CN106952804A - 后抛光晶圆清洁 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及后抛光晶圆清洁，其提供一种用于半导体晶圆处理的设备，包括经组配用于抛光该半导体晶圆的表面的抛光级、经组配用于清洁该半导体晶圆的该表面的清洗级以及与该清洗级连接并且经组配用于供应至少去离子水与惰性气体的混合物至该清洗级的混合器。
Description
技术领域
大体上，本发明关于制造集成电路与半导体装置的领域，并且更特别的是，关于在抛光(polish)后清洁半导体晶圆。
背景技术
诸如CPU、储存装置、ASIC(特定应用集成电路)及类似的先进集成电路的制作，需要根据已指定电路布局，在给定芯片面积上形成大量电路元件。在各式各样的电子电路中，场效晶体管代表一种重要类型的电路元件，其实质决定此等集成电路的效能。大体上，目前经实践用于形成场效晶体管的制程技术有多种，其中，就许多类型的复杂电路系统而言，MOS晶体管鉴于运作速度及/或功率消耗及/或成本效益等特性优越，是目前最有前途的方法其中一者。举例来说，在使用MOS技术的复杂集成电路的制作期间，例如N通道晶体管及/或P通道晶体管等数百万晶体管是在包括结晶半导体层的衬底上形成。小型化及电路密度提升代表需求持续成长。
半导体晶圆典型为制作有所欲集成电路设计的多个复制物，其往后将会分开并施作成个别芯片。晶圆通常是分层建构，电路的一部分建立于第一层级上，而传导贯孔经施作而连接至此电路的下一个层级。在此晶圆上将此电路的各层蚀刻后，将氧化物层放下，使此贯孔得以通过，但包覆前一个电路层级的其余部分。此电路的各层可能对此晶圆建立或添增不均匀性，必须在产生下一个电路层之前，先将此晶圆平滑化。
化学机械平坦化/抛光(CMP)是一种已确立技术，用于平坦化空白晶圆及之后添加的各材料层。可用的CMP系统通常称为晶圆抛光机，常使用使此晶圆与抛光垫接触的转动晶圆载体，此抛光垫在待平坦化晶圆表面的平面中转动。诸如化学抛光剂或含微磨擦物的浆料的抛光流体涂敷至此抛光垫以抛光此晶圆。此晶圆载体接着按压此晶圆抵靠此转动抛光垫，并且转动以抛光并且平坦化此晶圆。
在此抛光并平坦化运作后，此晶圆载体自此抛光垫提起并保留于用于传送此晶圆及晶圆载体的输送器中。此晶圆载体的外部表面及此晶圆的面部典型是以在此运作期间移离此晶圆表面的残余抛光流体与材料来涂布。浆料与抛光垫是使晶圆的表面受污染的来源。
CMP后的晶圆清洁是关键问题。晶圆清洁不足而导致在之后的处理期间(例如，最终刷清洁的进一步抛光步骤出现)例如刮损等主要缺陷。这些污染物典型为使用去离子水(DIW)来移除。举例而言，头对径向清洗系统包含此输送器上所包括的固定洞孔。此晶圆载体在保留于此输送器中时，此等洞孔围绕晶圆载体的上部分。此等洞孔透过管路连至DIW供应器，其经加压以将DIW从此等洞孔喷出，并且喷到此晶圆载体的外表面上。
然而，现有的站间清洗利用特定表面张力将例如浆料粒子的粒子移除并不可靠。有鉴于此，本发明提供一种新的后抛光晶圆清洁，相比于现有技术，以更可靠的方式从晶圆表面移除污染物。
发明内容
以下介绍本发明的简化概要，以便对本发明的一些态样有基本的了解。本概要并非本发明的详尽概述。用意不在于指认本发明的重要或关键要素，或叙述本发明的范畴。目的仅在于以简化形式介绍一些概念，作为下文更详细说明的引言。
大体上，本文中所揭示的主题关于在抛光程序之后，尤其是在CMP步骤之后，清洁半导体晶圆的表面。
提供一种用于半导体晶圆处理的设备，其包括经组配用于抛光此半导体晶圆的表面的抛光级、经组配用于清洁此半导体晶圆的此表面的清洗级以及与此清洗级连接并且经组配用于供应至少去离子水与惰性气体的混合物至此清洗级的混合器。
此外，提供一种清洁半导体晶圆的表面的方法，其包括将该半导体晶圆移动至晶圆处理设备的清洗级、供应至少去离子水(DIW)与惰性气体的混合物至该清洗级以及在该清洗级中以已供应的该混合物清洗该半导体晶圆的该表面。
