CN102554748B

CN102554748B - 抛光方法

Info

Publication number: CN102554748B
Application number: CN201010603419.8A
Authority: CN
Inventors: 蒋莉; 黎铭琦
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2030-12-23
Also published as: US20120164923A1; CN102554748A

Abstract

一种抛光方法，包括：对上一片晶圆的金属材料完成抛光后，修整抛光垫；向所述抛光垫喷射有机酸溶液；向所述抛光垫喷射去离子水；对所述抛光垫进行去水处理；向所述抛光垫喷射抛光液，对下一片晶圆的金属材料进行抛光。本发明能避免晶圆的金属材料表面的刮伤，提高良率。

Description

抛光方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种抛光方法。

背景技术

随着半导体制造工艺的不断发展，集成电路中的半导体器件的特征尺寸(CD，Critical Dimension)越来越小，为了解决小尺寸器件带来的一系列问题，高介电常数(High-K)材料的栅介质层和金属栅(Metal Gate)电极相结合的技术被引入至MOS晶体管的制造过程中，目前，高K金属栅极(HKMG，High-K Metal Gate)技术已经成为32nm以下级别制造工艺的主流。其中，对于金属栅极的化学机械抛光(CMP，Chemical Mechanical Polishing)是最重要的工艺步骤之一。CMP的机理是表面材料与抛光液发生化学反应生成一层相对容易去除的表面层，所述表面层通过抛光液中抛光剂和抛光压力与抛光垫的相对运动被机械地磨去。特别地，在对金属材料进行CMP时，抛光液与金属表面接触并产生金属氧化物，并通过研磨去除所述金属氧化物以达到抛光的效果。

构成金属栅极的材料最常用的是铝和铜铝合金(该合金主要含量为铝)。铝在CMP过程中所产生的副产物(即所述金属氧化物，主要为氧化铝和氢氧化铝)很多残留在抛光垫的沟槽中，但是，由于铝是一种硬度很低的金属材料，而所述副产物的硬度比铝的硬度大得多，在后续晶圆的铝的CMP过程中给铝的表面造成刮伤，严重影响了半导体器件的功能以及可靠性。由于所述副产物不能溶于去离子水，因此，依靠常规的方式(喷射去离子水)很难将其清除干净。

相关技术还可参考申请号为US20010031558A1的美国专利，该专利公开了一种在铝金属进行化学机械抛光时消除抛光垫因残留的抛光副产物而使晶圆刮伤的方法。

发明内容

本发明要解决的问题是对晶圆上硬度很低的金属材料进行抛光时，抛光垫上残留的副产物使所述金属材料的表面产生刮伤。

为解决上述问题，本发明提供一种抛光方法，包括：

对上一片晶圆的金属材料完成抛光后，修整抛光垫；

向所述抛光垫喷射有机酸溶液；

向所述抛光垫喷射去离子水；

对所述抛光垫进行去水处理；

向所述抛光垫喷射抛光液，对下一片晶圆的金属材料进行抛光。

可选的，所述抛光垫的修整为非原位修整。

可选的，向所述抛光垫喷射有机酸溶液的流速为100～1000毫升/分钟。

可选的，向所述抛光垫喷射有机酸溶液时，抛光台的转速为10～150转/分钟(RPM，Revolutions Per Minute)。

可选的，向所述抛光垫喷射去离子水的流速为100～1000毫升/分钟。

可选的，向所述抛光垫喷射去离子水时，抛光台的转速为10～120RPM。

可选的，所述向所述抛光垫喷射抛光液包括：使所述抛光液布满整个抛光垫。

可选的，向所述抛光垫喷射抛光液的流速为100～1500毫升/分钟，喷射的时间持续5～100秒。

可选的，所述有机酸为草酸、丙二酸、丁二酸、顺丁烯二酸、邻苯二甲酸或氨基酸。

可选的，所述有机酸溶液的浓度为0.01～10wt％。

可选的，所述金属材料为铝或铝合金。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

通过对抛光垫的刷洗使上一片晶圆的抛光而残留的金属材料的副产物拉出抛光垫的沟槽，同时利用所述有机酸将所述副产物溶解，之后喷射去离子水以去除所述有机酸以及溶解后的所述副产物，从而有效地去除了残留在所述抛光垫沟槽中的所述副产物，避免下一片晶圆的金属材料抛光时因所述副产物而使金属材料的表面刮伤。

