CN102485425B

CN102485425B - 化学机械抛光的方法、用于化学机械抛光的清洗装置

Info

Publication number: CN102485425B
Application number: CN2010105732169A
Authority: CN
Inventors: 邓武锋
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2030-12-03
Also published as: CN102485425A

Abstract

一种化学机械抛光方法，包括：将待抛光的晶片放置于化学机械抛光设备中，对晶片进行化学机械抛光，还包括通过清洗溶液对晶片进行清洗，实时测量清洗晶片后形成的处理溶液的开路电位，在处理溶液的开路电位达到开路电位阈值时，停止清洗。相应地，本发明还提供一种用于化学机械抛光的清洗装置，包括清洗单元、取样单元、实时测量单元、阈值测量单元和控制单元。本发明可以有效减少晶片表面的有机残留物。

Description

化学机械抛光的方法、用于化学机械抛光的清洗装置

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种化学机械抛光的方法、用于化学机械抛光的清洗装置。

背景技术

在半导体制造中，化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)技术可以实现整个晶片的平坦化，成为芯片制造工艺中重要的步骤之一。

化学机械抛光技术是机械削磨和化学腐蚀的组合技术，具体地，是借助超微粒子的抛光作用以及浆料(Slurry)的化学腐蚀作用，以形成光洁平坦的表面。

在现有技术中，发展了多种关于化学机械抛光的方法。例如，在公开号为CN101459124A的中国专利申请中公开了一种化学机械抛光的方法和晶片方法，参考图1，示出了所述专利申请中化学机械抛光方法的流程示意图。所述化学机械抛光方法及晶片清洗方法包括以下步骤：

步骤601，将待抛光的晶片放置于化学机械抛光设备中；

步骤602，对所述晶片进行第一抛光；

步骤603，对所述晶片进行第二抛光；

步骤604，形成氢氟酸溶液，形成浓度在0.03％至0.08％之间的氢氟酸溶液；

步骤605，利用步骤604中所形成的氢氟酸溶液清洗抛光后的晶片。

本发明提供的化学机械抛光方法及晶片清洗方法，可以有效减少晶片表面的颗粒缺陷数。

然而化学机械抛光之后容易在晶片表面形成有机残留物，所述有机残留物可以是由苯并三唑(BTA)造成的。所述BTA通常在化学机械抛光中用作抑制剂(inhibitor)，但是BET材料因具有不易清洗的特点，容易在残留在晶片表面，造成晶片的不良。

为了去除晶圆表面的有机残留物，通常需对晶圆表面进行多次清洗，但是，如果对晶圆表面清洗过度，会造成晶圆表面的损伤。

如何在有效去除晶圆表面残留物的同时避免晶圆表面的损伤，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种化学机械抛光的方法与装置，以在有效去除晶圆表面残留物的同时避免晶圆表面的损伤。为解决上述问题，一种化学机械抛光方法，包括：将待抛光的晶片放置于化学机械抛光设备中，对所述晶片进行化学机械抛光，还包括通过清洗溶液对晶片进行清洗，实时测量清洗晶片后形成的处理溶液的开路电位，在处理溶液的开路电位达到开路电位阈值时，停止清洗。

所述开路电位阈值等于清洗溶液的开路电位。

所述开路电位阈值为清洗溶液开路电位的1倍或0.9倍。

实时测量清洗晶片后形成的处理溶液的开路电位的步骤包括：对处理溶液进行取样；测量处理溶液样品的开路电位。

通过清洗溶液对晶片进行清洗的同时，还通过毛刷清洗晶片。

包括清洗单元、取样单元、实时测量单元、阈值测量单元和控制单元，其中清洗单元包括通过清洗溶液对晶片进行清洗的清洗溶液喷淋器，清洗过晶片后的清洗溶液成为处理溶液；取样单元包括获取少量处理溶液的微流器；实时测量单元接收微流器移送来的少量处理溶液，测量所述处理溶液的开路电位；阈值测量单元测量清洗溶液的开路电位，以得到开路电位阈值；控制单元，连接于实时测量单元和阈值测量单元，同时，还连接于清洗溶液喷淋器，所述控制单元比较处理溶液的开路电位与开路电位阈值的相对大小，在处理溶液的开路电位达到开路电位阈值时，控制清洗溶液喷淋器停止清洗。

所述清洗单元还包括位于清洗溶液喷淋器下方的毛刷清洗器，包括两个并列放置的毛刷，晶片放置于两个毛刷之间，所述两个毛刷反向转动以清除晶片表面的有机残留物。

所述取样单元还包括位于毛刷清洗器下方的处理溶液收集器，在清洗单元对晶片进行清洗的过程中，对清洗过晶片的清洗溶液进行收集；所述微流器从处理溶液收集器中获取处理溶液的样品。

