專利名稱：在銅化學(xué)機(jī)械研磨工藝中減少晶片被腐蝕的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在銅化學(xué)機(jī)械研磨工藝中減少晶片被腐蝕的方法。
背景技術(shù)：
目前，由于集成電路的集成度越來(lái)越高，器件尺寸越來(lái)越小，導(dǎo) 致金屬互連變細(xì)、產(chǎn)生的熱量增多，影響器件的性能。因此，以過(guò)去 被廣泛使用的鋁作為現(xiàn)在先進(jìn)集成電路的互連結(jié)構(gòu)的金屬材料，鋁線 的缺點(diǎn)越來(lái)越明顯。和鋁相比，銅互連具有許多優(yōu)點(diǎn)，如銅的電阻率比鋁的電阻率低(銅的電阻率為1.7w Q 'cm、鋁的電阻率為3. lu Q wm)、銅互連的寄生電容比鋁互連小、銅互連的功耗比鋁互連低、 銅具有良好的導(dǎo)電性能和優(yōu)異的電遷移特性、以及銅具有較好的理化 性能，銅作為互連材料可以承受更高的電流密度和更快的時(shí)鐘速度。通常，可以采用雙大馬士革鑲嵌(dual damascene)工藝實(shí)現(xiàn)集成 電路的銅互連。舉例來(lái)說(shuō)，采用雙鑲嵌工藝制造集成電路銅互連可以 包括如下的步驟將電介質(zhì)層形成于襯底上，電介質(zhì)層可以包含二氧 化硅(Si02)等材料；利用刻蝕技術(shù)如干法刻蝕，在電介質(zhì)層中形成導(dǎo) 線溝槽；在形成有導(dǎo)線溝槽的電介質(zhì)層上沉積由Ta/TaN等材料構(gòu)成 的薄層，以作為阻擋層；利用例如化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉 積(PVD)、或電鍍(ECP)等技術(shù)，在阻擋層上形成銅層，將銅填充到導(dǎo)
線溝槽中；再用化學(xué)豐幾械石開磨(Chemical Mechanical Polish)使銅層 平坦化，去除電介質(zhì)層上多余的銅，讓晶片(wafer)表面達(dá)到全面性 的平坦化，以利后續(xù)薄膜沉積之進(jìn)行。銅化學(xué)機(jī)械研磨(CuCMP)工藝通常包括三步。第一步用來(lái)磨掉 晶片表面的大部分金屬，第二步通過(guò)降低研磨速率的方法精磨與阻擋 層接觸的金屬，并通過(guò)終點(diǎn)偵測(cè)技術(shù)(Endpoint)使研磨停在阻擋層 上，第三步是磨掉阻擋層以及少量的介質(zhì)氧化物。銅化學(xué)機(jī)械研磨液 (Slurry)通常是酸性的，含有雙氧水(H202)作為與銅等金屬反應(yīng) 的氧化劑。可見，在化學(xué)機(jī)械研磨過(guò)程后粘附在晶片上的研磨液可以 對(duì)晶片產(chǎn)生腐蝕，會(huì)造成芯片的缺陷，所以銅化學(xué)機(jī)械研磨后晶片必 須及時(shí)得到清洗。在銅化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備中不僅包括化學(xué)機(jī)械研磨裝置，還提供了 研磨后的清洗裝置(Post CMP Clean),如美國(guó)應(yīng)用材料公司的Mirra Mesa Intergrated CMP System-200腿中，如圖1所示，它包括化學(xué) 機(jī)械研磨裝置1和清洗裝置2，清洗裝置2負(fù)責(zé)清洗殘留在晶片上的 研磨液等。另外在化學(xué)機(jī)械研磨裝置1上設(shè)置有三個(gè)研磨墊4、 5、 6 以及研磨頭清洗吸放裝置3，工作時(shí)，每個(gè)研磨頭需要分別到研磨頭 清洗吸放裝置3去吸一片晶片，依次到研磨墊4，研磨墊5，研磨墊 6進(jìn)行研磨后，再轉(zhuǎn)回到研磨頭清洗吸放裝置3去放下晶片，機(jī)械手 再把晶片傳到清洗裝置2去。