对所述抛光垫进行去水处理后，向所述抛光垫喷射抛光液，使所述抛光液布满整个抛光垫，进一步避免金属材料的表面被刮伤，提高了良率。

附图说明

图1是本发明提供的抛光方法的流程示意图；

图2至图6是本发明提供的抛光方法的实施例示意图。

具体实施方式

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

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

如背景技术中所述，现有的抛光过程中，铝在CMP过程中所产生的副产物(即抛光剂将铝氧化所生成的金属氧化物，主要为氧化铝和氢氧化铝)将残留在抛光垫的沟槽，但是，由于铝是一种硬度很低的金属材料，而所述副产物的硬度比铝的硬度大得多，例如，铝的硬度为160兆帕(Mpa)，而所述副产物之一的氧化铝的硬度为20000兆帕(Mpa)，如果不将其清除则在后续晶圆的铝的CMP过程中将会对铝的表面造成刮伤，产生大大小小的刮痕。由于残留在抛光垫的沟槽中的所述副产物依靠肉眼很难发现，而在扫描电子显微镜(SEM，Scanning Electron Microscope)的检查下，所述副产物布满于抛光垫的沟槽中，并且经研究发现，金属材料表面的大大小小的刮痕等主要缺陷正是源于这些残留的副产物。如果金属栅极被刮伤，将影响半导体器件的功能以及可靠性，但是，所述副产物不能溶于去离子水，即使喷射足量足时的去离子水也很难将其清除干净。

为了避免所述金属材料的表面产生刮伤，本发明提供了一种抛光方法。

图1是本发明提供的抛光方法的流程示意图。如图1所示，本发明提供的抛光方法包括：

步骤S101，对上一片晶圆的金属材料完成抛光后，修整抛光垫；

步骤S102，向所述抛光垫喷射有机酸溶液；

步骤S103，向所述抛光垫喷射去离子水；

步骤S104，对所述抛光垫进行去水处理；

步骤S105，向所述抛光垫喷射抛光液，对下一片晶圆的金属材料进行抛光。

下面结合图1以及图2至图6，以具体实施例对所述抛光方法作详细说明。

图2示出了抛光装置的工作原理。如图2所示，抛光装置主要由抛光台(platen)101、抛光头(研磨头)103、设置于所述抛光台101上的抛光垫102、抛光液喷头104组成。抛光过程中，将需要进行抛光处理的晶圆100送入所述抛光装置进行抛光，具体地，本实施例中以对金属材料铝(Al)进行抛光处理为例，所述抛光液喷头104向所述抛光垫102上喷射包含抛光剂的抛光液105，所述抛光头103真空吸附住所述晶圆100，置于所述抛光垫102上的所述抛光液105中，所述抛光剂将晶圆100的金属表面氧化形成金属氧化物(主要为氧化铝和氢氧化铝)，由所述抛光头103施以向下的压力，并由所述抛光台101带动所述抛光垫102转动(抛光头103也可以与所述抛光台101反方向转动)，晶圆100表面的金属氧化物通过压力与抛光垫102的相对运动被机械地磨去。另外，在抛光过程中，抛光头103还可以带动晶圆100在水平方向来回移动进行研磨。

如前所述，所述金属氧化物即为对铝的抛光过程产生的副产物，所述副产物大量残留在所述抛光垫102的沟槽内，如果不将处于所述抛光垫102的沟槽内的所述副产物清除干净，则会给后续晶圆的铝的CMP过程中造成铝的表面的刮伤，从而影响器件性能。

结合图1和图3，执行步骤S101，对上一片晶圆的金属材料完成抛光后，修整抛光垫。为了更好地修整所述抛光垫102，本实施例中优选为对所述抛光垫102采取非原位(离位)修整(Pad Ex-situ condition)，即通过在晶圆抛光周期之间修整所述抛光垫102。具体地，上一片晶圆的金属材料铝完成抛光后，将该晶圆从抛光垫102上取走(在该晶圆取走之前，抛光台101已停止转动)，以去离子水冲洗所述抛光垫102，并由抛光垫清洗刷(Pad conditioner)106对抛光垫102进行刷洗，从而实现对所述抛光垫102的修整。由于所述副产物大量残留在所述抛光垫102的沟槽内，仅仅喷射去离子水是很难将其冲洗出来的，需要采用抛光垫清洗刷106将其拉出所述抛光垫102的沟槽，便于后续步骤进一步清洗。在其他实施例中，还可以对所述抛光垫102做原位修整(Pad In-situ condition)，即通过当前在晶圆抛光周期修整抛光垫，具体地，在上一片晶圆进行抛光期间，以所述抛光垫清洗刷106对所述抛光垫102进行刷洗。