再者，提供一种用于清洁已抛光半导体晶圆的表面的后抛光清洁方法，其包括以包含去离子水(DIW)与已加压惰性气体的清洗流体清洗该已抛光半导体晶圆的该表面。
在所有上述实施例中，该混合物可包含附加组分，例如CO2，而该惰性气体可包含或由已加压N2所组成。根据特定实施例，该混合物可由该DIW与该惰性气体所组成。该半导体晶圆可以是一种SOI晶圆，其具有半导体衬底、形成于该半导体衬底上的埋置型氧化物层以及形成于该埋置型氧化物层上的半导体层。该半导体晶圆可包含诸如FDSOI FET的FDSOI装置。
附图说明
本发明可搭配附图参照以下说明来了解，其中相似的附图标记表示相似的元件，并且其中：
图1展示一种设备，其包含抛光站以及供应有DIW与惰性气体的混合物的清洗站；以及
图2展示晶圆处理的流程图，其包括通过DIW与惰性气体的混合物进行晶圆清洁。
尽管本文中揭示的主题易受各种修改及替代形式影响，其特定具体实施例仍已在附图中举例展示，并且于本文中详述。然而，应了解的是，本文中特定具体实施例的说明用意不在于将本发明限制于所揭示的特定形式，相反地，如随附权利要求书所界定，用意在于涵盖落于本发明的精神及范畴内的所有修改、均等例及替代方案。
具体实施方式
下面说明本发明的各项说明性具体实施例。为了澄清，本说明书中并未说明实际实作态样的所有特征。当然，将会领会旳是，在开发任何此实际具体实施例时，必须做出许多实作态样特定决策才能达到开发者的特定目的，例如符合系统有关及业务有关的限制条件，这些限制条件会随实作态样不同而变。此外，将会领会的是，此一开发努力可能复杂且耗时，虽然如此，仍会是受益于本发明的本领域技术人员的例行工作。
以下具体实施例经充分详述而使本领域技术人员能够利用本发明。要理解的是，其它具体实施例基于本发明将显而易见，并且可施作系统、结构、程序或机械变更而不脱离本发明的范畴。在以下说明中，提出特定数值细节是为了得以透彻理解本发明。然而，将显而易见的是，本发明的具体实施例无需此等特定细节也可予以实践。为了避免混淆本发明，一些众所周知的电路、系统组态、结构组态以及程序步骤将不详细揭示。
本发明现将参照附图来说明。各种结构、系统及装置在图式中只是为了阐释而绘示，为的是不要因本领域技术人员众所周知的细节而混淆本发明。虽然如此，仍将附图包括进来以说明并阐释本发明的说明性实施例。本文中使用的字组及词组应了解并诠释为与本领域技术人员了解的字组及词组具有一致的意义。词汇或词组的特殊定义(也就是与本领域技术人员了解的通常或惯用意义不同的定义)，用意不在于通过本文词汇或词组的一致性用法提供暗示。就一词汇或词组用意在于具有特殊意义的方面来说，即有别于本领域技术人员了解的意义，此一特殊定义应会按照为此词汇或词组直接且不含糊地提供此特殊定义的定义方式，在本说明书中明确提出。
如完整阅读本申请案后对本领域技术人员将会显而易见者，本方法适用于各种技术，例如：NMOS、PMOS、CMOS等。本文中所述的技巧与技术可用于制作MOS集成电路装置，包括NMOS集成电路装置、PMOS集成电路装置以及CMOS集成电路装置。
本发明提供一种用于晶圆CMP与清洁的设备。图1绘示此一设备100的一实施例。图1的设备100包含用于在设备100中引进待处理晶圆的加载埠101。在设备100中提供用于晶圆传送的机器人(晶圆机械手)102。此晶圆通过机器人102移送至通过手段(干至湿区)103。在通过手段103的另一侧，提供用于将此晶圆进一步传送至输入站105及头加载/卸载站106的另一机器人(湿式机器人)104。
设备100更包含用于晶圆抛光的第一107、第二108以及第三109抛光级(站)。举例而言，抛光级107、108、109可以是CMP站。第一抛光级107可包含第一抛光垫与第一晶圆载体，第二抛光级108可包含第二抛光垫与第二晶圆载体，而第三抛光级109可包含第三抛光垫与第三晶圆载体。此等晶圆载体可经组配用于在抛光级107、108与109之间连续移送晶圆。抛光级107、108与109可经组配用以移除布置于待处理晶圆上的一或多层(图未示)。举例而言，此一或多层可包含此晶圆上形成的阻障层、介电层(例如：氧化物或氮化物的层)、金属层(例如：铜、铝、钽、钛及/或钨的层)或任何其它层其中之一或多者。设备100可包含另外多个抛光级，而此等另外的抛光级之一者可包含抛光垫，用于前一个抛光级中所处理的晶圆的抛光或表面调态。