所述微流器为一端连接于处理溶液收集器，另一端连接于实时测量单元的管道。

控制单元还连接于毛刷清洗器，在处理溶液开路电位达到开路电位阈值时，控制毛刷清洗器的毛刷停止转动、同时控制清洗溶液喷淋器停止喷淋清洗溶液。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：所述清洗装置可实时监控晶片表面的清洗情况，直至晶圆表面的有机残留物去除才停止清洗过程，可提高晶圆表面有机物的清除效果；同时，所述清洗装置可实时监控晶片表面的清洗情况，在晶圆表面的有机残留物去除后即停止清洗，避免过度清洗造成的晶圆表面的损伤。

附图说明

图1是现有技术化学机械抛光的方法和晶片方法的流程示意图；

图2是本发明化学机械抛光方法的流程示意图；

图3是图2所示步骤S1所述的化学机械抛光设备一实施例的示意图；

图4是图2所示步骤S3一实施例的流程示意图；

图5是图2所示步骤S3所述处理溶液一实施例的开路电位随清洗时间的变化曲线示意图；

图6是本发明化学机械抛光装置一实施例的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术所述，现有技术中，在CMP的过程中用作抑制剂的BTA容易在晶片表面形成不易清洗的残留物，造成晶片表面缺陷，从而造成晶片的不良。

针对上述问题，本发明的发明人提供一种化学机械抛光方法，对经过化学机械抛光后的晶片清洗步骤进行监控和测量。

参考图2，示出了本发明化学机械抛光方法一实施方式的流程示意图，具体地，所述化学机械抛光方法包括以下步骤：

步骤S1，将待抛光的晶片放置于化学机械抛光设备中；

步骤S2，对晶片进行化学机械抛光；

步骤S3，对晶片进行清洗，并实时测量清洗晶片后形成的处理溶液的开路电位(Open Circuit Potential，OCP)，在处理溶液的开路电位达到开路电位阈值时，停止清洗。

下面结合附图对各步骤进行详细说明。

本实施例中，待抛光的晶片上包括多个MOS管，所述MOS管的栅极上方形成有介质层、形成于介质层中的连接插塞、以及位于连接插塞和氧化层之间的衬里层，其中介质层为氧化层、连接插塞的材料为铜、所述衬里层为钽/氮化钽的叠层。

执行步骤S1，如图3所示，示出了步骤S1所述的化学机械抛光设备一实施例的示意图。化学机械抛光设备200包括三个抛光平台：第一抛光平台201、第二抛光平台202和第三抛光平台203，每一个抛光平台上均设置有抛光头和抛光液喷淋头，所述抛光头以一定压力放置于抛光平台上晶片的抛光表面上，并以一定速率旋转对晶片进行机械抛光；在机械抛光过程中，抛光液喷淋头中流出的抛光液涂覆到抛光平台上的晶片表面。晶片表面在抛光头的机械作用和抛光液的化学作用下形成平整表面。在本实施例中，化学机械抛光设备200需对一片晶片进行三次抛光，具体地，首先将晶片放置于化学机械抛光设备200的第一抛光平台201上，以进行第一次抛光。

执行步骤S2，继续参考图3，化学机械抛光设备200对放置于第一抛光平台201上的晶片进行第一次抛光，具体地，所述第一抛光平台201上的第一抛光头204以较高的速率旋转对晶片进行机械抛光，同时，与第一抛光平台201上的第一抛光液喷淋头210中流出的抛光液的化学作用相配合，对晶片上的铜进行化学机械抛光。

之后，晶片移送至第二抛光平台202上，进行第二次抛光，具体地，所述第二抛光平台202上的第二抛光头208以较轻的压力放置在晶片上、以较低的速率旋转对晶片进行机械抛光，同时，与第二抛光平台上的第二抛光液喷淋头211中流出的抛光液的化学作用相配合，对晶片进行化学机械抛光，本实施例中，所述第二次抛光以钽/氮化钽作为停止层。在化学机械抛光露出钽/氮化钽时，第二次抛光结束。

随后，晶片移送至第三抛光平台203上，进行第三次抛光，具体地，所述第三抛光平台203上的第三抛光头209对晶片进行机械抛光，同时，与第三抛光平台203上的第三抛光液喷淋头212中流出停止层抛光液相配合，对以钽/氮化钽以及氧化层进行化学机械抛光。在获得符合设计规格厚度的晶片时，所述第三次抛光停止。

