化学机械研磨后的清洗方法
技术领域
本发明涉及化学机械研磨后的处理技术,特别涉及一种化学机械研磨后的清洗方法。
背景技术
集成电路是通过在晶圆表面几微米形成半导体器件,再通过连续的淀积和光刻来形成互连线图形,已将制作于晶圆上的器件相互连接形成电路。整个晶圆是逐层制作的,每层中的结构又是逐个设计完成的。为了将各层制作的图形套准,掩膜版上制作有用来确定图形位置和方向的基准标记,在利用掩膜版制作某层的图形时,该掩膜版上的基准标记光刻到晶圆上形成沟槽,该沟槽为表示制作于晶圆的该层图形位置和方向的对准标记,该对准标记位于制作的图形一侧。
图1(a)~(c)为现有的对准标记与光刻图形的结构示意图。如图1所示,对光刻对准的方法进行说明,具体如下:
为了表述清楚,现对图1(a)~(c)进行说明,由于对准标记制作于晶圆的边缘,在淀积介质层或金属层时不会对上一层制作的对准标记进行淀积,因此,图1(a)~(c)中表示对准标记的第一对准标记102、第二对准标记104都是实线。图1(a)为在制作第一金属层时形成的第一金属线101和第一对准标记102,在该层第一金属线101未被覆盖,用实线表示。图1(b)表示在第一金属层上淀积形成第一介质层,在第一介质层上刻蚀形成的第一通孔103和第二对准标记104未被覆盖,用实线表示,第一金属线101被第一介质层覆盖,用虚线表示。图1(c)表示在第一介质层上淀积形成第二金属层,在第二金属层上刻蚀形成的第二金属线105未被覆盖,用实线表示,第一通孔103被第二金属层覆盖,用虚线表示。由于表示第二金属线105位置的第三对准标记106与第二对准标记104重合,在图1(c)中仅标示第三对准标记106。
在第一金属层上制作金属连线时,根据掩膜版的基准标记及掩膜版上的图形,对第一金属层进行刻蚀形成第一金属线101和标记第一金属线101位置的第一对准标记102。
在第一介质层上制作连通第一金属层和第二金属层的通孔时,利用检测第一对准标记102处的折射率,将掩膜版上制作的通孔图形与第一金属线101对准,对第一介质层进行刻蚀形成第一通孔103和标记第一通孔103在第一金属线101上位置的第二对准标记104。由于对准标记为制作于晶圆上的沟槽,通过检测介质或金属的折射率就可得知折射率改变的位置,折射率改变的位置即为对准标记的位置,通过检测反射的光线可使掩膜版的基准标记和晶圆上的对准标记重合,以对准光刻的图形。具体地,掩膜版上制作的通孔图形具有横向基准标记和纵向基准标记,通过检测检测第一金属层的折射率得知第一对准标记102的位置,利用光的反射将掩膜版上制作的通孔图形的纵向基准标记与第一对准标记102对准,利用掩膜版对第一介质层刻蚀即可得到连通第一金属线101的第一通孔103,在刻蚀形成第一通孔103时在第一介质层上形成标记第一通孔103在第一金属线101上的位置的第二对准标记104。
在第二金属层上制作与第一通孔103连通的第二金属线105时,利用检测第二对准标记104处的折射率,将掩膜版上制作的金属线的图形与第一通孔103对准,对第二金属层进行刻蚀形成第二金属线105和标记第二金属线105位置的第三对准标记106,该第三对准标记106位于第二金属层,且其横向坐标与位于第一介质层的第二对准标记104的横向坐标相同。制作第二金属层105时的对准方法与制作第一通孔103时的对准方法相同,在此不再赘述。
上述光刻对准方法中,利用对准标记的折射率查找对准标记的位置和利用光的反射使掩膜版的基准标记与晶圆上的对准标记重合对于光刻的准确性至关重要。但是,现有的半导体制作过程中,常通过化学机械研磨对淀积的金属层或介质层进行平坦化,而机械研磨产生的泥浆或颗粒会残留在晶圆的对准标记中,影响后续光刻定位时对准标记位置的查找,也进一步会影响利用光的反射使掩膜版的基准标记与晶圆上的对准标记重合,这就会造成利用掩膜版刻蚀的图形定位不准,可能会存在由于通孔位置偏差造成的相邻两层金属线断路,进而影响电路的性能。因此,在化学机械研磨之后,为了防止机械研磨产生的颗粒残留于对准标记中,通常对化学机械研磨产生的颗粒进行清洗;具体地,首先,采用现有的湿法清洗对多个晶圆的表面残留颗粒进行清洗,其次,通过通入氮气(N2)的去离子水清洗多个晶圆的表面,但采用该方法对准标记中仍残留有大量机械研磨产生的颗粒,且利用上述方法清洗晶圆的表面时,从对准标记中清除的化学机械研磨产生的颗粒会残留于晶圆表面,在后续制作金属互连线时,残留于晶圆表面的颗粒会造成制作的金属连线短路、阻值改变等问题,进而导致晶圆的缺陷密度过高,也就是导致晶圆上具有缺陷的结构的密度过高,降低了晶圆的合格率。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种化学机械研磨后的清洗方法,能够去除对准标记及晶圆表面残留的化学机械研磨产生的颗粒,降低晶圆的缺陷密度。