设备100更可包含第一抛光级107下游处的第一后抛光清洁站(第一清洗级)107a、第二抛光级108下游处的第二后抛光清洁站(第二清洗级)108a以及第三抛光级109下游处的第三后抛光清洁站(第三清洗级)109a。在抛光级107、108及109其中一者中的抛光步骤之后，可分别在后抛光清洁站107a、108a及109a其中一者中进行清洗步骤。举例而言，在第一抛光级107中，平坦化或移除此晶圆的第一层，并在第一后抛光清洁站107a清洗产生的晶圆，且随后在第二抛光级108中处理此晶圆等。
后抛光清洁站107a、108a、109a可通过混合器170来馈入。去离子水(Deionizedwater，DIW)是自DIW供应器190供应至混合器170，而惰性气体是自惰性气体供应器180供应至混合器170。此DIW具有约为6的pH值。混合器170可以是文氏混合器(venturi mixer)。文氏混合器容许以有效率的方式混合液体与气体，在本例中为DIW与惰性气体。可准确调整混合率。DIW与惰性气体是在混合器170中混合，并且供应至后抛光清洁站107a、108a、109a，以便通过此DIW与此惰性气体的混合物实行晶圆清洁。惰性气体可包含或由氮气或稀有气体所组成。鉴于DIW可按较低压力供应至混合器170，惰性气体可按较高压力供应。产生的混合物可视为高压清洗流体。DIW相比于现有的清洗，是通过惰性气体加速。所涉及的典型压力为130-280kPa，气体流率大约为10-30l/min。此清洗流体中可包括其它组分，例如CO2。
与所属技术领域相反的是，此清洗不是仅通过清洗DIW来进行，而是DIW与惰性气体的混合物。藉此，即使是重度固定污染粒子，例如出于抛光浆料的苯并三唑(benzotriazole，BTA)粒子，也可在进行抛光程序后直接移离晶圆表面。利用DIW与惰性气体的后抛光清洗容许移除金属与离子粒子。通过改良型晶圆清洁，相比于所属技术领域，交叉污染可显著降低。最重要的是，可避免后续进行抛光步骤或进行后续刷清洁时移送晶圆至刷清洁站后因晶圆表面上的污染物所造成的刮损。
应注意的是，亦可供应DIW与惰性气体的混合物至抛光级。添加DIW与惰性气体的混合物可有利于防止剩余浆料粒子在晶圆表面上燥化。
在通过上述抛光与后抛光清洁站其中之一或多者的处理之后，可经由输出站111及(湿式)机器人104将此晶圆移送至刷清洁站的清洁输入站113。晶圆清洁与燥化站114至117包含于此设备中以供刷清洁与燥化之用。此晶圆可通过机器人102移送至晶圆输出埠119，此已清洁与已燥化晶圆可于此处离开设备100。
图2中绘示例示性晶圆处理的程序流程。提供晶圆10，此晶圆可以是SOI晶圆，其包含半导体主体衬底、形成于该主体衬底上的埋置型氧化物层以及形成于该埋置型氧化物层上的半导体层。此半导体衬底可以是硅衬底，尤其是单晶硅衬底。其它材料可用于形成半导体衬底，举例如锗、硅锗、磷酸镓、砷化镓等。此埋置型氧化物层可包含二氧化硅、氮化硅或任何其它合适的材料。此半导体层可由任何适当的半导体材料所构成，诸如硅、硅/锗、硅/碳、其它II-VI族或III-V族半导体组分及类似者。此半导体层可包含大量的硅，原因在于高集成密度的半导体装置可基于硅进行量产来形成，理由是可用性已增强且过去数十年已开发建置良好的制程技术。然而，任何其它适当的半导体材料都可使用，例如，含有其它诸如锗、碳及类似者的等电子组分的硅基础材料。可在此晶圆上形成集成电路的图型。特别的是，此晶圆可包含多个全空乏(Fully Depleted，FD)SOI装置，例如FDSOI FET。