另外，研磨頭清洗吸放裝置3的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它包括吸放平 臺(tái)(Pedestal) 10，吸放平臺(tái)的噴水嘴(Pedestal Rinse)9，清洗杯(Cup) 7，清洗杯的噴水嘴(CupRinse)8，另外還包括分別與噴水嘴8、 9相連的管路12、 11。而在研磨頭清洗吸放裝置3使用時(shí)，由于只需 要清洗研磨頭19，所以只要打開清洗杯7的噴水嘴8即可，此時(shí)晶 片20并沒(méi)有得到清洗，工作狀態(tài)如圖3所示。清洗裝置2雖然可以清洗殘留在晶片上的研磨液等，但是，對(duì)于 銅化學(xué)機(jī)械研磨來(lái)說(shuō)，由于銅幾乎在所有的水溶液中產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象， 而且即使有強(qiáng)氧化劑時(shí)，也不會(huì)象鋁一樣能在表面產(chǎn)生鈍化層，粘附 在晶片上的研磨液對(duì)銅表面的腐蝕速度很快。然而現(xiàn)有的化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備如MirraMesa 200mm化學(xué)機(jī)械拋光 設(shè)備中的化學(xué)機(jī)械研磨裝置1和研磨后的清洗裝置2是分開的，需要 研磨頭清洗吸放裝置3(HCLU: Head Clean Load and Unload)和機(jī)械 手(Robot)來(lái)傳動(dòng)晶片，晶片從化學(xué)機(jī)械研磨后到進(jìn)清洗裝置2得到 清洗需要一定時(shí)間，在這段時(shí)間里粘附在晶片上的研磨液對(duì)銅表面 的腐蝕會(huì)造成芯片的缺陷。特別是當(dāng)機(jī)械手或清洗裝置2出現(xiàn)故障而 中斷的情況下，例如，中斷超過(guò)5分鐘，所粘附的研磨液的腐蝕作用 就可以導(dǎo)致該晶片的報(bào)廢。因此，如果能把粘附在晶片上的研磨液在 化學(xué)機(jī)械研磨后及時(shí)去除掉,那么就可以減少晶片的缺陷。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種在銅化學(xué)機(jī)械研磨工藝 中減少晶片被腐蝕的方法，它可以在晶片等待從研磨設(shè)備轉(zhuǎn)移到清洗 裝置期間，有效的清洗掉黏附在晶片上的研磨液，進(jìn)而達(dá)到防止研磨 液腐蝕晶片的目的。
為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種在銅化學(xué)機(jī)械研磨工 藝中減少晶片被腐蝕的方法，它包括在晶片被研磨后并在晶片放回 到研磨頭清洗吸放裝置前，等待從研磨設(shè)備轉(zhuǎn)移到清洗裝置期間，打 開研磨設(shè)備上的研磨頭清洗吸放裝置中的噴水嘴，用以清洗掉黏附在 晶片上的研磨液。所述打開噴水嘴是指同時(shí)打開研磨頭清洗吸放裝置中的清洗杯 的噴水嘴和吸放平臺(tái)上的噴水嘴。它進(jìn)一步包括，同時(shí)讓研磨頭以一定速度旋轉(zhuǎn)。它進(jìn)一步包括，在與所述噴水嘴相連的管路上增加調(diào)壓閥。它進(jìn)一步包括，在與所述噴水嘴相鄰的管路上增加調(diào)壓閥，用于 控制噴水嘴噴射液體的壓力。改進(jìn)所述研磨頭清洗吸放裝置中的吸放平臺(tái)上的噴水嘴的形狀， 使其噴射出的液體呈散開狀。因?yàn)楸景l(fā)明在晶片等待從研磨設(shè)備轉(zhuǎn)移到清洗裝置期間，打開研 磨設(shè)備上的研磨頭清洗吸放裝置中的噴水嘴，用于清洗掉黏附在晶片 上的研磨液，這樣就可以減少了研磨液腐蝕晶片的機(jī)會(huì)。