CN1458672A - 降低铜制程化学机械研磨的缺陷与研浆残留的方法 - Google Patents

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Abstract

一种降低铜制程化学机械研磨的缺陷与研浆残留的方法。此方法包含，利用研浆进行晶片研磨，再利用去离子水研磨及清洗晶片的表面，再将晶片升起，以去离子水由下向上的方向清洗晶片的表面消除晶片表面的研浆残留，降下晶片并利用去离子水再次研磨及清洗晶片。本发明的方法，大幅降低铜制程的化学机械研磨制造方法中的研浆残留的问题，使得生产品质大幅的提高，生产的成本因而降低，产量得以大幅的提高。

Description

降低铜制程化学机械研磨的缺陷与研浆残留的方法
技术领域
本发明涉及一种集成电路的化学研磨制造方法，特别是关于铜制程化学研磨时降低缺陷的方法。
背景技术
化学机械研磨(Chemical Mechanical Polish；CMP)已成为先进半导体制造中的全面平坦化的领导关键技术。半导体制造方法不断精进，半导体元件的线宽进入亚微米甚至更细微的领域时，集成电路制作所经过的处理就越来越多，其常使得表面具有不同的均匀度和剧烈的高低落差，特别是当集成电路的集成度快速增加时，因半导体结构的表面无法提供足够的面积来制作所需的内联机(Interconnection)，而需要进行多重金属内联机(Multilevel Interconnection)的制作时，使得各沉积层的平坦度对后续的制造都会产生莫大的影响，不仅元件的电性特征就会有所改变，更直接影响产品的可靠性。所以必需利用各种不同的方法将半导体结构进行全面的平坦化，以提升工艺的准确度，降低半导体结构的不平坦所带来的影响。
化学机械研磨已成为广泛采用的半导体结构平坦化方法，且因中化学机械研磨的技术得到大幅改良和进展，故能提供全面性平坦化的所需。所以在现今的半导体制造方法中大多利用化学机械研磨对半导体结构进行平坦化，以减少半导体结构表面的高低落差。特别是在铜的双镶嵌(Dual Damascene)方法中，使用化学机械研磨方法平坦化铜薄膜，故化学机械研磨已成为元件生产及后制造方法连接的性能最重要的关键方法。铜金属的化学机械研磨方法中，因为铜极易氧化，故必须在化学机械研磨方法研浆中加入抗氧化剂，一般使用苯并三氮唑(Benzotriazole；BTA)，以形成有机的Cu-BTA薄膜来保护铜金属。由于BTA的水溶性不佳，且常常在CMP完成后，于晶片表面凝聚成污点，而使得后续工艺中的连接及元件性能发生问题。在铜制程中，化学机械研磨后的缺陷，俨然已形成集成电路生产的关键不良因素。因此，如何降低化学机械研磨方法后的不良率，降低研浆残留，提高化学机械研磨方法的产出及品质，以提高后续工艺及产品良率，为半导体制造厂商所关心与重视的议题。
发明内容
鉴于上述的发明背景中，所述铜的双镶嵌制造方法中，因为铜极易氧化，故在化学机械研磨的研浆中含有BTA抗氧化剂，但由于BTA的水溶性不佳且容易凝聚成块，故常常在铜制程CMP完成后在晶片表面凝聚成污点，而使得后续工艺中的连接品质及元件性能发生问题。铜制程的化学机械研磨后的缺陷，已成为集成电路生产的关键不良因素。
本发明的目的是一个一种降低铜制程化学机械研磨的缺陷与研浆残留的方法，其是利用抬头清洗的方法，在化学机械研磨过程中，清洗晶片表面以降低研浆的残留问题。
本发明的再一目的是降低铜制程化学机械研磨的缺陷与研浆残留的方法，其是在降低晶片表面的研浆残留及不良比率，进而使化学研磨品质及产量均获得提升。
根据以上所述的目的，本发明提供一种降低铜制程化学机械研磨的缺陷与研浆残留的方法，使用于化学机械研磨机台来进行晶片的全面平坦化制造方法中。此方法包含：首先，利用研浆进行晶片研磨，接下来，再利用去离子水研磨及清洗晶片的表面，跟着，将化学机械研磨机台的握柄及晶片升起，然后，以去离子水由下方向上清洗晶片的表面，以消除晶片表面的研浆残留，最后，降下晶片并利用去离子水再次研磨及清洗晶片。其中上述的研浆包含使用于铜制程中的具有BTA抗氧化剂的研浆，且此方法特别适合使用于双镶嵌的铜薄膜工艺的化学机械研磨。
本发明利用抬头清洗的方法，将传统铜制程的化学机械研磨方法中的研浆残留的问题降低，使得生产品质大幅的提高，尤其在铜的双镶嵌制造方法中，对于具有BTA残留的研浆的改善效果明显，使得铜制程的化学机械研磨方法的不良率大幅降低，且使得生产的成本因而降低，更因工艺时间的有效控制，故产量得以大幅的提高。
附图说明
本发明的较佳实施例将于下面的说明文字中辅以下列图形做更详细的阐述，其中：
图1A至图1B为本发明的化学机械研磨抬头清洗装置的示意图。
