專利名稱：：提高表面性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及集成電路加工制造技術(shù)，具體涉及提高表面性能的方法。
背景技術(shù)：
：在集成電路加工制造過程中，晶圓(wafer)的加工工藝處于最為核心和關(guān)鍵的地位，晶圓加工工藝的質(zhì)量對于最終得到的門電路的工作性能具有決定性的影響。其中，在wafer的后段加工工藝中，當(dāng)完成對通孔(ContactHole)的金屬層沉積之后，需要對沉積后的金屬層(通常是金屬銅Cu)進行化學(xué)機械拋光(ChemicalMechanicalPolishing，CMP)，進行CMP處理前的wafer剖面結(jié)構(gòu)如圖1中左側(cè)所示，此時下部的深色區(qū)域為低介電常數(shù)材料(LowkMaterial,LkM)構(gòu)成的絕緣層(DielectricFilm),沉積過程中的金屬Cu將通孔填充后繼續(xù)覆蓋到絕緣層之上，形成連通的金屬層，如圖中淺色區(qū)域所示；經(jīng)過CMP處理后wafer剖面結(jié)構(gòu)如圖1右側(cè)所示，通過CMP去除連通的金屬層，而只保留通孔當(dāng)中沉積的金屬Cu。為了避免絕緣層上附著的部分殘留金屬，所述的CMP過程需要在將連通的金屬層去除后進一步對絕緣層進行處理，從而使得通孔中的金屬Cu連同絕緣層再被研磨掉一定厚度。由圖1中左右側(cè)的比較可以看出，右側(cè)的絕緣層厚度相比于左側(cè)圖中CMP處理之前的絕緣層厚度要略薄一些。需要指出的是，所述的CMP處理之后還包括例行的清洗步驟一即在CMP之后使用各種類型的溶液或去離子水(DIwater)對wafer表面的加工殘余物進行清洗。在wafer加工過程中，通常將對于wafer的沉積、刻蝕、研磨等操作稱為主工序，而每一個主工序完成后相應(yīng)的會有一些配套的清洗、測量和檢測操作，這些通常被稱為副工序或從屬工序。主工序是為了最終加工生產(chǎn)出門電路必不可少的步驟，而副工序通常會隨著加工工藝精度和最終電路性能要求的不同而進行選擇性的執(zhí)行。容易理解，工藝要求越嚴格，貝幅U工序一般就不能省略；而如果工藝要求或電路性能要求較低，則副工序的執(zhí)行通常就可以省略。對于如圖1右側(cè)所示的經(jīng)過CMP處理后的wafer,在實際生產(chǎn)加工的過程中，由于生產(chǎn)線設(shè)備的調(diào)度和工序安排的原因，通常并不能立即進行后續(xù)通過化學(xué)氣相沉積(ChemicalV即orizeD印osition，CVD)的方法生成摻氮的碳化硅(NDC)層或氮化硅(Si3N4)層的主工序(為便于表述，下文中簡稱為CVD方法生成NDC/Si3N4層的主工序)，從而會被閑置一段時間，在這段閑置時間內(nèi)，如前文所述，根據(jù)工藝和電路性能的要求，可能需要執(zhí)行相應(yīng)的副工序，也可能不需要執(zhí)行(具體的工序流程與本發(fā)明并無關(guān)系，故不在此詳細展開介紹)，但無論是否執(zhí)行所述的副工序，wafefr從結(jié)束CMP處理之后到進行后續(xù)的CVD方法生成NDC/Si3N4層的主工序，通常都需要經(jīng)過一定的閑置時間，這段閑置時間業(yè)界通常也稱其為Qtime-即，無論是否執(zhí)行所述的副工序，從結(jié)束CMP處理到開始后續(xù)的主工序，之間經(jīng)過的時間被稱為Qtime。3在所述的Qtime期間，由于wafer所處的環(huán)境遠非理想如果在反應(yīng)腔內(nèi)對wafer進行副工序要求的清洗、測量和檢測，則wafer所處的環(huán)境還相對潔凈和可控；如果CMP結(jié)束后的閑置時間較長，wafer甚至可能會退出加工生產(chǎn)線而放置起來保存一段時間，從而更容易受到保存環(huán)境的影響，而這時wafer的保存環(huán)境相比反應(yīng)腔無疑更加惡劣和污濁。