專利名稱：Cmp工藝中清除晶圓表面污染物粒子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種CMP工藝中清除晶圓表 面污染物粒子的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體制作工藝已經(jīng)進入納米時代，為了 適應(yīng)各項電子產(chǎn)品越做越小，功能越做越強的趨勢，半導(dǎo)體制程中的線寬也 由原先的0.18微米發(fā)展到現(xiàn)今的0.13微米甚至90nm的制程。而伴隨著芯片功能 越用越強，元件越做越小的趨勢而來的，便是對于半導(dǎo)體晶圓表面的質(zhì)量要 求也越來越高，要求晶圓表面為平坦光滑、不含污染物粒子的清潔表面。所 述的污染物粒子指從空白晶圓到最終形成半導(dǎo)體器件的過程中可能產(chǎn)生的有 機物、無機物等各種影響晶圓表面清潔度的粒子。
化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing ,簡稱CMP)技術(shù)是機械削 磨和化學腐蝕的組合技術(shù)，化學機械拋光技術(shù)借助超微粒子(例如二氧化硅粒 子，氧化鋁粒子)的研磨作用以及漿料的化學腐蝕作用在被研磨的介質(zhì)表面上 形成光潔平坦平面，現(xiàn)已成為半導(dǎo)體加工行業(yè)的主導(dǎo)技術(shù)。在CMP工藝之后， 這些拋光粒子會附著在拋光的晶圓上，成為污染物粒子，必須從晶圓表面完 全除去以保持電子器件的可靠性和生產(chǎn)線的清潔度。
通常情況下，化學機械拋光后的晶圓是在酸性(例如以HF酸為主要清洗 劑)或者堿性(例如氨水為主要清洗劑)的清洗液中進行清洗，然后再用去 離子水清洗。例如申請?zhí)枮?8812108的中國專利申請文件描述的一種在半導(dǎo) 體晶片被研磨之后從半導(dǎo)體晶片表面上清除污染物粒子的工藝，此工藝包含 a)使研磨過的晶片與氧化劑接觸，以便對可能存在于晶片表面上的有機沾污物進行氧化；b)在步驟a)之后，將晶片浸入加有聲能的含有檸檬酸的水浴 中，以便清除可能存在于晶片表面上的金屬沾污物；c)在步驟b)之后，使 晶片與氫氟酸接觸，以便清除可能存在于晶片表面上的二氧化硅層；以及d) 在步驟c)之后，將晶片浸入加有聲能的水浴中，此水浴含有堿性組分和表面 活化劑。
在半導(dǎo)體制作工藝中，經(jīng)常會用到控片(control wafer)以及虛擬片 (dummy wafer),所述的控片其實就是空白的硅片，在半導(dǎo)體制作工藝中， 用于離線模擬各種制作工藝，以在不使用制作器件的半導(dǎo)體晶圓的情況下， 調(diào)試設(shè)備、試驗工藝；而虛擬片是潔凈室中潔凈等級最低的空白硅片，主要 用于熱機，就是當機臺沒有連續(xù)生產(chǎn)時機臺溫度、化學品流量等參數(shù)會與生 產(chǎn)過程中有所差異，在這種狀況下不能直接生產(chǎn)產(chǎn)品，而是需要在生產(chǎn)產(chǎn)品 之前先用虛擬片熱機，使機臺恢復(fù)到正常(即各項參數(shù)達到要求)時才能跑
產(chǎn)品o
為了提高所述控片以及虛擬片的利用率，控片和虛擬片在使用之后，通 常會采用化學機械拋光的方法清除在控片和虛擬片上形成的膜層以及器件， 4吏控片和虛擬片重新成為空白片，循環(huán)利用。
在采用現(xiàn)有技術(shù)的化學機械拋光法拋光控片和虛擬片并采用現(xiàn)有技術(shù)的 清洗方法清洗所述控片和虛擬片之后，發(fā)現(xiàn)控片和虛擬片表面尺寸大于
