本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，具體而言涉及一種化學機械研磨銅金屬互連層后實施的清洗方法。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體器件的后段制程(beol)中，通常采用雙大馬士革工藝形成用于填充銅金屬互連層的銅金屬互連結(jié)構(gòu)。采用電鍍工藝在銅金屬互連結(jié)構(gòu)中填充銅金屬互連層后，需要實施化學機械研磨將位于銅金屬互連結(jié)構(gòu)之外的銅去除干凈。在實施化學機械研磨的過程中，使用的研磨液屬于化學物質(zhì)，加之外力的作用，需要嚴格控制避免研磨后的銅金屬互連層中存在缺陷，因此，研磨后對晶圓的清洗就顯得尤為重要。然而，現(xiàn)有的清洗工藝并不能完全去除銅金屬互連層中存在的缺陷，還會造成化學物質(zhì)的殘留，由此會造成銅擴散的加劇，導(dǎo)致器件性能的下降。

因此，需要提出一種方法，以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種化學機械研磨銅金屬互連層后實施的清洗方法，包括：將經(jīng)過所述化學機械研磨銅互連金屬層的晶圓送入清洗操作室，用去離子水沖洗；將所述晶圓浸入盛有升溫后的去離子水的容器中，持續(xù)時間為80秒-90秒；執(zhí)行第一次刷洗過程，所述第一次刷洗過程包括依次實施的三個步驟：第一步，用去離子水刷洗所述晶圓，第二步，使用晶圓載片頭吸附所述晶圓，用微型研磨墊研磨所述晶圓的正面，第三步，使用檸檬酸和去離子水刷洗所述晶圓；執(zhí)行第二次刷洗過程，使用檸檬酸和去離子水刷洗所述晶圓；烘干所述晶圓。

在一個示例中，將所述晶圓送入清洗操作室后實施的所述去離子 水沖洗的持續(xù)時間為80秒-90秒。

在一個示例中，所述化學機械研磨的持續(xù)時間為70秒-80秒。

在一個示例中，所述第一次刷洗過程的第一步的持續(xù)時間為10秒-15秒。

在一個示例中，所述微型研磨墊研磨的持續(xù)時間為20秒-25秒，所述微型研磨墊研磨所使用的研磨液的化學品的成分為添加劑、二氧化硅和水，所述研磨液的流速為200毫升/分-220毫升/分。

在一個示例中，所述微型研磨墊的旋轉(zhuǎn)速率為25轉(zhuǎn)/分-30轉(zhuǎn)/分，所述微型研磨墊的旋轉(zhuǎn)方向為逆時針旋轉(zhuǎn)，所述晶圓載片頭的旋轉(zhuǎn)方向為順時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速率為30轉(zhuǎn)/分-40轉(zhuǎn)/分。

在一個示例中，所述微型研磨墊的材料為聚氨酯，所述微型研磨墊的直徑為205毫米-210毫米，所述微型研磨墊上密布圓形凹槽，所述圓形凹槽的直徑為3.5毫米-3.8毫米，所述圓形凹槽的深度為50微米-80微米。

在一個示例中，所述第一次刷洗過程的第二步和第三步重復(fù)實施。

在一個示例中，所述第一次刷洗過程中使用的檸檬酸的體積百分含量為25％-30％，所述第一次刷洗過程的第三步的持續(xù)時間為35秒-40秒。

在一個示例中，所述第二次刷洗過程中使用的檸檬酸的體積百分含量為25％-30％，所述第二次刷洗過程的持續(xù)時間為80秒-90秒

根據(jù)本發(fā)明，可以顯著減少研磨后的化學物質(zhì)殘留，抑制腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

附圖說明

本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。

附圖中：

圖1a為實施本發(fā)明提出的清洗方法時使用的化學機械研磨設(shè)備的示意性剖面圖；

圖1b為圖1a示出的化學機械研磨設(shè)備中的微型研磨墊的示意 圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的方法依次實施的步驟的流程圖。

具體實施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進行描述。

應(yīng)當理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實施，而不應(yīng)當解釋為局限于這里提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標記表示相同的元件。

