CN102039283A - Ti阻挡层材料化学机械抛光后的表面洁净方法 - Google Patents

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本发明公开了一种Ti阻挡层材料化学机械抛光后的表面洁净方法，旨在提供一种能够降低Ti阻挡层材料碱性化学机械抛光的后续加工成本，使用方法简单易行，能够提高Ti阻挡层表面质量的方法。配制水溶性表面洁净液：取电阻为18MΩ以上的超纯水边搅拌边加入表面活性剂和FA/O II型螯合剂，搅拌均匀后得pH值为6.5-7.5水溶性表面洁净液；使用洁净液迅速对Ti阻挡层材料采用1000-5000mL/min的大流量在0-0.01大气压的低压力条件下进行抛光清洗；使用稀释后的阻蚀剂溶液迅速对Ti阻挡层材料进行零压力抛光清洗，流量为1000-5000mL/min；用电阻为18MΩ以上的超纯水在零压力、流量为1000-5000mL/min的条件下冲洗Ti阻挡层材料。

Description

Ti阻挡层材料化学机械抛光后的表面洁净方法
技术领域
本发明涉及一种Ti阻挡层材料化学机械抛光后的表面洁净方法。
背景技术
纯钛是银白色的金属，它具有许多优良性能。钛的密度为4.54g/cm3，比钢轻43％，比久负盛名的轻金属镁稍重一些。机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。钛耐高温，熔点1942K，比黄金高近1000K，比钢高近500K。钛属于化学性质比较活泼的金属。加热时能与O2、N2、H2、S和卤素等非金属作用。但在常温下，钛表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜，可以抵抗强酸甚至王水的作用，表现出强的抗腐蚀性。因此，一般金属在酸的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。
在GLSI金属化工艺中，阻挡层成为其越来越重要的组成部分。没有阻挡层，硅和金属间的相互反应会造成“结穿透”，导致高阻或者彻底的接触失效，也会发生一些与电迁移相关的可靠性间题。所以，阻挡层金属在半导体工艺被广泛使用，对阻挡层金属的基本特性要求是有很好的阻挡扩散特性。通常用做阻挡层的金属是一类具有高熔点的金属，如钛Ti、钨W、钽Ta、钼MO、钴Co、铂Pt等。钛Ti作阻挡层有以下特点：高电导率，具有较低的欧姆接触电阻；在半导体和金属之间有很好的粘附性，不容易剥落(Peeling)；抗电迁移；能形成均匀的薄膜，并且具有良好的稳定性；抗腐蚀和氧化。因此钛以其优良阻挡特性，被广泛应用于超大规模集成电路的制造中。
作为Ti阻挡层材料表面处理技术之一的抛光后表面洁净技术尤其重要。目前Ti阻挡层批量抛光生产后表面洁净采用水冲洗的方法，由于晶片表面温度高、能量高、表面张力大，虽然抛光停止了，但是晶片表面的反应有一个滞后的过程，简单的水冲洗不能避免抛光液的分布不均匀、沾污金属离子等现象，使得清洗后Ti阻挡层材料表面有蚀圈，在8英寸芯片上，粒径大于0.1微米的粒子在1000个以上，从而造成后续加工中成本的提高及器件成品率的降低。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种能够降低Ti阻挡层材料碱性化学机械抛光的后续加工成本，使用方法简单易行，能够提高Ti阻挡层表面质量的方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种Ti阻挡层材料化学机械抛光后的表面洁净方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)配制水溶性表面洁净液：取电阻为18MΩ以上的超纯水边搅拌边加入表面活性剂和FA/O II型螯合剂，搅拌均匀后得pH值为6.5-7.5水溶性表面洁净液，得到的洁净液中，表面活性剂的重量百分比为0.5-5％，FA/O II型螯合剂的重量百分比为0.1-5％；
(2)使用步骤(1)中得到的水溶性表面洁净液迅速对碱性化学机械抛光后的Ti阻挡层材料采用1000-5000ml/min的大流量在0-0.01大气压的低压力条件下进行抛光清洗，抛光清洗的时间为30s-3min；
(3)采用电阻为18MΩ以上的超纯水稀释阻蚀剂得到阻蚀剂的重量百分比浓度为0.1-5％的阻蚀剂溶液，使用稀释后的阻蚀剂溶液迅速对步骤(2)清洗后的Ti阻挡层材料进行零压力抛光清洗，流量为1000-5000ml/min，抛光清洗的时间为30s-3min；
(4)用电阻为18MΩ以上的超纯水在零压力、流量为1000-5000ml/min的条件下对步骤(3)清洗后的Ti阻挡层材料冲洗30s-3min。
其中，零压力是指压力表上的压力为零，只有抛光盘的自重压力。
0-0.01大气压的低压力中的0.01个大气压为压力表上的数值，不含有自重压力。
表面活性剂为FA/OI型表面活性剂、Oπ-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、Oπ-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)、O-20(C12-18H25-37-C6H4-O-CH2CH2O)70-H)、JFC中的任一种。FA/OI型表面活性剂为天津晶岭微电子材料有限公司市售产品。
所述FA/O II型螯合剂是天津晶岭微电子材料有限公司市售产品，为乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)，可简写为NH2RNH2，其结构式如下，
Figure BDA0000023514670000031
所述阻蚀剂为苯并三唑或六次甲基四胺。
本发明具有下述技术效果：