0.16um的污染物粒子的數(shù)量仍然較多，通常大于100個，這種清潔度的控片以 及虛擬片在使用時表面清潔度與在線晶圓表面的清潔狀況差別太大，不能準 確的顯示機臺的實際工作狀況，在器件尺寸越來越小，工藝要求越來越嚴格 的情況下，是不被允許的。因此，必須發(fā)展新的清洗方法，以提高控片和虛 擬片化學機械拋光后表面的清潔度，提高控片和虛擬片的表面性能，使控片 和虛擬片的表面性能盡可能與在線晶圓相同。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種CMP工藝中清除晶圓表面 污染物粒子的方法，以得到表面清潔度符合要求的晶圓表面。
雖然本發(fā)明是在對控片和虛擬片化學機械拋光之中清洗的工藝過程中形 成的，但是，本發(fā)明的技術(shù)方案仍然適用于各種用于制作半導(dǎo)體器件的在線 晶圓的表面清洗以及半導(dǎo)體器件制作工藝過程中對含有半導(dǎo)體器件的晶圓進 行化學機械拋光工藝中的表面清洗。
一種CMP工藝中清除晶圓表面污染物粒子的方法，包括在化學機械拋 光設(shè)備中通入拋光液，對晶圓進行化學才幾械拋光；停止通入拋光液；在化學 機械拋光設(shè)備中通入與拋光液的酸堿性相同的弱酸性或者弱堿性有機物，清 洗所述晶圓。
當拋光液的pH值大于10時，所述的弱堿性有機物為包含季銨氫氧化物 的有機堿，所述季銨氬氧化物包括氫氧化四曱銨(TMAH)、氫氧化四乙銨、 氫氧化四丙基銨、氫氧化三曱基乙基銨、氫氧化(2—羥乙基)三曱基銨、氫氧 化(2 —羥乙基)三乙基銨、氫氧化(2 —羥乙基)三丙基銨和氫氧化(l 一羥丙基) 三曱基銨。
所述的pH值大于10的拋光液為NALCO公司(美國納爾科公司)生產(chǎn) 的型號為2354的拋光液或者CABOT公司(美國嘉柏公司)生產(chǎn)的型號為 SC720的溶液和碌^酸鋁溶液混合形成的拋光液。
其中，所述晶圓為控片或者虛擬片。
其中，弱堿性有機物的用量與所使用的拋光液的用量比為80:3 80:20。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述方案具有以下優(yōu)點
1)本發(fā)明所述的方法能夠有效去除現(xiàn)有技術(shù)化學機械拋光晶圓后晶圓表 面無法清洗掉的大尺寸污染物粒子，而且，在化學機械拋光設(shè)備中通入與拋 光液的酸堿性相同的弱酸性或者弱堿性有機物不含金屬離子，可以保證對芯片單元中的IC電路不造成傷害。
2)在化宇機械拋光設(shè)務(wù)中通入與拋光液的酸顛 性有機物例腐蝕晶圓表面的速度和選擇比適中，不會傷害晶圓表面。
性有機物經(jīng)過與水混合，使用安全方便，無害無毒，成本底，操作簡單。


圖1為本發(fā)明實施例的工藝流程圖2為現(xiàn)有技術(shù)的CMP拋光并清洗后的晶圓表面；
圖3為本發(fā)明實施例CMP拋光并清洗后的晶圓表面。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。
本發(fā)明的目的在于 一 種C MP工藝中清除晶圓表面污染物粒子的方法，以 得到表面清潔度符合要求的晶圓表面。所述方法適用于各種用于制作半導(dǎo)體 器件的在線晶圓的表面處理以及半導(dǎo)體器件制作工藝過程中對含有半導(dǎo)體器 件的晶圓進行化學機械拋光工藝中的表面清洗，尤其適用于化學機械拋光工 藝中對控片和虛擬片進行清洗。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖 對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。