图号符号说明：
110去离子水    120晶片握柄
130晶片        140研磨垫
150转盘        160去离子水
具体实施方式
由发明背景中可知，化学机械研磨已成为广泛采用的半导体结构平坦化方法。特别是在双镶嵌铜薄膜制造方法中，化学机械研磨方法已成为元件生产及后续工艺的连接性能最重要的关键工艺。而因为铜金属在化学机械研磨过程中极易氧化，故必须使用具有抗氧化剂的研浆。但是由于BTA的水溶性不佳，且常常在铜制程CMP完成后在晶片表面凝聚成污点，而使得后续工艺中的不良率升高且元件性能容易发生问题。铜制程的化学机械研磨后研浆残留，已成为集成电路生产的关键不良因素。
本发明利用抬头清洗的装置与方法，在传统的化学机械研磨方法中加入抬头清洗的方法与装置，使得生产品质大幅的提高，尤其在铜的双镶嵌方法中，对于具有BTA残留的研浆的改善效果明显，使得生产的成本因而降低，且工艺周期更可大幅降低，对半导体的生产，尤其是铜制程的生产有着极重要的贡献。以下将以图例详细说明本发明方法及装置。
如图1A中所示，为本发明的化学机械研磨抬头清洗装置的示意图，本发明的化学机械研磨抬头清洗装置利用晶片握柄120，夹持住晶片130并在研磨垫140上转动研磨，而研磨垫140则是由转盘150所带动。与一般传统上化学机械研磨相似，在晶片研磨完成后，为清除晶片上所残留的研浆，一般均使用去离子水110喷洒至晶片130的表面，并在继续研磨一段时间，来将未溶解的研浆粒子溶解，以降低研浆残留的问题，并因此而降低不良缺陷，提高良率。但是在铜制程中的化学机械研磨，由于BTA抗氧化剂的溶水性不佳，且易于凝聚成块，使得传统的清洗方法无法满足生产品质的要求。一般而言，半导体制造厂商常将去离子水研磨及清洗工艺的时间加长，以达到工艺品质的要求。但即使加长了去离子水研磨的时间，品质较以往有所提升，但仍然无法完全满足品质的要求，且因此，工艺的时间被加长了许多，产品的生产时间因而被加长。
请参见图B，如图中所示，使用本发明的化学机械研磨抬头清洗装置的示意图。本发明的抬头清洗装置，在去离子水研磨及清洗的过程中，将晶片握柄120及晶片130抬起，并将去离子水160向上冲洗，由晶片130的下方直接针对晶片130以去离子水160加以喷洒。原来黏附在晶片130上的研浆残留，将直接被去离子水冲洗而掉落。在传统制造方法中，因为研浆残留而升高的不良率将因此而大幅降低。
参见说明书最后的表1，其是利用本发明的抬头清洗的方法与其它现有的清洗方法的检查结果比较。方法200为现有的制造方法，其步骤为使用去离子水进行晶片的研磨及清洗1分钟，在相同的产量基准下，发现有983颗的缺陷于晶片表面，且大多数为BTA残留，以此而判定不良。方法230是为了克服过高的不良情况，在制造过程中延长了去离子水研磨及清洗的时间，计使用去离子水进行研磨及清洗4分钟，由数据可明显得知，延长去离子水研磨的时间后，缺陷数量有效的被降低，在相同的产量基准下，缺陷的数量为105颗，约为原来的1/9。因此虽然不良率有所降低，但工艺时间却因此而增加了近4倍，且依然有着略高的缺陷数量。方法210，是使用去离子水进行1分钟的研磨及清洗，再进行15秒的抬头清洗，其工艺时间仅增加15秒，却已降低了一半的不良数量，改善约497颗缺陷，存在约486颗的缺陷。方法220，是利用去离子水进行1分钟的研磨及清洗，再进行15秒的抬头清洗，然后再进行1分钟的研磨及清洗。此方法虽增加了工艺的时间约1分15秒，但确有效的降低不良的数量，使缺陷的数量仅约为13颗，为传统制造方法200的1.3％左右，并且较方法230改善约88％，且时间较方法230的4分钟，亦缩短许多，故其产生的效益及成本的降低明显可知。且方法230检查的结果，残留的BTA尺寸较大于利用本发明的化学机械研磨抬头清洗装置的方法220，所产生的残留BTA的尺寸。
故本发明的化学机械研磨抬头清洗装置，不仅使得铜制程的化学机械研磨方法的不良率大幅降低，且因工艺时间的有效控制，故产量得以大幅的提高。如本领域技术人员所了解的，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本专利的保护范围内。表1：下面的表格为利用本发明的抬头清洗的方法与其它现有的清洗方法的检查结果比较
  方法     200     210     220     230
步骤  去离子水1分钟 去离子水1分钟抬头清洗15秒 去离子水1分钟抬头清洗15秒去离水1分钟 去离子水4分钟
  检查结果(不良数) 983 486 13 105
备注 BTA残留 BTA残留 BTA残留(小尺寸) BTA残留(大尺寸)

