抛光铜膜后清洁处理半导体衬底的方法和设备技术

本发明专利技术叙述化学机械抛光后，用于清洁处理半导体衬底的清洁处理溶液、方法和设备。本发明专利技术包括在酸性ｐＨ条件下混合去离子水，有机酸和氟化物的清洁处理溶液，用于抛光铜层后清洁处理半导体衬底的表面。在铜化学机械抛光后清洁处理半导体衬底的所述的方法，缓解了有关刷子载物和表面及表面下污染的问题。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及清洁处理半导体衬底的方法和设备，特别涉及抛光铜膜后清洁处理半导体衬底的方法和设备。在制造先进半导体器件过程中，开始用铜(Cu)代替铝(Al)作为金属化材料。当把铜和铝比较时，由于铜具有低电阻率和有效地提高电迁移的寿命，所以铜成为所希望的材料。一种Cu金属化工艺利用双金属镶嵌方法。如附图说明图1a所示，电介质层110淀积在衬底100上。电介质层120可能由诸如二氧化硅材料构成。然后如图1b所示，沟路和/或沟槽120形成在电介质层110中。例如利用干腐蚀技术可能形成沟路和/或沟槽120。接着，如图1c所示，淀积由例如，钽(Ta)，钛(Ti)，或氮化钛(TiN)阻挡材料构成的薄层(阻挡层)130。如图1d所示，淀积阻挡层130后，利用铜(Cu)层140填充沟路和/或沟槽120。利用众所周知的淀积技术，例如，化学汽相淀积(CVD)，物理汽相淀积(PVD)，或电镀，可能淀积铜(Cu)层140。如图1e所示，为了隔离铜的互连，必须除掉剩余的铜(Cu)层140和阻挡层130。除掉剩余的铜(Cu)层140和阻挡层130的另一种方法是例如，利用化学机械抛光(CMP)来抛光衬底的表面。在CMP工艺中，利用包含诸如氧化铝微粒的磨料微粒和诸如过氧化氢的氧化剂的稀浆，抛光半导体衬底。在CMP工艺中，在铜层150上，电介质表面160上，和电介质表面下165中引入包括微粒和/或金属污染的污染物。不管如何进行CPM工艺，必须清洁处理半导体衬底表面的污染物。如果不除掉污染物，则这些污染物可能影响器件特性，可能比通常情况较快速地引起器件失效。在化学机械抛光铜层后，清洁处理半导体衬底可能是必须的，以便从铜层和电介质层除掉上述的污染物。抛光铜层后清洁处理半导体衬底的一种方法是刷洗。刷洗，无论单面或双面刷洗，是关于清洁处理氧化物和利用钨CMP的工业标准。但是，把刷洗用于粘接铜CMP清洁处理，有几个问题。一个上述的问题是刷子载物。在CMP处理期间，可能使铜层表面氧化，形成氧化铜，例如氧化铜(Cu2或CuO)或氢氧化铜(Cu(OH)2)。在碱性或中性PH清洁处理条件下，氧化铜或氢氧化铜不分解，可能转移到刷子上，这样使刷子载物。然后污染(或载物)的刷子在清洁处理期间可能把氧化铜或氢氧化铜污染物转移到后续处理的衬底上。在应用钨和其它氧化物时，通过加入稀释的氢氧化铵(NH4OH)，可能减少刷子的载物。在存在NH4OH的情况下，氧化铜部分可能形成Cu(NH3)2+合成物，并且可能分解；但是由于高PH值情况，发现稀释的氢氧化铵(NH4OH)不能够防止刷子加载氧化铜。此外，发现用氢氧化铵清洗液同时会引起铜层腐蚀，并且可能引起严重的表面粗糙。当把铝微粒用于铜CMP工艺中时，也可能产生刷子载物。在中性或无机酸(例如HCL)清洁处理条件下，在铝微粒和氧化硅表面之间有静电吸引力，所以难于从电介质材料表面除掉铝微粒。因为有静电吸引力，所以可能把铝微粒粘附到刷子上，引起另一个刷子载物的问题，产生如上所述的后果。CMP工艺引起的另一个问题是，在抛光期间，来自铜层和阻挡层的金属以及来自稀浆的其它污染物，可能污染电介质层的表面和表面下区域。在进行CMP工艺期间，污染，特别是金属污染，可能渗入到电介质层距表面大约100。同样地，这些污染可能影响器件性能和可能使器件失效。因此，所要求的是关于清洁处理粘接铜CMP衬底的条件和方法，它缓解了刷子载物的问题，没有影响铜和电介质层的质量。