實施例
一種CMP工藝中清除晶圓表面污染物粒子的方法，參考附圖1,包括 S100,在化學機械拋光設(shè)備中通入拋光液，對晶圓進行化學機械拋光；S110, 停止通入拋光液；S120,在化學機械拋光設(shè)備中通入與拋光液的酸堿性相同 的弱酸性或者弱^喊性有^L物，清洗所述晶圓。
本實施例所述的晶圓為空白的半導(dǎo)體晶圓或者表面含有膜層的控片或者 虛擬片，還可以是在半導(dǎo)體器件制作過程中表面已經(jīng)形成有部分膜層或者器件的晶圓。
其中，晶圓表面所述的膜層是指半導(dǎo)體器件制作過程中的所有膜層，例 如氧化硅，氮化硅等絕緣材料、鋁，銅，鴒等金屬材料。 '
本實施例中，首先按照現(xiàn)有技術(shù)的工藝方法，通過化學機械拋光設(shè)備的
管路將拋光液通入研磨墊(pad)上，對所述晶圓表面進行化學機械拋光，待
主要拋光工藝完成之后，停止通入拋光液，之后，通過化學機械拋光設(shè)備的 拋光墊，清洗所述晶圓。
由于將所述的與拋光液的酸> 威性相同的弱酸性或者弱堿性有^/L物通入拋 光墊的時間是在停止通入拋光液之后進行的，此時，對晶圓進行化學機械拋 光的主要研磨步驟結(jié)束，化學機械拋光設(shè)備正在對晶圓進行細研磨，也就是 說，研磨墊在晶圓表面施加的壓力比主要研磨階段的壓力小，此時將所述弱 酸性或者弱堿性有機物流到研磨墊上并與晶片直接接觸，可以使化學機械拋 光設(shè)備在進行精細研磨的工藝中將晶圓表面的較大的粒子從晶圓表面帶出， 達到清洗晶圓表面的目的。
在化學機械拋光設(shè)備中，通常情況下，通入拋光液的管路和通入所述弱 酸性或者弱堿性有機物的管路是相互獨立的，比較優(yōu)選的，通入拋光液的管 路和通入所述弱酸性或者弱堿性有機物的管路是平行排列的。
本實施例所述的拋光液為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的任何拋光液，可以是
市售的各種型號的拋光液。例如NALCO公司(美國納爾科公司)生產(chǎn)的型 號為2354的拋光液或者CABOT公司(美國嘉柏公司)生產(chǎn)的型號為SC720 的溶液和石危酸鋁溶液混合形成的拋光液。
所述拋光液的pH值在10 12之間時，所述的拋光液的酸石成性相同的弱減^ 性有機物為包含季銨氫氧化物的有機堿，所述季銨氫氧化物包括氫氧化四 甲銨(TMAH)、氫氧化四乙銨、氫氧化四丙基銨、氫氧化三甲基乙基銨、氫氧化(2—羥乙基)三曱基銨、氫氧化(2—羥乙基)三乙基銨、氫氧化(2—羥乙基) 三丙基銨和氫氧化(l 一羥丙基)三甲基銨。
除季銨氫氧化物以外其它適合的有機堿的實施例包括，但不受局限于， 羥胺、有機胺諸如伯、仲、叔脂肪族胺、脂環(huán)胺、芳香族胺和雜環(huán)胺、和氨 水。羥胺的具體實例包括羥胺(NH20H), N—曱基羥基胺、N, N二甲基羥基 胺和N, N二乙基羥基胺。脂肪族伯胺的具體實例包括單乙醇胺、乙二胺和 2-(2—胺乙基胺基)乙醇。脂肪族仲胺的具體實例包括二乙醇胺、N—曱胺基 乙醇、二丙基胺和2—乙氨基乙醇。
脂肪族叔胺的具體實例包括二曱氨基乙醇和乙基二乙醇胺。脂環(huán)胺的具 體實例包括環(huán)己胺和二環(huán)己基胺。芳香族胺的具體實例包括苯曱胺。雜環(huán)胺 的具體實例包括吡咯、吡咯烷、p比咯烷酮、吡咬。
晶圓表面含有不同的膜層時，釆用的化學機械拋光的拋光液不同，當所 述膜層為氧化硅、氮化硅等絕緣材料時，通常采用NALCO公司(美國納爾 牙牛公司)生產(chǎn)的型號為2354的拋光液或者CABOT/^司(美國嘉柏^^司)生 產(chǎn)的型號為SC720的溶液和硫酸鋁溶液混合形成的拋光液，如果所述膜層為 鋁，銅，鎢等金屬材料，則會使用相對應(yīng)的其它拋光液，只要拋光液的pH值 在10以上，就可以采用本實施例所述的工藝方法，通入拋光液后，通入所述 的堿性有機物。
