CN102157368A

CN102157368A - 化学机械研磨的残留物去除方法

Info

Publication number: CN102157368A
Application number: CN 201010110195
Authority: CN
Inventors: 邓武锋
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2010-02-11
Filing date: 2010-02-11
Publication date: 2011-08-17

Abstract

本发明公开了一种化学机械研磨的残留物去除方法，包括：将晶片表面与化学机械研磨机台的研磨垫接触；利用研磨液对晶片进行化学机械研磨；升起所述晶片；利用酸性溶液清洗所述晶片和研磨垫；利用去离子水清洗所述晶片和研磨垫，该方法可有效去除晶片表面的残留物，提高半导体器件的可靠性。

Description

化学机械研磨的残留物去除方法

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的残留物去除方法。

背景技术

随着超大规模集成电路的飞速发展，集成电路制造工艺变得越来越复杂和精细，为了提高集成度，降低制造成本，半导体器件的尺寸日益减小，平面布线已难以满足半导体器件高密度分布的要求，只能采用多层布线技术，进一步提高半导体器件的集成密度。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。为此，需要对不规则的晶片表面进行平坦化处理。目前，化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是达成全局平坦化的最佳方法，尤其是在半导体制作工艺进入亚微米领域后，化学机械研磨已成为一项不可或缺的制作工艺技术。

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研磨机台的研磨头上，并使所述晶片的待研磨表面向下与研磨垫(Pad)接触；接着，向所述化学机械研磨机台通入研磨液，并通过晶片表面与研磨垫之间的相对运动将晶片表面平坦化；接着，利用所述化学机械研磨机台的研磨头升起所述晶片；最后，利用去离子水清洗所述晶片和研磨垫。

在铜金属的化学机械研磨过程中，所述研磨液一般包含有化学助剂以及研磨粉体，所述化学助剂通常为pH值缓冲剂、氧化剂或表面活性剂等，所述研磨粉体通常为硅土或铝土等成分，通过所述化学助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，通过所述研磨粉体的机械作用将所述较软的材料去除。另外，由于铜极易氧化及腐蚀，因此还需在所述研磨液中加入苯并三氮唑(benzotriazole，BTA)，以形成有机的Cu-BTA薄膜来保护金属铜，避免铜被腐蚀和氧化。

但是，在实际生产中发现，由于作为铜腐蚀抑制剂的BTA的水溶性不佳，且其具有较强的粘附性不易被去除，因此即使利用去离子水清洗晶片和研磨垫，所述晶片和研磨垫表面仍然会有残留的BTA，所述晶片上的BTA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，而所述研磨垫上的BTA残留物则会污染后续进行化学机械研磨工艺的晶片。

发明内容

本发明提供一种化学机械研磨的残留物去除方法，以减少化学机械研磨后的晶片和研磨垫表面的残留物，提高半导体器件的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种化学机械研磨的残留物去除方法，包括：将晶片表面与化学机械研磨机台的研磨垫接触；利用研磨液对晶片进行化学机械研磨；升起所述晶片；利用酸性溶液清洗所述晶片和研磨垫；利用去离子水清洗所述晶片和研磨垫。

可选的，利用酸性溶液自下向上的方向清洗所述晶片。

可选的，所述酸性溶液的pH值范围为5～7。

可选的，所述酸性溶液为柠檬酸溶液。

可选的，所述酸性溶液的浓度为20％～30％，所述酸性溶液的温度为30～50摄氏度，利用酸性溶液清洗所述晶片的时间为10～30秒。

可选的，利用去离子水清洗所述晶片的时间为5～20秒。

可选的，利用所述化学机械研磨机台的研磨头将所述晶片升起。

可选的，所述研磨液中包括苯并三氮唑。

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：

本发明在对晶片进行化学机械研磨之后、利用去离子水清洗所述晶片和研磨垫之前，利用酸性溶液清洗所述晶片和研磨垫，所述酸性溶液可降低晶片表面和研磨垫表面的BTA的黏性，可有效去除化学机械研磨后晶片和研磨垫表面的BTA残留物，提高半导体器件的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提出的化学机械研磨的残留物去除方法的流程图；

图2A和图2B为本发明实施例提出的化学机械研磨机台的示意图；

图3A和图3B分别为采用现有的去除方法与采用本发明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

下面将对本发明进行更详细的描述，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。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1，其为本发明实施例提出的化学机械研磨的残留物去除方法的流程图，结合该图，该方法包括以下步骤：

步骤S100，将晶片表面与化学机械研磨机台的研磨垫接触；

步骤S110，利用研磨液对晶片进行化学机械研磨；

步骤S120，升起所述晶片；

步骤S130，利用酸性溶液清洗所述晶片和研磨垫；

步骤S140，利用去离子水清洗所述晶片和研磨垫。

本发明在对晶片进行化学机械研磨之后、利用去离子水清洗所述晶片和研磨垫之前，增加了利用酸性溶液清洗所述晶片和研磨垫的步骤，所述酸性溶液可降低所述晶片表面和研磨垫表面的BTA的黏性，有效去除化学机械研磨后晶片和研磨垫表面的BTA残留物，达到了极佳的清洗效果，提高了半导体器件的可靠性。

请参考图2A和图2B，其为本发明实施例提出的化学机械研磨机台的示意图，化学机械研磨机台100包括：研磨垫(pad)110、研磨平台(polish platen)120以及研磨头(head)140，其中，研磨垫110贴附于研磨平台120的表面，研磨头140用于夹持、移动以及旋转晶片130。

