CN103578918B - 降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法，该方法至少包括：刻蚀该半导体晶片元件，以形成通孔；在所述半导体晶片以及通孔中形成导电层；通过使用研浆的化学机械研磨法研磨所述导电层；采用去离子水对所述半导体进行清洗。通过去离子水对CMP后的半导体进行清洗，可以减少或避免电弧缺陷，同时减少因为残留研浆所造成的颗粒污染，避免元件制程失败，提高良率。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造领域，特别涉及一种降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法。
背景技术
随着超大型体积电路时代的到临，半导体元件的尺寸日益缩小，并且半导体元件中的电路之间的间隔越来越小，而各个制程之间所需要做的对准工作将更加重要。所以对制造者而言，如何在半导体元件尺寸缩小时，避免制造过程中微粒对半导体元件的污染，以及因为制造过程的微粒残留在对准键内，导致制程间的对准无法正确，将随着半导体元件的尺寸的降低而要求日益苛刻。
在超大型体积电路中，耐高温金属钨越来越被广泛的应用在闸极的金属内连线中。其低阻抗值可以使得因为RC时间常数而产生的时间延迟降低，而且高熔点又可以使得后续高温制程得以进行。另外，在0.5μm以下的制程时，因为要形成金属内连线中的通孔，所使用的材料，需要较佳的阶梯覆盖能力（step coverage），所以经常使用钨，以作为沉积的材料。
现有技术手段中，半导体表面的处理一般采用如下手段：
（1）对半导体进行刻蚀，以形成通孔；
（2）以化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition:CVD）法，在半导体以及通孔中，形成覆毯式的金属钨（Blanket Tungsten）;
（3）以干式刻蚀法，将覆盖在半导体表面的钨去掉，留下通孔中的钨。
为了使得钨的表面平坦，除了控制反应气体之外，还通常在形成通孔之后，会先形成一个有TiN或TiW所形成的黏着层，以增加钨与其他材质的黏着力。
但是传统的金属钨的蚀刻剂以高密度电浆蚀刻钨时，若要保持高蚀刻率，则不能对蚀刻进程做良好的控制，也不能保持良好的外观平整度、高时高产量以及高良率。同时对刻蚀后钨表面的平整度，也无法形成平整的表面。
若是要在金属钨表面具有较佳的平整度，可以使用化学机械研磨法（ChemicalMechanical Polish：CMP）对沉积的钨进行研磨，在研磨时要加入研浆（SLURRY），以作为化学助剂。对金属钨的CMP回蚀所用的研浆主要是一些氧化剂与有机溶剂所混合而成的。经过钨的CMP回蚀之后，半导体表面的清洗工作，是以一般的CMP制程之后的清洗研浆的方法，亦即，以刷洗、喷洗以及超音波清洗。
虽然钨的CMP回蚀可以获得较佳的平整度，但是因为一般制程CMP研浆清除的要求不严格，清洗半导体之后，仍会有残余的颗粒存在半导体的表面，进而影响下一个制程。当线宽大于0.5μm时，其影响较小。若是线宽小于0.5μm时，相同的颗粒将会造成较大的影响。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明解决的技术问题是提供一种降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法，以减少或避免电弧缺陷，同时减少因为残留研浆所造成的颗粒污染，避免元件制程失败，以提高良率。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明公开了一种降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法，该方法至少包括：
刻蚀该半导体晶片，以形成通孔；
在所述半导体晶片以及通孔中形成导电层；
通过使用研浆的化学机械研磨法研磨所述导电层；
采用去离子水对所述半导体晶片进行清洗。
优选的，在上述降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法，所述去离子水对所述半导体晶片进行清洗的时间为8~12秒。
优选的，在上述降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法，所述去离子水中溶解有二氧化碳。
优选的，在上述降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法，溶解有二氧化碳的所述去离子水的PH值为6.3-6.9。
优选的，在上述降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法，溶解有二氧化碳的所述去离子水清洗所述半导体晶片的时间为60~90秒。
优选的，在上述降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法，所述导电层的材质选自钨、钛、钽、白金或钼。
本发明还公开了一种降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法，该方法至少包括：
刻蚀该半导体晶片，以形成通孔；
在所述半导体晶片以及通孔中形成导电层；