本實施例中，通入的弱堿性有機物的用量根據(jù)所使用的拋光液的用量來 確定，本實施例采用的弱堿性有機物的用量與所使用的拋光液的用量比為 80:3 80:20，本實施例嘗試弱堿性有機物的用量與所使用的拋光液的用量比為 80:5、 80:7、 80:9、 80:11、 80:15、 80:18,都能夠得到比較好的清洗效果。
其中，所述弱堿性有機物與所使用的拋光液用量比的計算方法為(化 學機械拋光步驟通入拋光液的時間x拋光液的流量)(弱》威性有才幾物的流量 x通入弱堿性有機物的的時間)。采用本實施例所述的工藝方法對晶圓表面進行化學機械拋光并清除晶圓 表面的粒子之后，還需要按照現(xiàn)有的工藝方法，使所述控片或者虛擬片離開 所述化學機械拋光設(shè)備，再次進行清洗。清洗方法依據(jù)所述晶圓的類別以及 晶圓表面的膜層或者晶圓表面含有的半導(dǎo)體器件的具體情況確定。
例如，所采用的晶圓為半導(dǎo)體硅的控片，拋光之前所述控片表面含有 膜層，化學機械拋光后的清洗方法為先采用熱的磷酸和氫氟酸清洗劑等強酸 進行清洗，清洗的時間根據(jù)研磨后殘余的薄膜的多少來確定，然后再釆用去 離子水進行清洗，再經(jīng)過干燥即可。
本實施例中，給出一種具體的實施方式，采用NALCO公司2354拋光液， 在所述拋光液中加入去離子水，調(diào)節(jié)拋光液的pH值為10~11，對表面含有膜 層的控片或者虛擬片進行化學機械拋光，主要拋光工藝結(jié)束后，停止拋光液 的通入，在拋光墊上通入氫氧化四甲銨(TMAH),清洗所述控片或者虛擬片。 其中，NALCO公司2354拋光液與氫氧化四曱銨的用量比為80:10。控片或者 虛擬片表面含有的膜層例如氧化硅，氮化硅等。
本實施例還給出另 一種具體的實施方式，采用CABOT公司生產(chǎn)的型號為 SC720的溶液和碌b酸鋁溶液混合形成的拋光液，在所述拋光液中加入去離子 水，調(diào)節(jié)拋光液的pH值為11 12,對表面含有膜層的控片或者虛擬片進行化 學機械拋光，主要拋光工藝結(jié)束后，停止拋光液的通入，在拋光墊上通入氫 氧化四曱銨(TMAH),清洗所述控片或者虛擬片。其中，NALC02354拋光液 與氫氧化四甲銨的用量比為80:12?？仄蛘咛摂M片表面含有的膜層例如氧化 硅，氮化硅等絕緣材料。
未采用本實施例所述的CMP工藝中清除晶圓表面污染物粒子的方法對晶 圓進行化學機械拋光時，化學機械拋光晶圓采用現(xiàn)有技術(shù)的清洗方法清洗晶 圓之后，晶圓的表面狀況如圖2所示，從圖中可以看出，晶圓表面尺寸在0.16um 以上的污染物粒子的數(shù)量較多，通常大于100個。參考圖3所示，釆用本實施例所述的工藝方法對晶圓表面進行化學機械
拋光后，晶圓表面的污染物粒子的數(shù)量大大減小，尺寸在0.16um以上的晶圓 的數(shù)量小于100個，滿足工藝應(yīng)用的需要。
A jK"^S^/太哭J生生ll/々;^h"f口 tb 2rh:i六tl"
可以使晶圓的成功率從30%提高到90%。所述成功率的計算方法為
成功率=晶圓表面尺寸在0.16um以上的污染物粒子數(shù)量小于100的晶圓 個數(shù)/進行化學機械拋光的晶圓總數(shù)。
本實施例所述的方法能夠有效去除現(xiàn)有技術(shù)化學機械拋光晶圓后晶圓表 面無法清洗掉的大尺寸污染物粒子，而且，在化學機械拋光設(shè)備中通入與拋 光液的酸堿性相同的弱酸性或者弱堿性有機物例如氬氧化四曱銨不含金屬離 子，可以保證對芯片單元中的IC電路不造成傷害，也不會傷害晶圓表面并且 價廉易得。