一种化学机械研磨后的清洗方法,该方法应用于边缘制作有表示光刻图形位置的对准标记的晶圆,所述晶圆的对准标记中残留有化学机械研磨产生的颗粒,该方法包括:
在化学机械研磨后利用氧气的等离子体轰击晶圆表面,再利用不含有氮气的去离子水对晶圆表面进行清洗。
较佳地,所述利用氧气的等离子体轰击晶圆表面与所述利用不含有氮气的去离子水对晶圆表面进行清洗间进一步包括:利用酸性试剂对单个晶圆的表面进行湿法清洗。
上述方法中,所述酸性试剂为硫酸、过氧化氢和水的混合物;所述混合物中硫酸的体积百分比为50%至85%;所述混合物中过氧化氢的体积百分比为3%至12%;所述混合物中水的体积百分比为20%至55%。
上述方法中,所述利用氧气的等离子体轰击晶圆表面包括:
在250℃至300℃的温度下,采用氧气的等离子体持续轰击晶圆表面20秒至120秒;
产生所述氧气的等离子体的发生器的频率为10MHz至15MHz。
上述方法中,所述利用不含有氮气的去离子水对晶圆表面包括:利用不含有氮气的去离子水对晶圆表面进行清洗,且清洗次数大于3次。
由上述的技术方案可见,本发明提供的化学机械研磨后的清洗方法,该方法应用于边缘制作有表示光刻图形位置的对准标记的晶圆,晶圆上的对准标记中残留有化学机械研磨产生的颗粒,该方法对化学机械研磨后的清洗进行了改进,在化学机械研磨后利用氧气的等离子体对化学机械研磨后的晶圆进行表面处理,降低了残留的颗粒与对准标记侧壁、残留颗粒与晶圆表面的附着力,再利用不含氮气的去离子水清洗对准标记中残留的颗粒,减小了去离子水对残留的颗粒的冲击力,能够去除对准标记中残留的化学机械研磨产生的颗粒,且能够去除残留于晶圆表面的化学机械研磨产生的颗粒,降低了晶圆的缺陷密度,提高了晶圆的合格率。
附图说明
图1(a)~(c)为现有的对准标记与光刻图形的结构示意图。
图2为本发明化学机械研磨后的清洗方法的第一较佳实施例的流程图。
图3为本发明化学机械研磨后的清洗方法的第二较佳实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白,以下参照附图并举实施例,对本发明进一步详细说明。
本发明提供了一种化学机械研磨后的清洗方法,该方法应用于边缘制作有表示光刻图形位置的对准标记的晶圆,该晶圆的对准标记中残留有化学机械研磨产生的颗粒,该方法对化学机械研磨后的清洗进行了改进,在化学机械研磨后利用氧气的等离子体对化学机械研磨后的晶圆表面进行处理,降低了残留颗粒与对准标记侧壁、残留颗粒与晶圆表面的附着力,再利用不含氮气的去离子水清洗对晶圆表面进行清洗,也就是对晶圆表面及对准标记中残留的颗粒进行清洗,减小了去离子水对残留的颗粒的冲击力。
图2为本发明化学机械研磨后的清洗方法的第一较佳实施例的流程图。现结合图2,对本发明化学机械研磨后的清洗方法的第一较佳实施例进行说明,具体如下:
步骤201:在化学机械研磨后利用氧气的等离子体轰击晶圆表面;
晶圆的边缘制作有未被介质层或金属层覆盖的用以表示光刻图形位置的对准标记,在每次化学机械研磨后,化学机械研磨产生的颗粒会残留于对准标记中。
在化学机械研磨后利用氧气的等离子体处理晶圆表面时,主要是利用氧气的等离子体对位于晶圆边缘的对准标记、晶圆表面、残留的颗粒进行轰击;通过氧气的等离子体的轰击降低了残留颗粒与对准标记沟槽侧壁的附着力,以便后续湿法清洗从对准标记的沟槽中去除残留的颗粒。通常在250℃至300℃的温度下,采用氧气的等离子体轰击的时间为20秒至120秒,以降低残留颗粒的附着力。采用氧气的等离子体轰击晶圆表面时,等离子体发生器的频率为10MHz至15MHz。
