用于化学机械抛光和清洗的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种制造半导体器件的方法。该方法包括：提供半导体结构，该半导体结构包括形成为填充两个相邻的层间电介质(ILD)区之间的沟槽的金属栅极(MG)层；使用CMP系统实施化学机械抛光(CMP)工艺以平坦化MG层和ILD区；以及使用包括溶解在去离子水(DIW)中的臭氧气体(O3)的O3/DIW溶液清洗平坦化的MG层。MG层形成在ILD区上。本发明专利技术涉及用于化学机械抛光和清洗的系统和方法。

Systems and methods for chemical mechanical polishing and cleaning

【技术实现步骤摘要】
用于化学机械抛光和清洗的系统和方法本申请是2014年12月18日提交的优先权日为2013年12月19日的申请号为201410794995.3的名称为“用于化学机械抛光和清洗的系统和方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及用于化学机械抛光和清洗的系统和方法。
技术介绍
半导体集成电路(IC)工业已经经历了快速发展。IC材料和设计中的技术进步已经产生几代的IC，其中，每一代IC均比前一代IC具有更小和更复杂的电路。然而，这些进步已经增加了处理和制造IC的复杂度，并且为了实现这些进步，需要IC处理和制造中的类似发展。在IC演变过程中，功能密度(即，在每一芯片面积内互连器件的数量)通常已增大，但几何尺寸(即，通过使用制造工艺可以得到的最小部件或线)却已降低。这种按比例缩小工艺通常通过提高生产效率和降低相关成本而带来益处。这种按比例缩小工艺还产生了相对较高的功耗值，通过使用诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)器件的低功耗器件可以解决相对较高的功耗值的问题。CMOS器件通常已经形成有栅极氧化物和多晶硅栅电极。随着部件尺寸继续减小，希望使用高k栅极电介质和金属栅电极代替栅极氧化物和多晶硅栅电极来提高器件性能。在金属集成的其他方案中，可以涉及一些镶嵌处理的方式，其中，在电介质内蚀刻图案，然后通过毯式沉积(例如，通过化学气相沉积(CVD))到晶圆表面上以金属层填充图案。化学机械抛光(CMP)已经成为实现亚微米先进半导体IC的局部或全部晶圆平坦化的重要技术驱动因素。CMP工艺用于平坦化和去除电介质上方的多余金属且用于产生平坦的半导体结构，其中，金属线或插塞、阻挡金属、和暴露的电介质表面共平面。高度期望一种用于CMP和后清洗的改进的方法和系统。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：提供包括形成为填充两个相邻的层间电介质(ILD)区之间的沟槽的金属栅极(MG)层的半导体结构，所述MG层形成在所述ILD区上；使用CMP系统实施化学机械抛光(CMP)工艺以平坦化所述MG层和所述ILD区；以及使用包括溶解在去离子水(DIW)中的臭氧气体(O3)的O3/DIW溶液清洗平坦化的所述MG层。在上述方法中，还包括：在清洗平坦化的所述MG层的同时，在所述MG层上形成金属氧化物层。在上述方法中，使用所述O3/DIW溶液清洗平坦化的所述MG层包括通过-CH2+3O3→CO2+3O2+3H2O的反应从CMP浆中去除有机残留物，所述有机残留物包括官能团-CH2。在上述方法中，通过连接至所述CMP系统的抛光单元的O3/DIW生成器生成所述O3/DIW溶液，并且其中，清洗平坦化的所述MG层包括使用磨光垫和所述抛光单元中的所述O3/DIW溶液来磨光所述半导体结构的表面，所述抛光单元包括连接至所述O3/DIW生成器以向所述磨光垫供给所述O3/DIW溶液的管道。在上述方法中，O3/DIW生成器连接至所述CMP系统的清洗单元以供给所述O3/DIW溶液。在上述方法中，所述清洗单元包括连接至所述O3/DIW生成器的水槽，并且其中，清洗平坦化的所述MG层包括在进一步连接至兆声波生成器的所述水槽中清洗所述半导体结构的表面，所述兆声波生成器配置成向包含在所述水槽中的所述O3/DIW溶液提供振荡。在上述方法中，所述清洗单元包括连接至所述O3/DIW生成器的喷嘴，并且其中，清洗平坦化的所述MG层包括使用进一步连接至兆声波生成器的所述喷嘴清洗所述半导体结构的表面，所述兆声波生成器配置成向所述O3/DIW溶液提供振荡以形成将从所述喷嘴喷射至所述半导体结构的表面的O3/DIW雾。在上述方法中，所述清洗单元包括：刷子，配置成刷洗所述半导体结构的表面；以及喷嘴，连接至所述O3/DIW生成器，其中，清洗平坦化的所述MG层包括使用所述刷子和从所述喷嘴喷射的所述O3/DIW溶液刷洗所述半导体结构的表面。在上述方法中，清洗平坦化的所述MG层包括：使用磨光垫和抛光单元中的所述O3/DIW溶液磨光所述半导体结构的表面，所述抛光单元包括管道，所述管道连接至配置成向所述磨光垫供给所述O3/DIW溶液的O3/DIW生成器；以及在连接至兆声波生成器的水槽中清洗所述半导体结构的表面，所述兆声波生成器配置成向包含在所述水槽中的所述O3/DIW溶液提供振荡，所述水槽连接至配置成向所述水槽供给所述O3/DIW溶液的所述O3/DIW生成器。在上述方法中，清洗平坦化的所述MG层包括：使用磨光垫和抛光单元中的所述O3/DIW溶液磨光所述半导体结构的表面，所述抛光单元包括管道，所述管道连接至配置成向所述磨光垫供给所述O3/DIW溶液的O3/DIW生成器；以及使用连接至兆声波生成器的喷嘴清洗所述半导体结构的表面，所述兆声波生成器配置成向所述O3/DIW溶液提供振荡以形成将从所述喷嘴喷射至所述半导体结构的表面的O3/DIW雾，所述喷嘴连接至所述O3/DIW生成器。在上述方法中，清洗平坦化的所述MG层包括：使用磨光垫和抛光单元中的所述O3/DIW溶液磨光所述半导体结构的表面，所述抛光单元包括管道，所述管道连接至配置成向所述磨光垫供给所述O3/DIW溶液的O3/DIW生成器；以及使用刷子和从喷嘴喷射的所述O3/DIW溶液来刷洗所述半导体结构的表面，所述喷嘴连接至所述O3/DIW生成器。在上述方法中，所述O3/DIW溶液的pH值介于约4至约9的范围内。在上述方法中，溶解在所述O3/DIW溶液中的O3的浓度介于约5ppm至约70ppm的范围内。在上述方法中，还包括：干燥清洗的所述半导体结构；在所述ILD区和所述MG层上方沉积蚀刻停止层(ESL)；以及形成穿过所述ESL和所述ILD区的接触孔。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种化学机械抛光(CMP)系统，所述CMP系统包括：O3/DIW生成器，配置成产生包括溶解在去离子水(DIW)中的臭氧气体(O3)的O3/DIW溶液；抛光单元，包括用于平坦化和磨光半导体结构的表面的组件，所述抛光单元包括管道，所述管道连接至所述O3/DIW生成器以提供用于磨光的所述O3/DIW溶液；以及清洗单元，连接至所述O3/DIW生成器并且配置成使用所述O3/DIW溶液清洗所述半导体结构的平坦化的所述表面。在上述CMP系统中，所述清洗单元包括连接至所述O3/DIW生成器并且配置成向所述半导体结构供给所述O3/DIW溶液的喷嘴。在上述CMP系统中，所述清洗单元包括配置成当所述喷嘴向所述半导体结构喷射所述O3/DIW溶液时刷洗所述半导体结构的表面的刷子。在上述CMP系统中，所述喷嘴连接至兆声波生成器，所述兆声波生成器配置成向由所述O3/DIW生成器供给的所述O3/DIW溶液提供振荡以形成要从所述喷嘴喷射至所述半导体结构的O3/DIW雾。在上述CMP系统中，所述清洗单元包括连接至兆声波生成器和所述O3/DIW生成器的水槽，所述兆声波生成器配置成向包含在所述水槽中的所述O3/DIW溶液提供振荡。根据本专利技术的又一方面，还提供了一种半导体器件，包括：多个层间电介质(ILD)区；金属栅极(MG)层，配置成填充两个相邻的ILD区之间的沟槽；氧化物层，形成在所述MG层上；以及蚀刻停止层(ESL)，沉积在所述氧化物层上，其中，所述MG层和所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：提供包括形成为填充两个相邻的层间电介质(ILD)区之间的沟槽的金属栅极(MG)层的半导体结构，所述金属栅极层形成在所述层间电介质区上；使用化学机械抛光系统实施化学机械抛光(CMP)工艺以平坦化所述金属栅极层和所述层间电介质区；以及使用包括溶解在去离子水(DIW)中的臭氧气体O3的O3/去离子水溶液清洗平坦化的所述金属栅极层，其中，O3/去离子水生成器连接至所述化学机械抛光系统的清洗单元以供应O3/去离子水溶液，其中，所述清洗单元包括连接至所述O3/去离子水生成器的喷嘴，并且其中，清洗平坦化的所述金属栅极层包括使用还连接至兆声波生成器的所述喷嘴清洗所述半导体结构的表面，所述兆声波生成器配置为向所述O3/去离子水溶液提供振荡以形成将从所述喷嘴喷射至所述半导体结构的表面的O3/去离子水雾。

