專利名稱：一種降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造工藝技術，尤其涉及一種降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法。
背景技術：
在集成電路制造中，化學機械拋光(CMP)作為唯一能夠實現(xiàn)全局平坦化的技術在實現(xiàn)器件的淺溝槽隔離(STI)和多層金屬結構的互連等方面得到了廣泛應用，成為半導體制造的主流關鍵技術之一。CMP后的清洗工序是CMP整體工藝的一個重要組成部分，隨著芯片特征尺寸的不斷縮小和芯片集成度的不斷提高，對CMP后硅片表面微粒缺陷的控制要求也越來越高。微粒吸附到硅片表面的附著力主要包括毛細管力，范德華力和靜電力。一般而言，因毛細現(xiàn)象附著在硅片表面的微?；蚱渌毕?，如水痕(water mark)，可由添加表面活性劑來改進疏水表面的潤濕性加以避免，或采用無水干燥法，如異丙醇(Iso-Propyl Alcohol, IPA)蒸氣干燥法，避免在硅片和微粒間形成液膜而改善。范德華力的大小取決于微粒粒徑大小和微粒與硅片表面的距離，微粒與表面距離越大，范德華力會相應減小。一般可以通過外力，如刷片(scrubbing)或超聲波來克服范德華力把微粒與硅片分開。一般認為，靜電吸附在CMP微粒缺陷的形成中占主要作用，因CMP過程涉及頻繁的高電阻值液體(去離子水、超純水，清洗液等)的流動；高分子材料(研磨墊、刷子)對硅片的研磨或擦洗等機械過程，容易引起電荷分離。另外，由于研磨作用使得硅片表面的化學鍵斷裂，存在高密度懸掛鍵，能量高，極性強，所以CMP后的硅片表面很容易積累靜電電荷，強烈吸引周圍的帶電粘附物。粒徑越小，電性愈強、愈容易吸附，這些帶電粘附物可為顆粒玷污和金屬雜質，顆粒玷污主要來源于拋光墊磨損生成的殘留微粒，從硅片上研磨下來的絕緣層或金屬層材質微粒，或是拋光液中的懸浮研磨微粒，尤其是硅粉和氧化物粒子。金屬雜質則產(chǎn)生于參與CMP工藝所涉及的金屬化學反應和電化學反應的反應物和生成物，CMP后對于這些粘附物若不進行迅速有效的清洗去除，即會在硅片表面繼續(xù)腐蝕或者隨著時間的延長由物理吸附轉變?yōu)榛瘜W吸附最終形成極難去除的化學鍵合，由此造成的表面缺陷和玷污。如何有效地去除CMP后附著在硅片表面的粘附物成為CMP工藝的重要挑戰(zhàn)。一般在CMP工藝的后期研磨階段，需要使用超純水對硅片進行水磨(water polishing)和高壓沖洗，以去除硅片表面的大量附著的參與反應的化學組分、研磨殘留微粒和懸浮的研磨微粒。此高純水的導電率很低(可參考圖1的關于各種純水在25°C下的電導率，摘自中國水質儀器網(wǎng))，不利于靜電電荷的釋放。如圖2所示，實驗顯示某CMP工藝后的顆粒玷污(Particle Defect)隨研磨次數(shù)增加(時間的延長)而顯著增加(顆粒直徑彡0. 16μπι)，這可能源于長時間的研磨造成大量的靜電荷積累在硅片表面，吸附了更多的帶電微粒而在后續(xù)的清洗工藝難以去除。研究表明可通過改變硅片和微粒表面的ε電勢，如利用非離子表面活性劑的特性，來改變硅片表面和顆粒間靜電力極性，有效地控制硅片表面的顆粒吸附(《利用表面活性劑有效去除ULSI襯底硅片表面吸附顆?！罚琂ournal of Electron Devices〈電子器件 >,Vol.23, No. 4, Dec.，2000)。但是該方法若應用不當，表面活性劑分子會自發(fā)聚集形成膠束或膠團以降低自由能。這種膠束沉積到硅片表面，反而不利于微粒玷污的去除，雖然還可以通過調節(jié)研磨液或清洗液中的PH值和離子強度來控制微粒和硅片的表面電勢，但這種調節(jié)必須以不影響其它研磨或清洗特性為準則，因而受到很大限制。若在此高純水中適當引入不會造成污染的離子，可大幅提高水的導電性，瞬時平衡和釋放硅片表面積累的靜電電荷，有效地控制硅片表面的顆粒吸附，而且沒有使用表面活性劑時的局限性。一種增強純水的導電性的方法是在高電阻率的超純水中添加適量二氧化碳，在水中產(chǎn)生適量的離子，增強純水的導電性，如圖3所示(摘自電廠化學2007年會會議論文集)， 這樣可有效防止研磨、清洗等過程中產(chǎn)生靜電積累，消除靜電吸附，最后二氧化碳會在干燥過程揮發(fā)而不產(chǎn)生殘留雜質，不造成二次污染。因引入二氧化碳而使超純水呈微酸性，也與絕大部分研磨液的PH值兼容，不會造成研磨顆粒在研磨墊上聚集，引入的離子HC03_， CO32"不會對硅片表面造成腐蝕和污染。

發(fā)明內容
針對上述存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種降低化學機械研磨后微粒缺陷的方法，以減少對周圍帶電粒子的吸引，從而可降低CMP后微粒缺陷。本發(fā)明的目的是通過下述技術方案實現(xiàn)的