此晶圆经受第一CMP程序20。在第一CMP程序中，可将金属或遮罩层移离此晶圆。在完成第一CMP程序20之后，进行第一晶圆清洁30。第一晶圆清洁30包含利用DIW与例如N2气体的惰性气体的混合物高压清洗此晶圆。在完成第一晶圆清洁30之后，进行第二CMP程序40，举例而言，用于平坦化介电层。在完成第二CMP程序40之后，进行第二晶圆清洁50。类似于第一晶圆清洁30，第二晶圆清洁50包含利用DIW与例如N2气体的惰性气体的混合物高压清洗此晶圆。可进行另外的CMP与清洗步骤。总之，此晶圆可经受n次CMP与清洗步骤。在完成第n次CMP与清洗步骤60之后，此晶圆进行刷清洁70。要注意的是，可在第二晶圆清洁50之步骤与刷清洁70之步骤间实行第三CMP程序，然后进行第三晶圆清洁。由于先前已通过DIW与惰性气体的高压混合物进行有效率的清洁，此刷清洁程序中可大幅避免产生刮损。
在此背景下，也应注意以下事项。就多层级互连的建立，铜已变为非常重要的材料。然而，铜线常在现有的CMP与清洁处理之后展现缺陷。此进而在此等铜线上方沉积的后续层的平坦化造成问题，因为这些层此时可能是在平面性差的表面上沉积。隔离的铜线或相邻于开路的铜线易于损坏。如本文中所教示，利用DIW与惰性气体，通过晶圆清洁，可解决或至少缓和这些问题。
半导体晶圆的整体处理可包括在半导体衬底上方形成介电层、在此介电层内蚀刻多个沟槽，以及在此介电层与此等沟槽上方形成阻障层。这些已知程序亦可包括在此阻障层上方形成铜晶种层以及在此铜晶种层上方形成铜层，使得此铜晶种层的一部分及此铜层的一部分亦布置于此等沟槽中。在这些已知程序中，通过相对此晶圆转动的抛光垫的手段，可在第一及/或第二CMP程序20与40期间，移除部分此晶圆上方的铜层、铜晶种层及阻障层。此晶圆亦可相对此转动的抛光垫转动。此晶圆上抛光与各个层接触的抛光垫的侧边可布置浆料组成物，其中此浆料组成物有助于此等层的抛光及/或氧化。举例而言，一个抛光垫可在第一CMP程序20期间用于移除(多个)铜层，而另一抛光垫可在第二CMP程序期间用于移除阻障层。
应注意的是，图2中展示的程序流程中可能进行另外的步骤。举例而言，可进行另外的CMP与清洗步骤。举例而言，可进行一或多个抛光步骤及燥化步骤。此外，在利用包含DIW与惰性气体的清洗流体进行晶圆清洁程序之后，可进行此晶圆的超音波振荡处理。举例而言，具有适当pH值的超音波振荡槽进一步移除粒子及金属与离子污染物。超音波振荡清洁槽可通过在此超音波振荡槽箱填充诸如NH4OH的清洁液并施加250瓦特等级的超音波振荡功率来完成。可在此超音波振荡清洁槽之前与之后新增快速清洁周期以改善结果。也可包括超音波振荡清洗槽。超音波振荡清洗槽包含在此箱填充诸如DIW的清洗液并且施加250瓦特等级的超音波振荡功率。
在此超音波振荡槽(若有所欲者)之后，可例如使用湿式移送将此晶圆移送至洗涤器进行刷清洁70。此晶圆在等待刷清洁时可存放于DIW溶液中。此洗涤器含有用于晶圆存放的盒子，于此处以DIW或其它先前适当的化学品不断地喷涂晶圆。此洗涤器可含有用于洗涤此晶圆表面的刷子。此晶圆与此刷子两者都可在添加诸如NH4OH及/或DIW的受控制pH溶液时转动。可使用其它化学品取代NH4OH，较佳是具有类似于与CMP程序20及40期间使用的浆料的pH值。各晶圆的正面与背面都可使用不同洗涤站来刷清洁。必要时，可在刷清洁后使用低浓度HF喷涂移除金属污染物。在完成刷清洁程序70之后，可将此晶圆移送至可对其进行旋转燥化的旋转燥化站。之后，此晶圆已准备好进行后续处理或测试。
结果是，提供一种用于晶圆抛光与清洁的设备及一种在晶圆抛光后进行晶圆清洁的方法。特别的是，本文中所揭示的晶圆清洁可整合于22nm FDSOI技术中。
以上所揭示的特定具体实施例仅具有说明性，因为本发明可采用对受益于本文教示的本领域技术人员显而易见的不同但均等方式来修改并且实践。举例而言，以上所提出的程序步骤可按照不同顺序来进行。再者，除了权利要求中所述外，未意图限制于本文所示构造或设计的细节。因此，证实可改变或修改以上揭示的特定具体实施例且所有此类变例全都视为在本发明的范畴及精神内。要注意的是，本说明书中及所附权利要求中诸如“第一”、“第二”、“第三”或“第四”等用以说明各种程序或结构的用语只是当作此类步骤/结构的节略参考在使用，不必然隐喻此类步骤/结构有依排定顺序来进行/形成。当然，取决于精准的权利要求用语，此类程序的顺序可或可不需要排序。因此，本文寻求的保护如权利要求书中所提。