另外，同時(shí) 打開研磨頭清洗吸放裝置中的清洗杯的噴水嘴和吸放平臺(tái)上的噴水 嘴，這樣使清洗更為全面。而讓研磨頭同時(shí)以一定速度旋轉(zhuǎn)可以使清 洗更徹底；在管路上增加調(diào)壓閥，可以控制噴射的壓力，用于保護(hù)晶 片不會(huì)受到損害的同時(shí)加大噴射力量。最后又通過(guò)改進(jìn)吸放平臺(tái)上的 噴水嘴的形狀，使其噴射出的液體呈散開狀，這樣能噴到較大面積的 晶片表面。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 圖1是化學(xué)機(jī)械研磨裝置機(jī)臺(tái)的平面圖； 圖2是研磨頭清洗吸放裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是現(xiàn)有研磨頭清洗吸放裝置清洗研磨頭的工作狀態(tài)圖； 圖4是本發(fā)明研磨頭清洗吸放裝置清洗研磨頭的工作狀態(tài)圖；圖5是本發(fā)明研磨頭清洗吸放裝置的液體線路圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖l、 3所示，在現(xiàn)有化學(xué)機(jī)械研磨裝置工作時(shí)，每個(gè)研磨 頭19需要分別到研磨頭清洗吸放裝置3去吸一片晶片20，依次到研 磨墊4，研磨墊5，研磨墊6進(jìn)行研磨后，再轉(zhuǎn)回到研磨頭清洗吸放 裝置3去放下晶片20，機(jī)械手再把晶片20傳到清洗裝置2去。而本 發(fā)明的方法就是在經(jīng)過(guò)研磨后，轉(zhuǎn)回到研磨頭清洗吸放裝置3之前， 打開吸放平臺(tái)10的噴水嘴9，當(dāng)然也可以同時(shí)打開清洗杯7的噴水 嘴8，此時(shí)的工作狀態(tài)如圖4所示。如圖5所示，它是本發(fā)明研磨頭清洗吸放裝置的液體線路圖。在 吸放平臺(tái)10和清洗杯7的管路11、 12上分別設(shè)有控制閥13、 14， 另外還分別增設(shè)了壓力調(diào)節(jié)閥15、 16。液體控制過(guò)程如下在需要 清洗時(shí)，首先打開總控制閥17，這樣去離子水18通過(guò)總控制閥17 分別流向清洗杯7和吸放平臺(tái)10，其次，同時(shí)打開控制閥13、 14， 這樣去離子水17就可以通過(guò)管路11、 12流入吸放平臺(tái)10和清洗杯 7中。
上述用于清洗的清洗液采用的是去離子水17，當(dāng)然也可以采用緩蝕劑、芯片保護(hù)液或者是它們的混合液。在實(shí)際的工作中，當(dāng)晶片20經(jīng)研磨后放到研磨頭清洗吸放裝置 3上之前，同時(shí)打開清洗杯7的噴水嘴8和吸放平臺(tái)10的噴水嘴9， 并讓研磨頭19以一定速度旋轉(zhuǎn)，這樣能讓去離子水17很好地清洗到 晶片20的整個(gè)表面，能最大程度地去除粘附在晶片20上的研磨殘液等。另外，新增加的兩個(gè)壓力調(diào)節(jié)閥15、 16，可以調(diào)節(jié)供給到吸放 平臺(tái)10的噴水嘴9和清洗杯7的噴水嘴8的液體的壓力，使液體的 壓力被調(diào)節(jié)到合適的大小，防止過(guò)大的壓力給晶片造成新的缺陷或過(guò) 小的壓力不能很好地清洗到整個(gè)晶片。壓力調(diào)節(jié)閥15、 16可以是電 磁壓力控制閥，通過(guò)控制信號(hào)來(lái)控制控制閥打開的大小來(lái)控制通過(guò)壓 力調(diào)節(jié)閥液體壓力，也可以是手動(dòng)控制閥，通過(guò)手動(dòng)控制閥打開手柄 的方向來(lái)控制通過(guò)壓力調(diào)節(jié)閥液體壓力。另外，對(duì)研磨頭清洗吸放裝置3的噴嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，主要是 改進(jìn)吸放平臺(tái)10的噴水嘴9，使從噴嘴噴出的液體呈散開狀，能噴 到較大面積的晶片表面。比如采用散開的蓮花狀，開多個(gè)孔的多方向 形狀。另外，噴水嘴8、 9的數(shù)量一般均為8個(gè)，分別對(duì)稱均布在研磨 頭清洗吸放裝置3上。