一種降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其中，通過在化學機械拋光及其后的清洗過程所用的超純水中適量添加二氧化碳，以降低超純水的電阻值，增強超純水的導電性，中和釋放與超純水接觸的硅片表面積累的靜電電荷，從而減少對周圍帶電粒子的吸引，降低化學機械拋光后的微粒缺陷。上述降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其中，在化學機械拋光超純水供應管路中，通過向純水中添加二氧化碳，二氧化碳的添加量由氣體壓力或氣體流量調節(jié)，并進行監(jiān)控。上述降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其中，向純水中添加二氧化碳通過在純水中有效溶解二氧化碳而不引入其他雜質的方法實現(xiàn)。上述降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其中，向純水中添加二氧化碳通過壓差滲透法或氣體起泡法實現(xiàn)。上述降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其中，所加二氧化碳的流量根據(jù)工藝需要進行調節(jié)，并通過PH值進行檢測。上述降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其中，所述二氧化碳的添加量由氣體壓力或氣體流量調節(jié)。上述降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其中，在化學機械拋光及其后的清洗過程包括一步或多步化學機械拋光后期的水磨階段，硅片在研磨臺間傳輸過程的高壓沖洗過程和化學機械拋光后清洗的清洗槽內的純水清洗過程。上述降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其中，所用設備與化學機械拋光設備分開獨立設置或者集成在化學機械拋光設備上。
一種降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其中，通過在化學機械拋光后期的水磨階段引入適量離子，以改善化學機械拋光后的微粒缺陷。與已有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于
本發(fā)明通過在化學機械拋光及其后的清洗過程所用的超純水中適量添加二氧化碳，以降低超純水的電阻值，增強其導電性，中和釋放與之接觸的硅片表面積累的靜電電荷，減少對周圍帶電粒子的吸引，可降低化學機械拋光后微粒缺陷。


圖1是各種純水在25°C室溫條件下的電導率數(shù)值列表；
圖2是用來測試化學機械拋光工藝后的顆粒玷污水平跟隨研磨時間延長而變化的實驗結果示意圖3是研究二氧化碳對純水的導電性影響的實驗結果示意圖； 圖4是本發(fā)明降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法中通過引入離子的方法用來測試化學機械拋光工藝后的顆粒玷污水平跟隨研磨時間延長而變化的實驗結果示意圖。
具體實施例方式下面結合原理圖和具體操作實施例對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法主要就是通過在化學機械拋光及其后的清洗過程所用的超純水中適量添加二氧化碳，以降低超純水的電阻值，增強超純水的導電性，中和釋放與超純水接觸的硅片表面積累的靜電電荷，從而減少對周圍帶電粒子的吸引，降低化學機械拋光后的微粒缺陷。進一步地，在化學機械拋光超純水供應管路中，通過向純水中添加二氧化碳，二氧化碳的添加量由氣體壓力或氣體流量調節(jié)，并進行監(jiān)控。向純水中添加二氧化碳通過在純水中有效溶解二氧化碳而不引入其他雜質的方法實現(xiàn)，比如通過壓差滲透法或氣體起泡法實現(xiàn)。進一步地，所加二氧化碳的流量根據(jù)工藝需要進行調節(jié)，并通過PH值進行檢測。 二氧化碳的添加量由氣體壓力或氣體流量調節(jié)。在化學機械拋光及其后的清洗過程包括一步或多步化學機械拋光后期的水磨階段，硅片在研磨臺間傳輸過程的高壓沖洗過程和化學機械拋光后清洗的清洗槽內的純水清洗過程。所用設備與化學機械拋光設備分開獨立設置或者集成在化學機械拋光設備上。本發(fā)明還可通過在化學機械拋光后期的水磨階段引入適量離子，以改善化學機械拋光后的微粒缺陷，離子的種類、引入的方式等具體根據(jù)實際情況需要來定，在此不予贅述。本方案的實驗數(shù)據(jù)如圖4所示。對于具體的化學機械拋光裝置來說，硅片依次進過3個研磨墊進行研磨，一般來說，在前2個研磨墊進行主研磨，在第三個研磨墊進行水磨(water polishing)。在研磨完成之后，在后洗凈裝置(Desica Cleaner)進行硅片的清洗。