業(yè)界通常按照概率統(tǒng)計的方法計算wafer能夠達到設(shè)定性能要求的置信度，以該置信度作為衡量wafer性能的量化標準，例如下表1列舉出了Qtime分別為1小時、4小時、8小時和12小時，性能要求為通孔間絕緣區(qū)域的擊穿電壓大于50伏，8個wafer樣本中的通孔間絕緣區(qū)域的擊穿電壓在置信度為0.1%時的值，其中所述置信度為0.1%表示的含義是實際擊穿電壓有0.1%的可能小于該標稱值<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>表l在表1中，以編號#1的wafer為例，其在置信度O.1%時的標稱擊穿電壓值為82.15V，表示該wafer有0.1%的可能性其實際擊穿電壓會小于該標稱值。類似的，還有置信度為50%或更高置信度的標稱參數(shù)。容易理解，置信度越小的標稱參數(shù)，wafer通孔間絕緣區(qū)域的實際擊穿電壓小于該標稱值的可能性越低，也就是該wafer的工作性能越有保證。由表l可見，編號ft4到編號ft8的5片wafer，其經(jīng)過Qtime之后已經(jīng)無法滿足設(shè)定的性能要求(即編號#4到編號#8的5片wafer的標稱擊穿電壓已經(jīng)小于50V)。顯然，隨著Qtime的時間逐漸增加，wafer的工作性能越來越差。下面將結(jié)合圖2對造成這種結(jié)果的原因進行說明，圖2所示為Qtime期間的wafer剖面結(jié)構(gòu)示意圖，其中下方深色區(qū)域為絕緣層，而上方的淺色區(qū)域則為通孔中沉積的金屬Cu;在CMP對連通金屬層的研磨、以及對絕緣層和金屬層同時進行處理的過程中，由于同時進行化學(xué)反應(yīng)和機械研磨兩種方式的處理，金屬層表面部分Cu原子鍵會在化學(xué)反應(yīng)和機械研磨的作用下被破壞而形成自由Cu離子，這些自由離子不僅能夠在金屬層的表面自由移動，而且還能夠通過擴散遷移而進入絕緣層，從而導(dǎo)致絕緣層的電學(xué)性能發(fā)生變化(即其導(dǎo)電能力增強)，如圖2所示，這種離子遷移不僅會導(dǎo)致所述通孔間絕緣層的擊穿電壓降低，而且會使得最終形成的電路結(jié)構(gòu)中形成電流通道而出現(xiàn)漏電電流(LeakageCurrent)，嚴重降低wafer的性能；此外，在Qtime期間，由于wafer保存環(huán)境并不理想，所述保存環(huán)境中常常包含相當(dāng)數(shù)量的有機粒子，其中的一些有機粒子可能會沉降到wafer的表面或被所述Cu離子吸附到wafer表面，從而形成表面雜質(zhì)污染；另一方面，所述Cu離子中的一部分還會與保存環(huán)境中的氧氣結(jié)合發(fā)生緩慢氧化，從而在wafer表面形成Cu的氧化物，如圖2所示，顯然，這些表面雜質(zhì)污染和氧化物的生成又會進一步降低wafer的性能。由于CMP已經(jīng)是成熟且固定的處理流程，如果需要進行改進則需要改造集成電路加工流水線上的CMP設(shè)備，成本十分高昂；此外，在Qtime期間的wafer保存環(huán)境由于牽涉的不確定因素太多，如果按照嚴格的凈化保存要求改善wafer的保存環(huán)境，不僅成本太高且很難達到理想的改善效果，可操作性不強。因此，對于Qtime越長則wafer的表面性能越差的問題，現(xiàn)有技術(shù)尚無法提供有效的解決方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供的提高表面性能的方法，能夠在不增加成本的情況下快速有效修復(fù)Qtime期間產(chǎn)生的wafer表面性能降低。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實現(xiàn)的—種提高表面性能的方法，在對沉積后的金屬層進行化學(xué)機械拋光處理之后，對晶圓進行CVD方法生成NDC/Si3N4層的處理之前，該方法進一步包括采用含有氫氟酸的酸性有機溶液對化學(xué)機械拋光處理后的晶圓進行表面處理，并使用去離子水對晶圓進行清洗。所述采用含有氫氟酸的酸性有機溶液對化學(xué)機械拋光處理后的晶圓進行表面處理的步驟，與對晶圓進行CVD方法生成NDC/Si3N4層處理的步驟之間的時間間隔不超過4個小時。所述采用含有氫氟酸的酸性有機溶液對化學(xué)機械拋光處理后的晶圓進行表面處理的方法包括采用氫氟酸濃度為5%的酸性有機溶液，對晶圓進行表面處理且至少持續(xù)10秒。