CN102820210B - 一种对化学机械抛光后硅片的清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采用同时含有氧化剂、硫酸氢盐、硫酸盐以及硫脲或硫脲的衍生物的清洗液清洗化学机械抛光后的硅片的方法。采用本发明的化学机械抛光清洗液可有效加速金属污染物的溶解，解决了硅片表面银离子污染的清洗问题，根除了移动金属离子的扩散，提高了芯片的可靠性，提高了生产的良率。

Description

一种对化学机械抛光后硅片的清洗方法

技术领域

本发明涉及一种清洗方法，尤其涉及一种对化学机械抛光后硅片的清洗方法。

背景技术

化学机械抛光是集成电路制造工艺中，对硅片进行全局平坦化的最有效的方法。在化学机械抛光后，需要对硅片表面进行及时清洗，以去除抛光过程中造成的二氧化硅的残留，以及有效抑制有机物残留、金属氧化物的残留，离子污染等问题。

标准RCA清洗法是目前工业界经常使用也是最典型的，至今仍为最普遍使用的湿式化学清洗法。

标准RCA清洗法采用交替使用双氧水+氨水(SC-1溶液)，双氧水+盐酸(SC-2溶液)，其可有效去除部分二氧化硅颗粒残留和硅片表面金属离子。而随着化学抛光工艺的不断改进，标准RCA清洗法也不断的提出新的要求方案：如美国专利US6200899公开了用含氨水的硅溶胶进行Post-CMP(化学机械抛光后)清洗方法。US6303551，US6479443公开了用柠檬酸、氨水进行Post-CMP清洗方法。US6498131公开了用非离子表面活性剂、四甲基氢氧化铵、二元醇等的混合物进行Post-CM P清洗方法；US6165956公开了使用柠檬酸、氨和HF进行Post-CMP清洗方法；US5662769公开了使用柠檬酸、EDTA和HF进行钨的Post-CMP清洗方法。

目前，在金属抛光的清洗液中，还通常会加入络合剂，比如柠檬酸、草酸，可以有效络合金属离子，进一步减少硅片表面的离子污染。

而在钨的Post-CMP(化学机械抛光后)清洗方法中，最常使用的方法是分为两个步骤，步骤1：用刷子和氨水，除去硅片表面的附着物(主要是二氧化硅颗粒的残留)。步骤2：用稀的氟化氢，除去硅片表面金属离子。

在改进的步骤2中，也可以用草酸等络合剂，络合金属离子。

然而目前，对于钨的抛光，抛光液中通常含有金属离子，例如硝酸铁中的铁离子。采用以上标准RCA清洗方法基本可以满足技术要求。但是随着更高抛光速度的含银抛光液的出现，以上常规清洗方法会遇到了挑战。主要表现在，银离子的去除方法具有特殊性，尤其是零价的单质银无论是用氨水、HF、稀硝酸、还是柠檬酸、草酸都无法将其溶解清除。因此，上述清洗液面临清洗银离子效果不理想的问题。

发明内容

本发明提供了一种清洗化学机械抛光后的硅片的方法，本发明可用于加速金属污染物的溶解，解决了上述在化学机械抛光后的硅片表面清洁效果不佳的问题，提高了化学机械抛光质量。

本发明的一种化学机械抛光清洗液是通过以下技术方案实现其目的：

一种对化学机械抛光后的硅片的清洗方法，其中，在硅片采用化学机械抛光后采用同时含有氧化剂、硫酸氢盐、硫酸盐以及硫脲或硫脲的衍生物的清洗液以除去残留在硅片上的杂质。

在本发明中，所述的硫酸氢盐为硫酸氢钾；所述的硫酸盐为硫酸钾。

在本发明中，所述的氧化剂、硫酸氢钾和硫酸钾三者质量总合占总质量百分比0.5～10wt％。

在本发明中，所述的硫酸氢钾和硫酸钾占总质量百分比1～5wt％。

在本发明中，所述的硫脲或其衍生物的占总质量百分比为1～10wt％，优选2～5wt％。

在本发明中，所述硫脲的衍生物选自脒基硫脲、氨基硫脲和二乙基硫脲中的一种或几种。

在本发明中，所述的氧化剂为双氧水和/或过硫酸盐。其中，过硫酸盐优选为单过硫酸盐和/或过硫酸钾，更优选为单过硫酸氢盐，最优选为单过硫酸氢钾。

在本发明中，所述的氧化剂、硫酸氢盐、硫酸盐三者摩尔比为：1～10∶1～5∶1～5，优选2∶1∶1。

在本发明中，所述清洗液还包括研磨剂，所述研磨剂为二氧化硅。

在本发明中，所述二氧化硅的质量百分含量为0.5～10wt％。

在本发明中，所述的抛光清洗液的pH值为0.5～3。

在本发明中，在所述清洗过程中，所述清洗液采用辅助的机械力对硅片进行清洗，所述辅助机械力包括利用超声波、抛光垫的摩擦力或者是清洗刷的摩擦中的一种或多种。

采用本发明一种对化学机械抛光后的硅片的清洗方法的优点在于：

本发明的化学机械抛光清洗液可有效加速金属污染物的溶解，解决了硅片表面银离子污染的清洗问题，可有效根除了移动金属离子(如银)的扩散，提高了芯片的可靠性，提高了生产的良率。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步阐述本发明的优点，但本发明的保护范围不仅仅局限于下述实施例。