在步骤S100中，可将吸附着晶片130的研磨头140移动到研磨平台120上方，同时将晶片130压紧到研磨平台120上，该晶片130的待研磨面向下并接触相对旋转的研磨垫110。所述晶片130上具有半导体器件，在所述半导体器件上形成有绝缘层，在所述绝缘层中形成有沟槽，在所述沟槽中沉积有金属铜，可利用化学机械研磨的方式平坦化晶片130的表面。

在步骤S110中，当研磨平台120在马达的带动下旋转时，所述研磨头140也进行相对运动，同时将研磨液输送到研磨垫110上，并通过离心力使所述研磨液均匀地分布在研磨垫110上，并通过晶片130表面与研磨垫110之间的相对运动将晶片130表面平坦化。

所述研磨液一般包含有化学助剂以及研磨粉体，所述化学助剂可以为PH值缓冲剂、氧化剂或表面活性剂等，所述研磨粉体一般为硅土或铝土等成分。通过所述化学助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，通过所述研磨粉体的机械作用将所述较软的材料去除。另外，由于铜极易氧化及腐蚀，因此还需在所述研磨液中加入苯并三氮唑(benzotriazole，BTA)，以形成有机的Cu-BTA薄膜来保护金属铜，以避免铜被腐蚀和氧化。

在步骤S120中，利用所述研磨头140将晶片130升起，使得所述晶片130的研磨表面离开研磨垫110。

发明人研究认为，由于作为铜腐蚀抑制剂的BTA的水溶性不佳，且其具有较强的粘附性不易被去除，因此即使利用去离子水清洗晶片130和研磨垫110，所述晶片130和研磨垫110表面仍然会有残留的BTA。

因此，针对上述研究，进行步骤S130，并参考图2B，利用酸性溶液清洗晶片130和研磨垫110，所述酸性溶液可降低晶片130表面和研磨垫110表面的BTA的黏性，因此，可有效去除化学机械研磨后晶片130和研磨垫110表面的BTA残留物，并且，所述酸性溶液有利于去除晶片130和研磨垫110表面的其它类型的残留物，例如，微粒、金属离子与有机物。

优选的，可直接向晶片130的表面喷洒酸性溶液，也就是说，所述酸性溶液自下向上的方向清洗所述晶片130，有利于通过物理冲洗的方式直接将晶片130上的残留物直接冲洗掉，同时，向研磨垫110的表面直接喷洒酸性溶液，避免研磨垫110上的残留物污染后续进行化学机械研磨工艺的晶片，达到了极佳的清洗效果，提高了半导体器件的可靠性。

较佳的，所述酸性溶液为柠檬酸溶液，所述酸性溶液的pH值范围为5～7，所述柠檬酸溶液不会对损伤所述半导体器件，且可有效的降低BTA的黏性。例如，可采用CST100作为所述酸性溶液，所述CST100为一商品名，由日本WAKO公司生产。当然，也可采用其它不会损伤半导体器件的酸性溶液，例如氢氟酸。

在本发明的一个具体实施例中，所述酸性溶液的浓度为20％～30％，所述酸性溶液的温度为30～50摄氏度。然而仍当认识到，所述酸性溶液的种类和浓度可根据需要达到的去除效果设定，使用所述酸性溶液清洗晶片130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。

最后进行步骤S140，向晶片130和研磨垫110喷洒去离子水，以去除残留于晶片130和研磨垫110表面的酸性溶液，以避免所述酸性溶液对后续的制程的影响。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。

请继续参考图3A和图3B，其为采用现有的去除方法与采用本发明实施例提出的去除方法后的残留物分布的比较图，其中，图3A为现有的去除方法完成后的残留物的分布示意图，图3B是采用本发明实施例提出的去除方法后的残留物的分布示意图。

图3A和图3B是通过电子显微镜观察所得，比较图3A和图3B可以明显看出，采用本发明实施例提出的去除方法的效果是非常突出的，几乎没有BTA残留物出现。可以得知，本发明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，不会对铜制程带来任何副作用，提高了半导体器件的可靠性。

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的残留物去除方法，包括：

将晶片表面与化学机械研磨机台的研磨垫接触；

利用研磨液对晶片进行化学机械研磨；

升起所述晶片；

利用酸性溶液清洗所述晶片和研磨垫；

利用去离子水清洗所述晶片和研磨垫。

2.如权利要求1所述的化学机械研磨的残留物去除方法，其特征在于，所述酸性溶液自下向上的方向清洗所述晶片。

3.如权利要求1所述的化学机械研磨的残留物去除方法，其特征在于，所述酸性溶液的pH值范围为5～7。

4.如权利要求3所述的化学机械研磨的残留物去除方法，其特征在于，所述酸性溶液为柠檬酸溶液。

5.如权利要求4所述的化学机械研磨的残留物去除方法，其特征在于，所述酸性溶液的浓度为20％～30％。

6.如权利要求5所述的化学机械研磨的残留物去除方法，其特征在于，所述酸性溶液的温度为30～50摄氏度。

7.如权利要求6所述的化学机械研磨的残留物去除方法，其特征在于，利用酸性溶液清洗所述晶片的时间为10～30秒。

8.如权利要求1或7所述的化学机械研磨的残留物去除方法，其特征在于，利用去离子水清洗所述晶片的时间为5～20秒。

9.如权利要求1所述的化学机械研磨的残留物去除方法，其特征在于，利用所述化学机械研磨机台的研磨头将所述晶片升起。

10.如权利要求1所述的化学机械研磨的残留物去除方法，其特征在于，所述研磨液中包括苯并三氮唑。