CN107546110B - 一种钨化学机械平坦化的后清洗方法及晶圆 - Google Patents
一种钨化学机械平坦化的后清洗方法及晶圆 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种钨化学机械平坦化的后清洗方法及晶圆,本发明钨化学机械平坦化的后清洗方法工艺简单,采用特定分步清洗、刷洗、冲洗和甩干操作,清洗效果好,能够有效降低CMP后清洗工艺过程中对于Wplug的氧化及电化学腐蚀,避免造成更严重的钨塞的碟形凹陷(W recess)缺陷,还能够优化晶圆表面Zeta电势,降低晶圆在CMP后被再次沾污的风险。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域,具体而言,涉及一种钨化学机械平坦化的后清洗方法及晶圆。
背景技术
钨的化学机械平坦化是对填充通孔的金属钨进行平坦化的工艺,去除氧化物层表面多余淀积的钨,留下通孔中的钨塞,形成金属互连通路。W plug CMP后清洗工艺的基本目标是去除平坦化工艺中带来的颗粒,主要包括抛光液残留颗粒、抛光垫磨屑,晶圆本身的在平坦化过程中产生的颗粒等。
钨化学机械平坦化后,钨塞(Tungsten plug)会暴露在晶圆表面,在后清洗工艺中除了保证晶圆表面洁净度之外,还要减少后清洗过程中可能出现的对钨塞的二次腐蚀。
随着器件关键尺寸的不断缩小,CMP(钨化学机械平坦化)后清洗成为产品缺陷控制的重要环节,现有技术中W CMP后清洗工艺中电化学腐蚀、Zate电势和表面颗粒残留等成为了技术难点。
相关技术中,在CMP后清洗工艺过程中对W plug(钨塞)的氧化及电化学腐蚀明显,清洗后微粒残留现象和二次沾污风险有待降低;相关技术中所采用的后清洗装置,清洗效果有限,不利于甩干效果,易造成水印残留,不利于清洗工序中表面微粒及抛光液残留的排出,如采用IPA等干燥槽工艺,对后清洗工艺及设备的操作及安全管理要求较高。
有鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,该方法工艺简单,清洗效果好,能够有效降低CMP后清洗工艺过程中对于W plug的氧化及电化学腐蚀,避免造成更严重的钨塞的碟形凹陷(W recess)缺陷,还能够优化晶圆表面Zeta电势,降低晶圆在CMP后被再次沾污的风险。
为了实现本发明的上述目的,特采用以下技术方案:
一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,包括如下步骤:
a.将钨化学机械平坦化后的晶圆在清洗槽内采用清洗液进行清洗;
b.将步骤a所得晶圆在第一刷洗槽内依次分别采用第一刷洗液和第二刷洗液进行刷洗;
c.将步骤b所得晶圆在第二刷洗槽内采用第三刷洗液进行刷洗;
d.将步骤c所得晶圆在甩干槽内依次分别采用第一冲洗液和第二冲洗液进行冲洗,甩干。
本发明钨化学机械平坦化的后清洗方法工艺简单,采用特定分步清洗、刷洗、冲洗和甩干操作,清洗效果好,能够有效降低CMP后清洗工艺过程中对于W plug的氧化及电化学腐蚀,避免造成更严重的钨塞的碟形凹陷(W recess)缺陷,还能够优化晶圆表面Zeta电势,降低晶圆在CMP后被再次沾污的风险。
可选地,所述晶圆在清洗槽、第一刷洗槽和第二刷洗槽内竖直放置,在甩干槽内水平放置,在甩干槽内水平放置。
可选地,所述清洗槽包括兆声波清洗槽。
可选地,所述清洗槽与气体鼓泡溢流循环系统相连。
可选地,所述气体鼓泡溢流循环系统包括气体鼓泡发生装置。
可选地,所述气体包括N2和惰性气体中的一种或多种,优选包括N2。
可选地,所述清洗液包括NH4OH、H2O和EDTA的混合溶液。
可选地,所述NH4OH和H2O的质量比为NH4OH:H2O=1:5-20,优选为1:5-10,进一步优选为1:10。
可选地,所述EDTA的用量为NH4OH和H2O总质量的0.2%-1%,优选为0.2%-0.5%,进一步优选为0.2%。
可选地,所述将钨化学机械平坦化后的晶圆在清洗槽内采用清洗液进行清洗的时间为5s以上,优选为5-25s,进一步优选为15s。
可选地,所述将钨化学机械平坦化后的晶圆在清洗槽内采用清洗液进行清洗的晶圆转速为35rpm以下,优选为10-35rpm,进一步优选为20rpm。
可选地,所述兆声波清洗槽的功率为50W以上,优选为50-150W,进一步优选为100W。
可选地,所述兆声波清洗槽的兆声波频率为0.8MHz以上,优选为0.8-1.2MHz,进一步优选为1MHz。
可选地,所述气体鼓泡溢流循环系统的气体流量为3000mL/min以上,优选为3000-8000mL/min,进一步优选为5000mL/min。
可选地,所述气体鼓泡溢流循环系统的气体管径为0.5mm以下,优选为0.2-0.5mm,进一步优选为0.2mm。
可选地,所述第一刷洗液包括NH4OH、H2O2、H2O和苯丙三唑的混合溶液。
可选地,所述NH4OH、H2O2和H2O的质量比为1:1:33-68,优选为1:1:68。
可选地,所述第一刷洗液中苯丙三唑的浓度为0.5wt%以下,优选为0.1wt%至0.5wt%,进一步优选为0.1wt%。
可选地,所述第二刷洗液包括苯丙三唑的水溶液。
可选地,所述第二刷洗液中苯丙三唑的浓度为0.3wt%以下,优选为0.1wt%-0.3wt%,进一步优选为0.1wt%。
可选地,所述第一刷洗槽内设置滚刷,优选设置两个反向转动的滚刷,第一刷洗液、第二刷洗液刷洗时滚刷均为打开状态。
可选地,所述将步骤a所得晶圆在第一刷洗槽内依次分别采用第一刷洗液和第二刷洗液进行刷洗前,采用水对滚刷进行润湿操作。
可选地,所述润湿操作中水流量为1000mL/min以上,优选为1000-3000mL/min,进一步优选为1500mL/min。
可选地,所述润湿操作的时间为5s以上,优选为5-20s,进一步优选为10s。
可选地,所述润湿操作中晶圆的转速为60rpm以下,优选为20-60rpm,进一步优选为40rpm。
可选地,采用第一刷洗液进行刷洗的时间为5s以上,优选为5-20s,进一步优选为10s。
可选地,采用第一刷洗液进行刷洗时,晶圆的转速为35rpm以下,优选为10-35rpm,进一步优选为30rpm。
可选地,用第一刷洗液进行刷洗时,第一刷洗液的流量为50mL/min以上,优选为50-150mL/min,进一步优选为100mL/min。
