专利名称：一种降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法
技术领域：
本发明涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法。
背景技术：
在集成电路(Integrated Circuit, IC)制造中，化学机械抛光(ChemicalMechanical Planarization, CMP)作为唯一能够实现全局平坦化的技术在实现器件的浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation, STI)和多层金属结构的互连等方面得到了广泛应用，成为半导体制造的主流关键技术之一。CMP后的清洗工序是CMP整体工艺的一个重要组成部份。随着芯片特征尺寸的不断缩小和芯片集成度的不断提高，对CMP后硅片表面微粒缺陷的控制要求也越来越高。 微粒吸附到硅片表面的附着力主要包括毛细管力，范德华力和静电力。一般而言，因毛细现象附着在硅片表面的微粒或其它缺陷，如水痕(Water Mark),可由添加表面活性剂来改进疏水表面的润湿性加以避免，或采用无水干燥法，如异丙醇(Iso-Propylalcohol, IPA)蒸气干燥法，避免在硅片和微粒间形成液膜而改善。范德华力的大小取决于微粒粒径大小和微粒与硅片表面的距离。微粒与表面距离越大，范德华力会相应减小。一般可以通过外力，如刷片(Scrubbing)或超声波来克服范德华力把微粒与娃片分开。一般认为，静电吸附在CMP微粒缺陷的形成中占主要作用。因CMP过程涉及频繁的高电阻值液体(去离子水、超纯水，清洗液等)的流动；高分子材料(研磨垫、刷子)对硅片的研磨或擦洗等机械过程。容易引起电荷分离。另外，由于研磨作用使得硅片表面的化学键断裂，存在高密度悬挂键，能量高，极性强。所以CMP后的硅片表面很容易积累静电电荷，强烈吸引周围的带电粘附物。粒径越小，电性愈强、愈容易吸附。这些带电粘附物可为颗粒玷污和金属杂质。颗粒玷污主要来源于抛光垫磨损生成的残留微粒，从硅片上研磨下来的绝缘层或金属层材质微粒粒，或是抛光液中的悬浮研磨微粒，尤其是硅粉和氧化物粒子。金属杂质则产生于参与CMP工艺所涉及的金属化学反应和电化学反应的反应物和生成物。CMP后对于这些粘附物若不进行迅速有效的清洗去除，即会在硅片表面继续腐蚀或者随着时间的延长由物理吸附转变为化学吸附最终形成极难去除的化学键合，由此造成的表面缺陷和玷污。如何有效地去除CMP后附着在硅片表面的粘附物成为CMP工艺的重要挑战。一般在CMP工艺的后期研磨阶段，需要使用超纯水对硅片进行水磨(WaterPolishing)和高压冲洗，以去除硅片表面的大量附着的参与反应的化学组分、研磨残留微粒和悬浮的研磨微粒。如图I所示，此高纯水的导电率很低，不利于静电电荷的释放。如图2所示,根据实验显示,CMP工艺后的颗粒玷污(Particle Defect)随研磨时间的延长而显著增加。这可能源于长时间的研磨造成大量的静电荷积累在硅片表面，吸附了更多的带电微粒而在后续的清洗工艺难以去除。研究表明可通过改变硅片和微粒表面的X电势，如利用非离子表面活性剂的特性，来改变硅片表面和颗粒间静电力极性，有效地控制硅片表面的颗粒吸附(“利用表面活性剂有效去除ULSI衬底硅片表面吸附颗粒”，Journal of ElectronDevices, Vol. 23, No. 4，Dec. 2000)。但是该方法若应用不当，表面活性剂分子会自发聚集形成胶束或胶团以降低自由能。这种胶束沉积到硅片表面，反而不利于微粒沾污的去除。虽然还可以通过调节研磨液或清洗液中的pH值和离子强度来控制微粒和硅片的表面电势，但这种调节必须以不影响其它研磨或清洗特性为准则，因而受到很大限制。若在此高纯水中适当引入不会造成污染的离子，可大幅提高水的导电性，瞬时平衡和释放硅片表面积累的静电电荷，效地控制硅片表面的颗粒吸附。而且没有使用表面活性剂时的局限性。如图3所示为在水-二氧化碳体系中不同离子的电导率示意图，其中可以看到二氧化碳对纯水的导电性的影响。
发明内容
根据现有技术中存在的缺陷，现提供一种降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法，具体如下
一种降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法，其中，在化学机械抛光设备的超纯水供应管路中增加离子风枪，所述离子风枪用于向硅片添加正负离子；所述正负离子用于中和释放与所述正负离子接触的所述硅片的表面积累的静电电荷。优选的，该降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法，其中，所述正负离子的添加量由所述离子风枪的电流或电压调节。优选的，该降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法，其中，在所述化学机械抛光设备的纯水供应终端中增加所述离子风枪。优选的，该降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法，其中，从所述化学机械抛光设备的外部接入所述离子风枪。