Claims (10)

1.一种降低铜制程化学机械研磨的缺陷与研浆残留的方法，是使用于化学机械研磨机台来进行晶片的全面平坦化制造过程中，该方法至少包含：
利用研浆进行该晶片研磨；
利用去离子水第一次研磨及清洗该晶片；
升起该晶片；
利用去离子水由下向上的方向清洗该晶片；
降下该晶片；及
利用去离子水第二次研磨及清洗该晶片。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：上述的研浆，还包含抗氧化剂苯并三氮唑。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：上述的利用去离子水由下方向上清洗该晶片，包含使用去离子水由下方对该晶片进行清洗15秒。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：上述的利用去离子水第一次研磨及清洗该晶片，包含使用去离子水进行该晶片的研磨及清洗1分钟。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：上述的利用去离子水第二次研磨及清洗该晶片，包含使用去离子水进行该晶片的研磨及清洗1分钟。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：上述的晶片是利用该化学机械研磨机台的一晶片握柄夹持、移动及旋转。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：还使用于双镶嵌的铜薄膜制造方法的化学机械研磨。
8.一种降低化学机械研磨的缺陷与研浆残留的方法，是使用于化学机械研磨机台进行晶片的全面平坦化制造方法中，该方法至少包含：
利用研浆进行该晶片的研磨；
利用去离子水研磨及清洗该晶片；
升起该晶片；及
利用去离子水由下方向上清洗该晶片。
9.如权利要求8项所述的方法，其特征在于：上述的利用去离子水由下方向上清洗该晶片，包含使用去离子水由下向上的方向对该晶片进行清洗15秒。
10.如权利要求8项所述的方法，其特征在于：是使用于双镶嵌的铜薄膜制造方法的化学机械研磨。
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