[0001]本 申 请要求 了 2011 月 6月 3 日 提交的 、 申 请号 为 201110149721.5、发明名称为"化学机械平坦化后清 洗晶圆的方法，，的 中国专利申请的优先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。 技术领域

[0002]本发明涉及一种半导体器件的制造方法， 特别是涉及一种化学 机械平坦化后清洗晶圆的方法。 背景技术

[0003 ]化学机械平坦化工艺（CMP)在 1990年被引入集成电路制造工 艺以来， 经过不断实践和发展， 已成为推动集成电路技术节点不断 缩小的关键工艺。 目前 CMP已经广泛应用在浅沟槽隔离 （STI )平坦 化、 氧化物 （例如层间介质层 ILD ) 平坦化、 钨塞 （W-plug ) 平坦 化、 铜互连平坦化等工艺中。 CMP是晶圆干进干出的先进工艺， 根 据对晶圆处理过程的不同， 可分为化学机械平坦化及其后清洗工艺 两部分。 在化学机械平坦化工艺过程中， 研磨液中的氧化物颗粒和 研磨产物会不断的吸附在晶圆表面， 虽然通过研磨头和研磨垫的自 转， 以及研磨头相对研磨垫中心的径向直线运动可 以带走大部分研 磨液和研磨产物， 但在 CMP工艺结束时， 仍会有大量残余研磨液以 及研磨产物吸附在晶圆表面上。 如果不经过及时清洗， 这些微粒会 凝结在晶圆表面并无法有效去除， 因此 CMP后的清洗工艺非常重要， 是提升晶圆良率的重要手段。

[0004]目前 CMP工艺设备中， CMP工艺后的清洗， 一般分为两步， 均 采用接触式刷洗晶圆的方法， 接触式刷洗晶圆方式主要有 2种， 分别 参见示意图 1和图 2。 第一步清洗均是直接使用一对乙烯基聚合物 ( PVC ) 滚刷 （图中网格状矩形所示）把晶圆 （图 1黑色矩形所示） 夹在中间， 参加图 1 ; 晶圆可以平放或是竖直放置； 对晶圆表面和背 面进行同时清洗； 清洗过程中从晶圆上下表面附近的供应管路（ 图 中灰色矩形所示） 按箭头所示， 根据不同工艺需要选择通入不同的 化学清洗液， 而后再通入去离子水清洗。 第二步清洗仍是采用接触 式清洗方式清洗晶圆， 或是使用 PVC滚刷或是用凸头式接触清洗刷 (Pencile刷）来刷洗晶圆。 Pencile刷是接触式刷洗晶圆的一种刷子类 型， 参见图 2; 该刷是通过具有一定面积的接触式刷头对晶圆 来回刷 洗来达到清洗晶圆的目的；此时晶圆平放,晶� �背面通去离子水冲洗。 在第二步接触式清洗过程中， 可根据工艺需要选择不同化学清洗液 清洗， 然后再用去离子水清洗， 来进一步巩固清洗效果。 这两步清 洗完成后， 对晶圆进行干燥， 完成 CMP后的清洗步骤。

[0005]第一步清洗十分重要，这一步将去除掉大 部分残留在晶圆表面 上的研磨液颗粒以及研磨产物颗粒。 在第一步的 P VC滚刷清洗过程， 滚刷相对晶圆进行旋转刷洗， 同时为保证清洗到晶圆整个表面， 晶 圆需要做固定圆心的滚动运动。 为保证清洗效果， 清洗过程中滚刷 与晶圆表背面均要产生一定的压力接触。 如果在 CMP工艺后， 晶圆 表面残余有大尺寸的研磨液研磨颗粒或是研磨 产物颗粒， 或是滚刷 表面沾污或结晶有硬质颗粒， 那么在第一步刷洗过程中， 就会对晶 圆表面造成严重的划伤（macro scratch) , 大大降低晶圆器件的良率。

[0006]总之，现有的第一步接触式 CMP后清洗过程对晶圆表面会有造 成严重划伤的隐患。 发明内容

[0007]因此， 本发明的目的在于提供一种非滚刷接触的晶圆 清洗方 法， 取代现有 CMP清洗工艺中第一步接触式 PVC滚刷刷洗过程， 以 减少或消除刷洗过程带来的晶圆表面划伤问题 。