在對沉積后的金屬層進行化學(xué)機械拋光處理之后，對晶圓進行CVD方法生成NDC/Si3N4層的處理之前，該方法進一步包括執(zhí)行對晶圓進行例行清洗、對通孔中金屬厚度進行測量，或?qū)A進行缺陷檢測中的任意組合，且其與所述采用含有氫氟酸的酸性有機溶液對化學(xué)機械拋光處理后的晶圓進行表面處理，并使用去離子水對晶圓進行清洗的步驟間的先后次序任意。由上述的技術(shù)方案可見，本發(fā)明提供的提高表面性能的方法，通過使用含有HF的酸性有機溶液，能夠減少wafer表面的自由金屬離子、消除金屬氧化物以及溶解造成表面雜質(zhì)污染的有機粒子，有效修復(fù)了Qtime期間產(chǎn)生的wafer表面性能的降低，相比于現(xiàn)有5技術(shù)有效提高了wafer的表面性能。同時，由于HF和有機溶液本身都是常用工業(yè)原料，其成本很低且在集成電路加工過程中的其他工序中也有使用，因此應(yīng)用改進后的加工流程完全不會帶來成本的增加。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)過CMP處理后的wafer剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中Qtime期間的wafer剖面結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3為本發(fā)明提供的提高表面性能的方法的流程示意圖。圖4為本發(fā)明實施例中實驗一的執(zhí)行流程示意圖。圖5為本發(fā)明實施例中實驗二的執(zhí)行流程示意圖。具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明提出的提高表面性能的方法，其核心思想在于在完成對于金屬層的CMP之后，經(jīng)過包含可能執(zhí)行的副工序的Qtime之后，并不立即執(zhí)行CVD方法生成NDC/Si3N4層的主工序，而是在執(zhí)行所述CVD方法生成NDC/Si3N4層的主工序之前添加一步對wafer表面進行清洗的步驟。由于所述副工序是否執(zhí)行并不影響本發(fā)明的實現(xiàn)，因此在下文的敘述中將其省略，僅從主工序的執(zhí)行順序上進行說明，改進后的流程如圖3所示，具體包括步驟301:對沉積后的金屬層進行CMP處理；步驟302:采用含有氫氟酸(HF)的酸性有機溶液對CMP處理后的wafer進行表面處理，并使用DIwater進行清洗；步驟303:對清洗后的wafer進行CVD方法生成NDC/Si3N4層的處理。其中，所述采用含有HF的酸性有機溶液對CMP處理后的wafer進行表面處理的方法具體包括采用HF濃度為5%的酸性有機溶液，對wafer進行至少10秒以上的表面處理。需要指出的是，在時序上，所述步驟302在步驟301之后執(zhí)行，但并不是在步驟301完成之后立即執(zhí)行。根據(jù)
背景技術(shù)：
的描述，CMP處理后的wafer經(jīng)過一段時間的放置后，wafer表面會吸附各種雜質(zhì)粒子并形成金屬氧化物。在步驟302中，有機溶液中包含的HF能夠與金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)，從而去除wafer表面形成的金屬氧化物；同時，所述HF還能夠與wafer表面殘余的金屬離子結(jié)合，從而大大減少wafer表面的自由金屬離子；此外，有機溶液能夠迅速溶解wafer表面吸附的有機粒子，從而消除wafer的表面雜質(zhì)污染?？梢姡景l(fā)明提供的提高表面性能的方法，通過使用含有HF的酸性有機溶液，能夠減少wafer表面的自由金屬離子、消除金屬氧化物以及溶解造成表面雜質(zhì)污染的有機粒子，從而有效修復(fù)了Qtime期間產(chǎn)生的wafer表面性能的降低，因此相比于現(xiàn)有技術(shù)有效提高了wafer的表面性能。同時容易理解，由于HF和有機溶液本身都是常用工業(yè)原料，其成本很低且在集成電路加工過程中的其他工序中也有使用，因此應(yīng)用改進后的加工流程完全不會帶來成本的增加。根據(jù)
背景技術(shù)：