可选地,采用第二刷洗液进行刷洗的时间为10s以上,优选为10-30s,进一步优选为10s。
可选地,采用第二刷洗液进行刷洗时,晶圆的转速为35rpm以下,优选为10-35rpm,进一步优选为30rpm。
可选地,用第二刷洗液进行刷洗时,第二刷洗液的流量为1500mL/min以上,优选为1500-3000mL/min,进一步优选为1500mL/min。
可选地,所述第三刷洗液包括氢氟酸水溶液。
可选地,所述第三刷洗液中氢氟酸的浓度为0.5wt%以上,优选为0.5wt%-1wt%,进一步优选为1wt%。
可选地,所述第二刷洗槽内设置滚刷,优选设置两个反向转动的滚刷,第三刷洗液刷洗时滚刷为打开状态。
可选地,所述将步骤b所得晶圆在第二刷洗槽内采用第三刷洗液进行刷洗前,采用水对滚刷进行润湿操作。
可选地,所述润湿操作中水流量为1000mL/min以上,优选为1000-3000mL/min,进一步优选为1500mL/min。
可选地,所述润湿操作的时间为5s以上,优选为5-20s,进一步优选为10s。
可选地,所述润湿操作中晶圆的转速为60rpm以下,优选为20-60rpm,进一步优选为40rpm。
可选地,采用第三刷洗液进行刷洗的时间为5s以上,优选为5-20s,进一步优选为10s。
可选地,采用第三刷洗液进行刷洗时,晶圆的转速为60rpm以下,优选为10-60rpm,进一步优选为30rpm。
可选地,用第三刷洗液进行刷洗时,第三刷洗液的流量为1000mL/min以上,优选为1000-2000mL/min,进一步优选为1000mL/min。
可选地,将步骤b所得晶圆在第二刷洗槽内采用第三刷洗液进行刷洗后,采用水对晶圆进行清洗操作,清洗操作时滚刷为闭合状态。
可选地,所述清洗操作的时间为10s以上,优选为10-30s,进一步优选为10s。
可选地,所述清洗操作时,滚刷的转速为100rpm以上,优选为100-500rpm,进一步优选为200rpm。
可选地,所述清洗操作时,晶圆的转速为35rpm以下,优选为10-35rpm,进一步优选为30rpm。
可选地,所述清洗操作时,水的流量为1500mL/min以上,优选为1500-3000mL/min,进一步优选为2000mL/min。
可选地,所述第一冲洗液包括氨水溶液。
可选地,所述第一冲洗液中NH4OH和H2O的质量比为NH4OH:H2O=1:10-50,优选为1:10-20,进一步优选为1:20。
可选地,所述第二冲洗液包括水。
可选地,采用第一冲洗液进行冲洗的时间为10s以上,优选为10-20s,进一步优选为10s。
可选地,采用第一冲洗液进行冲洗时,晶圆的转速为100rpm以上,优选为100-600rpm,进一步优选为300rpm。
可选地,采用第一冲洗液进行冲洗时,第一冲洗液的流量为100mL/min以上,优选为100-400mL/min,进一步优选为150mL/min。
可选地,采用第二冲洗液进行冲洗的时间为10s以上,优选为10-20s,进一步优选为10s。
可选地,采用第二冲洗液进行冲洗时,晶圆的转速为100rpm以上,优选为100-600rpm,进一步优选为300rpm。
可选地,采用第二冲洗液进行冲洗时,第二冲洗液的流量为100mL/min以上,优选为100-400mL/min,进一步优选为300mL/min。
可选地,所述甩干的时间为30s以上,优选为30-60s,进一步优选为45s。
可选地,所述甩干时,晶圆的转速为2000rpm以上,优选为2000-4000rpm,进一步优选为3000rpm。
可选地,所述甩干时,采用气体对晶圆进行吹干。
可选地,所述气体包括N2和惰性气体中的一种或多种,优选包括N2。
可选地,所述气体流量为8slm以上,优选为8-20slm,进一步优选为10slm。
采用上述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法清洗得到的晶圆。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明钨化学机械平坦化的后清洗方法工艺简单,采用特定分步清洗、刷洗、冲洗和甩干操作,清洗效果好,能够有效降低CMP后清洗工艺过程中对于W plug的氧化及电化学腐蚀,避免造成更严重的钨塞的碟形凹陷(W recess)缺陷,还能够优化晶圆表面Zeta电势,降低晶圆在CMP后被再次沾污的风险,与现有后清洗工艺相比,本发明方法能有效减小10%-15%的蝶形凹陷深度,减少5%-10%的表面颗粒沾污。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式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,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,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为本发明钨化学机械平坦化的后清洗方法工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,但是本领域技术人员将会理解,下列所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。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。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,包括如下步骤:
a.将钨化学机械平坦化后的晶圆在清洗槽内采用清洗液进行清洗;
b.将步骤a所得晶圆在第一刷洗槽内依次分别采用第一刷洗液和第二刷洗液进行刷洗;
c.将步骤b所得晶圆在第二刷洗槽内采用第三刷洗液进行刷洗;
d.将步骤c所得晶圆在甩干槽内依次分别采用第一冲洗液和第二冲洗液进行冲洗,甩干。
本发明钨化学机械平坦化的后清洗方法工艺简单,采用特定分步清洗、刷洗、冲洗和甩干操作,清洗效果好,能够有效降低CMP后清洗工艺过程中对于W plug的氧化及电化学腐蚀,避免造成更严重的钨塞的碟形凹陷(W recess)缺陷,还能够优化晶圆表面Zeta电势,降低晶圆在CMP后被再次沾污的风险。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述晶圆在清洗槽、第一刷洗槽和第二刷洗槽内竖直放置,在甩干槽内水平放置。