應(yīng)當明白，當元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或?qū)訒r，其可以直接地在其它元件或?qū)由?、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或?qū)樱蛘呖梢源嬖诰娱g的元件或?qū)?。相反，當元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r，則不存在居間的元件或?qū)印?yīng)當明白，盡管可使用術(shù)語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區(qū)、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)、層和/或部分不應(yīng)當被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅僅用來區(qū)分一個元件、部件、區(qū)、層或部分與另一個元件、部件、區(qū)、層或部分。因此，在不脫離本發(fā)明教導(dǎo)之下，下面討論的第一元件、部件、區(qū)、層或部分可表示為第二元件、部件、區(qū)、層或部分。

空間關(guān)系術(shù)語例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在這里可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個元件或特征與其它元件或特征的關(guān)系。應(yīng)當明白，除了圖中所示的取向以外，空間關(guān)系術(shù)語意圖還包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)，然后，描述為“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征將取向 為在其它元件或特征“上”。因此，示例性術(shù)語“在...下面”和“在...下”可包括上和下兩個取向。器件可以另外地取向(旋轉(zhuǎn)90度或其它取向)并且在此使用的空間描述語相應(yīng)地被解釋。

在此使用的術(shù)語的目的僅在于描述具體實施例并且不作為本發(fā)明的限制。在此使用時，單數(shù)形式的“一”、“一個”和“所述/該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應(yīng)明白術(shù)語“組成”和/或“包括”，當在該說明書中使用時，確定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項目的任何及所有組合。

[示例性實施例]

參照圖2，其中示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的方法依次實施的步驟的流程圖，用于簡要示出制造工藝的流程。

首先，在步驟201中，將經(jīng)過化學機械研磨銅互連金屬層的晶圓送入清洗操作室，用去離子水沖洗80秒-90秒。

化學機械研磨銅互連金屬層時使用的研磨液的化學品的成分為添加劑、二氧化硅和水，添加劑的重量百分比小于1.0％，二氧化硅的重量百分比為1.0％-10.0％，水的重量百分比為89.0％-98.0％。所述化學機械研磨的持續(xù)時間為70秒-80秒。

實施所述化學機械研磨前的晶圓中包括：半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底中形成有隔離結(jié)構(gòu)以及各種阱(well)結(jié)構(gòu)，作為示例，隔離結(jié)構(gòu)為淺溝槽隔離(sti)結(jié)構(gòu)或者局部氧化硅(locos)隔離結(jié)構(gòu)；形成在半導(dǎo)體襯底上的前端器件，所述前端器件是指在半導(dǎo)體器件的后段制程之前形成的器件，在此并不對前端器件的具體結(jié)構(gòu)進行限定；形成在半導(dǎo)體襯底上的自下而上層疊的蝕刻停止層、低k介電層、緩沖層和硬掩膜層，蝕刻停止層的材料優(yōu)選sicn、sic、sin或bn，其作為后續(xù)蝕刻低k介電層以形成上層銅金屬互連結(jié)構(gòu)的蝕刻停止層的同時，可以防止下層銅金屬互連線中的銅擴散到上層的介電質(zhì)層(例如低k介電層)中，低k介電層的構(gòu)成材料可以選自本領(lǐng)域常見的具有低k值(介電常數(shù)小于4.0)的材料，包括但不限于k值為2.6-2.9 的硅酸鹽化合物(hydrogensilsesquioxane，簡稱為hsq)、k值為2.8的hosp^tm(honeywell公司制造的基于有機物和硅氧化物的混合體的低介電常數(shù)材料)以及k值為2.65的silk^tm(dowchemical公司制造的一種低介電常數(shù)材料)等等，緩沖層可以包括自下而上層疊的omcts(八甲基環(huán)化四硅氧烷)層和teos(正硅酸乙酯)層，omcts層的作用是作為低k介電材料和teos之間的過渡材料層以增加二者之間的附著力，teos層的作用是在后續(xù)研磨填充的銅互連金屬時避免機械應(yīng)力對低k介電材料的多孔化結(jié)構(gòu)造成損傷，硬掩膜層可以包括自下而上層疊的金屬硬掩膜層和氧化物硬掩膜層，這種雙層硬掩膜層的結(jié)構(gòu)能夠保證雙重圖形化或者多重圖形化的工藝精度，保證于硬掩膜層中所需形成的全部圖形的深度和側(cè)壁輪廓的一致性，即先將具有不同特征尺寸的圖案形成在氧化物硬掩膜層中，再以氧化物硬掩膜層為掩膜蝕刻金屬硬掩膜層于硬掩膜層中制作所需形成的圖形，金屬硬掩膜層的構(gòu)成材料包括ti、tin、bn、aln、cun或者其任意的組合，優(yōu)選tin；氧化物硬掩膜層的構(gòu)成材料包括sio2、sion等，且要求其相對于金屬硬掩膜層的構(gòu)成材料具有較好的蝕刻選擇比；形成于低k介電層中的銅金屬互連層，形成銅金屬互連層之前，需在形成于低k介電層中的用于填充銅金屬互連層的銅金屬互連結(jié)構(gòu)的底部和側(cè)壁上依次形成銅金屬擴散阻擋層和銅金屬種子層，銅金屬擴散阻擋層可以防止銅金屬互連層中的銅向低k介電層中的擴散，銅金屬種子層可以增強銅金屬互連層與銅金屬擴散阻擋層之間的附著性，形成銅金屬擴散阻擋層和銅金屬種子層可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習的各種適宜的工藝技術(shù)，例如，采用物理氣相沉積工藝形成銅金屬擴散阻擋層，采用濺射工藝或者化學氣相沉積工藝形成銅金屬種子層，銅金屬擴散阻擋層的材料為金屬、金屬氮化物或者其組合，例如ta和tan的組合或者ti和tin的組合。

