[發(fā)明專利]在銅化學機械研磨工藝中減少晶片被腐蝕的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610116896.5
• 申請日: 2006-10-08
• 公開（公告）號: CN101157186A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳肖科
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00;H01L21/304
• 代理公司: 上海浦一知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 顧繼光

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在銅化學機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越高，器件尺寸越來越小，導致金屬互連變細、產(chǎn)生的熱量增多，影響器件的性能。因此，以過去被廣泛使用的鋁作為現(xiàn)在先進集成電路的互連結(jié)構(gòu)的金屬材料，鋁線的缺點越來越明顯。和鋁相比，銅互連具有許多優(yōu)點，如銅的電阻率比鋁的電阻率低(銅的電阻率為1.7μΩ·cm、鋁的電阻率為3.1μΩ·cm)、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鐘速度。

通常，可以采用雙大馬士革鑲嵌(dual?damascene)工藝實現(xiàn)集成電路的銅互連。舉例來說，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(SiO₂)等材料；利用刻蝕技術(shù)如干法刻蝕，在電介質(zhì)層中形成導線溝槽；在形成有導線溝槽的電介質(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，將銅填充到導線溝槽中；再用化學機械研磨(Chemical?Mechanical?Polish)使銅平坦化，去除電介質(zhì)層上多余的銅，讓晶片(wafer)表面達到全面性的平坦化，以利后續(xù)薄膜沉積之進行。

銅化學機械研磨(Cu?CMP)工藝通常包括三步。第一步用來磨掉晶片表面的大部分金屬，第二步通過降低研磨速率的方法精磨與阻擋層接觸的金屬，并通過終點偵測技術(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。銅化學機械研磨液(Slurry)通常是酸性的，含有雙氧水(H₂O₂)作為與銅等金屬反應的氧化劑。可見，在化學機械研磨過程后粘附在晶片上的研磨液可以對晶片產(chǎn)生腐蝕，會造成芯片的缺陷，所以銅化學機械研磨后晶片必須及時得到清洗。

在銅化學機械研磨設(shè)備中不僅包括化學機械研磨裝置，還提供了研磨后的清洗裝置(Post?CMP?Clean)，如美國應用材料公司的MirraMesa?Intergrated?CMP?System-200mm中，如圖1所示，它包括化學機械研磨裝置1和清洗裝置2，清洗裝置2負責清洗殘留在晶片上的研磨液等。另外在化學機械研磨裝置1上設(shè)置有三個研磨墊4、5、6以及研磨頭清洗吸放裝置3，工作時，每個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(Pedestal)10，吸放平臺的噴水嘴(Pedestal?Rinse)9，清洗杯(Cup)7，清洗杯的噴水嘴(Cup?Rinse)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，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，此時晶片20并沒有得到清洗，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，對于銅化學機械研磨來說，由于銅幾乎在所有的水溶液中產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，而且即使有強氧化劑時，也不會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銅表面的腐蝕速度很快。

然而現(xiàn)有的化學機械研磨設(shè)備如MirraMesa?200mm化學機械拋光設(shè)備中的化學機械研磨裝置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)和機械手(Robot)來傳動晶片，晶片從化學機械研磨后到進清洗裝置2得到清洗需要一定時間，在這段時間里粘附在晶片上的研磨液對銅表面的腐蝕會造成芯片的缺陷。特別是當機械手或清洗裝置2出現(xiàn)故障而中斷的情況下，例如，中斷超過5分鐘，所粘附的研磨液的腐蝕作用就可以導致該晶片的報廢。因此，如果能把粘附在晶片上的研磨液在化學機械研磨后及時去除掉，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)問題是提供一種在銅化學機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，進而達到防止研磨液腐蝕晶片的目的。