CN101894735A

CN101894735A - 化学机械研磨后残留物的去除方法

Info

Publication number: CN101894735A
Application number: CN2009100515558A
Authority: CN
Inventors: 黄孝鹏
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2010-11-24

Abstract

本发明揭露了一种化学机械研磨后残留物的去除方法，包括：提供一化学机械研磨后的晶片；使用酸性溶液清洗所述晶片；使用碱性溶液清洗所述晶片。本发明可有效去除化学机械研磨后晶片表面的残留物，提高半导体器件的可靠性及稳定性。

Description

化学机械研磨后残留物的去除方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种化学机械研磨后残留物的去除方法。

背景技术

随着半导体器件尺寸日益减小，由于多层互连或填充深度比较大的沉积过程导致了晶片表面过大的起伏，引起光刻工艺聚焦的困难，使得对线宽的控制能力减弱，降低了整个晶片上线宽的一致性，因此，业界引入了化学机械研磨(chemical mechanical planarization，CMP)来平坦化晶片表面。一般来说，化学机械研磨技术在非金属平坦化中的应用主要包括：浅槽隔离化学机械研磨(STI CMP)、多晶硅化学机械研磨(POLY CMP)、层间介质化学机械研磨(PMDCMP)以及金属间介质化学机械研磨(IMD CMP)。

其中，浅槽隔离化学机械研磨的目标是研磨掉比氮化硅层高的所有氧化层，使得在后续进行的刻蚀工艺中，可以利用热磷酸剥离掉所述氮化硅层，从而实现平坦化。浅槽隔离化学机械研磨通常包括如下步骤：首先，将晶片放置于一研磨头上，并使所述晶片表面向下与一研磨垫(Pad)接触，然后，通过晶片表面与所述研磨垫之间的相对运动将所述晶片表面平坦化。所述研磨液一般包含有化学腐蚀剂和研磨颗粒，通过化学腐蚀剂和所述待研磨表面的化学反应生成较软的容易被去除的材料，通过研磨颗粒的机械作用将所述较软的材料去除。而晶片经过研磨后，研磨液中的化学腐蚀剂和晶片表面反应生成的反应物以及大量的研磨颗粒易附着于晶片表面形成残留物。因此，在化学机械研磨工艺后，必须进行多次表面清洗工艺，以去除这些残留物。

目前，业界清除晶片表面的残留物仍以湿式化学清洗法(wet chemicalcleaning)为主要形式，一般来说，主要包括如下步骤：首先，将完成化学机械研磨的晶片放入一清洗槽，用毛刷(brush)进行擦洗并同时用氢氧化铵溶液进行清洗；接着，将所述晶片放入另一清洗槽用毛刷进行擦洗并同时用氢氟酸溶液进行清洗；然后，使用去离子水冲洗所述晶片；最后甩干所述晶片。

但是，在实际的清洗过程结束时，仍存在大量的残留物附着在晶片表面，而这些残留物对半导体器件的电性及工艺制造均会造成影响，特别是后段金属互连工艺对这些残留物更加敏感，严重影响了半导体器件的可靠性及稳定性。

如何减少化学机械研磨后晶片表面的残留物是本领域技术人员一直希望解决但却没有解决的问题之一。

发明内容

本发明提供一种化学机械研磨后残留物的去除方法，以减少化学机械研磨后的晶片表面的残留物，提高了半导体器件的可靠性及稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种化学机械研磨后残留物的去除方法，包括：提供一化学机械研磨后的晶片；使用酸性溶液清洗所述晶片；使用碱性溶液清洗所述晶片。

可选的，所述酸性溶液为氢氟酸溶液。

可选的，所述氢氟酸溶液的浓度为0.4％至0.6％。

可选的，使用所述酸性溶液清洗所述晶片的时间为10秒至50秒。

可选的，所述碱性溶液为氢氧化铵溶液。

可选的，所述氢氧化铵溶液的浓度为28％至30％。

可选的，使用所述碱性溶液清洗所述晶片的时间为10秒至50秒。

可选的，使用所述酸性溶液清洗所述晶片的同时使用毛刷擦洗所述晶片。

可选的，使用所述碱性溶液清洗所述晶片的同时使用毛刷擦洗所述晶片。

可选的，在使用所述碱性溶液清洗所述晶片后，还包括：使用去离子水清洗所述晶片并甩干的步骤。

与现有技术相比，本发明所提供的化学机械研磨后残留物的去除方法，首先使用酸性溶液清洗晶片，之后再使用碱性溶液清洗所述晶片，其可以有效避免氢氧化铵溶液里带负电荷的离子，与残留物中带有正电荷的离子反应生成一些难去除的残留物，可达到极佳的清洗效果，提高了半导体器件的可靠性及稳定性。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的化学机械研磨后残留物的去除方法的流程图；

