单元402的各清洗槽内分别利用软毛刷擦洗晶片表面，以达到有效去除晶片微粒的目的。或于进行步骤302、步骤304与步骤306前，于清洗单元402的清洗槽内进行一百万赫兹超声波清洗方法，震荡清洗晶片，以增加微粒的去除程度。

由上述本发明所提供的优选实施例可知，由于本发明于晶片清洗之前利用化学药剂滴润该晶片并降低BTA的黏着度，因此在后续清洗工艺中，BTA可被有效地移除，不致残留于晶片表面造成污染，因此可达到提升清洗效率的目的。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (22)

1.一种化学机械研磨后的晶片清洗方法，包括下列步骤：

将化学机械研磨后的晶片加载缓冲单元，并加入化学药剂使该晶片保持湿润；以及

将该晶片自该缓冲单元加载清洗单元，并进行清洗工艺。

2.如权利要求1所述的晶片清洗方法，其中该化学药剂包括酸性溶液。

3.如权利要求2所述的晶片清洗方法，其中该酸性溶液包括柠檬酸。

4.如权利要求1所述的晶片清洗方法，其中该化学药剂包括碱性溶液。

5.如权利要求4所述的晶片清洗方法，其中该碱性溶液包括含胺的碱性溶液。

6.如权利要求1所述的晶片清洗方法，其中该化学药剂包括三乙醇胺、乙二醇或哌嗪。

7.如权利要求1所述的晶片清洗方法，其中于该缓冲单元中该化学药剂利用缓慢滴落该晶片上的方式加入。

8.如权利要求1所述的晶片清洗方法，其中于该缓冲单元中该晶片浸泡于该化学药剂中。

9.如权利要求1所述的晶片清洗方法，其中于进行清洗工艺之前还包括利用去离子水清洗该晶片的步骤。

10.如权利要求1所述的晶片清洗方法，其中该清洗工艺包括：

利用酸性溶液清洗该晶片；

利用碱性溶液清洗该晶片；

利用去离子水清洗该晶片；

擦洗该晶片；以及

干燥该晶片。

11.如权利要求1所述的晶片清洗方法，其中该清洗工艺还包括利用超声波震动该晶片的步骤。

12.一种化学机械研磨后的晶片清洗方法，包括下列步骤：

将铜化学机械研磨后的晶片加载缓冲单元，并加入化学药剂使该晶片保持湿润；以及

将该晶片自该缓冲单元加载清洗单元，并进行清洗工艺。

13.如权利要求12所述的晶片清洗方法，其中该化学药剂包括酸性溶液。

14.如权利要求13所述的晶片清洗方法，其中该酸性溶液包括柠檬酸。

15.如权利要求12所述的晶片清洗方法，其中该化学药剂包括碱性溶液。

16.如权利要求15所述的晶片清洗方法，其中该碱性溶液包括含胺的碱性溶液。

17.如权利要求12所述的晶片清洗方法，其中该化学药剂包括三乙醇胺、乙二醇或哌嗪。

18.如权利要求12所述的晶片清洗方法，其中于该缓冲单元中该化学药剂利用缓慢滴落该晶片上的方式加入。

19.如权利要求12所述的晶片清洗方法，其中于该缓冲单元中该晶片浸泡于该化学药剂中。

20.如权利要求12所述的晶片清洗方法，其中于进行清洗工艺之前还包括利用去离子水清洗该晶片的步骤。

21.如权利要求12所述的晶片清洗方法，其中该清洗工艺包括：

利用酸性溶液清洗该晶片；

利用碱性溶液清洗该晶片；

利用去离子水清洗该晶片；

擦洗该晶片；以及

干燥该晶片。

22.如权利要求12所述的晶片清洗方法，其中该清洗工艺还包括利用超声波震动该晶片的步骤。

Images