[发明专利]抛光铜膜后清洁处理半导体衬底的方法和设备

说明书

本申请为美国专利申请“抛光铜膜后清洁处理半导体衬底的方法和设备”(申请号为08/955,39.3，申请日为1997年10月21日)的部分继续申请。

本发明涉及清洁处理半导体衬底的方法和设备，特别涉及抛光铜膜后清洁处理半导体衬底的方法和设备。

在制造先进半导体器件过程中，开始用铜(Cu)代替铝(Al)作为金属化材料的。相对铝而言，由于铜具有较低的电阻率并能显著地提高电迁移的寿命，所以铜成为所希望的材料。

一种Cu金属化工艺利用双金属镶嵌方法。如图1a所示，电介质层110淀积在衬底100上。电介质层120可能由诸如二氧化硅材料构成。然后如图1b所示，沟路和/或沟槽120形成在电介质层110中。例如利用干腐蚀技术可能形成沟路/沟槽120。接着，如图1c所示，淀积由例如，钽(Ta)，钛(Ti)，或氮化钛(TiN)阻挡材料构成的薄层(阻挡层)130。如图1d所示，淀积阻挡层130后，利用铜(Cu)层140填充沟路和/或沟槽120。利用众所周知的淀积技术，例如，化学汽相淀积(CVD)，物理汽相淀积(PVD)，或电镀，淀积铜(Cu)层140。如图1e所示，为了隔离铜的互连，必须除掉多余的铜(Cu)层140和阻挡层130。

除掉多余的铜(Cu)层140和阻挡层130的一种方法是例如，利用化学机械抛光(CMP)来抛光衬底的表面。在CMP工艺中，利用包含诸如氧化铝微粒的磨料微粒和诸如过氧化氢的氧化剂的稀浆，抛光半导体衬底。在CMP工艺中，在铜层150上，电介质表面160上，和电介质表面下165中引入了包括微粒和/或金属污染的污染物。

不管如何进行CPM工艺，必须清洁处理半导体衬底表面的污染物。如果不除掉污染物，则这些污染物可能影响器件特性，可能比通常情况较快速地引起器件失效。在化学机械抛光铜层后，清洁处理半导体衬底可能是必须的，以便从铜层和电介质层除掉上述的污染物。抛光铜层后清洁处半导体衬底的一种方法是刷洗。刷洗，无论单面或双面刷洗，都是工业上用以清洁处理利用氧化物和钨CMP处理的衬底的标准技术。但是，把刷洗用于粘接铜CMP清洁处理，有几个问题。

上述问题之一是刷子载物。在CMP处理期间，可能使铜层表面氧化，形成氧化铜，例如氧化铜(Cu₂O或CuO)或氢氧化铜(Cu(OH)₂)。在碱性或中性PH清洁处理条件下，氧化铜或氢氧化铜不溶解，可能转移到刷子上，这样使刷子载物。然后污染(或载物)的刷子在清洁处理期间可能把氧化铜或氢氧化铜污染物转移到后续处理的衬底上。

在应用钨和其它氧化物时，通过加入稀释的氢氧化铵(NH₄OH)，可能减少刷子的载物。在存在NH₄OH的情况下，氧化铜部分可能形成Cu(NH₃)²⁺复合物并且可能分解；但是由于高PH值情况，发现稀释的氢氧化铵不能够防止刷子加载氧化铜。此外，发现用氢氧化铵清洗液引起铜层腐蚀，并且可能引起严重的表面粗糙。

当把铝微粒用于铜CMP工艺中时，也可能产生刷子载物。在中性或无机酸(例如HCL)清洁处理条件下，在铝微粒和氧化硅表面之间有静电吸引力，所以难于从电介质材料表面除掉氧化铝微粒。因为有静电吸引力，所以可能把铝微粒粘附到刷子上，引起另一个刷子载物的问题，同样产生如上所述的后果。

CMP工艺引起的另一个问题是，在抛光期间，来自铜层和阻挡层的金属以及来自稀浆的其它污染物，可能污染电介质层的表面和表面下区域。在进行CMP工艺期间，污染，特别是金属污染，可能渗入到电介质层进入表面大约100埃。而这些污染可能影响器件性能并可能使器件失效。

下面叙述了对经过化学机械抛光铜膜的半导体衬底进行清洁处理的溶液、方法和设备。在本发明的一个实施例中，使用了一种将去离子水、有机化合物和铵化合物混合以产生一种酸性PH条件的清洁处理溶液，用于清洁处理抛光铜层后的半导体衬底。

通过下面详述的说明书，附图和权利要求，则本发明的附加特征和优点将显而易见。

通过以下所给出的详尽的描述以及各种实施例的附图，可以对本发明有更充分的理解，然而，该等实施例仅用以说明并帮助理解本发明而并非对发明本身构成任何限制。其中：

图1a表示在其上沉积有电介质层的半导体衬底；

图1b表示在图1a所示的半导体衬底的电介质层中形成沟路和/或沟

槽；

图1c表示在图1b所示的半导体衬底上淀积薄阻挡层。