CN101908465A

CN101908465A - 化学机械研磨后残留物的去除方法

Info

Publication number: CN101908465A
Application number: CN2009100525507A
Authority: CN
Inventors: 黄孝鹏
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2010-12-08

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；使用化学清洗液清洗所述晶片；使用去离子水冲洗所述晶片；再次使用所述化学清洗液清洗所述晶片。本发明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。

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

随着半导体器件的尺寸日益减小，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 Polishing，CMP)来平坦化晶片表面。

化学机械研磨的过程通常包括如下步骤：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，大量的研磨颗粒、金属离子以及有机物极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，业界去除晶片表面的残留物仍以湿式化学清洗法(wet chemical cleaning)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清洗槽，使用毛刷(brush)进行擦洗，并同时用化学清洗液进行清洗，所述化学清洗液可以为柠檬酸溶液；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；使用化学清洗液清洗所述晶片；使用去离子水冲洗所述晶片；再次使用所述化学清洗液清洗所述晶片。

可选的，所述化学清洗液为柠檬酸溶液；其中，所述柠檬酸溶液的浓度为0.6％至1.6％。

可选的，使用化学清洗液清洗所述晶片的时间为10秒至30秒。

可选的，再次使用所述化学清洗液清洗所述晶片的时间为10秒至30秒。

可选的，使用去离子水冲洗所述晶片的时间为5秒至20秒。

可选的，再次使用所述化学清洗液清洗所述晶片之后，还包括：再次使用去离子水冲洗所述晶片并甩干的步骤。

可选的，使用化学清洗液清洗所述晶片的同时使用毛刷擦洗所述晶片。

可选的，再次使用所述化学清洗液清洗所述晶片的同时使用毛刷擦洗所述晶片。

从以上技术方案可以得出，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

采用本发明所述的清洗流程，首先使用化学清洗液清洗晶片，可以去除大部分的残留物，但是由于残留物中的带正电荷的离子，与所述化学清洗液中的带有负电荷的离子反应生成另外一些反应物；故本发明紧接着采用去离子水冲洗就可以去除“已经漂起”的反应物，从而避免了该反应物重新粘附在所述晶片表面形成新的残留物；之后，再次采用所述化学清洗液清洗所述晶片，以去除剩余的残留物。本发明由于找到了问题的核心所在，故对清洗流程进行较小的改进，就可以有效去除化学机械研磨后晶片表面的残留物，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出的化学机械研磨后残留物的去除方法的流程图；

图2a和图2b分别为采用现有的去除方法与采用本发明一实施例提出的去除方法后的残留物分布示意图。

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。

在集成电路制造领域，化学机械研磨已经成为广泛采用的半导体结构平坦化方法。特别是在铜制程的双镶嵌(Dual Damascene)工艺中，铜金属层需要通过化学机械研磨来平坦化。但是，晶片经过铜化学机械研磨后，大量的研磨颗粒、金属离子以及有机物易附着于晶片表面形成残留物。因此，在铜化学机械研磨工艺后，必须进行多次表面清洗工艺。然而，在使用化学清洗液清洗所述晶片的过程中，柠檬酸溶液里带负电荷的离子，容易与这些残留物中带有正电荷的离子反应，从而生成一些反应物，在所述化学清洗过程结束后，虽然晶片表面的研磨颗粒、金属离子以及有机物等被完全去除，但是这些反应物则重新粘附(re-deposition)在晶片表面，形成新的残留物，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。所述晶片可以是铜化学机械研磨后的晶片，所述铜化学机械研磨的过程通常包括如下步骤：首先将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。而晶片经过研磨后，大量的研磨颗粒、金属离子以及有机物极易附着于晶片表面形成残留物。

步骤12，使用化学清洗液清洗所述晶片。

在本发明一实施例中，所述化学清洗液为柠檬酸溶液，所述柠檬酸溶液的浓度为0.6％至1.6％，例如，采用CST100作为所述化学清洗液，所述CST100为一商品名，由日本公司WAKO生产。当然，所述化学清洗液的种类和浓度可根据需要达到的去除效果设定。使用所述化学清洗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秒至30秒。

较佳地，为增加晶片表面微粒的去除程度，在使用所述化学清洗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所述晶片表面，可更有效的去除晶片表面的微粒。

本发明首先使用所述化学清洗液清洗所述化学机械研磨后的晶片，通过所述化学清洗液去除晶片表面一部分的微粒、金属离子与有机物等残留物。但是由于残留物中的带正电荷的离子，与所述化学清洗液中的带有负电荷的离子反应生成另外一些反应物，此时，这些反应物“已经漂起”或者附着在晶片表面，但是并没有完全重新粘附(re-deposition)。

步骤13，使用去离子水冲洗所述晶片。所述步骤13可以在去离子水冲洗槽(QDR)中完成，此时，采用去离子水冲洗可以将没有完全重新粘附的反应物通过物理冲洗的方式去除。本领域技术人员可以通过实验获知具体的工艺参数，例如，采用适当的冲洗力度，使用去离子水冲洗5秒至20秒。当然，步骤13同时清洗去除了附着在晶片表面的化学清洗液。

步骤14，再次使用所述化学清洗液清洗所述晶片，以去除剩余的残留物。其中，再次使用所述化学清洗液清洗所述晶片的时间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秒至30秒。

较佳地，为增加晶片表面微粒的去除程度，再次使用所述化学清洗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所述晶片表面，可更有效的去除晶片表面的微粒。

由于本发明已经采用去离子水冲洗掉“已经漂起”的反应物，从而避免了该反应物重新粘附在所述晶片表面，并且晶片表面的易与所述化学清洗液反应生成难去除的反应物的带负电荷的离子，已被去离子水冲洗掉，因此，步骤14再次采用所述化学清洗液清洗所述晶片，这时不会生成新的反应物，且可去除掉剩余在晶片表面的其它残留物，可有效地清洁晶片，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，不会对铜制程带来任何副作用。

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还包括：

步骤15，再次使用去离子水冲洗所述晶片。通过所述去离子水冲洗可去除在使用化学清洗液清洗时残留于晶片表面的酸根离子，以避免所述酸性离子对后续的制程的影响。

步骤16，甩干所述晶片。

完成使用去离子水冲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研磨颗粒、金属离子、有机物等残留物，达到极佳的清洗效果。

请继续参考图2a和图2b，其为采用现有的去除方法与采用本发明一实施例提出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示意图，图2b是采用本发明一实施例提出的去除方法后的残留物的分布示意图。

图2a和图2b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提出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清洗液，不会对铜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，首先使用化学清洗液清洗所述晶片；接着使用去离子水冲洗所述晶片；然后再次使用所述化学清洗液清洗所述晶片，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；

使用化学清洗液清洗所述晶片；

使用去离子水冲洗所述晶片；

再次使用所述化学清洗液清洗所述晶片。

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，所述化学清洗液为柠檬酸溶液。

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，所述柠檬酸溶液的浓度为0.6％至1.6％。

4.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，使用化学清洗液清洗所述晶片的时间为10秒至30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，再次使用所述化学清洗液清洗所述晶片的时间为10秒至30秒。

6.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，使用去离子水冲洗所述晶片的时间为5秒至20秒。

7.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，再次使用所述化学清洗液清洗所述晶片之后，还包括：再次使用去离子水冲洗所述晶片并甩干的步骤。

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，使用化学清洗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，再次使用所述化学清洗液清洗所述晶片的同时使用毛刷擦洗所述晶片。