一般來說，后洗凈過程包括4個步驟步驟1 進行超聲波清洗。步驟2 用聚合物軟刷對硅片進行清洗，在軟刷刷洗硅片的同時噴射一定時間的氫氟酸以增強清洗能力，之后再用超純水進行沖洗。步驟3 用聚合物軟刷對硅片進行清洗，在軟刷刷洗硅片的同時噴射一定時間的氨水以增強清洗能力，之后再用超純水進行沖洗。步驟4，用乙二醇進行干燥處理。對于本發(fā)明的另一個技術方案所提及的離子的引入，可在研磨墊3進行水磨(water polishing)的階段引入，也可在后洗凈過程中的步驟2，3用超純水清洗時引入。綜上所述，本發(fā)明通過在化學機械拋光及其后的清洗過程所用的超純水中適量添加二氧化碳，以降低超純水的電阻值，增強其導電性，中和釋放與之接觸的硅片表面積累的靜電電荷，減少對周圍帶電粒子的吸引，可降低化學機械拋光后微粒缺陷。以上對本發(fā)明的具體實施例進行了詳細描述，但本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實施例，其只是作為范例。對于本領域技術人員而言，任何對該降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法進行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作出的均等變換和修改，都應涵蓋在本發(fā)明的范圍內。
權利要求
1.一種降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其特征在于，通過在化學機械拋光及其后的清洗過程所用的超純水中適量添加二氧化碳，以降低超純水的電阻值，增強超純水的導電性，中和釋放與超純水接觸的硅片表面積累的靜電電荷，從而減少對周圍帶電粒子的吸引，降低化學機械拋光后的微粒缺陷。
2.根據(jù)權利要求1所述的降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其特征在于，在化學機械拋光超純水供應管路中，通過向純水中添加二氧化碳，二氧化碳的添加量由氣體壓力或氣體流量調節(jié)，并進行監(jiān)控。
3.根據(jù)權利要求2所述的降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其特征在于，向純水中添加二氧化碳通過在純水中有效溶解二氧化碳而不引入其他雜質的方法實現(xiàn)。
4.根據(jù)權利要求3所述的降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其特征在于，向純水中添加二氧化碳通過壓差滲透法或氣體起泡法實現(xiàn)。
5.根據(jù)權利要求2所述的降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其特征在于，所加二氧化碳的流量根據(jù)工藝需要進行調節(jié)，并通過PH值進行檢測。
6.根據(jù)權利要求5所述的降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其特征在于，所述二氧化碳的添加量由氣體壓力或氣體流量調節(jié)。
7.根據(jù)權利要求1所述的降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其特征在于，在化學機械拋光及其后的清洗過程包括一步或多步化學機械拋光后期的水磨階段，硅片在研磨臺間傳輸過程的高壓沖洗過程和化學機械拋光后清洗的清洗槽內的純水清洗過程。
8.根據(jù)權利要求1至7中任意一項所述的降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其特征在于，所用設備與化學機械拋光設備分開獨立設置或者集成在化學機械拋光設備上。
9.一種降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其特征在于，通過在化學機械拋光后期的水磨階段引入適量離子，以改善化學機械拋光后的微粒缺陷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，通過在化學機械拋光及其后的清洗過程所用的超純水中適量添加二氧化碳，以降低超純水的電阻值，增強超純水的導電性，中和釋放與超純水接觸的硅片表面積累的靜電電荷，從而減少對周圍帶電粒子的吸引，降低化學機械拋光后的微粒缺陷。本發(fā)明減少對周圍帶電粒子的吸引，可降低化學機械拋光后微粒缺陷。
文檔編號B08B3/00GK102446755SQ20111030798
公開日2012年5月9日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權日2011年10月12日
發(fā)明者方精訓, 鄧鐳 申請人:上海華力微電子有限公司