接著，在步驟202中，將晶圓浸入盛有升溫后的去離子水的容器中，持續(xù)時間為80秒-90秒。作為示例，所述升溫后的去離子水的溫度為45℃-65℃。

接著，在步驟203中，執(zhí)行第一次刷洗過程，其包括依次實施的三個步驟：第一步，用去離子水刷洗晶圓10秒-15秒；第二步，如圖1a所示，使用晶圓載片頭101吸附晶圓100，用微型研磨墊104研磨晶圓100的正面20秒-25秒，研磨液由噴嘴107流出，流速為200毫升/分-220毫升/分，研磨液的化學品的成分為添加劑、二氧化硅和水，添加劑的重量百分比小于1.0％，二氧化硅的重量百分比為1.0％-10.0％，水的重量百分比為89.0％-98.0％，晶圓100正面與微型研磨墊104之間的接觸壓力為5.0磅-5.5磅，微型研磨墊104的旋轉(zhuǎn)速率為25轉(zhuǎn)/分-30轉(zhuǎn)/分，微型研磨墊104的旋轉(zhuǎn)方向為逆時針旋轉(zhuǎn)，微型研磨墊104固定于研磨墊支撐臺103上，研磨墊支撐臺103通過轉(zhuǎn)軸106與固定于支撐板102的驅(qū)動電機105相連，如圖1b所示，微型研磨墊104的材料為聚氨酯，微型研磨墊104的直徑為205毫米-210毫米，研磨墊104上密布圓形凹槽108，圓形凹槽108的直徑為3.5毫米-3.8毫米，圓形凹槽108的深度為50微米-80微米，晶圓載片頭101通過其中的氣壓室產(chǎn)生一定的真空度以吸附晶圓100，晶圓100與固定于晶圓載片頭101的膜之間的真空度為1.2磅-3.2磅，晶圓載片頭101的旋轉(zhuǎn)方向為順時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速率為30轉(zhuǎn)/分-40轉(zhuǎn)/分；第三步，使用體積比為25％-30％的檸檬酸和去離子水刷洗晶圓35秒-40秒。為了充分去除缺陷和殘留的化學物質(zhì)，上述第二步和第三步可以重復(fù)實施。

接著，在步驟204中，執(zhí)行第二次刷洗過程，使用體積比為25％-30％的檸檬酸和去離子水刷洗晶圓80秒-90秒。

接著，在步驟205中，烘干晶圓，作為示例，可以在晶圓旋干機中烘干晶圓。然后，將晶圓送往下一工序的操作單元。

至此，完成了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的方法實施的工藝步驟。根據(jù)本發(fā)明，通過執(zhí)行所述第一次刷洗過程，即依次實施的用去離子水刷洗晶圓100、用微型研磨墊104研磨晶圓100的正面和用體積比為25％-30％的檸檬酸和去離子水刷洗晶圓100，可以顯著減少研磨后 的化學物質(zhì)殘留，尤其是位于銅金屬互連層的缺陷中的化學物質(zhì)殘留，抑制腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，但應(yīng)當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。