部分對于Qtime的說明可知，在步驟301303的執(zhí)行過程中，從步驟301到步驟303之間的間隔時間即為Qtime，步驟302的執(zhí)行是計入在Qtime之中的。從實際應(yīng)用的角度來說，在時間上步驟302越靠近步驟303則效果越好。例如根據(jù)
背景技術(shù)：
中提供的表l，通常Qtime超過4小時之后，wafer的表面性能就無法達到0.1%置信度情況下的性能要求。因此，本發(fā)明提供的方法中步驟302與步驟303之間的時間間隔通常不宜超過4小時，且越短越好。至于步驟301與步驟302之間的時間間隔，經(jīng)過試驗證明，該間隔時間從幾小時到幾天均不會對本發(fā)明的實施效果產(chǎn)生明顯影響，又由于在實際生產(chǎn)過程中Qtime一般不會超過數(shù)天，因此本發(fā)明不再步驟301與步驟302之間的時間間隔做具體限定。此外，需要指出的是，上述步驟301303只是表明了主工序的執(zhí)行流程，對于副工序的執(zhí)行并未進行限定。如果在實際應(yīng)用中，步驟301之后還需要執(zhí)行相關(guān)的副工序一例如現(xiàn)有技術(shù)部分提及的對wafer的例行清洗、以及對通孔中金屬厚度的測量和缺陷檢測(defectinspection)，則既可以先執(zhí)行所述步驟302，再執(zhí)行所述副工序，也可以先執(zhí)行所述副工序，再執(zhí)行所述步驟302。當(dāng)然，無論哪種方式，仍需要滿足所述的步驟302和步驟303之間間隔時間不能過長(通常不超過8小時)的要求。下文中的相關(guān)描述均與此相同，此處一并說明，后文中不再贅述。為了進一步說明所述提高表面性能的方法，下面將通過兩個具體實驗舉例說明該方法的具體執(zhí)行過程?！嶒炓?，其執(zhí)行流程如圖4所示，其中包括步驟401:對沉積后的金屬層進行CMP處理；步驟402:經(jīng)過CMP處理的wafer放置3.3小時后，使用含有HF的酸性有機溶液對wafer進行表面處理，并在處理后再使用DIwater進行清洗；步驟403:清洗后的wafer經(jīng)過1.5小時，開始進行CVD方法生成NDC/Si3N4層的處理。本實施例中使用的含有HF的酸性有機溶液主要成分包括5%的HF，40X的水，40%的有機溶劑和15%的氨水，但應(yīng)當(dāng)指出此處提出的配比僅為舉例，實際應(yīng)用中并不局限于這種配比，且經(jīng)實驗證明，包含5%左右HF的有機溶液都可以有效實現(xiàn)去除金屬氧化物、有機粒子和自由金屬離子的效果。由于CMP處理之后通常包括例行的DIwater清洗步驟，而步驟402中經(jīng)過酸性有機溶液的表面處理后也需要進行DIwater清洗，因此步驟401之后，經(jīng)過CMP處理的wafer可以先執(zhí)行CMP例行的DIwater清洗步驟，也可以直接執(zhí)行步驟402，并僅執(zhí)行一次步驟402中所述的DIwater清洗步驟。此外，DIwater清洗后的wafer,需要旋轉(zhuǎn)直到表面完全甩干后才能進行后續(xù)步驟，因此步驟402與步驟403之中，還需要進一步包含將wafer旋轉(zhuǎn)直到表面完全甩干的處理，由于此過程為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識，故不再詳細說明。經(jīng)過實際操作驗證，采用步驟401步驟403處理后的wafer,其表面性能如下表2所示，同時易得此時Qtime=4.8小時<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2其中，編號#A1和#A2的wafer沒有經(jīng)過任何處理(即現(xiàn)有技術(shù)的方法)閑置了4.8小時；而編號為#1和#11的wafer,則是按照步驟401步驟403的方法進行了處理，其中編號為#1的wafer,利用酸性有機溶液進行表面處理的時間為140秒，而編號為#11的wafer,利用酸性有機溶液進行表面處理的時間則為90秒。由表2容易看出，按照步驟401403處理后的wafer，其標稱的擊穿電壓在各個置信度等級上都明顯高于現(xiàn)有技術(shù)處理后的wafer的擊穿電壓，從而所述按照步驟401403處理后的wafer的表面性能獲得了明顯提高。