通过使用研浆的化学机械研磨法研磨所述导电层；
采用去离子水对所述半导体晶片进行清洗；
采用溶解有二氧化碳的去离子水对所述半导体晶片进行擦洗。
优选的，在上述降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法，采用去离子水对所述半导体晶片进行清洗的时间为8~12秒。
优选的，在上述降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法，所述溶解有二氧化碳的去离子水的PH值为6.3-6.9，擦洗时间为60~90秒。
与现有技术相比，本发明提供了一种降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法，通过去离子水对CMP后的半导体晶片进行清洗，可以减少或避免电弧缺陷，同时减少因为残留研浆所造成的颗粒污染，避免元件制程失败，提高良率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明第一实施例中降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法；
图2所示为采用去离子水清洗后的半导体表面颗粒的分布图；
图3所示为本发明第二实施例中降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法；
图4所示为采用溶解有二氧化碳的去离子水清洗后的半导体中心区域放电缺陷的趋势图；
图5所示为本发明第三实施例中降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法。
具体实施方式
本发明鉴于传统的CMP回蚀所使用的半导体清洗法，容易导致颗粒污染，并且更严重的是会导致对准产生误差，进而使得半导体晶片失效，而且良率低。为了克服以上的缺陷，所以本发明在使用CMP回蚀之后，使用一种去除CMP残余颗粒的方法，以减少颗粒污染，也会因此而导致对准的误差减少，所以可以提高良率。同时还可以减少或避免电弧缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供了一种降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法，该方法至少包括：
刻蚀该半导体晶片，以形成通孔；
在所述半导体晶片以及通孔中形成导电层；
通过使用研浆的化学机械研磨法研磨所述导电层；
采用去离子水对所述半导体晶片进行清洗。
本发明还提供了另一种降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法，该方法至少包括：
刻蚀该半导体晶片，以形成通孔；
在所述半导体晶片以及通孔中形成导电层；
通过使用研浆的化学机械研磨法研磨所述导电层；
采用去离子水对所述半导体晶片进行清洗；
采用溶解有二氧化碳的去离子水对所述半导体晶片进行擦洗。
下面对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1所示为本发明第一实施例中降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法。
参图1所示，在第一实施例中，降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法包括如下步骤：
（1）刻蚀半导体晶片，以形成通孔；
（2）在半导体晶片以及通孔中形成导电层；
（3）通过使用研浆的化学机械研磨法研磨所述导电层；
（4）采用去离子水对所述半导体晶片进行清洗。
在上述步骤（1）中，通孔优选采用干法刻蚀（Dry etch）方式形成。
在上述步骤（2）中，导电层优选采用金属喷射方式（metal spray）或金属气相沉积方式（metal vapor deposition）形成。金属喷射可指电弧融射（Arcmelting spray）技术或高速粒子固化（high velocity particle consolidation）技术。金属气相沉积方式可以为金属蒸镀（metal vapor evaporization）。
导电层的材质选自钨、钛、钽、白金或钼，导电层的材质优选为钨。
上述步骤（3）中，研浆至少包括氧化剂和有机溶剂。
上述步骤（4）中，去离子水对半导体晶片进行清洗的时间优选为8~12秒，更优选地，清洗时间为10秒。步骤（4）是对CMP工艺的优化，通过增加CMP本身清洗的工艺步骤来取得部分（80%）洗涤效果。在CMP工艺结束后增加10秒左右的去离子水冲洗时间，效果参图2所示。由图2可以看出，在16个批次的产品中，第1~9批次中未采用去离子水进行清洗，半导体表面的颗粒数分布较多；第10~16批次中采用去离子水清洗10秒钟左右，结果半导体表面的颗粒几乎没有。
图3所示为本发明第二实施例中降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法。
参图3所示，在第二实施例中，降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法包括如下步骤：
（1）刻蚀半导体晶片，以形成通孔；
（2）在半导体晶片以及通孔中形成导电层；
（3）通过使用研浆的化学机械研磨法研磨所述导电层；
