CN101683721A - 一种化学机械抛光制程、双氧水的用途和清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种化学机械抛光制程，包括采用含有选自高锰酸及其可溶性盐和锰酸及其可溶性盐中的一种或几种的抛光浆料进行化学机械抛光及其后续的清洗步骤，该清洗步骤中所用的清洗液为双氧水水溶液。本发明还公开了一种双氧水的用途以及一种在化学机械抛光中与抛光浆料接触的抛光部件及被抛光材料的清洗方法。本发明有效解决了高锰酸，锰酸及其可溶性盐特殊的颜色和可能存在的残留的局限性问题，拓展了其在半导体行业中的应用范围，同时控制金属材料的局部和整体腐蚀，减少衬底表面污染物，提高产品良率。
Description
技术领域
本发明属于半导体中平坦化技术领域，特别涉及一种化学机械抛光制程和一种双氧水的用途以及一种在化学机械抛光中与抛光浆料接触的抛光部件及被抛光材料的清洗方法。
背景技术
集成电路(IC)制造工艺中平坦化技术已成为与光刻和刻蚀同等重要且相互依赖的不可缺少的关键技术之一。而化学机械抛光(CMP)工艺便是目前最有效、最成熟的平坦化技术。化学机械抛光系统是集清洗、干燥、在线检测、终点检测等技术与一体的化学机械平坦化技术，是集成电路向微细化、多层化、平坦化、薄型化发展的产物，是集成电路提高生产效率、降低成本、晶圆全局平坦化必备技术。CMP在IC制造领域应用广泛，抛光对象包括衬底、介质及互连材料等。其中金属CMP是90纳米以下芯片制造中器件和互连制造的关键工艺之一，是亚90纳米时代的研究热点。金属铜、铝、钨正在越来越多地应用于集成电路器件上的互连，必须通过化学机械抛光实现多层互连，因而开发出新一代的金属化学机械抛光液一直让业界关注。高锰酸，锰酸，锰酸及其可溶盐做为一种常见的强氧化剂有着高效，价廉等优势。US3429080公开了一种包括高锰酸，锰酸钾在内的含氧化剂的组合物用于硅抛光。但是由于高锰酸，锰酸及其可溶盐在使用中会产生特殊的黑褐色和可能会存在的残留，从而可能影响产品缺陷水平，因此该问题限制了其在半导体行业中的应用。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题就是，针对现有的化学机械抛光中，含高锰酸，锰酸或其可溶盐的抛光液会产生特殊的黑褐色和可能存在的残留的缺陷，提供一种化学机械抛光制程，其采用含高锰酸，锰酸或其可溶盐的抛光液，可进行有效的化学机械抛光，同时又不会遗留特殊的黑褐颜色和清除可能会存在的残留。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种化学机械抛光制程，包括采用含有选自高锰酸及其可溶性盐和锰酸及其可溶性盐中的一种或几种的抛光浆料进行化学机械抛光及其后的清洗步骤，其中，该清洗步骤中所用的清洗液为双氧水水溶液，双氧水水溶液的浓度优选0.01wt％～30wt％，更优选0.02～15wt％。
根据本发明，所述的双氧水水溶液的pH值较好的≤6.0，更好的为pH≤4.0。双氧水水溶液在用水配置后加入酸调节至该pH值。加入的酸可以选自硝酸、硫酸酸和盐酸等。
根据本发明，所述的抛光浆料可以是任何含有选自高锰酸及其可溶性盐和锰酸及其可溶性盐中的一种或几种的抛光浆料，所述的高锰酸的可溶性盐优选高锰酸钠，高锰酸钾和高锰酸铵；所述的锰酸的可溶性盐优选锰酸钠，锰酸钾和锰酸铵。高锰酸及其可溶性盐和锰酸及其可溶性盐中的一种或几种在抛光浆料中的浓度为0.001～5wt％；优选0.002～1wt％。如本领域的常规一样，所述抛光浆料中还含有研磨颗粒和pH调节剂以及水等载体等其他组分。