还有，所要求的是清洁处理粘接铜CMP衬底的清洁处理条件和方法，它能够除掉铜和电介质层表面和表面下区域的污染。下面叙述清洁处理化学机械抛光铜膜后进行清洁处理半导体衬底的清洁处理溶液、方法和设备。本专利技术包括在酸性PH条件下混合去离子水，有机化合物和氟化物的清洁处理溶液，用于清洁处理抛光铜层后的半导体衬底。通过下面详述的说明书，附图和权利要求，则本专利技术的附加特征和优点将显而易见。通过实施例，但是不是限制，并且结合附图来说明本专利技术，其中图1a表示在其上沉积有电介质层的半导体衬底。图1b表示在电介质层中形成沟路和/或沟槽后图1a所示的半导体衬底。图1c表示在其上淀积薄阻挡层后图1b所示的半导体衬底。图1d表示在其上淀积铜材料层后图1c所示的半导体衬底。图1e表示在化学机械抛光过剩铜层和阻挡层后图1d所示的半导体衬底。图2表示清洗系统的一个实施例。图3表示本专利技术工艺一个实施例的流程图。下面叙述抛光铜膜后清洁处理半导体衬底的方法和设备。在以下的说明书中对许多特殊细节进行了描述，例如具体的材料，工艺，参数和尺寸等，以便彻底了解本专利技术。但是，显而易见，本领域的技术人员不需利用这些特殊细节就能够实现本专利技术。在其它的例子中，没有详细地叙述公知的材料和方法，以便避免不必要地使本专利技术不清楚。下面的说明叙述了清洁处理形成了铜互连并进行了化学机械抛光(CMP)/平整铜互连后的半导体衬底的溶液，方法和设备。应该注意，本领域(技术人员)众所周知在半导体器件制造过程中铜互连的形成过程，因此这里不再详叙。还应该注意，虽然本公开文件和权利要求全部使用了术语半导体衬底，但是所说的半导体衬底涉及在其上形成或将要形成器件层的硅半导体衬底或它的部分，例如，砷化镓。还应该注意术语衬底包括但是不限于在其上具有半导体材料的完全处理的，半处理的或没有处理的衬底。此外，应当注意，虽然结合刷洗半导体衬底或晶片一起叙述本专利技术，但是应该了解，利用本专利技术的方法和设备可能处理任何类似形状的，也就是通常为平坦的衬底。还有，应该了解，提及半导体衬底或晶片可能包括；裸露或纯的半导体衬底，具有外延层的掺杂或没有掺杂的半导体衬底，在处理的任何阶段和一个或多个器件层结合成一个整体的半导体衬底，和一个或多个半导体层结合在一起的其它类型的半导体衬底，例如，该衬底其上的器件为在绝缘体上具有半导体的(SOI)，或用于加工其它装置和器件，例如，平板显示器，多片组件等的衬底。如本专利技术的
技术介绍
所述，在利用CMP技术平整半导体衬底上的铜互连后，需要清洁处理半导体衬底和从半导体衬底的表面上和表面下除掉任何污染物。从半导体衬底除掉污染的所述的一种技术是刷洗半导体衬底(衬底)。作为一个例子，而不是限制，结合刷洗工艺叙述本专利技术，特别是，同时刷洗晶片两面的刷洗工艺。刷洗器包括许多装置。每个装置表示衬底清洁处理工艺的一个或多个步骤。在系统的一端装入污染的衬底，从系统的另一端取出清洁处理和干燥的衬底。例如，这种类型的系统是DSS-200TM刷洗器和从美国加利福尼亚州的昂特拉克系统公司买来的SynergyTM刷洗器。图2表示SynergyTM结构(清洁处理系统)的横截面图。通常，在化学机械抛光(CMP)后把污染衬底从湿台架或从其它引起污染的处理装置中传送到清洁处理系统中。在清洁处理工艺开始，把污染衬底装入载片盒280(盒)中，再把载片盒280装入传送湿的分格的装置210中，自动地从盒280取出衬底，一次一片地放入外侧刷洗装置220。在外侧刷洗装置220中，对衬底进行第1次刷洗处理。在第1次刷洗期间，可能把清洁处理溶液用几种不同方法施加到衬底上。例如，在一个实施例中，把清洁处理溶液喷溅在衬底上。在另一个实施例中，利用刷子221把清洁处理溶液刷到衬底上。在又一个实施例中，通过把清洁本文档来自技高网...