采用特定晶圆放置方式,能够充分保证清洗效果,同时进一步有效去除W plug化学机械平坦化工艺中产生的各种颗粒与抛光液残留。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述清洗槽包括兆声波清洗槽。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述清洗槽与气体鼓泡溢流循环系统相连。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述气体鼓泡溢流循环系统包括气体鼓泡发生装置。
在兆声波清洗槽内引入气体鼓泡发生装置,其作用是与兆声波发生器协同作用减薄浸泡于清洗剂中晶圆表面层流边界层的厚度,增强对0.1um边界层内微粒的去除能力。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述气体鼓泡发生装置设置在清洗槽内底部。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述气体包括N2和惰性气体中的一种或多种,优选包括N2。
在清洗槽中进行气体鼓泡,能够与兆声波发生器协同作用减薄浸泡于清洗剂中晶圆表面层流边界层的厚度,增强对0.1μm边界层内微粒的去除能力。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述清洗液包括NH4OH、H2O和EDTA的混合溶液。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述NH4OH和H2O的质量比为NH4OH:H2O=1:5-20,优选为1:5-10,进一步优选为1:10。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述EDTA的用量为NH4OH和H2O总质量的0.2%-1%,优选为0.2%-0.5%,进一步优选为0.2%。
采用特定清洗液,能够在兆声波震动和N2鼓泡的共同作用下,提高初步清除微粒和部分金属杂质、改善晶圆表面Zate电势的效果。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述将钨化学机械平坦化后的晶圆在清洗槽内采用清洗液进行清洗的时间为5s以上,优选为5-25s,进一步优选为15s。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述将钨化学机械平坦化后的晶圆在清洗槽内采用清洗液进行清洗的晶圆转速为35rpm以下,优选为10-35rpm,进一步优选为20rpm。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述兆声波清洗槽的功率为50W以上,优选为50-150W,进一步优选为100W。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述兆声波清洗槽的兆声波频率为0.8MHz以上,优选为0.8-1.2MHz,进一步优选为1MHz。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述气体鼓泡溢流循环系统的气体流量为3000mL/min以上,优选为3000-8000mL/min,进一步优选为5000mL/min。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述气体鼓泡溢流循环系统的气体管径为0.5mm以下,优选为0.2-0.5mm,进一步优选为0.2mm。
气体管的数量可根据实际所需曝气情况确定,本发明具体实施方式中采用4根气体管。
采用特定清洗条件,有助于进一步提高初步清除微粒和部分金属杂质、改善晶圆表面Zate电势的效果。
可选地,所述步骤a清洗没有温度要求,在室温下进行即可。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述第一刷洗液包括NH4OH、H2O2、H2O和苯丙三唑的混合溶液。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述NH4OH、H2O2和H2O的质量比为1:1:33-68,优选为1:1:68。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述第一刷洗液中苯丙三唑的浓度为0.5wt%以下,优选为0.1wt%至0.5wt%,进一步优选为0.1wt%。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述第二刷洗液包括苯丙三唑的水溶液。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述第二刷洗液中苯丙三唑的浓度为0.3wt%以下,优选为0.1wt%-0.3wt%,进一步优选为0.1wt%。
采用特定第一刷洗液和第二刷洗液,有助于有效清除微粒和金属络合物的同时减缓钨的电化学腐蚀。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述第一刷洗槽内设置滚刷,优选设置两个反向转动的滚刷,第一刷洗液、第二刷洗液刷洗时滚刷均为打开状态。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述将步骤a所得晶圆在第二刷洗槽内依次分别采用第一刷洗液和第二刷洗液进行刷洗前,采用水对滚刷进行润湿操作。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述润湿操作中水流量为1000mL/min以上,优选为1000-3000mL/min,进一步优选为1500mL/min。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述润湿操作的时间为5s以上,优选为5-20s,进一步优选为10s。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述润湿操作中晶圆的转速为60rpm以下,优选为20-60rpm,进一步优选为40rpm。