根据本发明，所述的抛光浆料进行化学机械抛光时，抛光浆料的包装和混合方法可采用本领域常规的多种方法，如预混合槽混合法，即通过两个不同的管道将高锰酸，锰酸及其可溶盐与抛光浆料的其它的组分(主要包括研磨颗粒和载体)在预混合槽中混合后再抽取滴向抛光垫；或者在运输管道中混合，即通过两个不同的管道将高锰酸，锰酸及其可溶盐与抛光浆料的其它的组分(主要包括研磨颗粒和载体)在管道中混合后滴向抛光垫；或者在抛光过程中在抛光垫上直接混合，即通过两个不同的管道将高锰酸，锰酸及其可溶盐与抛光浆料的其它的组分(主要包括研磨颗粒和载体)直接滴向抛光垫，在抛光过程中在抛光垫上直接混合；还有可能采用一种包装，将混合好的抛光浆料直接输入抛光机台。以上多种方式将导致不同的清洗步骤。本发明较佳的采用上述的预混合槽混合法。预混合槽混合法的好处是与现有的机台操作最接近，需清洗的部分包括预混合槽，浆料输送管道，抛光垫，半导体晶圆和抛光头。
本发明抛光浆料进行化学机械抛光步骤中的其他技术可以采用本领域的常规技术，较佳的如抛光下压力0.8-5psi，抛光头转速50-130rpm，抛光液流量50-200ml/min等。
根据本发明，所述的清洗步骤中，抛光垫、“抛光垫活化盘”、抛光头和被抛光的材料的清洗较佳的可同时完成，较佳的可包括以下步骤：所述的双氧水水溶液以流速50-200mL/min滴在抛光垫上轻抛光5-60秒，最后用流速100-200mL/min的去离子水冲洗抛光垫10-60秒。去离子水冲洗完成后的可进行本领域常规的步骤，如旋转摔干并用氮气吹。本发明所述的被抛光材料包括半导体集成电路中所用的各种晶圆，这些晶圆可包括各种介电和金属材料，如硅，二氧化硅，氮化硅，铜、铝、钛、钽、钨等金属及其金属化合物，如氮化物和氧化物等。
根据本发明，预混合槽混合法进行化学机械抛光后，对预混合槽和浆料输送管道的清洗较佳的可同时完成，较佳的可包括以下步骤：采用上述清洗液(双氧水水溶液)浸泡0.5-30分钟，然后以50-200ml/min的流速循环清洗0.5-30分钟，最后用去离子水洗以50-200ml/min的流速循环清洗0.5-30分钟3次。
本发明还提供双氧水的一种新用途，即双氧水在采用含有选自高锰酸及其可溶性盐和锰酸及其可溶性盐中的一种或几种的抛光浆料的化学机械抛光后的清洗中的用途。
本发明还提供一种在化学机械抛光中与抛光浆料接触的抛光部件及被抛光材料的清洗方法，该抛光浆料含有选自高锰酸及其可溶性盐和锰酸及其可溶性盐中的一种或几种，包括以下步骤：用双氧水水溶液作为清洗液进行清洗。
本发明所用的原料或试剂除特别说明之外，均市售可得。
相比于现有技术，本发明的有益效果如下：本发明有效解决了高锰酸，锰酸及其可溶性盐特殊的颜色和可能存在的残留的局限性问题，拓展了其在半导体行业中的应用范围，同时控制金属材料的局部和整体腐蚀，减少衬底表面污染物，提高产品良率。
附图说明
以下结合附图说明本发明的特征和有益效果。
图1是使用抛光浆料1的抛光垫用纯去离子水清洗的效果，表面为可能黑褐色残留。
图2是使用抛光浆料1的抛光垫用本发明的双氧水清洗液的效果，表面可能黑褐色残留已经有效清除。
图3是使用抛光浆料1的抛光头用纯去离子水清洗的效果，表面为表面为可能黑褐色残留。
图4是使用抛光浆料1的抛光头用本发明的双氧水清洗液的效果，表面可能黑褐色残留已经有效清除。
图5是使用抛光浆料1的晶圆用用纯去离子水清洗的效果，表面为可能黑褐色残留。
图6是使用抛光浆料1的晶圆用本发明的双氧水清洗液的效果，表面可能黑褐色残留已经有效清除。
图7是使用抛光浆料1的预混合槽用用纯去离子水清洗的效果，内表面为可能黑褐色残留。
图8是使用抛光浆料1的预混合槽用本发明的双氧水清洗液的效果，内表面可能黑褐色残留已经有效清除。
图9是使用抛光浆料2的管道用用纯去离子水清洗的效果，内壁为可能黑褐色残留表面为黑褐色。
图10是使用抛光浆料2的管道用本发明的双氧水清洗液的效果，内壁上可能黑褐色残留已经有效清除。
具体实施方式
下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
1.化学机械抛光
