專利名稱：一種降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學機械拋光領(lǐng)域，尤其涉及一種降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法。
背景技術(shù)：
在集成電路(Integrated Circuit, IC)制造中，化學機械拋光(ChemicalMechanical Planarization, CMP)作為唯一能夠?qū)崿F(xiàn)全局平坦化的技術(shù)在實現(xiàn)器件的淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation, STI)和多層金屬結(jié)構(gòu)的互連等方面得到了廣泛應(yīng)用，成為半導(dǎo)體制造的主流關(guān)鍵技術(shù)之一。CMP后的清洗工序是CMP整體工藝的一個重要組成部份。隨著芯片特征尺寸的不斷縮小和芯片集成度的不斷提高，對CMP后硅片表面微粒缺陷的控制要求也越來越高。 微粒吸附到硅片表面的附著力主要包括毛細管力，范德華力和靜電力。一般而言，因毛細現(xiàn)象附著在硅片表面的微粒或其它缺陷，如水痕(Water Mark),可由添加表面活性劑來改進疏水表面的潤濕性加以避免，或采用無水干燥法，如異丙醇(Iso-Propylalcohol, IPA)蒸氣干燥法，避免在硅片和微粒間形成液膜而改善。范德華力的大小取決于微粒粒徑大小和微粒與硅片表面的距離。微粒與表面距離越大，范德華力會相應(yīng)減小。一般可以通過外力，如刷片(Scrubbing)或超聲波來克服范德華力把微粒與娃片分開。一般認為，靜電吸附在CMP微粒缺陷的形成中占主要作用。因CMP過程涉及頻繁的高電阻值液體(去離子水、超純水，清洗液等)的流動；高分子材料(研磨墊、刷子)對硅片的研磨或擦洗等機械過程。容易引起電荷分離。另外，由于研磨作用使得硅片表面的化學鍵斷裂，存在高密度懸掛鍵，能量高，極性強。所以CMP后的硅片表面很容易積累靜電電荷，強烈吸引周圍的帶電粘附物。粒徑越小，電性愈強、愈容易吸附。這些帶電粘附物可為顆粒玷污和金屬雜質(zhì)。顆粒玷污主要來源于拋光墊磨損生成的殘留微粒，從硅片上研磨下來的絕緣層或金屬層材質(zhì)微粒粒，或是拋光液中的懸浮研磨微粒，尤其是硅粉和氧化物粒子。金屬雜質(zhì)則產(chǎn)生于參與CMP工藝所涉及的金屬化學反應(yīng)和電化學反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物。CMP后對于這些粘附物若不進行迅速有效的清洗去除，即會在硅片表面繼續(xù)腐蝕或者隨著時間的延長由物理吸附轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W吸附最終形成極難去除的化學鍵合，由此造成的表面缺陷和玷污。如何有效地去除CMP后附著在硅片表面的粘附物成為CMP工藝的重要挑戰(zhàn)。一般在CMP工藝的后期研磨階段，需要使用超純水對硅片進行水磨(WaterPolishing)和高壓沖洗，以去除硅片表面的大量附著的參與反應(yīng)的化學組分、研磨殘留微粒和懸浮的研磨微粒。如圖I所示，此高純水的導(dǎo)電率很低，不利于靜電電荷的釋放。如圖2所示,根據(jù)實驗顯示,CMP工藝后的顆粒玷污(Particle Defect)隨研磨時間的延長而顯著增加。這可能源于長時間的研磨造成大量的靜電荷積累在硅片表面，吸附了更多的帶電微粒而在后續(xù)的清洗工藝難以去除。研究表明可通過改變硅片和微粒表面的X電勢，如利用非離子表面活性劑的特性，來改變硅片表面和顆粒間靜電力極性，有效地控制硅片表面的顆粒吸附(“利用表面活性劑有效去除ULSI襯底硅片表面吸附顆粒”，Journal of ElectronDevices, Vol. 23, No. 4，Dec. 2000)。但是該方法若應(yīng)用不當，表面活性劑分子會自發(fā)聚集形成膠束或膠團以降低自由能。這種膠束沉積到硅片表面，反而不利于微粒沾污的去除。雖然還可以通過調(diào)節(jié)研磨液或清洗液中的pH值和離子強度來控制微粒和硅片的表面電勢，但這種調(diào)節(jié)必須以不影響其它研磨或清洗特性為準則，因而受到很大限制。若在此高純水中適當引入不會造成污染的離子，可大幅提高水的導(dǎo)電性，瞬時平衡和釋放硅片表面積累的靜電電荷，效地控制硅片表面的顆粒吸附。而且沒有使用表面活性劑時的局限性。如圖3所示為在水-二氧化碳體系中不同離子的電導(dǎo)率示意圖，其中可以看到二氧化碳對純水的導(dǎo)電性的影響。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，現(xiàn)提供一種降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，具體如下
