CN101752206B

CN101752206B - 改善研磨颗粒残留的方法

Info

Publication number: CN101752206B
Application number: CN2008102038050A
Authority: CN
Inventors: 潘继岗; 王亦磊
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2028-12-01
Also published as: CN101752206A

Abstract

本发明提出一种改善研磨颗粒残留的方法，包括：研磨接触孔密度低的第一晶圆至形成钨插塞；研磨接触孔密度低的第n-1晶圆至形成钨插塞；研磨带有金属钨层的控片；研磨接触孔密度高的第n晶圆至形成钨插塞；研磨接触孔密度高的第m-1晶圆至形成钨插塞；以此类推直至整批的晶圆全部研磨完成；在晶圆表面用化学试剂浸泡，进行研磨清洗。本发明提高了钨插塞的电性能。

Description

改善研磨颗粒残留的方法

技术领域

本发明涉及半导体器件的清洗方法，尤其涉及改善研磨颗粒残留的方法。

背景技术

目前半导体集成电路的技术发展趋势，是往较小的线宽方向进行，因此对工艺装置洁净度的要求愈趋严格。在半导体的设备里，如薄膜沉积、干蚀刻、离子植入及微影等主要工艺设备皆需要在一个维持适当洁净度的环境下操作。而且，集成电路制作流程非常的复杂，需经过数十甚至数百个不同的步骤才能完成，因此晶圆在所经过的每一制造步骤都有被杂质例如是金属或微粒子污染的可能，所以避免这些污染的产生是很重要的。

现有在研磨形成钨插塞的过程中，研磨液在研磨时会产生三氧化二铝(Al₂O₃)的研磨颗粒，由于Al₂O₃很容易与钨吸附，会在钨插塞表面残留Al₂O₃颗粒10(如图1所示)，造成后续形成的钨插塞电性能降低。尤其是在钨插塞密集的晶圆，钨对Al₂O₃的吸附率非常集中。另外，在研磨工艺线上通常一个批次需要研磨20片以上的晶圆，在研磨至一定数量的低密度导电插塞的晶圆时，由于钨插塞数量少，Al₂O₃残留物更容易附着于研磨刷上，这些残留物累积到一定量后，达到研磨刷难以负荷的程度，不但降低化学机械研磨刷的清洁能力，当后续研磨钨导电插塞密度高的晶圆时，会导致这些晶圆表面膜层状况恶化，钨表面会吸附研磨刷上的Al₂O₃残留物，进而引起晶圆良率下降。同时，现有技术在研磨后通常采用去离子水清洗研磨刷和晶圆表面的膜层，去离子水不能与Al₂O₃发生反应，因此无法将其去除，钨插塞的电性能低，半导体器件性能及良率下降。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种改善研磨颗粒残留的方法，防止半导体器件性能及良率下降。

本发明提供一种改善研磨颗粒残留的方法，包括：S1研磨接触孔密度低的第一晶圆至形成钨插塞，......研磨接触孔密度低的第n-1晶圆至形成钨插塞；S2研磨带有金属钨层的控片；S3研磨接触孔密度高的第n晶圆至形成钨插塞，......研磨接触孔密度高的第m-1晶圆至形成钨插塞；S4以此类推顺序重复执行S1至S3步骤直至整批的晶圆全部研磨完成；S5在晶圆表面用化学试剂浸泡，进行研磨清洗。

可选的，研磨晶圆的速率为4500埃/分～5000埃/分，时间为30秒～50秒。

可选的，研磨带有金属钨层的控片的速率为4500埃/分～5000埃/分，时间为8秒～12秒。

可选的，所述化学试剂为氨水和水，比例为1∶3。

可选的，清洗晶圆的时间为25秒～40秒。

可选的，在清洗完晶圆后还包括：对整批晶圆进行逐片甩干。所述单片晶圆甩干时间为50秒～60秒。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：在对工艺线上的成批晶圆研磨时，在研磨了几片接触孔密度低的晶圆后，在对接触孔密度高的晶圆进行研磨之前，先用研磨刷去研磨带有金属钨层的控片，使研磨刷上粘附的研磨液中的Al₂O₃颗粒吸附至控片的金属钨层上，去除研磨刷上的Al₂O₃颗粒，使后续接触孔密度高的晶圆在研磨后，不会在其钨插塞上吸附过多Al₂O₃颗粒，提高钨插塞的电性能。同时使整批晶圆的钨插塞电性能接近一致。