權(quán)利要求
1、一種在銅化學(xué)機(jī)械研磨工藝中減少晶片被腐蝕的方法，其特征在于，在晶片被研磨后并在晶片放回到研磨頭清洗吸放裝置前，等待從研磨設(shè)備轉(zhuǎn)移到清洗裝置期間，打開研磨設(shè)備上的研磨頭清洗吸放裝置中的噴水嘴，用以清洗掉黏附在晶片上的研磨液。
2、 如權(quán)利要求1所述的在銅化學(xué)機(jī)械研磨工藝中減少晶片被腐 蝕的方法，其特征在于，所述打開噴水嘴是指同時(shí)打開研磨頭清洗吸 放裝置中的清洗杯的噴水嘴和吸放平臺(tái)上的噴水嘴。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的在銅化學(xué)機(jī)械研磨工藝中減少晶片 被腐蝕的方法，其特征在于，它進(jìn)一步包括，同時(shí)讓研磨頭以一定速 度旋轉(zhuǎn)。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的在銅化學(xué)機(jī)械研磨工藝中減少晶片 被腐蝕的方法，其特征在于，它進(jìn)一步包括，在與所述噴水嘴相鄰的 管路上增加調(diào)壓閥，用于控制噴水嘴噴射液體的壓力。
5、 如權(quán)利要求3所述的在銅化學(xué)機(jī)械研磨工藝中減少晶片被腐蝕的方法，其特征在于，它進(jìn)一步包括，在與所述噴水嘴相連的管路 上增加調(diào)壓閥，用于控制噴水嘴噴射液體的壓力。
6、 如權(quán)利要求1或2所述的在銅化學(xué)機(jī)械研磨工藝中減少晶片 被腐蝕的方法，其特征在于，改進(jìn)所述研磨頭清洗吸放裝置中的吸放 平臺(tái)上的噴水嘴的形狀，使其噴射出的液體呈散開狀。
7、 如權(quán)利要求1或2所述的在銅化學(xué)機(jī)械研磨工藝中減少晶片 被腐蝕的方法，其特征在于，所述噴水嘴噴射出的液體采用去離子水或緩蝕劑或芯片保護(hù)液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在銅化學(xué)機(jī)械研磨工藝中減少晶片被腐蝕的方法，它可以在晶片等待從研磨設(shè)備轉(zhuǎn)移到清洗裝置期間，有效的清洗掉黏附在晶片上的研磨液，進(jìn)而達(dá)到防止研磨液腐蝕晶片的目的。它包括在晶片被研磨后并在晶片放回到研磨頭清洗吸放裝置前，等待從研磨設(shè)備轉(zhuǎn)移到清洗裝置期間，打開研磨設(shè)備上的研磨頭清洗吸放裝置中的噴水嘴，用以清洗掉黏附在晶片上的研磨液。所述打開噴水嘴是指同時(shí)打開研磨頭清洗吸放裝置中的清洗杯的噴水嘴和吸放平臺(tái)上的噴水嘴。另外，同時(shí)讓研磨頭以一定速度旋轉(zhuǎn)。還有在與所述噴水嘴相連的管路上增加調(diào)壓閥。改進(jìn)所述研磨頭清洗吸放裝置中的吸放平臺(tái)上的噴水嘴的形狀，使其噴射出的液體呈散開狀。
文檔編號(hào)B24B1/00GK101157186SQ20061011689
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2006年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月8日
發(fā)明者陳肖科 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司