一種降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其中，在化學機械拋光設(shè)備的超純水供應(yīng)管路中增加離子風槍，所述離子風槍用于向硅片添加正負離子；所述正負離子用于中和釋放與所述正負離子接觸的所述硅片的表面積累的靜電電荷。優(yōu)選的，該降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其中，所述正負離子的添加量由所述離子風槍的電流或電壓調(diào)節(jié)。優(yōu)選的，該降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其中，在所述化學機械拋光設(shè)備的純水供應(yīng)終端中增加所述離子風槍。優(yōu)選的，該降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其中，從所述化學機械拋光設(shè)備的外部接入所述離子風槍。
優(yōu)選的，該降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其中，在所述化學機械拋光設(shè)備中增加一個監(jiān)控設(shè)備，所述監(jiān)控設(shè)備與所述離子風槍連接；所述監(jiān)控設(shè)備用于監(jiān)控所述正負尚子的添加量。優(yōu)選的，該降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其中，所述監(jiān)控設(shè)備集成在所述化學機械拋光設(shè)備內(nèi)。優(yōu)選的，該降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其中，所述監(jiān)控設(shè)備分立于所述化學機械拋光設(shè)備之外。上述技術(shù)方案的有益效果是利用離子風槍引入正負離子，增強硅片的導(dǎo)電性，中和釋放與之接觸的硅片表面積累的靜電電荷，減少對周圍帶電粒子的吸引，從而降低了化學機械拋光后的微粒缺陷。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)中純水電導(dǎo)率的不意表 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中CMP供以后的顆粒玷污水平的示意 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中水-二氧化碳體系中不同離子電導(dǎo)率的示意表圖；圖4是本發(fā)明的一個實施例中引入正負離子后顆粒玷污水平的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為本發(fā)明的限定。離子風槍是一種引入正負離子的有效工具。其工作原理是利用外接高壓產(chǎn)生器供應(yīng)電源，槍嘴內(nèi)的離子針在高壓作用下產(chǎn)生電暈放電，將通過的高壓氣流電離為大量正負離子，離子風快速地吹向需要去除靜電的區(qū)域?qū)⒃搮^(qū)域內(nèi)的靜電中和。利用離子風槍可有效防止研磨、清洗等過程中產(chǎn)生靜電積累，消除靜電吸附。最后離子風槍只是引入正負離子而不產(chǎn)生殘留雜質(zhì)，不造成二次污染，而且也不會改變研磨液的PH值,不會造成研磨顆粒在研磨墊上聚集。本發(fā)明的一個實施例提供了一種降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，采用在化學機械拋光設(shè)備的超純水供應(yīng)管路中增加離子風槍的方式降低CMP后的微粒缺陷，該離子 風槍用于向硅片添加正負離子；正負離子用于中和釋放與正負離子接觸的硅片的表面積累的靜電電荷；正負離子的添加量由離子風槍的電流或電壓調(diào)節(jié)。并可通過一個監(jiān)控設(shè)備進行實時監(jiān)控，該監(jiān)控設(shè)備與離子風槍的槍嘴連接，并集成于CMP設(shè)備之內(nèi)或分立于CMP設(shè)備外。該離子風槍的位置除了在超純水供應(yīng)管路中以外，還可以放置在化學機械拋光設(shè)備的純水供應(yīng)終端中，即可在研磨過程或后清洗過程中直接向硅片吹送離子風。除了上述位置，還可以通過外接的方式連接離子槍設(shè)備并引入正負離子。本發(fā)明的一個實施例中，提供一個CMP設(shè)備。硅片依次通過三個研磨墊1，2，3進行研磨，一般來說，在研磨墊1，2進行主研磨，在研磨墊3進行水磨。在研磨完成之后，在后洗凈裝置(Desica Cleaner)進行硅片的清洗。一般來說，后洗凈過程包括4個步驟，SP :