图2为现有的去除方法后与采用本发明一实施例所提供的去除方法后的残留物分布的比较图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

在半导体制造工艺中，浅槽隔离工艺具有隔离效果好，占用面积小等优点，典型的浅槽隔离工艺通常包括如下步骤：首先，在硅衬底上依次形成氧化硅层和氮化硅层，接着刻蚀所述氮化硅层、氧化硅层和硅衬底形成一沟槽，再生长一层薄的二氧化硅，接下来进行浅槽隔离化学机械研磨工艺，以研磨掉比氮化硅层高的所有氧化层，使得在后续进行的刻蚀工艺中，可以利用热磷酸剥离掉氮化硅层，从而实现平坦化。

但是，在浅槽隔离化学机械研磨过程中，研磨液中的化学腐蚀剂和晶片表面反应生成的反应物以及大量的研磨颗粒易附着于晶片表面形成残留物。因此，在化学机械研磨工艺后，必须进行多次表面清洗工艺，以去除这些残留物。

目前业界清除晶片表面的残留物仍以湿式化学清洗法为主要形式，通常包括如下步骤：首先，将完成化学机械研磨的晶片放入一清洗槽，用毛刷进行擦洗，并同时用氢氧化铵溶液进行清洗，所述氢氧化铵溶液可以去除一些在研磨时残留在晶片表面的微粒与有机物。但是，氢氧化铵溶液里带负电荷的离子，易与这些残留物中带有正电荷的离子反应，从而生成另外一些易粘附于晶片表面的残留物，影响了清洗效果。接着，将所述晶片放入另一清洗槽用毛刷进行擦洗，并同时用氢氟酸溶液进行清洗，所述氢氟酸能有效的去除晶片表面上的金属氧化物，包括化学机械研磨过程所带来的微小划伤，以及微粒与有机物等，但是难以去除氢氧化铵溶液里带负电荷的离子与这些残留物中带有正电荷的离子反应形成的残留物，最后即使再使用去离子水冲洗所述晶片，仍然会有大量的残留物附着在晶片表面，而这些残留物对半导体器件的电性及工艺制造均会造成影响，特别是后段金属互连工艺对这些残留物更加敏感，因而需要尽可能的减少或去除该残留物，以提高半导体器件的稳定性和可靠性。

本发明的核心思想在于，通过分析化学机械研磨后残留物的形成原因，对现有工艺进行最小的改进，达到极佳的清洗效果，提高半导体器件的可靠性及稳定性。

下面将结合附图对本发明的化学机械研磨后残留物的去除方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

请参考图1，其为本发明一实施例提出的化学机械研磨后残留物的去除方法的流程图，结合该图，该方法包括步骤：

步骤11，提供一化学机械研磨后的晶片。浅槽隔离化学机械研磨过程通常包括如下步骤：首先将所述晶片放置于化学机械设备的研磨头上，并使所述晶片表面向下与一研磨垫接触，然后，通过晶片表面与所述研磨垫之间的相对运动将所述晶片表面平坦化。所述研磨液一般包含有化学腐蚀剂和研磨颗粒，通过化学腐蚀剂和所述待研磨表面的化学反应生成较软的容易被去除的材料，通过研磨颗粒的机械作用将所述较软的材料去除。而晶片经过浅槽隔离化学机械研磨后，研磨液中的化学腐蚀剂和晶片表面反应生成的反应物以及大量的研磨颗粒易附着于晶片表面形成残留物。

步骤12，使用酸性溶液清洗所述晶片。

在本发明一实施例中，所述酸性溶液为氢氟酸溶液，所述氢氟酸溶液的浓度为0.4％至0.6％。在本发明的其它实施例中，所采用的酸性溶液也可为草酸、柠檬酸或醋酸等其它酸性溶液。当然，所述酸性溶液的浓度也可根据所使用的酸性溶液的种类以及需要达到的去除效果设定。

本发明首先使用酸性溶液清洗化学机械研磨后的晶片，通过酸性溶液去除晶片表面的微粒与有机物等残留物，尤其是其中一些带有负电荷的离子，从可避免接下来使用的氢氧化铵溶液里带负电荷的离子，与这些残留物中带有正电荷的离子反应，生成另外一些易粘附于晶片表面的残留物。此外，所述氢氟酸能有效的去除晶片表面上的氧化物，包括化学机械研磨过程所带来的微小划伤。