抛光浆料是表1中的配方，余量为去离子水。抛光机台：Logitech，抛光浆料混合方法采用预混合，通过两个不同的管道将高锰酸，锰酸及其可溶盐与抛光浆料其它的成分，其中包括研磨颗粒和去离子水，按照表1中含量在预混合槽混合，然后滴向抛光垫。抛光对象为：晶圆(金属钨片)。抛光参数：Logitech.抛光垫，向下压力3-5psi，转盘转速/抛光头转速＝60/80rpm，抛光时间120s，抛光浆料流速100mL/min。抛光浆料1、2均分别做两个平行试验。
表1.抛光浆料的组分和含量
2.对抛光垫、抛光头和晶圆的清洗
进行了化学机械抛光后，两个平行试验中的一份进行清洗，步骤如下：用0.05wt％的双氧水水溶液(pH2.5)流速100mL/min滴在抛光垫上轻抛光10秒，最后用流速200mL/min的去离子水冲洗抛光垫30秒，然后用氮气吹干。另一份用纯去离子水代替上述的清洗液进行相同的清洗。
3.对预混合槽和浆料输送管道的清洗
进行了化学机械抛光后，两个平行试验中的一份进行清洗步骤如下：采用0.05wt％的双氧水水溶液浸泡1分钟，然后以200ml/min的流速循环清洗30秒，最后用去离子水洗以200ml/min的流速循环清洗30秒3次。另一份用纯去离子水代替上述的清洗液进行相同的清洗。
4.清洗效果：如图1-10所示，可见采用本发明的化学机械抛光制程，高锰酸，锰酸以及可溶盐所产生的残留得以有效的清除，高锰酸，锰酸以及可溶盐在半导体行业的应用得到拓展；而且成本低廉。
实施例2～9
1.化学机械抛光
抛光浆料是表2中的配方，余量为去离子水。抛光机台：Logitech，抛光浆料混合方法采用预混合，通过两个不同的管道将高锰酸，锰酸及其可溶盐与抛光浆料其它的成分，其中包括研磨颗粒和去离子水，按照表1中含量在预混合槽混合，然后滴向抛光垫。抛光对象为：晶圆。Logitech.抛光垫，抛光参数见表3。各抛光浆料均分别做两个平行试验。
表2.抛光浆料的组分
表3.抛光参数
| 实施例 | 下压力psi | 抛光头转速rpm | 抛光时间s | 抛光浆料流量ml/min |
| 1 | 0.8 | 100 | 50 | 150 |
| 2 | 1 | 70 | 200 | 50 |
| 3 | 1.5 | 80 | 100 | 70 |
| 4 | 2 | 50 | 90 | 100 |
| 5 | 2.5 | 110 | 70 | 150 |
| 6 | 3 | 120 | 110 | 120 |
| 7 | 4 | 130 | 150 | 80 |
| 8 | 4.5 | 60 | 80 | 200 |
| 9 | 5 | 90 | 120 | 180 |
2.对抛光垫、抛光头和晶圆的清洗
进行了化学机械抛光后，两个平行试验中的一份进行清洗，步骤如下：分别用表4中的清洗液，以一定流速滴在抛光垫上轻抛光一段时间，最后用一定流速的去离子水冲洗抛光垫一段时间，然后用氮气吹干，具体参数见表5。另一份用本领域常用的清洗液：柠檬酸清洗液(1wt％柠檬酸，0.01wt％的苯并三唑，余量为水)，代替上述的清洗液进行相同的清洗。
表4.清洗液
| 实施例 | 双氧水水溶液浓度wt％ | pH |
| 2 | 0.01 | 4 |
| 3 | 0.02 | 1 |
| 4 | 0.1 | 5 |
| 5 | 1 | 3 |
| 6 | 5 | 1 |
| 7 | 10 | 2 |
| 8 | 15 | 2 |
| 9 | 30 | 6 |
表5.对抛光垫、抛光头和晶圆的清洗参数
3.对预混合槽和浆料输送管道的清洗
进行了化学机械抛光后，两个平行试验中的一份进行清洗步骤如下：分别用表4中的清洗液浸泡一段分钟，然后以一定流速循环清洗一定时间，最后用去离子水以一定流速循环清洗，具体参数见表6。另一份用纯去离子水代替上述的清洗液进行相同的清洗。
表6.对预混合槽和浆料输送管道的清洗参数