步驟I :進行超聲波清洗。步驟2 :用聚合物軟刷對硅片進行清洗，在軟刷刷洗硅片的同時噴射一定時間的氫氟酸以增強清洗能力，之后再用超純水進行沖洗。步驟3 :用聚合物軟刷對硅片進行清洗，在軟刷刷洗硅片的同時噴射一定時間的氨水以增強清洗能力，之后再用超純水進行沖洗。步驟4，用乙二醇進行干燥處理。對于本發(fā)明的一個實施例來說，離子風槍添加正負離子的過程，可以在研磨墊3進行水磨的階段引入，也可在后洗凈過程中的步驟2，3用超純水清洗時引入，亦可如上文所述在之前的純水供應(yīng)管路或純水供應(yīng)終端中引入。如圖3所示，可以看出經(jīng)上述改良過的工藝流程處理，引入正負離子后顆粒玷污水平得到了明顯的下降。以上所述僅為本發(fā)明較佳的實施例，并非因此限制本發(fā)明的實施方式及保護范圍，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，應(yīng)當能夠意識到凡運用本發(fā)明說明書及圖示內(nèi)容所作出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應(yīng)當包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法,其特征在于，在化學機械拋光設(shè)備的超純水供應(yīng)管路中增加離子風槍，所述離子風槍用于向硅片添加正負離子；所述正負離子用于中和釋放與所述正負離子接觸的所述硅片的表面積累的靜電電荷。
2.如權(quán)利要求I所述的降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其特征在于，所述正負離子的添加量由所述離子風槍的電流或電壓調(diào)節(jié)。
3.如權(quán)利要求I所述的降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其特征在于，在所述化學機械拋光設(shè)備的純水供應(yīng)終端中增加所述離子風槍。
4.如權(quán)利要求3所述的降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其特征在于，從所述化學機械拋光設(shè)備的外部接入所述離子風槍。
5.如權(quán)利要求4所述的降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其特征在于，在所述化學機械拋光設(shè)備中增加一個監(jiān)控設(shè)備，所述監(jiān)控設(shè)備與所述離子風槍連接；所述監(jiān)控設(shè)備用于監(jiān)控所述正負離子的添加量。
6.如權(quán)利要求5所述的降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其特征在于，所述監(jiān)控設(shè)備集成在所述化學機械拋光設(shè)備內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，其特征在于，所述監(jiān)控設(shè)備分立于所述化學機械拋光設(shè)備之外。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種降低化學機械拋光后微粒缺陷的方法，屬于化學機械拋光技術(shù)領(lǐng)域，其中，在化學機械拋光設(shè)備的超純水供應(yīng)管路中增加離子風槍，所述離子風槍用于向硅片添加正負離子；所述正負離子用于中和釋放與所述正負離子接觸的所述硅片的表面積累的靜電電荷；上述技術(shù)方案的有益效果是利用離子風槍引入正負離子，增強硅片的導(dǎo)電性，中和釋放與之接觸的硅片表面積累的靜電電荷，減少對周圍帶電粒子的吸引，從而降低了化學機械拋光后的微粒缺陷。
文檔編號H01L21/304GK102915920SQ20121037572
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月8日
發(fā)明者鄧鐳, 方精訓 申請人:上海華力微電子有限公司