本发明一种优选的具体实施方式中,采用第一刷洗液进行刷洗的时间为5s以上,优选为5-20s,进一步优选为10s。
本发明一种优选的具体实施方式中,采用第一刷洗液进行刷洗时,晶圆的转速为35rpm以下,优选为10-35rpm,进一步优选为30rpm。
本发明一种优选的具体实施方式中,用第一刷洗液进行刷洗时,第一刷洗液的流量为50mL/min以上,优选为50-150mL/min,进一步优选为100mL/min。
本发明一种优选的具体实施方式中,采用第二刷洗液进行刷洗的时间为10s以上,优选为10-30s,进一步优选为10s。
本发明一种优选的具体实施方式中,采用第二刷洗液进行刷洗时,晶圆的转速为35rpm以下,优选为10-35rpm,进一步优选为30rpm。
本发明一种优选的具体实施方式中,用第二刷洗液进行刷洗时,第二刷洗液的流量为1500mL/min以上,优选为1500-3000mL/min,进一步优选为1500mL/min。
采用特定第一刷洗液和第二刷洗液刷洗条件,有助于进一步有效清除微粒和金属络合物的同时减缓钨的电化学腐蚀。
可选地,所述步骤b刷洗过程中,刷毛保持打开状态,以提高润湿及刷洗效果。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述第三刷洗液包括氢氟酸水溶液。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述第三刷洗液中氢氟酸的浓度为0.5wt%以上,优选为0.5wt%-1wt%,进一步优选为1wt%。
采用特定第三刷洗液,有助于去除镶嵌在氧化层内的微粒及金属杂质,改善表面粗糙度。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述第二刷洗槽内设置滚刷,优选设置两个反向转动的滚刷。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述将步骤b所得晶圆在第二刷洗槽内采用第三刷洗液进行刷洗前,采用水对滚刷进行润湿操作,第三刷洗液刷洗时滚刷为打开状态。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述润湿操作中水流量为1000mL/min以上,优选为1000-3000mL/min,进一步优选为1500mL/min。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述润湿操作的时间为5s以上,优选为5-20s,进一步优选为10s。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述润湿操作中晶圆的转速为60rpm以下,优选为20-60rpm,进一步优选为40rpm。
本发明一种优选的具体实施方式中,采用第三刷洗液进行刷洗的时间为5s以上,优选为5-20s,进一步优选为10s。
本发明一种优选的具体实施方式中,采用第三刷洗液进行刷洗时,晶圆的转速为60rpm以下,优选为10-60rpm,进一步优选为30rpm。
本发明一种优选的具体实施方式中,用第三刷洗液进行刷洗时,第三刷洗液的流量为1000mL/min以上,优选为1000-2000mL/min,进一步优选为1000mL/min。
采用特定第三刷洗液刷洗条件,有助于进一步去除镶嵌在氧化层内的微粒及金属杂质,改善表面粗糙度。
可选地,所述步骤c刷洗过程中,刷毛保持打开状态,以提高润湿及刷洗效果。
本发明一种优选的具体实施方式中,将步骤b所得晶圆在第二刷洗槽内采用第三刷洗液进行刷洗后,采用水对晶圆进行清洗操作,清洗操作时滚刷为闭合状态。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述清洗操作的时间为10s以上,优选为10-30s,进一步优选为10s。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述清洗操作时,滚刷的转速为100rpm以上,优选为100-500rpm,进一步优选为200rpm。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述清洗操作时,晶圆的转速为35rpm以下,优选为10-35rpm,进一步优选为30rpm。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述清洗操作时,水的流量为1500mL/min以上,优选为1500-3000mL/min,进一步优选为2000mL/min。
采用特定清洗条件,有助于有效去除晶圆表面的第三刷洗液残留,避免对后续工艺产生影响。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述第一冲洗液包括氨水溶液。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述第一冲洗液中NH4OH和H2O的质量比为NH4OH:H2O=1:10-50,优选为1:10-20,进一步优选为1:20。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述第二冲洗液包括水。
采用特定第一冲洗液和第二冲洗液,有助于清除第三刷洗液残留,同时改善晶圆表面Zate电势。
本发明一种优选的具体实施方式中,采用第一冲洗液进行冲洗的时间为10s以上,优选为10-20s,进一步优选为10s。
本发明一种优选的具体实施方式中,采用第一冲洗液进行冲洗时,晶圆的转速为100rpm以上,优选为100-600rpm,进一步优选为300rpm。
本发明一种优选的具体实施方式中,采用第一冲洗液进行冲洗时,第一冲洗液的流量为100mL/min以上,优选为100-400mL/min,进一步优选为150mL/min。
本发明一种优选的具体实施方式中,采用第二冲洗液进行冲洗的时间为10s以上,优选为10-20s,进一步优选为10s。
本发明一种优选的具体实施方式中,采用第二冲洗液进行冲洗时,晶圆的转速为100rpm以上,优选为100-600rpm,进一步优选为300rpm。