Claims (20)
1.一种用于半导体晶圆处理的设备，其包含：
抛光级，经组配用于抛光该半导体晶圆的表面；
清洗级，经组配用于清洁该半导体晶圆的该表面；以及
混合器，与该清洗级连接并且经组配用于供应至少去离子水(DIW)与惰性气体的混合物至该清洗级。
2.如权利要求1所述的设备，其更包含与该混合器连接的惰性气体供应器以及与该混合器连接的DIW供应器。
3.如权利要求2所述的设备，其中该惰性气体供应器组配成用来加压该惰性气体。
4.如权利要求1所述的设备，其中该混合器为文氏混合器。
5.如权利要求1所述的设备，其中该抛光级经组配用于对该半导体晶圆的该表面进行化学机械平坦化。
6.如权利要求1所述的设备，其更包含该抛光与清洗站下游处所配置的刷清洁站。
7.一种处理半导体晶圆的表面的方法，该方法包含：
移动该半导体晶圆至晶圆处理设备的清洗级；
供应至少去离子水(DIW)与惰性气体的混合物至该清洗级；以及
在该清洗级中以已供应的该混合物清洗该半导体晶圆的该表面。
8.如权利要求7所述的方法，其中该惰性气体为已加压氮。
9.如权利要求7所述的方法，其更包含在完成该清洗程序后，刷清洁该半导体晶圆的该表面。
10.如权利要求7所述的方法，其更包含在进行该清洗程序前，先抛光该半导体晶圆的该表面。
11.如权利要求10所述的方法，其中该抛光程序包含在该半导体晶圆的该表面与用于该抛光程序的抛光垫之间布置浆料组成物。
12.如权利要求7所述的方法，其更包含：
当该半导体晶圆处于第一状态时，在第一抛光垫与该半导体晶圆的该表面之间布置第一浆料组成物；
当该半导体晶圆处于第二状态时，在第二抛光垫与该半导体晶圆的该表面之间布置第二浆料组成物；
供应该DIW与该惰性气体的该混合物至另一清洗级；
于第一开始时间，通过该第一抛光垫与第一浆料组成物，在该半导体晶圆的该表面上开始第一抛光；
于该清洗级中完成该第一抛光后，以已供应的该混合物清洗该半导体晶圆的该表面；以及
于该另一清洗级中完成该第二抛光后，以已供应的该混合物清洗该半导体晶圆的该表面。
13.如权利要求7所述的方法，其更包含：
当第一半导体晶圆处于第一状态时，在第一抛光垫与该第一半导体晶圆之间布置第一浆料组成物；
当第二半导体晶圆处于第二状态时，在第二抛光垫与该第二半导体晶圆之间布置第二浆料组成物；
于第一开始时间，通过该第一抛光垫与第一浆料组成物，在该第一半导体晶圆上开始第一抛光；
于有别于该第一开始时间的第二开始时间，通过该第二抛光垫与第二浆料，在该第二半导体晶圆上开始第二抛光；以及
在完成该第一或第二抛光后，清洗该第一与第二半导体晶圆其中至少一者。
14.如权利要求7所述的方法，其中该混合物通过混合器供应至该清洗级，以及更包含自惰性气体供应器供应该惰性气体至该混合器，并且自DIW供应器供应该DIW至该混合器。
15.如权利要求7所述的方法，其中该半导体晶圆为包含FDSOI装置的SOI晶圆。
16.一种用于清洁已抛光半导体晶圆的表面的后抛光清洁方法，该方法包含：
以包含去离子水(DIW)与已加压惰性气体的清洗流体清洗该已抛光半导体晶圆的该表面。
17.如权利要求16所述的方法，其中该已加压惰性气体包含氮。
18.如权利要求16所述的方法，其更包含刷清洁该半导体晶圆的已清洁且已抛光的该表面。
19.如权利要求16所述的方法，其更包含抛光该半导体晶圆的已清洗且已抛光的该表面以获得该晶圆的进一步已抛光表面，且以该清洗流体清洗该已抛光半导体晶圆的该进一步已抛光表面。
20.如权利要求16所述的方法，其中该半导体晶圆为包含FDSOI装置的SOI晶圆。
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