4.清洗效果：表2中的抛光浆料进行CMP后，晶圆、抛光垫、抛光头、预混合槽、管道等与抛光浆料直接接处的部件表面都显示有褐色。分别采用双氧水溶液清洗后，褐色退去，部件表面显示出原来的颜色。而采用本领域常用的清洗液和去离子水清洗的，仍然保持褐色。可见采用本发明的化学机械抛光制程，高锰酸，锰酸以及可溶盐所产生的残留得以有效的清除。
Claims (14)
1、一种化学机械抛光制程，包括采用含有选自高锰酸及其可溶性盐和锰酸及其可溶性盐中的一种或几种的抛光浆料进行化学机械抛光及其后的清洗步骤，其特征在于，该清洗步骤中所用的清洗液为双氧水水溶液。
2、根据权利要求1所述的化学机械抛光制程，其特征在于，所述的双氧水水溶液的浓度为0.01wt％～30wt％。
3、根据权利要求2所述的化学机械抛光制程，其特征在于，所述的双氧水水溶液的浓度为0.02wt％～15wt％。
4、根据权利要求1所述的化学机械抛光制程，其特征在于，所述的双氧水水溶液的pH值≤6.0。
5、根据权利要求4所述的化学机械抛光制程，其特征在于，所述的双氧水水溶液的pH值≤4.0。
6、根据权利要求1所述的化学机械抛光制程，其特征在于，所述的高锰酸可溶性盐选自高锰酸钠，高锰酸钾和高锰酸铵。
7、根据权利要求1所述的化学机械抛光制程，其特征在于，所述的锰酸可溶性盐选自锰酸钠，锰酸钾和锰酸铵。
8、根据权利要求1所述的化学机械抛光制程，其特征在于，所述的高锰酸及其可溶性盐和锰酸及其可溶性盐中的一种或几种在抛光浆料中的浓度为0.001～5wt％。
9、根据权利要求8所述的化学机械抛光制程，其特征在于，所述的高锰酸及其可溶性盐和锰酸及其可溶性盐中的一种或几种在抛光浆料中的浓度为0.002～1wt％。
10、根据权利要求1所述的化学机械抛光制程，其特征在于，所述的抛光浆料进行化学机械抛光时，抛光浆料的包装和混合方法采用本领域常规的预混合槽混合法，即通过两个不同的管道将高锰酸，锰酸及其可溶盐与抛光浆料的其它的组分，主要包括研磨颗粒和载体，在管道中混合后滴向抛光垫。
11、根据权利要求10所述的化学机械抛光制程，其特征在于，所述的预混合槽混合法进行化学机械抛光后，对预混合槽和浆料输送管道的清洗，包括以下步骤：采用所述的双氧水水溶液浸泡0.5-30分钟，然后以50-200ml/min的流速循环清洗0.5-30分钟，最后用去离子水洗以50-200ml/min的流速循环清洗0.5-30分钟3次。
12、根据权利要求1所述的化学机械抛光制程，其特征在于，所述的清洗步骤中，抛光垫、“抛光垫活化盘”、抛光头和被抛光的材料的清洗同时完成，包括以下步骤：所述的双氧水水溶液以流速50-200mL/min滴在抛光垫上轻抛光5-60秒，最后用流速100-200mL/min的去离子水冲洗抛光垫10-60秒。
13、双氧水在采用含有选自高锰酸及其可溶性盐和锰酸及其可溶性盐中的一种或几种的抛光浆料的化学机械抛光后的清洗中的用途。
14、一种在化学机械抛光中与抛光浆料接触的抛光部件及被抛光材料的清洗方法，该抛光浆料含有选自高锰酸及其可溶性盐和锰酸及其可溶性盐中的一种或几种，其特征在于，包括以下步骤：用双氧水水溶液作为清洗液进行清洗。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN102464944A (zh) * | 2010-11-05 | 2012-05-23 | 安集微电子（上海）有限公司 | 一种化学机械抛光液及其使用方法 |
| CN111020610A (zh) * | 2019-12-01 | 2020-04-17 | 河北工业大学 | 一种用于Cu互连CMP后腐蚀抑制剂的清洗液及配制方法 |
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2008
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