本发明一种优选的具体实施方式中,采用第二冲洗液进行冲洗时,第二冲洗液的流量为100mL/min以上,优选为100-400mL/min,进一步优选为300mL/min。
采用特定第一冲洗液和第二冲洗液冲洗条件,有助于进一步清除第三刷洗液残留,同时进一步改善晶圆表面Zate电势。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述甩干的时间为30s以上,优选为30-60s,进一步优选为45s。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述甩干时,晶圆的转速为2000rpm以上,优选为2000-4000rpm,进一步优选为3000rpm。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述甩干时,采用气体对晶圆进行吹干。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述气体包括N2和惰性气体中的一种或多种,优选包括N2。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述气体流量为8slm以上,优选为8-20slm,进一步优选为10slm。
采用特定甩干条件,有助于去除镜片表面的第二冲洗液残留,得到清洁干燥的晶圆。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述清洗槽内设置清洗液出口。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述滚刷内部设置出水口,实现对滚刷的浸润和冲洗功能。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述第一刷洗槽和第二刷洗槽内设置液体喷嘴,可采用清洗剂或去离子水对晶圆表面进行冲洗。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述晶圆与滚刷能够同步转动。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述甩干槽包括水平旋转甩干装置。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述晶圆上方设置喷淋摆臂。
本发明一种优选的具体实施方式中,所述喷淋摆臂上分别设置液体喷嘴和气体喷嘴,可在甩干前对晶圆进行化学液或去离子水冲洗,并提供甩干时的N2或惰性气体吹扫。
采用上述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法清洗得到的晶圆。
实施例1
一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,包括如下步骤:
a.晶圆进入带有N2鼓泡溢流循环系统的兆声波清洗槽,用清洗液进行清洗,初步去除颗粒及部分金属杂质;关键工艺参数如下:
清洗液:NH4OH和H2O的质量比为NH4OH:H2O=1:5,添加剂用量为NH4OH和H2O总质量的0.2%;
清洗时间:5s;
晶圆转速:35rpm;
兆声波清洗槽的功率:50W;
兆声波清洗槽的兆声波频率:0.8MHz;
N2流量:3000mL/min;
N2管数量:4;
N2管径:0.5mm;
b.将步骤a所得晶圆在第一刷洗槽内依次分别采用第一刷洗液和第二刷洗液进行刷洗;清除微粒和金属络合物的同时减缓钨的电化学腐蚀;刷洗槽内部采用去离子水润湿;关键工艺参数如下:
1.去离子水润湿:
去离子水流量:1000mL/min;
润湿时间:5s;
晶圆转速:60rpm;
滚刷间隙状态:打开状态;
2.第一刷洗液刷洗:
第一刷洗液:NH4OH、H2O2和H2O的质量比为1:1:33,添加剂苯丙三唑,第一刷洗液中苯丙三唑浓度:0.5wt%;
刷洗时间:5s;
晶圆转速:35rpm;
第一刷洗液流量:50mL/min;
滚刷间隙状态:打开状态;
3.第二刷洗液刷洗:
第二刷洗液:去离子水,添加剂苯丙三唑,第二刷洗液中苯丙三唑浓度:0.3wt%;
刷洗时间:10s;
晶圆转速:35rpm;
第二刷洗液流量:1500mL/min;
滚刷间隙状态:打开状态;
c.将步骤b所得晶圆在第二刷洗槽内采用氢氟酸水溶液进行刷洗,去除镶嵌在氧化层内的微粒及金属杂质,改善表面粗糙度;刷洗槽内部采用去离子水润湿;关键工艺参数如下:
1.去离子水润湿:
去离子水流量:1000mL/min;
润湿时间:5s;
晶圆转速:60rpm;
滚刷间隙状态:打开状态;
2.氢氟酸水溶液刷洗:
氢氟酸水溶液中氢氟酸浓度:0.5wt%;
刷洗时间:5s;
晶圆转速:60rpm;
氢氟酸水溶液流量:1000mL/min;
滚刷间隙状态:打开状态;
3.去离子水清洗操作:
清洗操作时间:10s;
滚刷转速:100rpm;
晶圆转速:35rpm;
去离子水流量:1500mL/min;
滚刷间隙状态:闭合状态;
d.将步骤c所得晶圆在甩干槽内,依次分别采用氨水溶液和去离子水进行分步冲洗,甩干,甩干过程中辅助采用N2吹干,改善晶圆表面Zate电势,最后清洗干燥晶圆表面,关键工艺参数如下:
1.氨水溶液冲洗:
氨水溶液中NH4OH和H2O的质量比为NH4OH:H2O=1:10;
冲洗时间:10s;
晶圆转速:100rpm;
氨水溶液的流量:100mL/min;
2.去离子水冲洗:
冲洗时间:10s;
晶圆转速:100rpm;
氨水溶液的流量:100mL/min;
3.甩干:
甩干时间:30s;
晶圆转速:2000rpm;
N2流量:8slm。
实施例2
一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,包括如下步骤:
a.晶圆进入带有N2鼓泡溢流循环系统的兆声波清洗槽,用清洗液进行清洗,初步去除颗粒及部分金属杂质;关键工艺参数如下:
清洗液:NH4OH和H2O的质量比为NH4OH:H2O=1:20,添加剂用量为NH4OH和H2O总质量的1%;
清洗时间:25s;
晶圆转速:10rpm;
兆声波清洗槽的功率:150W;
兆声波清洗槽的兆声波频率:1.2MHz;