至此化学机械抛光步骤结束，晶片表面上会形成有化学抛光液的残留物、化学机械抛光产生的颗粒等缺陷，需对晶片进行清洗处理，具体地，晶片由移送设备206移至清洗装置中进行清洗处理。

对于步骤S3，参考图4，示出了步骤S3一实施例的流程示意图，具体地，包括以下分步骤：

步骤S31，清洗溶液对晶片表面进行清洗，形成包括晶片表面残留物的处理溶液；

步骤S32，对处理溶液进行取样，测量处理溶液样品的开路电位；

步骤S33，比较所述开路电位与开路电位阈值的相对大小；

步骤S34，在处理溶液的开路电位达到开路电位阈值时，停止对晶片表面的清洗。

对于步骤S31，所述清洗溶液通常为用于去除晶片表面残留物的化学溶液。所述化学溶液对晶片表面进行清洗后，会将颗粒物、有机残留物(例如BTA)等从晶片表面带走，形成包括晶片表面残留物的处理溶液，具体地，所述清洗溶液为一种包含有机酸化合物的清洗剂。

较佳地，在清洗溶液对晶片表面进行清洗的同时，还可通过毛刷等机械方法去除晶片表面的残留物，以改善清洗效果。

执行步骤S32，具体地，从处理溶液中取少量样品进行开路电位的测量，所述开路电位为处理溶液中电流密度为0时的电位，所述开路电位的测量方法与现有技术相同，在此不再赘述。

清洗溶液对晶片表面进行清洗时，最初所述处理溶液中的残留物的含量较高，由于残留物不断地从晶片表面带走，晶片表面的残留物逐渐减少，相应地，处理溶液中残留物的含量降低。随着处理溶液中组成成分(主要是处理溶液中有机残留物和清洗溶液的组分)的转变，处理溶液的导电性能发生改变，所述处理溶液的开路电位也发生改变。

参考图5，示出了处理溶液一实施例的开路电位随清洗时间的变化曲线示意图。在0～T1的清洗时间内，晶片表面的有机残留物较多，相应地，处理溶液中有机残留物的含量较高，此时处理溶液的开路电位较大，为V1，随着清洗处理的不断进行，晶片表面的有机残留物逐渐被清洗溶液带走，相应地，处理溶液中有机残留物的含量减小，处理溶液的开路电位在T1～T2时间段内大幅减小，直至T2时刻之后，晶片表面的有机残留物较少，清洗溶液带走的有机残留物非常有限，处理溶液主要由清洗溶液组成，处理溶液的开路电位变化非常小。

对于步骤S33，继续参考图5，在T2时刻之后，处理溶液的开路电位基本维持在V2，处理溶液主要由清洗溶液组成，通过测量清洗溶液的开路电压作为开路电位阈值。实际应用中，如对晶片表面清洁度的要求不高，可设置清洗溶液开位电压的0.9倍作为开路电位阈值。

实时比较步骤S32中处理溶液的开路电位与开路电位阈值，判断处理溶液的开路电位是否达到开路电位阈值。

对于步骤S34，当处理溶液的开路电位达到开路电位阈值时，停止对晶片表面进行清洗，避免过度清洗造成的材料浪费，节省成本；同时还可以避免过度清洗造成的工艺时间较长的问题，节约工艺时间。

本发明化学机械抛光方法还包括对清洗后的晶片进行干燥处理，例如通过异丙醇(IPA)对晶片表面进行干燥。

至此完成了本发明化学机械抛光的过程。

相应地，本发明还提供了一种用于化学机械抛光的清洗装置，参考6，示出了本发明用于化学机械抛光的清洗装置一实施例的示意图。具体地，所述清洗装置包括清洗单元300、取样单元、实时测量单元304、阈值测量单元305、控制单元306，其中，

清洗单元300包括毛刷清洗器303、位于毛刷清洗器上的清洗溶液喷淋器302，所述毛刷清洗器303包括两个并列放置的可转动毛刷，待清洗的晶片放置于两个可转动毛刷之间，毛刷在反向转动时可清除晶片表面的有机残留物；所述清洗溶液喷淋器302中放置有清洗溶液，并可将清洗溶液持续地、均匀地喷淋在放置于毛刷清洗器303中的晶片上，所述清洗溶液将有机残留物从晶片表面带走，实现清洗目的。清洗过晶片的清洗溶液中包括晶片表面的有机残留物，成为处理溶液。