【技术特征摘要】
2013.12.19 US 14/134,9141.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：提供包括形成为填充两个相邻的层间电介质(ILD)区之间的沟槽的金属栅极(MG)层的半导体结构，所述金属栅极层形成在所述层间电介质区上；使用化学机械抛光系统实施化学机械抛光(CMP)工艺以平坦化所述金属栅极层和所述层间电介质区；以及使用包括溶解在去离子水(DIW)中的臭氧气体O3的O3/去离子水溶液清洗平坦化的所述金属栅极层，其中，O3/去离子水生成器连接至所述化学机械抛光系统的清洗单元以供应O3/去离子水溶液，其中，所述清洗单元包括连接至所述O3/去离子水生成器的喷嘴，并且其中，清洗平坦化的所述金属栅极层包括使用还连接至兆声波生成器的所述喷嘴清洗所述半导体结构的表面，所述兆声波生成器配置为向所述O3/去离子水溶液提供振荡以形成将从所述喷嘴喷射至所述半导体结构的表面的O3/去离子水雾。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在清洗平坦化的所述金属栅极层的同时，在所述金属栅极层上形成金属氧化物层。3.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述O3/去离子水溶液清洗平坦化的所述金属栅极层包括通过-CH2+3O3→CO2+3O2+3H2O的反应从化学机械抛光浆中去除有机残留物，所述有机残留物包括官能团-CH2。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述O3/去离子水生成器连接至所述化学机械抛光系统的抛光单元，并且其中，清洗平坦化的所述金属栅极层包括使用磨光垫和所述抛光单元中的所述O3/去离子水溶液来磨光所述半导体结构的表面，所述抛光单元包括连接至所述O3/去离子水生成器以向所述磨光垫供给所述O3/去离子水溶液的管道。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述清洗单元包括连接至所述O3/去离子水生成器的水槽，并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙旭昌，刘启人，庄英良，吴历杰，陈亮光，颜名良，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71