研磨后，将晶圆放于化学清洗槽内进行清洗，使化学溶液与研磨颗粒进行反应，以进一步去除钨插塞上的Al₂O₃颗粒，促进半导体器件电性能的提高以及晶圆良率的提高。

附图说明

图1是现有研磨工艺中钨插塞表面残留Al₂O₃颗粒的示意图；

图2是本发明改善研磨颗粒残留的具体实施例流程图；

图3是本发明化学试剂PH值发生变化时Al₂O₃、SiO₂与W的电势变化示意图；

图4是本发明化学试剂PH值发生变化时Al₂O₃、SiO₂与研磨刷(PVA)上的电势变化示意图。

具体实施方式

本发明在对工艺线上的成批晶圆研磨时，在研磨了几片接触孔密度低的晶圆后，在对接触孔密度高的晶圆进行研磨之前，先用研磨刷去研磨带有金属钨层的控片，使研磨刷上粘附的研磨液中的Al₂O₃颗粒吸附至控片的金属钨层上，去除研磨刷上的Al₂O₃颗粒，使后续接触孔密度高的晶圆在研磨后，不会在其钨插塞上吸附过多Al₂O₃颗粒，提高钨插塞的电性能。同时使整批晶圆的钨插塞电性能接近一致。另外，研磨后，将晶圆放于化学清洗槽内进行清洗，使化学溶液与研磨颗粒进行反应，以进一步去除钨插塞上的Al₂O₃颗粒，促进半导体器件电性能的提高以及晶圆良率的提高。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图2是本发明改善研磨颗粒残留的具体实施例流程图。如图2所示，执行步骤S1，研磨接触孔密度低的第一晶圆至形成钨插塞，......研磨接触孔密度低的第n-1晶圆至形成钨插塞；

在第一晶圆的绝缘介质层上形成金属钨层，并将金属钨层填充满接触孔中，所述第一晶圆上的接触孔密度低；用研磨刷在研磨液中研磨第一晶圆上的金属钨层至露出绝缘介质层，形成钨插塞；然后，用相同的方法研磨后续的接触孔密度低的晶圆。

本实施方式中，研磨晶圆的速率为4500埃/分～5000埃/分，时间为30秒～50 秒；其中，一个优选的实施例，当研磨晶圆的速率为4800埃/分时，研磨时间为40秒。

在研磨至一定数量的低密度导电插塞的晶圆时，由于这些晶圆上的钨插塞数量少，Al₂O₃残留物更容易附着于研磨刷上，这些残留物会不断累积。

执行步骤S2，研磨带有金属钨层的控片；

研磨带有金属钨层的控片的速率为4500埃/分～5000埃/分，时间为8秒～12秒。

由于研磨液中含有Al₂O₃，而Al₂O₃容易与金属钨吸附，尤其是在钨插塞密集的晶圆上，钨表面吸附的Al₂O₃颗粒会更多，对于钨插塞的电性能影响也就更大。因此，当对工艺线上钨插塞密度低的晶圆上进行研磨后，在对钨插塞密度高的晶圆进行研磨之前，需要在加上一片带有金属钨层的控片，用研磨刷去研磨，使研磨刷上的Al₂O₃颗粒与金属钨发生粘附，用以清除研磨刷上的Al₂O₃颗粒。

本实施方式中，研磨带有金属钨层的控片的速率为4500埃/分～5000埃/分，研磨控片使研磨刷上Al₂O₃颗粒清除干净所需时间为8秒～12秒。其中，一个优选实施例，研磨带有金属钨层的控片的速率为4800埃/分，研磨刷的转速为110转/分，晶圆的转速为108转/分，研磨控片使研磨刷上Al₂O₃颗粒清除干净所需时间为10秒。

执行步骤S3，研磨接触孔密度高的第n晶圆至形成钨插塞，......研磨接触孔密度高的第m-1晶圆至形成钨插塞；

将研磨刷上的Al₂O₃颗粒清除后，再研磨后续的接触孔密度高的晶圆上的金属钨层至露出绝缘介质层，形成钨插塞。由于研磨刷上的Al₂O₃颗粒已经被清除，在对接触孔密度高的晶圆上的金属钨进行研磨时，不会产生大量的Al₂O₃颗粒残留，使接触孔密度高的晶圆和接触孔密度低的晶圆上的钨插塞Al₂O₃颗粒残留量接近，进行使整批的晶圆的电性能相差较大。