二、實驗二，其流程如圖5所示，其中包括步驟501:對沉積后的金屬層進行CMP處理；步驟502:經(jīng)過CMP處理的wafer放置56小時后，使用含有HF的酸性有機溶液對wafer進行表面處理，并在處理后使用DIwater進行清洗；步驟503:清洗后的wafer經(jīng)過3.5小時，開始進行CVD方法生成NDC/Si3N4層的處理。經(jīng)過實際操作驗證，采用步驟501步驟503處理后的wafer,其表面性能如下表3所示，同時易得此時Qtime=59.5小時樣本wafer編號置信度63.2%時的標稱擊穿電壓置信度50%時的標稱擊穿電壓置信度0.1%時的標稱擊穿電壓#187.982286.24260.3594#1187.589385.978661.7181#A61.202459.124431.9008表3其中，編號#A的wafer沒有經(jīng)過任何處理(即現(xiàn)有技術(shù)的方法)閑置了59.5小時；而編號為#1和#11的wafer,則是按照步驟501步驟503的方法進行了處理，其中編8號為#1的wafer,利用酸性有機溶液進行表面處理的時間為140秒，而編號為#11的wafer,利用酸性有機溶液進行表面處理的時間則為90秒。由表3容易看出，按照步驟501503處理后的wafer,其標稱的擊穿電壓在各個置信度等級上都明顯高于現(xiàn)有技術(shù)處理后的wafer的擊穿電壓，從而所述按照步驟501503處理后的wafer的表面性能獲得了明顯提高，且相比于表2可見，Qtime越長，本發(fā)明提供的提高表面性能的方法的效果越顯著。權(quán)利要求一種提高表面性能的方法，其特征在于，在對沉積后的金屬層進行化學(xué)機械拋光處理之后，對晶圓進行摻氮的碳化硅層或氮化硅層沉積處理之前，該方法進一步包括采用含有氫氟酸的酸性有機溶液對化學(xué)機械拋光處理后的晶圓進行表面處理，并使用去離子水對晶圓進行清洗。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用含有氫氟酸的酸性有機溶液對化學(xué)機械拋光處理后的晶圓進行表面處理的步驟，與對晶圓進行摻氮的碳化硅層或氮化硅層沉積處理的步驟之間的時間間隔不超過4個小時。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用含有氫氟酸的酸性有機溶液對化學(xué)機械拋光處理后的晶圓進行表面處理的方法包括采用氫氟酸濃度為5%的酸性有機溶液，對晶圓進行表面處理且至少持續(xù)10秒。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，在對沉積后的金屬層進行化學(xué)機械拋光處理之后，對晶圓進行摻氮的碳化硅層或氮化硅層沉積處理之前，該方法進一步包括執(zhí)行對晶圓進行例行清洗、對通孔中金屬厚度進行測量，或?qū)A進行缺陷檢測中的任意組合，且其與所述采用含有氫氟酸的酸性有機溶液對化學(xué)機械拋光處理后的晶圓進行表面處理，并使用去離子水對晶圓進行清洗的步驟間的先后次序任意。全文摘要本發(fā)明公開了一種提高表面性能的方法，在對沉積后的金屬層進行化學(xué)機械拋光處理之后，對晶圓進行摻氮的碳化硅層或氮化硅層沉積處理之前，該方法進一步包括采用含有氫氟酸的酸性有機溶液對化學(xué)機械拋光處理后的晶圓進行表面處理，并使用去離子水對晶圓進行清洗。本發(fā)明提供的提高表面性能的方法，通過使用含有HF的酸性有機溶液，能夠減少晶圓表面的自由金屬離子、消除金屬氧化物以及溶解造成表面雜質(zhì)污染的有機粒子，有效修復(fù)了Qtime期間產(chǎn)生的晶圓表面性能的降低，相比于現(xiàn)有技術(shù)有效提高了晶圓的表面性能，且應(yīng)用改進后的加工流程不會帶來成本增加。文檔編號H01L21/3213GK101789373SQ200910045820公開日2010年7月28日申請日期2009年1月23日優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日發(fā)明者卑多慧申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司