1.本发明的方法在Ti阻挡层材料进行碱性CMP后，选用含表面活性剂、螯合剂的洁净液、阻蚀剂、电阻为18MΩ以上的超纯水等进行大流量抛光清洗晶片表面，可迅速将晶片表面残留的、分布不均的抛光液冲走，防止局部继续反应，而且，大流量的清洗带出的热量使晶片各部分温度分布一致，温度一致性好，抛光清洗后可以获得洁净、完美的抛光表面。
2.本发明的方法中所使用的洁净液为水溶性，其中的表面活性剂可使抛光后Ti阻挡层材料表面很高的表面能量迅速降低，减少损伤层，提高Ti阻挡层材料表面质量的均匀性；FA/O II型螯合剂可与晶片表面残留的金属离子发生反应，生成可溶性的大分子螯合物，在大流量抛光清洗作用下脱离Ti阻挡层材料表面；阻蚀剂可在抛光后Ti阻挡层材料表面形成单分子钝化膜，阻止Ti阻挡层材料表面不均匀分布的抛光液继续与Ti阻挡层材料反应而形成不均匀腐蚀，提高抛光后Ti阻挡层材料表面的完美性，从而获得洁净、完美的抛光表面。
3.本发明的方法通过大流量、低压力抛光清洗可有效地使表面活性剂、螯合剂及阻蚀剂的作用相互配合，共同作用，及时将残留的抛光液冲走，使表面迅速吸附易清洗物质，降低表面张力使表面呈物理吸附状态、形成单分子钝化膜、并使金属离子形成可溶的螯合物，获得高质量的晶片，从而降低后续加工的成本，提高器件成品率，使用方便简单易行。而且，洁净液的成本低、不污染环境及腐蚀设备。
4.本发明的洁净液呈中性，可有效防止残留的抛光液继续腐蚀晶片，降低化学作用。
5、本发明的方法在低压力下进行，可以使洁净液与清洗表面充分接触，同时在大流量洁净液的作用下有效带走表面清洗下来的污染物，提高表面清洗质量；若压力过大，则会对表面有摩擦，影响抛光后的表面质量。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
(1)取电阻为18MΩ上的超纯水497g，边搅拌边加入表面活性剂FA/OI型表面活性剂2.5g和FA/O II型螯合剂0.5g，搅拌均匀后得pH值为6.7近似为中性的水溶性表面洁净液。
(2)用步骤(1)得到的洁净液迅速对碱性化学机械抛光后的Ti阻挡层材料进行抛光清洗，流量为1000ml/min，压力为零压力(自重压力)，抛光清洗30s。
(3)用电阻为18MΩ的超纯水499.5稀释苯并三唑阻蚀剂0.5g，用稀释后的苯并三唑溶液迅速对步骤(2)清洗后的Ti阻挡层材料进行零压力(自重压力)抛光清洗，流量为1000ml/min，抛光清洗的时间30s。
(4)用电阻为18MΩ的超纯水在零压力(自重压力)、流量为1000ml/min的条件下对步骤(3)清洗后的Ti阻挡层材料冲洗30s。
经过上述清洗过程后，Ti阻挡层材料表面光洁无蚀圈，清洁效果好，在8英寸芯片上，粒径大于0.1微米的粒子小于10个，表面粗糙度达到0.3nm级别。
实施例2：
(1)取电阻为18MΩ的超纯水2054g，边搅拌边加入表面活性剂Oπ-1042g和FA/O II型螯合剂38g，搅拌均匀后得pH值为6.9近似为中性的水溶性表面洁净液。
(2)用步骤(1)得到的洁净液迅速对碱性化学机械抛光后的Ti阻挡层材料进行抛光清洗，流量为1600ml/min，压力为0.01个大气压，抛光清洗80s。
(3)用电阻为18MΩ的超纯水2096g稀释六次甲基四胺阻蚀剂38g，用稀释后的六次甲基四胺溶液迅速对步骤(2)清洗后的Ti阻挡层材料进行零压力(自重压力)抛光清洗，流量为1600ml/min，抛光清洗的时间80s。
(4)用电阻为18MΩ的超纯水在零压力(自重压力)、流量为1600ml/min的条件下对步骤(3)清洗后的Ti阻挡层材料冲洗80s。
经过上述清洗过程后，Ti阻挡层材料表面光洁无蚀圈，清洁效果好，在8英寸芯片上，粒径大于0.1微米的粒子小于10个，表面粗糙度达到0.3nm级别。
实施例3
(1)取电阻为18MΩ的超纯水5643.56g，边搅拌边加入表面活性剂O-20212.42g和FA/O II型螯合剂212.42g，搅拌均匀后得pH值为7.3近似为中性的水溶性表面洁净液。
(2)用步骤(2)得到的洁净液迅速对碱性化学机械抛光后的Ti阻挡层材料进行抛光清洗，流量为2800ml/min，压力为0.005个大气压，抛光清洗130s。
(3)用电阻为18MΩ的超纯水5855.98g稀释六次甲基四胺阻蚀剂212.42g，用稀释后的六次甲基四胺溶液迅速对步骤(2)清洗后的Ti阻挡层材料进行零压力(自重压力)抛光清洗，流量为2800ml/min，抛光清洗的时间130s。
(4)用电阻为18MΩ的超纯水在零压力(自重压力)、流量为2800ml/min的条件下对步骤(3)清洗后的Ti阻挡层材料冲洗130s。
经过上述清洗过程后，Ti阻挡层材料表面光洁无蚀圈，清洁效果好，在8英寸芯片上，粒径大于0.1微米的粒子小于10个，表面粗糙度达到0.3nm级别。
实施例4：
(1)取电阻为18MΩ的超纯水13500g，边搅拌边加入表面活性剂JFC750g和FA/O II型螯合剂750g，搅拌均匀后得pH值为7.5近似为中性的水溶性表面洁净液。
(2)对碱性化学机械抛光后的Ti阻挡层材料立即用步骤(1)得到的洁净液进行抛光清洗，流量为5000ml/min，压力为0.01个大气压，抛光清洗180s。
(3)用电阻为18MΩ的超纯水14250g稀释苯并三唑阻蚀剂750g，用稀释后的苯并三唑溶液迅速对步骤(2)清洗后的Ti阻挡层材料进行零压力(自重压力)抛光清洗，流量为5000ml/min，抛光清洗的时间180s。
(4)用电阻为18MΩ的超纯水在零压力(自重压力)、流量为5000ml/min的条件下下对步骤(3)清洗后的Ti阻挡层材料冲洗180s。
经过上述清洗过程后，Ti阻挡层材料表面光洁无蚀圈，清洁效果好，在8英寸芯片上，粒径大于0.1微米的粒子小于10个，表面粗糙度达到0.3nm级别。