【技术保护点】
清洁处理半导体衬底的清洁处理溶液，其包括： 第１种适量的去离子水； 第２种适量的有机酸； 第３种适量的氟化物；其中，在酸性ＰＨ条件下，混合所述的去离子水，所述的有机酸和所述的氟化物。

【技术特征摘要】
US 1997-10-21 08/955,3931.清洁处理半导体衬底的清洁处理溶液，其包括第1种适量的去离子水；第2种适量的有机酸；第3种适量的氟化物；其中，在酸性PH条件下，混合所述的去离子水，所述的有机酸和所述的氟化物。2.按照权利要求1所述的清洁处理溶液，其中所述的酸性PH条件是缓冲酸性PH条件。3.按照权利要求1所述的清洁处理溶液，其中在所述的酸性PH条件下具有大约1-6范围的PH值。4.按照权利要求1所述的清洁处理溶液，其中在所述的酸性PH条件下具有大约2-4范围的PH值。5.按照权利要求1所述的清洁处理溶液，其中，在所述的第1种适量的去离子水中分解所述的第2种适量的有机酸，使第2种适量的有机酸具有按照重量大约100ppm到2％范围的浓度。6.按照权利要求1所述的清洁处理溶液，其中，在所述的第1种适量的去离子水中分解所述的第2种适量的有机酸，使所述的第2种适量的有机酸具有按照重量大约200ppm到0.2％范围的浓度。7.按照权利要求1所述的清洁处理溶液，其中，在所述的第1种适量的去离子水中分解所述的第3适量的氟化物，使所述的第3种适量的氟化物具有按照重量大约0.1％到5％范围的浓度。8.按照权利要求1所述的清洁处理溶液，其中，在所述的第1种适量的去离子水中分解所述的第3适量的氟化物，使所述的第3种适量的氟化物具有按照重量大约0.2％到1％范围的浓度。9.按照权利要求1所述的清洁处理溶液，其中，由柠檬酸，苹果酸，丙二酸，丁二酸和它们中任何酸的混合物构成的组中选择所述的第2种适量的有机酸。10.按照权利要求1所述的清洁处理溶液，其中，由氢氟酸(HF)，氟化铵(NH4F)，缓冲的氢氟酸(氟化铵和氢氟酸的混合物)和它们中的任何混合物构成的组中选择所述的第3种适量所述的氟化物。11.清洁处理半导体衬底的清洁处理溶液，其包括第1种适量的去离子水；第2种适量的有机酸铵盐；第3种适量的氟化物；其中，在酸性PH条件下，混合所述的去离子水，所述的铵盐和所述的氟化物。12.按照权利要求11所述的清洁处理溶液，其中所述的酸性PH条件是缓冲酸性PH条件。13.按照权利要求11所述的清洁处理溶液，其中在所述的酸性PH条件下具有大约2-4范围的PH值。14.按照权利要求11所述的清洁处理溶液，其中，在所述的第1种适量的去离子水中分解所述的第2种适量的有机酸，使第2种适量所述的有机酸具有按照重量大约200ppm到1％范围的浓度。15.按照权利要求11所述的清洁处理溶液，其中，在所述的第1种适量的去离子水中分解所述的第3种适量的氟化物，使第3种适量所述的氟化物具有按照重量大约0.2％到1％范围的浓度。16.按照权利要求1所述的清洁处理溶液，其中，由氢氟酸，氟化铵，缓冲的氢氟酸和它们中的任何混合物构成的组中选择所述的第3种适量所述的氟化物。17.清洁处理半导体衬底的清洁处理溶液，其包括第1种适量的去离子水；第2种适量的阴离子表面活化剂；第3种适量的氟化物；其中，在酸性PH条件下，混合所述的去离子水，所述的阴离子表面活化剂和所述的氟化物。18.按照权利要求17所述的清洁处理溶液，其中所述的酸性PH条件是缓冲酸性PH条件。19.按照权利要求17所述的清洁处理溶液，其中在所述的酸性PH条件下具有大约2-4范围的PH值。20.按照权利要求17所述的清洁处理溶液，其中，在所述的第1种适量的去离子水中分解所述的第2种适量的有机酸，使第2种适量所述的有机酸具有按照重量大约200ppm到0.2％范围的浓度。21.按照权利要求17所述的清洁处理溶液，其中，在所述的第1种适量的去离子水中分解所述的第3种适量的氟化物，使第3种适量所述的氟化物具有按照重量大约0.2％到1％范围的浓度。22.按照权利要求17所述的清洁处理溶液，其中，由氢氟酸，氟化铵，缓冲的氢氟酸和它们中的任何混合物构成的组中选择所述的第3种适量所述的氟化物。23.从半导体衬底除掉污染物的方法，其包括把具有抛光铜层的所述半导体衬底装入刷洗装置；在酸性清洁处理溶液中刷洗所述的半导体衬底。24.按照权利要求23所述的方法，其中，所述的酸性清洁处理溶液包括第1种适量的去离子水；第2种适量的有机酸；第3种适量的氟化物；25.按照权利要求23所述的方法，其中所述的酸性清洁处理溶液是缓冲酸性清洁处理溶液。26.按照权利要求23所述的方法，其中所述的酸性清洁处理溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立明，赵岳星，戴安娜J海默斯，威尔伯C克鲁塞尔，
申请(专利权)人：莱姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]