优选的，该降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法，其中，在所述化学机械抛光设备中增加一个监控设备，所述监控设备与所述离子风枪连接；所述监控设备用于监控所述正负尚子的添加量。优选的，该降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法，其中，所述监控设备集成在所述化学机械抛光设备内。优选的，该降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法，其中，所述监控设备分立于所述化学机械抛光设备之外。上述技术方案的有益效果是利用离子风枪引入正负离子，增强硅片的导电性，中和释放与之接触的硅片表面积累的静电电荷，减少对周围带电粒子的吸引，从而降低了化学机械抛光后的微粒缺陷。
图I是现有技术中纯水电导率的不意表 图2是现有技术中CMP供以后的颗粒玷污水平的示意 图3是现有技术中水-二氧化碳体系中不同离子电导率的示意表图；图4是本发明的一个实施例中引入正负离子后颗粒玷污水平的示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。离子风枪是一种引入正负离子的有效工具。其工作原理是利用外接高压产生器供应电源，枪嘴内的离子针在高压作用下产生电晕放电，将通过的高压气流电离为大量正负离子，离子风快速地吹向需要去除静电的区域将该区域内的静电中和。利用离子风枪可有效防止研磨、清洗等过程中产生静电积累，消除静电吸附。最后离子风枪只是引入正负离子而不产生残留杂质，不造成二次污染，而且也不会改变研磨液的PH值,不会造成研磨颗粒在研磨垫上聚集。本发明的一个实施例提供了一种降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法，采用在化学机械抛光设备的超纯水供应管路中增加离子风枪的方式降低CMP后的微粒缺陷，该离子 风枪用于向硅片添加正负离子；正负离子用于中和释放与正负离子接触的硅片的表面积累的静电电荷；正负离子的添加量由离子风枪的电流或电压调节。并可通过一个监控设备进行实时监控，该监控设备与离子风枪的枪嘴连接，并集成于CMP设备之内或分立于CMP设备外。该离子风枪的位置除了在超纯水供应管路中以外，还可以放置在化学机械抛光设备的纯水供应终端中，即可在研磨过程或后清洗过程中直接向硅片吹送离子风。除了上述位置，还可以通过外接的方式连接离子枪设备并引入正负离子。本发明的一个实施例中，提供一个CMP设备。硅片依次通过三个研磨垫1，2，3进行研磨，一般来说，在研磨垫1，2进行主研磨，在研磨垫3进行水磨。在研磨完成之后，在后洗净装置(Desica Cleaner)进行硅片的清洗。一般来说，后洗净过程包括4个步骤，SP :
步骤I :进行超声波清洗。步骤2 :用聚合物软刷对硅片进行清洗，在软刷刷洗硅片的同时喷射一定时间的氢氟酸以增强清洗能力，之后再用超纯水进行冲洗。步骤3 :用聚合物软刷对硅片进行清洗，在软刷刷洗硅片的同时喷射一定时间的氨水以增强清洗能力，之后再用超纯水进行冲洗。步骤4，用乙二醇进行干燥处理。对于本发明的一个实施例来说，离子风枪添加正负离子的过程，可以在研磨垫3进行水磨的阶段引入，也可在后洗净过程中的步骤2，3用超纯水清洗时引入，亦可如上文所述在之前的纯水供应管路或纯水供应终端中引入。如图3所示，可以看出经上述改良过的工艺流程处理，引入正负离子后颗粒玷污水平得到了明显的下降。以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法,其特征在于，在化学机械抛光设备的超纯水供应管路中增加离子风枪，所述离子风枪用于向硅片添加正负离子；所述正负离子用于中和释放与所述正负离子接触的所述硅片的表面积累的静电电荷。
2.如权利要求I所述的降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法，其特征在于，所述正负离子的添加量由所述离子风枪的电流或电压调节。
3.如权利要求I所述的降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法，其特征在于，在所述化学机械抛光设备的纯水供应终端中增加所述离子风枪。
4.如权利要求3所述的降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法，其特征在于，从所述化学机械抛光设备的外部接入所述离子风枪。
5.如权利要求4所述的降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法，其特征在于，在所述化学机械抛光设备中增加一个监控设备，所述监控设备与所述离子风枪连接；所述监控设备用于监控所述正负离子的添加量。
6.如权利要求5所述的降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法，其特征在于，所述监控设备集成在所述化学机械抛光设备内。
7.如权利要求6所述的降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法，其特征在于，所述监控设备分立于所述化学机械抛光设备之外。
全文摘要
本发明公开了一种降低化学机械抛光后微粒缺陷的方法，属于化学机械抛光技术领域，其中，在化学机械抛光设备的超纯水供应管路中增加离子风枪，所述离子风枪用于向硅片添加正负离子；所述正负离子用于中和释放与所述正负离子接触的所述硅片的表面积累的静电电荷；上述技术方案的有益效果是利用离子风枪引入正负离子，增强硅片的导电性，中和释放与之接触的硅片表面积累的静电电荷，减少对周围带电粒子的吸引，从而降低了化学机械抛光后的微粒缺陷。
文档编号H01L21/304GK102915920SQ20121037572
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月8日 优先权日2012年10月8日
发明者邓镭, 方精训 申请人:上海华力微电子有限公司