Claims (3)

1.一种Ti阻挡层材料化学机械抛光后的表面洁净方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)配制水溶性表面洁净液：取电阻为18MΩ以上的超纯水边搅拌边加入表面活性剂和FA/O II型螯合剂，搅拌均匀后得pH值为6.5-7.5水溶性表面洁净液，得到的洁净液中，表面活性剂的重量百分比为0.5-5％，FA/O II型螯合剂的重量百分比为0.1-5％，余量的电阻为18MΩ以上的超纯水；
(2)使用步骤(1)中得到的水溶性表面洁净液迅速对碱性化学机械抛光后的Ti阻挡层材料采用1000-5000ml/min的大流量在0-0.01个大气压的低压力条件下进行抛光清洗，抛光清洗的时间为30s-3min；
(3)采用电阻为18MΩ以上的超纯水稀释阻蚀剂得到阻蚀剂的重量百分比浓度为0.1-5％的阻蚀剂溶液，使用稀释后的阻蚀剂溶液迅速对步骤(2)清洗后的Ti阻挡层材料进行零压力抛光清洗，流量为1000-5000ml/min，抛光清洗的时间为30s-3min；
(4)用电阻为18MΩ以上的超纯水在零压力、流量为1000-5000ml/min的条件下对步骤(3)清洗后的Ti阻挡层材料冲洗30s-3min。
2.根据权利要求1所述的Ti阻挡层材料碱性化学机械抛光后的表面洁净方法，其特征在于，所述表面活性剂为FA/OI型表面活性剂、Oπ-7、Oπ-10、O-20、JFC中的任一种。
3.根据权利要求1所述的Ti阻挡层材料碱性化学机械抛光后的表面洁净方法，其特征在于，所述阻蚀剂为苯并三唑或六次甲基四胺。
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