执行步骤S4，以此类推直至整批的晶圆全部研磨完成；

采用步骤S1～S3的方法，将整批晶圆全部研磨完后，使整批晶圆上的钨插塞表面的Al₂O₃颗粒数相差不多，且每片晶圆上的Al₂O₃颗粒的量不会导致钨插塞电性能下降太多。

执行步骤S5，在晶圆表面用化学试剂浸泡，进行研磨清洗。

具体工艺为：将晶圆表面及研磨刷上用化学试剂进行浸泡5秒～7秒，使晶圆表面与研磨刷完全被化学试剂浸润。然后，再用研磨刷研磨去除晶圆的钨插塞表面的Al₂O₃颗粒。由于化学试剂能与Al₂O₃颗粒发生反应，因此能将钨插塞上吸附的Al₂O₃颗粒进一步去除，进而更进一步提高半导体器件的电性能及晶圆的良率。

本实施方式中，化学试剂为氨水和水，比例为1∶3。清洗单片晶圆的时间为25秒～40秒，具体可以是30秒。

其中，在清洗完晶圆后还需要对整批晶圆进行逐片甩干。所述单片晶圆甩干时间为50秒～60秒，具体可以是56秒。

如图3所示，当用化学试剂研磨清洗形成有钨插塞的晶圆时，研磨颗粒Al₂O₃在化学试剂的PH值向由弱性向碱性变化时，其电势由正值向负值变化，但变化程度不大；而绝缘介质层材料为SiO₂，其在化学试剂的PH值向由弱性向碱性变化时，其电势也由正值向负值变化，但是其负的程度在加大；同时，钨相对于而绝缘介质层材料SiO₂，其电势由正电势变为负电势的程度更大，说明钨比绝缘介质层材料SiO₂更容易吸附研磨颗粒Al₂O₃，也说明用带有金属钨层的控片去吸附负载于研磨刷上的研磨颗粒Al₂O₃是有效的。

如图4所示，将晶圆表面及研磨刷(PVA)上用化学试剂进行浸泡5秒～7秒，使晶圆上的绝缘介质层与钨插塞表面与研磨刷完全被化学试剂浸润。在研磨清洗去除研磨颗粒Al₂O₃时，如果晶圆是低密度钨插塞的晶圆时，即表面有高的SiO₂，如果研磨颗粒Al₂O₃同时被研磨刷(PVA)和低钨插塞密度的晶圆吸附时，研磨刷(PVA)更容吸附到研磨颗粒Al₂O₃；同时随着吸附到的研磨颗粒Al₂O₃越来越多，研磨刷自身的负载也会增加，这时候如果高密度钨插塞的晶圆被研磨刷(PVA)清洗时，钨插塞表面容易从研磨刷(PVA)上吸附超载的研磨颗粒Al₂O₃，导致其表面研磨颗粒多的问题。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种改善研磨颗粒残留的方法，其特征在于，包括：

S1研磨接触孔密度低的第一晶圆至形成钨插塞，依次研磨直至研磨接触孔密度低的第n-1晶圆至形成钨插塞；

S2研磨带有金属钨层的控片；

S3研磨接触孔密度高的第n晶圆至形成钨插塞，依次研磨直至研磨接触孔密度高的第m-1晶圆至形成钨插塞；

S4以此类推顺序重复执行S1至S3步骤直至整批的晶圆全部研磨完成；

S5在晶圆表面用化学试剂浸泡，进行研磨清洗。

2.如权利要求1所述改善研磨颗粒残留的方法，其特征在于，研磨晶圆的速率为4500埃/分～5000埃/分，时间为30秒～50秒。

3.如权利要求1所述改善研磨颗粒残留的方法，其特征在于，研磨带有金属钨层的控片的速率为4500埃/分～5000埃/分，时间为8秒～12秒。

4.如权利要求1所述改善研磨颗粒残留的方法，其特征在于，所述化学试剂为氨水和水，比例为1∶3。

5.如权利要求1所述改善研磨颗粒残留的方法，其特征在于，清洗晶圆的时间为25秒～40秒。

6.如权利要求1所述改善研磨颗粒残留的方法，其特征在于，在清洗完晶圆后还包括：对整批晶圆进行逐片甩干。

7.如权利要求6所述改善研磨颗粒残留的方法，其特征在于，所述单片晶圆甩干时间为50秒～60秒。