结合图1和图4，执行步骤S102，向所述抛光垫喷射有机酸溶液。具体地，以100～1000毫升/分钟的流速向所述抛光垫102喷射有机酸溶液，同时，启动所述抛光台101的工作(转动)，使所述抛光台101的转速为10～150RPM。以中至低的转速使抛光台101转动，并以高流速喷射所述有机酸，可以使步骤S101中被所述抛光垫清洗刷106拉出的所述副产物(氧化铝、氢氧化铝等)充分溶解于所述有机酸中。所述有机酸可以为草酸、丙二酸、丁二酸、顺丁烯二酸、邻苯二甲酸或氨基酸，所述有机酸溶液的浓度为0.01～10wt％(重量/质量百分比)。

仍然可结合图1和图4，执行步骤S103，向所述抛光垫喷射去离子水。具体地，以100～1000毫升/分钟的流速向所述抛光垫102喷射去离子水，同时，使所述抛光台101的转速为10～120RPM。以较低的转速使抛光台101转动，并以高流速喷射去离子水，可以使步骤S102中的所述有机酸以及被所述有机酸溶液所溶解的所述副产物在去离子水的冲洗下被去除。

结合图1和图5，执行步骤S104，对所述抛光垫进行去水处理。具体地，以现有技术中常用的方式，即高速转动抛光台101将所述抛光垫102上的去离子水甩掉，从而可以达到去除所述抛光垫102上的去离子水的目的。当然，在旋转抛光台101的同时，还可以向所述抛光垫102喷吹干燥剂进行干燥处理，所述干燥处理采用的干燥剂为氮气。

结合图1和图6，执行步骤S105，向所述抛光垫喷射抛光液，对下一片晶圆的金属材料进行抛光。具体地，通过所述抛光液喷头104向所述抛光垫102喷射抛光液105，使所述抛光液105布满整个抛光垫102(图6中示出的抛光液105还未布满整个抛光垫102)。在喷射抛光液的过程中，喷射的流速为100～1500毫升/分钟，喷射的时间持续5～100秒，直至使所述抛光液105布满整个抛光垫102。这样，在对下一片晶圆的金属材料铝进行抛光前，由于整个抛光垫102已经布满了用于抛光铝的所述抛光液105，可以保证铝与所述抛光液105的充分接触，使铝被抛光液105中的抛光剂所氧化，也就能进一步避免铝的表面不会被经过步骤S101至S104后可能仍未完全清除的所述副产物所刮伤，从而提高产品的良率。在其他实施例中，本步骤也可采取一边喷射抛光液一边进行抛光的方式。

上述实施例中，所述金属材料为铝或铝合金。在其他实施例中，本发明提供的抛光方法也可以适用于对其他硬度很低的金属材料的抛光。

综上，本发明提供的抛光方法，至少具有如下有益效果：

通过对抛光垫的刷洗使上一片晶圆的抛光而残留的金属材料的副产物拉出抛光垫的沟槽，再利用所述有机酸将所述副产物溶解，之后喷射去离子水以去除所述有机酸以及溶解后的所述副产物，从而有效地去除了残留在所述抛光垫沟槽中的所述副产物，避免下一片晶圆的金属材料抛光时因所述副产物而使金属材料的表面刮伤。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种抛光方法，其特征在于，包括：

对上一片晶圆的金属材料完成抛光后，修整抛光垫；所述金属材料的硬度小于对该金属材料进行抛光后所产生副产物的硬度，所述金属材料为铝或铝合金；

向所述抛光垫喷射有机酸溶液；

向所述抛光垫喷射去离子水；

对所述抛光垫进行去水处理；

2.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述抛光垫的修整为非原位修整。

3.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，向所述抛光垫喷射有机酸溶液的流速为100～1000毫升/分钟。

4.根据权利要求3所述的抛光方法，其特征在于，向所述抛光垫喷射有机酸溶液时，抛光台的转速为10～150RPM。

5.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，向所述抛光垫喷射去离子水的流速为100～1000毫升/分钟。

6.根据权利要求5所述的抛光方法，其特征在于，向所述抛光垫喷射去离子水时，抛光台的转速为10～120RPM。

7.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述向所述抛光垫喷射抛光液包括：使所述抛光液布满整个抛光垫。

8.根据权利要求7所述的抛光方法，其特征在于，喷射抛光液的流速为100～1500毫升/分钟，喷射的时间持续5～100秒。

9.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述有机酸为草酸、丙二酸、丁二酸、顺丁烯二酸、邻苯二甲酸或氨基酸。

10.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述有机酸溶液的浓度为0.01～10wt％。