使用所述酸性溶液清洗所述晶片的时间也可根据需要达到的去除效果设定，本领域技术人员可以通过实验获得具体的工艺参数，例如，清洗时间为10秒～50秒。

较佳地，为增加晶片表面微粒的去除程度，在使用酸性溶液清洗所述晶片的同时，在化学机械研磨设备的清洗槽内用软毛刷擦洗晶片表面，可更有效的去除晶片表面的微粒。

步骤13，使用碱性溶液清洗所述晶片。

其中，所述碱性溶液为氢氧化铵溶液，所述氢氧化铵溶液的浓度为28％至30％。在本发明的其它实施例中，所采用的碱性溶液不限于氢氧化铵，其浓度也可根据需要达到的去除效果设定。使用所述碱性溶液清洗所述晶片的时间也可根据需要达到的去除效果设定，本领域技术人员可以通过实验获得具体的工艺参数，例如，清洗时间为10秒～50秒。

由于本发明改变了化学清洗的顺序，首先使用酸性溶液清洗所述晶片，因此，晶片表面的易与氢氧化铵溶液反应生成难去除的残留物的带负电荷的离子，已被酸性溶液去除，此外，所述酸性溶液和所述晶片表面的残留物可发生化学反应生成较软的材料，此时再使用碱性溶液去除剩余的附着在晶片表面的残留物，可有效的清洁晶片，提高半导体器件的稳定性和可靠性，且并未引进新的化学试剂，不会对制程带来任何副作用，提高了半导体器件的稳定性和可靠性。

较佳地，为增加晶片表面微粒的去除程度，在使用碱性溶液清洗所述晶片的同时，使用软毛刷擦洗晶片表面，可更有效的去除晶片表面的微粒。

本发明一实施例所提供的化学机械研磨后残留物的去除方法还包括：

步骤14，使用去离子水清洗所述晶片。通过所述去离子水清洗可去除在使用酸性溶液清洗时残留于晶片表面的酸根离子和碱性溶液清洗时残留的氨根离子，以避免所述酸性或碱性离子对后续的制程的影响，例如氨根离子容易与光刻胶反应而生成光刻胶残留。

步骤15，甩干所述晶片。

完成使用去离子水清洗所述晶片的步骤后，可将所述晶片通过旋转的方法甩干。经过上述的清洗步骤后，可有效去除晶片表面的残留物，达到极佳的清洗效果。

请继续参考图2，其为现有的去除方法后与采用本发明一实施例所提供的去除方法后的残留物分布的比较图，其中，图2a为现有的去除方法完成后的残留物的分布图，图2b是采用本发明一实施例所提供的去除方法后的残留物的分布图。

图2是通过电子显微镜观察所得，比较图2a和图2b可以明显看出，采用本发明一实施例所提供的去除方法的效果是非常突出的，几乎没有残留物出现。可以得知，本发明虽然进行较小的改进，但是由于找到了问题发生的根本原因，所以达到了极佳的化学机械研磨后残留物的去除效果，并且未使用新的化学试剂，不会对制程带来任何副作用，提高了半导体器件的稳定性和可靠性。

综上所述，本发明提供一种化学机械研磨后残留物的去除方法，首先使用酸性溶液清洗化学机械研磨后的晶片，再使用碱性溶液清洗所述晶片，可有效去除晶片表面的残留物，提高半导体器件的可靠性及稳定性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种化学机械研磨后残留物的去除方法，包括：

提供一化学机械研磨后的晶片；

使用酸性溶液清洗所述晶片；

使用碱性溶液清洗所述晶片。

2.如权利要求1所述的化学机械研磨后残留物的去除方法，其特征在于，所述酸性溶液为氢氟酸溶液。

3.如权利要求2所述的化学机械研磨后残留物的去除方法，其特征在于，所述氢氟酸溶液的浓度为0.4％至0.6％。

4.如权利要求2所述的化学机械研磨后残留物的去除方法，其特征在于，使用所述酸性溶液清洗所述晶片的时间为10秒至50秒。

5.如权利要求1所述的化学机械研磨后残留物的去除方法，其特征在于，所述碱性溶液为氢氧化铵溶液。

6.如权利要求5所述的化学机械研磨后残留物的去除方法，其特征在于，所述氢氧化铵溶液的浓度为28％至30％。

7.如权利要求5所述的化学机械研磨后残留物的去除方法，其特征在于，使用所述碱性溶液清洗所述晶片的时间为10秒至50秒。

8.如权利要求1所述的化学机械研磨后残留物的去除方法，其特征在于，使用所述酸性溶液清洗所述晶片的同时使用毛刷擦洗所述晶片。

9.如权利要求1所述的化学机械研磨后残留物的去除方法，其特征在于，使用所述碱性溶液清洗所述晶片的同时使用毛刷擦洗所述晶片。

10.如权利要求1所述的化学机械研磨后残留物的去除方法，其特征在于，在使用所述碱性溶液清洗所述晶片后，还包括：使用去离子水清洗所述晶片并甩干的步骤。