N2流量:8000mL/min;
N2管数量:4;
N2管径:0.2mm;
b.将步骤a所得晶圆在第一刷洗槽内依次分别采用第一刷洗液和第二刷洗液进行刷洗;清除微粒和金属络合物的同时减缓钨的电化学腐蚀;刷洗槽内部采用去离子水润湿;关键工艺参数如下:
1.去离子水润湿:
去离子水流量:3000mL/min;
润湿时间:20s;
晶圆转速:20rpm;
滚刷间隙状态:打开状态;
2.第一刷洗液刷洗:
第一刷洗液:NH4OH、H2O2和H2O的质量比为1:1:68,添加剂苯丙三唑,第一刷洗液中苯丙三唑浓度:0.1wt%;
刷洗时间:20s;
晶圆转速:10rpm;
第一刷洗液流量:150mL/min;
滚刷间隙状态:打开状态;
3.第二刷洗液刷洗:
第二刷洗液:去离子水,添加剂苯丙三唑,第二刷洗液中苯丙三唑浓度:0.1wt%;
刷洗时间:30s;
晶圆转速:10rpm;
第二刷洗液流量:3000mL/min;
滚刷间隙状态:打开状态;
c.将步骤b所得晶圆在第二刷洗槽内采用氢氟酸水溶液进行刷洗,去除镶嵌在氧化层内的微粒及金属杂质,改善表面粗糙度;刷洗槽内部采用去离子水润湿;关键工艺参数如下:
1.去离子水润湿:
去离子水流量:3000mL/min;
润湿时间:20s;
晶圆转速:20rpm;
滚刷间隙状态:打开状态;
2.氢氟酸水溶液刷洗:
氢氟酸水溶液中氢氟酸浓度:1wt%;
刷洗时间:20s;
晶圆转速:10rpm;
氢氟酸水溶液流量:2000mL/min;
滚刷间隙状态:打开状态;
3.去离子水清洗操作:
清洗操作时间:30s;
滚刷转速:500rpm;
晶圆转速:10rpm;
去离子水流量:3000mL/min;
滚刷间隙状态:闭合状态;
d.将步骤c所得晶圆在甩干槽内,依次分别采用氨水溶液和去离子水进行分步冲洗,甩干,甩干过程中辅助采用N2吹干,改善晶圆表面Zate电势,最后清洗干燥晶圆表面,关键工艺参数如下:
1.氨水溶液冲洗:
氨水溶液中NH4OH和H2O的质量比为NH4OH:H2O=1:50;
冲洗时间:20s;
晶圆转速:600rpm;
氨水溶液的流量:400mL/min;
2.去离子水冲洗:
冲洗时间:20s;
晶圆转速:600rpm;
氨水溶液的流量:400mL/min;
3.甩干:
甩干时间:60s;
晶圆转速:4000rpm;
N2流量:20slm。
实施例3
一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,包括如下步骤:
a.晶圆进入带有N2鼓泡溢流循环系统的兆声波清洗槽,用清洗液进行清洗,初步去除颗粒及部分金属杂质;关键工艺参数如下:
清洗液:NH4OH和H2O的质量比为NH4OH:H2O=1:10,添加剂用量为NH4OH和H2O总质量的0.5%;
清洗时间:15s;
晶圆转速:20rpm;
兆声波清洗槽的功率:100W;
兆声波清洗槽的兆声波频率:1MHz;
N2流量:5000mL/min;
N2管数量:4;
N2管径:0.2mm;
b.将步骤a所得晶圆在第一刷洗槽内依次分别采用第一刷洗液和第二刷洗液进行刷洗;清除微粒和金属络合物的同时减缓钨的电化学腐蚀;刷洗槽内部采用去离子水润湿;关键工艺参数如下:
1.去离子水润湿:
去离子水流量:1500mL/min;
润湿时间:10s;
晶圆转速:40rpm;
滚刷间隙状态:打开状态;
2.第一刷洗液刷洗:
第一刷洗液:NH4OH、H2O2和H2O的质量比为1:1:50,添加剂苯丙三唑,第一刷洗液中苯丙三唑浓度:0.1wt%;
刷洗时间:10s;
晶圆转速:30rpm;
第一刷洗液流量:100mL/min;
滚刷间隙状态:打开状态;
3.第二刷洗液刷洗:
第二刷洗液:去离子水,添加剂苯丙三唑,第二刷洗液中苯丙三唑浓度:0.1wt%;
刷洗时间:10s;
晶圆转速:30rpm;
第二刷洗液流量:1500mL/min;
滚刷间隙状态:打开状态;
c.将步骤b所得晶圆在第二刷洗槽内采用氢氟酸水溶液进行刷洗,去除镶嵌在氧化层内的微粒及金属杂质,改善表面粗糙度;刷洗槽内部采用去离子水润湿;关键工艺参数如下:
1.去离子水润湿:
去离子水流量:1500mL/min;
润湿时间:10s;
晶圆转速:40rpm;
滚刷间隙状态:打开状态;
2.氢氟酸水溶液刷洗:
氢氟酸水溶液中氢氟酸浓度:1wt%;
刷洗时间:10s;
晶圆转速:30rpm;
氢氟酸水溶液流量:1000mL/min;
滚刷间隙状态:打开状态;
3.去离子水清洗操作:
清洗操作时间:10s;
滚刷转速:200rpm;
晶圆转速:30rpm;
去离子水流量:2000mL/min;
滚刷间隙状态:闭合状态;
d.将步骤c所得晶圆在甩干槽内,依次分别采用氨水溶液和去离子水进行分步冲洗,甩干,甩干过程中辅助采用N2吹干,改善晶圆表面Zate电势,最后清洗干燥晶圆表面,关键工艺参数如下:
1.氨水溶液冲洗:
氨水溶液中NH4OH和H2O的质量比为NH4OH:H2O=1:20;
冲洗时间:10s;
晶圆转速:300rpm;
氨水溶液的流量:150mL/min;
2.去离子水冲洗:
冲洗时间:10s;
晶圆转速:300rpm;
氨水溶液的流量:300mL/min;
3.甩干:
甩干时间:45s;
晶圆转速:3000rpm;
N2流量:10slm。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明,然而应意识到,以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;本领域的普通技术人员应当理解:在不背离本发明的精神和范围的情况下,可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围;因此,这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。
Claims (45)
1.一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,包括如下步骤:
a.将钨化学机械平坦化后的晶圆在清洗槽内采用清洗液进行清洗;
b.将步骤a所得晶圆在第一刷洗槽内依次分别采用第一刷洗液和第二刷洗液进行刷洗;
c.将步骤b所得晶圆在第二刷洗槽内采用第三刷洗液进行刷洗;
