[发明专利]CMP工艺中清除晶圆表面污染物粒子的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种CMP工艺中清除晶圆表面污染物粒子的方法。

背景技术

随着半导体产业的不断发展，半导体制作工艺已经进入纳米时代，为了适应各项电子产品越做越小，功能越做越强的趋势，半导体制程中的线宽也由原先的0.18微米发展到现今的0.13微米甚至90nm的制程。而伴随着芯片功能越用越强，元件越做越小的趋势而来的，便是对于半导体晶圆表面的质量要求也越来越高，要求晶圆表面为平坦光滑、不含污染物粒子的清洁表面。所述的污染物粒子指从空白晶圆到最终形成半导体器件的过程中可能产生的有机物、无机物等各种影响晶圆表面清洁度的粒子。

化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，简称CMP)技术是机械削磨和化学腐蚀的组合技术，化学机械抛光技术借助超微粒子(例如二氧化硅粒子，氧化铝粒子)的研磨作用以及浆料的化学腐蚀作用在被研磨的介质表面上形成光洁平坦平面，现已成为半导体加工行业的主导技术。在CMP工艺之后，这些抛光粒子会附着在抛光的晶圆上，成为污染物粒子，必须从晶圆表面完全除去以保持电子器件的可靠性和生产线的清洁度。

通常情况下，化学机械抛光后的晶圆是在酸性(例如以HF酸为主要清洗剂)或者碱性(例如氨水为主要清洗剂)的清洗液中进行清洗，然后再用去离子水清洗。例如申请号为98812108的中国专利申请文件描述的一种在半导体晶片被研磨之后从半导体晶片表面上清除污染物粒子的工艺，此工艺包含：a)使研磨过的晶片与氧化剂接触，以便对可能存在于晶片表面上的有机沾污物进行氧化；b)在步骤a)之后，将晶片浸入加有声能的含有柠檬酸的水浴中，以便清除可能存在于晶片表面上的金属沾污物；c)在步骤b)之后，使晶片与氢氟酸接触，以便清除可能存在于晶片表面上的二氧化硅层；以及d)在步骤c)之后，将晶片浸入加有声能的水浴中，此水浴含有碱性组分和表面活化剂。

在半导体制作工艺中，经常会用到控片(control wafer)以及虚拟片(dummy wafer)，所述的控片其实就是空白的硅片，在半导体制作工艺中，用于离线模拟各种制作工艺，以在不使用制作器件的半导体晶圆的情况下，调试设备、试验工艺；而虚拟片是洁净室中洁净等级最低的空白硅片，主要用于热机，就是当机台没有连续生产时机台温度、化学品流量等参数会与生产过程中有所差异，在这种状况下不能直接生产产品，而是需要在生产产品之前先用虚拟片热机，使机台恢复到正常(即各项参数达到要求)时才能跑产品。

为了提高所述控片以及虚拟片的利用率，控片和虚拟片在使用之后，通常会采用化学机械抛光的方法清除在控片和虚拟片上形成的膜层以及器件，使控片和虚拟片重新成为空白片，循环利用。

在采用现有技术的化学机械抛光法抛光控片和虚拟片并采用现有技术的清洗方法清洗所述控片和虚拟片之后，发现控片和虚拟片表面尺寸大于0.16um的污染物粒子的数量仍然较多，通常大于100个，这种清洁度的控片以及虚拟片在使用时表面清洁度与在线晶圆表面的清洁状况差别太大，不能准确的显示机台的实际工作状况，在器件尺寸越来越小，工艺要求越来越严格的情况下，是不被允许的。因此，必须发展新的清洗方法，以提高控片和虚拟片化学机械抛光后表面的清洁度，提高控片和虚拟片的表面性能，使控片和虚拟片的表面性能尽可能与在线晶圆相同。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是提供一种CMP工艺中清除晶圆表面污染物粒子的方法，以得到表面清洁度符合要求的晶圆表面。

虽然本发明是在对控片和虚拟片化学机械抛光之中清洗的工艺过程中形成的，但是，本发明的技术方案仍然适用于各种用于制作半导体器件的在线晶圆的表面清洗以及半导体器件制作工艺过程中对含有半导体器件的晶圆进行化学机械抛光工艺中的表面清洗。

一种CMP工艺中清除晶圆表面污染物粒子的方法，包括：在化学机械抛光设备中通入抛光液，对晶圆进行化学机械抛光；停止通入抛光液；在化学机械抛光设备中通入与抛光液的酸碱性相同的弱酸性或者弱碱性有机物，清洗所述晶圆。

当抛光液的pH值大于10时，所述的弱碱性有机物为包含季铵氢氧化物的有机碱，所述季铵氢氧化物包括：氢氧化四甲铵(TMAH)、氢氧化四乙铵、氢氧化四丙基铵、氢氧化三甲基乙基铵、氢氧化(2一羟乙基)三甲基铵、氢氧化(2一羟乙基)三乙基铵、氢氧化(2一羟乙基)三丙基铵和氢氧化(1一羟丙基)三甲基铵。