雖然本發(fā)明以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng) 域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因 此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。
權(quán)利要求
1. 一種CMP工藝中清除晶圓表面污染物粒子的方法，包括在化學機械拋光設(shè)備中通入拋光液，對晶圓進行化學機械拋光；停止通入拋光液；在化學機械拋光設(shè)備中通入與拋光液的酸堿性相同的弱酸性或者弱堿性有機物，清洗所述晶圓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMP工藝中清除晶圓表面污染物粒子的方法， 其特征在于，拋光液的pH值大于10時，所述的弱堿性有機物為包含季銨氫 氧化物的有機堿。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的CMP工藝中清除晶圓表面污染物粒子的方法， 其特征在于，所述季銨氫氧化物為氫氧化四曱銨、氫氧化四乙銨、氫氧化四 丙基銨、氫氧化三曱基乙基銨、氫氧化(2—羥乙基)三曱基銨、氫氧化(2—羥 乙基)三乙基銨、氫氧化(2 —羥乙基)三丙基銨或者氫氧化(l 一羥丙基)三曱基 銨。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMP工藝中清除晶圓表面污染物粒子的方法， 其特征在于，所述的弱堿性有機物為氫氧化四甲銨。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的CMP工藝中清除晶圓表面污染物 粒子的方法，其特征在于，所述的pH值大于10的拋光液為美國嘉柏公司生 產(chǎn)的型號為SC720的溶液和硫酸鋁溶液混合形成的拋光液。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的CMP工藝中清除晶圓表面污染物 粒子的方法，其特征在于，所述的pH值大于10的拋光液為美國納爾科公司 生產(chǎn)的型號為2354的拋光液。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的CMP工藝中清除晶圓表面污染物 粒子的方法，其特征在于，弱堿性有機物的用量與所使用的拋光液的用量比 為80:3 80:20。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的CMP工藝中清除晶圓表面污染物粒子的方法，其特征在于，所述晶圓為控片或者虛擬片。
全文摘要
一種CMP工藝中清除晶圓表面污染物粒子的方法，包括在化學機械拋光設(shè)備中通入拋光液，對晶圓進行化學機械拋光；停止通入拋光液；在化學機械拋光設(shè)備中通入與拋光液的酸堿性相同的弱酸性或者弱堿性有機物，清洗所述晶圓。所述方法能夠有效去除現(xiàn)有技術(shù)化學機械拋光晶圓后晶圓表面無法清洗掉的大尺寸污染物粒子。
文檔編號H01L21/00GK101459040SQ20071009453
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日
發(fā)明者靜 周, 張斐堯, 杜應(yīng)提 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司