（4）采用溶解有二氧化碳的去离子水对所述半导体晶片进行清洗。
在上述步骤（1）中，通孔优选采用干法刻蚀（Dry etch）方式形成。
在上述步骤（2）中，导电层优选采用金属喷射方式（metal spray）或金属气相沉积方式（metal vapor deposition）形成。金属喷射可指电弧融射（Arcmelting spray）技术或高速粒子固化（high velocity particle consolidation）技术。金属气相沉积方式可以为金属蒸镀（metal vapor evaporization）。
导电层的材质选自钨、钛、钽、白金或钼，导电层的材质优选为钨。
上述步骤（3）中，研浆至少包括氧化剂和有机溶剂。
上述步骤（4）中，去离子水的PH值为6.3-6.9；去离子水清洗所述半导体的时间为60~90秒。
经发明人分析发现，传统的CMP清洗工艺在清洗过程中由于采用传统清洗剂或清洗设备（毛刷等）对晶圆表面摩擦，容易造成电弧缺陷（arcing defect），特别是对于金属材料钨，摩擦放电后严重影响所形成钨栓的质量，甚至导致器件失效。通过CO2在水中形成的H2CO3，形成电解质材料，可以中和经过水与半导体晶片表面摩擦产生的电荷，从而可减少或避免钨栓电弧缺陷。采用溶解有二氧化碳的去离子水对所述半导体进行清洗，同时也可以去除CMP工艺造成的表面颗粒，这些颗粒包括平坦化过程中产生的钨颗粒以及研浆颗粒。采用溶解有二氧化碳的去离子水对半导体进行清洗可以应用在擦洗工艺（Scrubber）、超声波清洗、旋转清洗或其他清洗工艺中。采用本实施例的擦洗工艺可以去除90%以上的环境及CMP工艺所造成的表面颗粒，并且避免了金属钨栓电弧缺陷。
图4所示为采用溶解有CO2气体的去离子水清洗后，晶片中心区域放电缺陷的趋势图。
由图4可以看出，在总共的39个批次中，第1~16批次中未采用溶解有CO2气体的去离子水进行清洗，晶片表面的缺陷数量分布较多；第17~39批次中采用溶解有CO2的去离子水清洗，结果晶片表面的缺陷数量几乎为零。
图5所示为本发明第三实施例中降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法。
参图5所示，在第三实施例中，降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法包括如下步骤：
（1）刻蚀半导体晶片，以形成通孔；
（2）在半导体晶片以及通孔中形成导电层；
（3）通过使用研浆的化学机械研磨法研磨所述导电层；
（4）采用去离子水对所述半导体进行清洗；
（5）采用溶解有二氧化碳的去离子水对所述半导体晶片进行清洗。
在上述步骤（1）中，半导体优选为一晶圆；通孔优选采用干法刻蚀（Dryetch）方式形成。
在上述步骤（2）中，导电层优选采用金属喷射方式（metal spray）或金属气相沉积方式（metal vapor deposition）形成。金属喷射可指电弧融射（Arcmelting spray）技术或高速粒子固化（high velocity particle consolidation）技术。金属气相沉积方式可以为金属蒸镀（metal vapor evaporization）。
导电层的材质选自钨、钛、钽、白金或钼，导电层的材质优选为钨。
上述步骤（3）中，研浆至少包括氧化剂和有机溶剂。
上述步骤（4）中，去离子水对半导体进行清洗的时间优选为8~12秒，更有选地，清洗时间为10秒。步骤（4）是对CMP工艺的优化，通过增加CMP本身清洗的工艺步骤来取得部分（80%）洗涤效果。
上述步骤（5）中，去离子水的PH值为6.3-6.9；去离子水清洗所述半导体的时间为60~90秒。
通过CO2在水中形成的H2CO3，形成电解质材料，中和经过水与半导体晶片表面摩擦产生的电荷。采用溶解有二氧化碳的去离子水对所述半导体进行清洗，可以去除CMP工艺造成的表面颗粒，这些颗粒包括平坦化过程中产生的钨颗粒以及研浆颗粒，并且可以减少或避免钨栓电弧缺陷。采用溶解有二氧化碳的去离子水对半导体进行清洗可以应用在擦洗工艺（Scrubber）、超声波清洗、旋转清洗或其他清洗工艺中。增加该步骤可以去除95%以上的环境及CMP工艺所造成的表面颗粒。
综上所述，本发明通过去离子水对CMP后的半导体进行清洗，可以减少因为残留研浆所造成的颗粒污染，降低电弧缺陷，避免元件制程失败，提高良率。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (2)
1.一种降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤：
(1)刻蚀该半导体晶片，以形成通孔；
(2)在所述半导体晶片以及通孔中形成导电层；
(3)通过使用研浆的化学机械研磨法研磨所述导电层；
(4)采用去离子水对所述半导体晶片进行清洗，清洗时间为10秒；
(5)采用溶解有二氧化碳的去离子水对所述半导体晶片进行清洗，所述溶解有二氧化碳的去离子水的pH值为6.3-6.9，且所述溶解有二氧化碳的去离子水清洗所述半导体晶片的时间为60～90秒。
2.根据权利要求1所述的降低半导体晶片表面电弧缺陷的方法，其特征在于，所述导电层的材质选自钨、钛、钽、白金或钼。
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