取样单元获取少量处理溶液的样品，并将所述处理溶液的样品移送至实时测量单元304，具体地，所述取样单元包括位于毛刷清洗器303下方的处理溶液收集器301、连接于处理溶液收集器301的微流器307，所述处理溶液收集器301在清洗单元300对晶片进行清洗的过程中，对清洗过晶片的清洗溶液进行收集，所述微流器307为一端连接于处理溶液收集器301，另一端连接于实时测量单元304的管道，所述管道的直径为微米级，处理溶液收集器301中处理溶液的少量经由所述微米级的管道不断流入实时测量单元304中。

实时测量单元304为实时地测量取样单元移送的处理溶液开路电位的探测装置，同时，所述实时测量单元304还用于将测量到的数据发送至控制单元306。

阈值测量单元305为测量清洗溶液开路电位的探测装置，同时，阈值测量单元30还用于将清洗溶液的开路电位发送至控制单元306，用于确定开路电位阈值，所述开路电位阈值可以与清洗溶液的开路电位相同；如对晶片表面清洁度的要求不高，可设置清洗溶液开路电位的0.9倍作为开路电位阈值。

实时测量单元304和阈值测量单元305测量开路电位的技术与现有技术相同，在此不再赘述。

控制单元306，连接于实时测量单元304和阈值测量单元305，同时，还连接于清洗单元300，所述控制单元306比较实时测量单元304测量到的处理溶液开路电位与开路电位阈值的相对大小，在处理溶液开路电位达到开路电位阈值时，控制清洗单元300停止清洗。在本实施例中，所述控制单元306与清洗单元300的毛刷清洗器303、清洗溶液喷淋器302均相连，在处理溶液开路电位达到开路电位阈值时，控制单元306控制毛刷清洗器303的毛刷停止转动、同时控制清洗溶液喷淋器302停止清洗溶液的喷淋。

本发明提供的用于化学机械抛光的清洗装置，可以有效清洗晶片的有机残留物；更进一步地，所述清洗装置可实时监控晶片表面的清洗情况，避免过度清洗造成的晶圆表面的损伤。

虽然本发明己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

1.一种化学机械抛光方法，其特征在于，包括：将待抛光的晶片放置于化学机械抛光设备中，对所述晶片进行化学机械抛光，还包括通过清洗溶液对晶片进行清洗，实时测量清洗晶片后形成的处理溶液的开路电位，在处理溶液的开路电位达到开路电位阈值时，停止清洗。

2.如权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述开路电位阈值等于清洗溶液的开路电位。

3.如权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述开路电位阈值为清洗溶液开路电位的1倍或0.9倍。

4.如权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，实时测量清洗晶片后形成的处理溶液的开路电位的步骤包括：对处理溶液进行取样；测量处理溶液样品的开路电位。

5.如权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，通过清洗溶液对晶片进行清洗的同时，还通过毛刷清洗晶片。

6.一种用于化学机械抛光的清洗装置，其特征在于，包括清洗单元、取样单元、实时测量单元、阈值测量单元和控制单元，其中

清洗单元包括通过清洗溶液对晶片进行清洗的清洗溶液喷淋器，清洗过晶片后的清洗溶液成为处理溶液；取样单元包括获取少量处理溶液的微流器；

实时测量单元接收微流器移送来的少量处理溶液，测量所述处理溶液的开路电位；阈值测量单元测量清洗溶液的开路电位，以得到开路电位阈值；

控制单元，连接于实时测量单元和阈值测量单元，同时，还连接于清洗溶液喷淋器，所述控制单元比较处理溶液的开路电位与开路电位阈值的相对大小，在处理溶液的开路电位达到开路电位阈值时，控制清洗溶液喷淋器停止清洗。

7.如权利要求6所述的清洗装置，其特征在于，所述清洗单元还包括位于清洗溶液喷淋器下方的毛刷清洗器，包括两个并列放置的毛刷，晶片放置于两个毛刷之间，所述两个毛刷反向转动以清除晶片表面的有机残留物。

8.如权利要求7所述的清洗装置，其特征在于，所述取样单元还包括位于毛刷清洗器下方的处理溶液收集器，在清洗单元对晶片进行清洗的过程中，对清洗过晶片的清洗溶液进行收集；所述微流器从处理溶液收集器中获取处理溶液的样品。

9.如权利要求8所述的清洗装置，其特征在于，所述微流器为一端连接于处理溶液收集器，另一端连接于实时测量单元的管道。

10.如权利要求7所述的清洗装置，其特征在于，控制单元还连接于毛刷清洗器，在处理溶液开路电位达到开路电位阈值时，控制毛刷清洗器的毛刷停止转动、同时控制清洗溶液喷淋器停止喷淋清洗溶液。