[發明專利]超大規模集成電路多層銅布線化學機械拋光后的潔凈方法

無效

• 申請號: 201010232256.7
• 申請日: 2010-07-21
• 公開（公告）號: CN101908503A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 劉玉嶺;黃妍妍;檀柏梅;高寶紅;周強
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;B08B1/02;B08B3/08
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 楊紅

技術領域

本發明屬于清洗技術，尤其涉及一種超大規模集成電路多層銅布線化學機械拋光后的潔凈方法。

背景技術

化學機械拋光技術(CMP)已成為全局平整化的主流技術之一。化學機械拋光后的顆粒、有機物、金屬離子等污染物會對集成器件造成致命影響。因此，去除化學機械拋光后污染成為半導體工業發展的重要問題。

隨著微電子器件集成度進一步提高，超大規模集成電路(GLSI)布線層不斷增加，低電阻Cu代替Al成為新的金屬互連線已成為新的發展趨勢。隨著化學機械拋光技術的不斷發展，為了提高產品的良品率，業界對化學機械拋光工藝提出了更高的要求，其中最重要的就是要保持拋光后表面的清潔，盡可能地減少沾污顆粒。這對化學機械拋光后的清洗技術，尤其是對Cu布線拋光后的清洗提出了很高的要求。同時，隨著芯片集成度的增加(每隔3年翻兩番)和半導體器件特征尺寸的不斷縮小(每隔3年縮小1/3)，半導體技術對于芯片表面吸附顆粒的數量和尺寸方面的要求也越來越苛刻，例如，200mm?Si片、0.07μm集成電路工藝要求粒徑不大于20nm的顆粒小于10個/片。目前的研究目標就是去除吸附性很強的納米級顆粒。要用傳統的商用清洗試劑或HF為主的清洗試劑去除污染物，會造成介質材料的損失，這在Cu大馬士革互連結構間會導致不必要的感應串擾效應。同時，化學機械拋光后，由于殘留拋光液導致新加工表面的非均勻氧化腐蝕是目前清洗中一個亟待解決的問題。因此，研究去除CMP后芯片表面的沾污顆粒又不損傷Cu線的清洗方法，已經成為半導體工業發展的一個十分重要的方向。

在多層Cu布線化學機械拋光過程中，表面污染主要來自拋光墊、Cu顆粒和SiO₂顆粒等。多層Cu布線CMP后新生表面能量高，急待吸附一層物質達到穩態，其吸附過程首先是周圍物質粒子以范德華力物理吸附在表面，作用力弱，易去除；隨著距離接近，很快放出能量形成難清洗的化學吸附，直至和主體鍵合成為一體，傳統清洗方法難以去除。

目前，采用非離子表面活性劑去除CMP后表面吸附顆粒的方法已經取得了一定的進展。然而，在多層Cu布線化學機械拋光后殘留的拋光液和吸附顆粒嚴重影響Cu表面的潔凈度，顆粒周圍的表面繼續化學反應，形成的腐蝕圈，且Cu表面缺陷處能量高，腐蝕速率快，出現腐蝕坑，同時暴露在空氣中快速非均化氧化，從而造成電阻率增大，出現發熱、電遷移等，導致器件可靠性降低。

GLSI多層銅布線CMP后的這一發明對解決原有方法非均化腐蝕和顆粒難以去除問題尤其重要。

發明內容

本發明是為了克服現有技術中的不足，提供一種簡便易行、無污染、潔凈的超大規模集成電路多層銅布線化學機械拋光后的潔凈方法，解決了目前清洗方法不能完全解決的非均化腐蝕氧化問題，即解決了原有清洗方法所造成殘留拋光液和吸附顆粒嚴重影響Cu表面的潔凈度，顆粒周圍的表面繼續化學反應，形成的腐蝕圈，且Cu表面缺陷處能量高，腐蝕速率快，出現腐蝕坑和表面快速非均化氧化，導致其電阻率增大，出現發熱、電遷移等，致使器件可靠性降低的問題。

本發明為實現上述目的，通過以下技術方案實現，一種超大規模集成電路多層銅布線化學機械拋光后的潔凈方法，具體清洗方法步驟如下：

(1)制備水拋液，按重量份數計(份)

非離子表面活性劑0.1-5

??????????阻蝕劑0.1-7

??????????螯合劑0.1-0.6

??????????余量為去離子水；

(2)用三乙醇胺調節水拋清洗液的pH值等于7-8；

(3)在多層銅布線化學機械拋光后立即使用(1)制成的水拋液進行水拋，流量500ml/min-5000ml/min，時間0.5-1分鐘；

(4)使用TCQ-250超聲波清洗機，在去離子水中對拋光后的Cu布線晶圓超聲清洗，超聲頻率為60Hz，溫度均控制在50℃，超聲時間0.5-1分鐘；

(5)取出后干燥。

所述阻蝕劑成分為六四甲基四胺和苯丙三唑。

有益效果：活性劑分子在Cu表面和顆粒表面形成致密的保護層，不僅能有效地去除多層Cu布線化學機械拋光后表面沾污顆粒，而且防止Cu布線表面非均化腐蝕或進一步被氧化和腐蝕，可有效降低金屬離子的污染，以及表面顆粒難以去除的化學吸附與鍵和的表面狀態，使之轉化為易于清洗的物理吸附。清洗效果明顯優于使用單一的非離子表面活性劑的清洗效果。

具體實施方式