对准标记中残留的颗粒可能为金属,也可能为与介质层成分相同的物质;不论残留颗粒的成分是金属或是与介质层成分相同的物质,利用氧气的等离子体轰击晶圆表面时,氧气的等离子体可去除残留颗粒表面的棱角,以减小残留颗粒与对准标记的的沟槽侧壁、残留颗粒与晶圆表面间的摩擦,在后续清洗过程中便于去除残留颗粒;利用氧气的等离子体轰击晶圆表面、残留颗粒及对准标记的沟槽时,还可使残留颗粒、对准标记的沟槽及晶圆表面形成一层氧化膜,降低残留颗粒与对准标记的沟槽间的附着力。上述氧化膜的成分可以为金属氧化物或二氧化硅。
由于利用氧气的等离子体轰击晶圆表面是在化学机械研磨后,也就是对介质层或金属层上光刻的图形进行填充和研磨平坦化后,这就保证了在介质层或金属层上制作的电路结构或器件不会受到氧气的等离子体轰击,在介质层或金属层上制作的电路结构或器件的性能也就不会受到氧气等离子体轰击的影响。
步骤202:利用不含有氮气的去离子水清洗晶圆表面;
利用不含有氮气的去离子水对经步骤201处理后的晶圆表面进行多次清洗;由于去离子水中不含有氮气,减小了去离子水对晶圆表面残留的颗粒的冲击,避免残留于研磨平面和对准标记表面的颗粒陷入对准标记的沟槽;为了能够去除掉大部分残留颗粒,利用不含有氮气的去离子水清洗的次数大于等于3次。
步骤203:结束。
图3为本发明提高光刻定位准确性方法第二较佳实施例的方法流程图,现结合图3,对本发明提高光刻定位准确性方法的第二较佳实施例进行说明,具体如下:
步骤301:在化学机械研磨后利用氧气的等离子体轰击晶圆表面;
晶圆的边缘制作有未被介质层或金属层覆盖的用以表示光刻图形位置的对准标记,在每次化学机械研磨后,化学机械研磨产生的颗粒会残留于对准标记中。
在化学机械研磨后利用氧气的等离子体处理晶圆表面时,主要是利用氧气的等离子体对位于晶圆边缘的对准标记、晶圆表面、残留的颗粒进行轰击;通过氧气的等离子体的轰击降低了残留颗粒与对准标记沟槽侧壁的附着力,以便后续湿法清洗从对准标记的沟槽中去除残留的颗粒。通常在250℃至300℃的温度下,采用氧气的等离子体轰击的时间为20秒至120秒,以降低残留颗粒的附着力。采用氧气的等离子体对晶圆表面进行轰击处理时,产生氧气的等离子体的发生器的频率为10MHz至15MHz。
对准标记中残留的颗粒可能为金属,也可能为与介质层成分相同的物质;不论残留颗粒的成分是金属或是与介质层成分相同的物质,利用氧气的等离子体轰击晶圆表面时,氧气的等离子体可去除残留颗粒表面的棱角,以减小残留颗粒与对准标记的的沟槽侧壁、残留颗粒与晶圆表面间的摩擦,在后续清洗过程中便于去除残留颗粒;利用氧气的等离子体轰击晶圆表面、残留颗粒及对准标记的沟槽时,还可使残留颗粒、对准标记的沟槽及晶圆表面形成一层氧化膜,降低残留颗粒与对准标记的沟槽间的附着力。上述氧化膜的成分可以为金属氧化物或二氧化硅。
由于利用氧气的等离子体处理晶圆表面是在化学机械研磨后,也就是对介质层或金属层上光刻的图形进行填充和研磨平坦化后,这就保证了在介质层或金属层上制作的电路结构或器件不会受到氧气的等离子体轰击,在介质层或金属层上制作的电路结构或器件的性能也就不会受到氧气等离子体轰击的影响。
步骤302;利用酸性试剂对单个晶圆表面进行湿法清洗;
本步骤中,利用硫酸(H2SO4)、过氧化氢(H2O2)和水(H2O)的混合物对晶圆表面进行清洗,也就是利用该混合物清洗晶圆表面、残留颗粒和对准标记的沟槽;该混合物中硫酸的体积百分比为50%至85%,过氧化氢的体积百分比为3%至12%,水的体积百分比为20%至55%。还可利用NACT或稀释硫酸(Diluted SPM,DSP)清洗晶圆表面、残留颗粒和对准标记的沟槽;DSP的主要成份是水,硫酸,双氧水,氢氟酸。在步骤301之后,对晶圆表面采用湿法清洗,可减小残留颗粒与对准标记的沟槽侧壁、残留颗粒与晶圆表面间的摩擦,进一步减小残留颗粒与对准标记的沟槽侧壁、残留颗粒与晶圆表面间的附着力。
现有技术中,通常对多个晶圆同时进行湿法清洗;为了能够去除较多的残留颗粒,本发明中每次仅对一个晶圆进行清洗。
步骤303:利用不含有氮气的去离子水清洗晶圆表面;
利用不含有氮气的去离子水对经步骤302处理后的晶圆表面进行多次清洗;由于去离子水中不含有氮气,减小了去离子水对晶圆表面残留的颗粒的冲击,避免残留于研磨平面和对准标记表面的颗粒陷入对准标记的沟槽;为了能够去除掉大部分残留颗粒,利用不含有氮气的去离子水清洗的次数大于等于3次。
步骤304:结束。
综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。