按照表1中成分及其比例配制化学机械抛光清洗液，不足部分采用在去离子水中补足，并混合均匀，且用pH调节剂(硝酸或KOH)调到所需pH值。制成化学机械抛光清洗液。

表1本发明的清洗液1～10配方及对比例

抛光过程：待测试的钨硅片在清洗前先进行化学机械抛光。其中，抛光液为含银离子的钨抛光液。

抛光液组成(重量百分比)：2％二氧化硅，0.1％硝酸银，0.2％硫酸铵，2％双氧水。

抛光条件：抛光机台为Logitech(英国)1PM52型，polytex抛光垫，4cm×4cm正方形晶圆(Wafer)，研磨压力4psi，研磨台转速70转/分钟，研磨头自转转速150转/分钟，抛光液滴加速度100ml/分钟。

在抛光后，用配制的清洗液对硅片进行清洗，对硅片表面进行EDX定性测试，检测是否有银的测试信号。

其中，对比例1，是按照工业界目前普遍采用的清洗方法，硅片在用含银离子的抛光液抛光之后，进行常规清洗：

步骤1：用刷子和氨水清洗40秒，步骤2：用稀释的HF清洗40秒。

待清洗后，经测试发现，清洗后的硅片人含有银离子存在。无法彻底清除银离子，其会影响到芯片性能。

实施例1，2，3，4，5：硅片在用含银离子的抛光液抛光之后，分别用不同的清洗方法进行清洗。而根据测试效果表明，该清洗液可以快捷地去除硅片表面的银离子残留。解决了对比例1中银离子残留不易去除的难题。

实施例1表明，该清洗液可以用在mirra抛光机台的超声波清洗的程序中获得好的技术效果，实施例2表明，该清洗液可以用震荡类型的清洗程序中，获得好的技术效果。实施例3表明，该清洗液可以直接流到抛光垫上，进行抛光清洗，以mirra机台为例，可以直接在第三个抛光台(platen)上进行抛光清洗，有效清除银离子的残留。实施例4表明，该清洗液可以直接用于带刷子的清洗设备，获得好的技术效果。实施例5表明，该清洗液可以进一步含有抛光研磨剂，进一步提高机械摩擦力，去除银残留的同时，还可以去除一定的oxide绝缘层，调节硅片表面的平坦度。

实施例6～10采用同对比例1相同的常规方法清洗，实验结果表明，本发明不同组分含量的清洗液均达到较好的清洗效果，可快速地取出硅片表面的银离子残留。

根据上述实施例表明，本发明解决了硅片表面银离子污染的清洗问题，根除了移动金属离子(银)的扩散，提高了芯片的可靠性，提高了生产的良率。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (15)

1.一种对化学机械抛光后硅片的清洗方法，其特征在于：在硅片化学机械抛光后采用同时含有氧化剂、硫酸氢盐、硫酸盐以及硫脲或硫脲的衍生物的清洗液以除去残留在硅片上的杂质。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的硫酸氢盐为硫酸氢钾；所述的硫酸盐为硫酸钾。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的氧化剂、硫酸氢钾和硫酸钾三者质量总和占所述清洗液的总质量的0.5～10％。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的氧化剂、硫酸氢钾和硫酸钾三者质量总和占所述清洗液的总质量的1～5％。

5.如权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于：所述的氧化剂为双氧水和/或过硫酸盐。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的过硫酸盐为单过硫酸盐和/或过硫酸钾。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的单过硫酸盐为单过硫酸氢钾。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的氧化剂、硫酸氢盐、硫酸盐三者摩尔比为2：1：1。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述清洗液还包括研磨剂，所述研磨剂为二氧化硅。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述二氧化硅在所述清洗液中的质量百分比为0.5～10％。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述硫脲的衍生物选自脒基硫脲、氨基硫脲和二乙基硫脲中的一种或几种。

12.如权利要求1或11所述的方法，其特征在于：所述硫脲或硫脲的衍生物在所述清洗液中的质量百分比为1～10％。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：所述硫脲或硫脲的衍生物在所述清洗液中的质量百分比为2～5％。

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述清洗液的pH值为0.5～3。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述清洗过程中，所述清洗液采用辅助的机械力对硅片进行清洗，所述辅助机械力包括利用超声波、抛光垫的摩擦力和清洗刷的摩擦中的一种或多种。