d.将步骤c所得晶圆在甩干槽内依次分别采用第一冲洗液和第二冲洗液进行冲洗,甩干;
所述清洗槽包括兆声波清洗槽,所述清洗槽与气体鼓泡溢流循环系统相连;
所述气体鼓泡溢流循环系统的气体流量为3000-8000mL/min。
2.根据权利要求1所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述晶圆在清洗槽、第一刷洗槽和第二刷洗槽内竖直放置,在甩干槽内水平放置。
3.根据权利要求1所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述气体鼓泡溢流循环系统包括气体鼓泡发生装置。
4.根据权利要求1所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述气体包括N2和惰性气体中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述气体包括N2。
6.根据权利要求1所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述清洗液包括NH4OH、H2O和EDTA的混合溶液;所述NH4OH和H2O的质量比为NH4OH:H2O=1:5-20,所述EDTA的用量为NH4OH和H2O总质量的0.2%-1%。
7.根据权利要求6所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述NH4OH和H2O的质量比为NH4OH:H2O=1:5-10,所述EDTA的用量为NH4OH和H2O总质量的0.2%-0.5%。
8.根据权利要求7所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述NH4OH和H2O的质量比为NH4OH:H2O=1:10;所述EDTA的用量为NH4OH和H2O总质量的0.2%。
9.根据权利要求1所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述将钨化学机械平坦化后的晶圆在清洗槽内采用清洗液进行清洗的时间为5-25s,晶圆转速为10-35rpm;所述兆声波清洗槽的功率为50-150W,兆声波频率为0.8-1.2MHz。
10.根据权利要求9所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述将钨化学机械平坦化后的晶圆在清洗槽内采用清洗液进行清洗的时间为15s,晶圆转速为20rpm;所述兆声波清洗槽的功率为100W,兆声波频率为1MHz。
11.根据权利要求1所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述气体鼓泡溢流循环系统的气体流量为5000mL/min;
所述气体鼓泡溢流循环系统的气体管径为0.2-0.5mm。
12.根据权利要求11所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述气体鼓泡溢流循环系统的气体管径为0.2mm。
13.根据权利要求1所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述第一刷洗液包括NH4OH、H2O2、H2O和苯丙三唑的混合溶液;
所述NH4OH、H2O2和H2O的质量比为1:1:33-68;
所述第一刷洗液中苯丙三唑的浓度为0.1wt%至0.5wt%。
14.根据权利要求13所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述NH4OH、H2O2和H2O的质量比为1:1:68;
所述第一刷洗液中苯丙三唑的浓度为0.1wt%。
15.根据权利要求1所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述第二刷洗液包括苯丙三唑的水溶液;
所述第二刷洗液中苯丙三唑的浓度为0.1wt%-0.3wt%。
16.根据权利要求15所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述第二刷洗液中苯丙三唑的浓度为0.1wt%。
17.根据权利要求1所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述第一刷洗槽内设置滚刷,第一刷洗液、第二刷洗液刷洗时滚刷均为打开状态。
18.根据权利要求17所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述第一刷洗槽内设置两个反向转动的滚刷。
19.根据权利要求13至18任一项所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述将步骤a所得晶圆在第一刷洗槽内依次分别采用第一刷洗液和第二刷洗液进行刷洗前,采用水对滚刷进行润湿操作;
所述润湿操作中水流量为1000-3000mL/min,所述润湿操作的时间为5-20s,所述润湿操作中晶圆的转速为20-60rpm。
20.根据权利要求19所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述润湿操作中水流量为1500mL/min,所述润湿操作的时间为为10s,所述润湿操作中晶圆的转速为40rpm。
21.根据权利要求13至18任一项所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,采用第一刷洗液进行刷洗的时间为5-20s,晶圆的转速为10-35rpm,第一刷洗液的流量为50-150mL/min;
采用第二刷洗液进行刷洗的时间为10-30s,晶圆的转速为10-35rpm,第二刷洗液的流量为1500-3000mL/min。
22.根据权利要求21所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,采用第一刷洗液进行刷洗的时间为10s,晶圆的转速为30rpm,第一刷洗液的流量为100mL/min;
采用第二刷洗液进行刷洗的时间为10s,晶圆的转速为30rpm,第二刷洗液的流量为1500mL/min。
23.根据权利要求1所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述第三刷洗液包括氢氟酸水溶液;
所述第三刷洗液中氢氟酸的浓度为0.5wt%-1wt%;
所述第二刷洗槽内设置滚刷,第三刷洗液刷洗时滚刷为打开状态。
24.根据权利要求23所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述第三刷洗液中氢氟酸的浓度为1wt%。
25.根据权利要求24所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述第二刷洗槽内设置两个反向转动的滚刷。
26.根据权利要求23至25任一项所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述将步骤b所得晶圆在第二刷洗槽内采用第三刷洗液进行刷洗前,采用水对滚刷进行润湿操作;
所述润湿操作中水流量为1000-3000mL/min,所述润湿操作的时间为5-20s,所述润湿操作中晶圆的转速为20-60rpm。
27.根据权利要求26所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述润湿操作中水流量为1500mL/min,所述润湿操作的时间为10s,所述润湿操作中晶圆的转速为40rpm。
28.根据权利要求23至25任一项所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,采用第三刷洗液进行刷洗的时间为5-20s,晶圆的转速为10-60rpm,第三刷洗液的流量为1000-2000mL/min。
29.根据权利要求28所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,采用第三刷洗液进行刷洗的时间为10s,晶圆的转速为30rpm,第三刷洗液的流量为1000mL/min。
30.根据权利要求23至25任一项所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,将步骤b所得晶圆在第二刷洗槽内采用第三刷洗液进行刷洗后,采用水对晶圆进行清洗操作,清洗操作时滚刷为闭合状态;
所述清洗操作的时间为10-30s;所述清洗操作时,滚刷的转速为100-500rpm,晶圆的转速为10-35rpm,水的流量为1500-3000mL/min。
31.根据权利要求30所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述清洗操作的时间为10s;
所述清洗操作时,滚刷的转速为200rpm,晶圆的转速为30rpm,水的流量为2000mL/min。
32.根据权利要求1所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述第一冲洗液包括氨水溶液;所述第二冲洗液包括水。
33.根据权利要求32所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述第一冲洗液中NH4OH和H2O的质量比为NH4OH:H2O=1:10-50。
34.根据权利要求33所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述第一冲洗液中NH4OH和H2O的质量比为NH4OH:H2O=1:10-20。
35.根据权利要求34所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述第一冲洗液中NH4OH和H2O的质量比为NH4OH:H2O=1:20。
36.根据权利要求32所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,采用第一冲洗液进行冲洗的时间为10-20s;
采用第一冲洗液进行冲洗时,晶圆的转速为100-600rpm,第一冲洗液的流量为100-400mL/min。
37.根据权利要求36所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,采用第一冲洗液进行冲洗的时间为10s;
采用第一冲洗液进行冲洗时,晶圆的转速为300rpm,第一冲洗液的流量为150mL/min。
38.根据权利要求32所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,采用第二冲洗液进行冲洗的时间为10-20s;
采用第二冲洗液进行冲洗时,晶圆的转速为100-600rpm,第二冲洗液的流量为100-400mL/min。
39.根据权利要求38所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,采用第二冲洗液进行冲洗的时间为10s;
采用第二冲洗液进行冲洗时,晶圆的转速为300rpm,第二冲洗液的流量为300mL/min。
40.根据权利要求32所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述甩干的时间为30-60s;
所述甩干时,晶圆的转速为2000-4000rpm。
41.根据权利要求40所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述甩干的时间为45s;所述甩干时,晶圆的转速为3000rpm。
42.根据权利要求32所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述甩干时,采用气体对晶圆进行吹干;
所述气体包括N2和惰性气体中的一种或多种;
所述气体流量为8-20slm。
43.根据权利要求42所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述气体包括N2。
44.根据权利要求42所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法,其特征在于,所述气体流量为10slm。
45.采用权利要求1-44任一所述的一种钨化学机械平坦化的后清洗方法清洗得到的晶圆。
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