[0008]主要思路是 CMP工艺后第一步晶圆清洗工艺采用非滚刷接触 的晶圆清洗方法来清洗晶圆， 取代现有的接触式 PVC滚刷刷洗过程， 消除刷洗过程带来的晶圆表面划伤； 第二步根据工艺需要， 使用非 滚刷接触的晶圆清洗方法或是 PVC滚刷刷洗或是用 pencile刷洗，进一 步巩固清洗效果。

[0009]具体地， 本发明提供了一种化学机械平坦化后清洗晶圆 的方 法， 包括： 步骤 A， 将晶圆放置在晶圆夹持机构上； 步骤 B， 驱动晶 圆旋转机构， 以带动晶圆夹持机构和晶圆共同旋转； 步骤 C， 进行化 学清洗， 通过清洗液供应悬梁向晶圆表面供应化学清洗 液， 其中清 洗液供应悬梁与晶圆表面间隔一定距离；步骤 D，进行去离子水清洗， 通过清洗液供应悬梁向晶圆表面供应去离子水 ， 清洗掉化学清洗液 和清洗产物； 步骤 E， 进行第二步工艺清洗， 进一步巩固清洗效果； 以及步骤？， 对晶圆进行干燥。

[0010]其中步骤 A中， 晶圆通过机械夹持和 /或伯努力气垫式夹持固定 在晶圆夹持装置上。

[0011]其中， 步骤 C和 /或 D中， 向化学清洗液或去离子水中施加气压 或声波， 以增强清洗效果。 其中， 加入气体为空气或氮气， 化学清 洗液喷射速度为 l ~ 8m/s。 其中， 声波为兆声波。

[0012]其中， 步骤 C还包括通过晶圆旋转机构内置的管线向晶圆� �面 供应化学清洗液或去离子水。

[0013]其中， 化学清洗液包括氨水、 有机柠檬酸、 双氧水、 盐酸、 卡 若斯酸、 氢氟酸、 硝酸、 胆碱、 三甲基（2-羟基-甲基） 氢氧化铵、 臭氧化水、 硫酸及其组合。

[0014]其中， 在步骤 D之后， 进行第二步工艺清洗； 第二步根据工艺需 要， 使用与步骤 C相同的非滚刷接触的晶圆清洗方法， 或是采用 PVC 滚刷刷洗或是用 pencile刷洗， 进一步巩固清洗效果。

[0015]依照本发明的晶圆清洗方法， 由于采用非接触式的悬梁供应清 洗液和去离子水清洗晶圆表面， 减少或消除了接触式刷洗过程可能 带来的晶圆表面划伤问题， 提高晶圆器件的良率。

[0016]本发明所述目的， 以及在此未列出的其他目的， 在本申请独立 权利要求的范围内得以满足。 本发明的实施例限定在独立权利要求 中， 具体特征限定在其从属权利要求中。 附图说明

[0017]以下参照附图来详细说明本发明的技术方 案， 其中：

图 1显示了现有技术的 PVC滚刷刷洗晶圆的示意图；

图 2显示了现有技术的 Pencile刷刷洗晶圆的示意图； 以及

图 3显示了依照本发明的非滚刷接触单片清洗晶� �设备的示意图。

[0018]附图标记

1 基台

2 晶圆旋转机构

3 晶圆夹持机构

4 清洗液供应悬梁

5 喷嘴

6 晶圆 具体实施方式

[ 0019 ]以下参照附图并结合示意性的实施例来详细� �明本发明技术 方案的特征及其技术效果， 公开了方法。 需要指出的是， 类似的附 图标记表示类似的结构，本申请中所用的术语 "第一"、 "第二"、 "上"、 "下"等等可用于修饰各种器件结构或工艺步骤� ��这些修饰除非特别说 明并非暗示所修饰器件结构或工艺步骤的空间 、 次序或层级关系。

[0020]参照图 3， 显示了依照本发明的非滚刷接触单片清洗晶圆 设备 的示意图， 包括有基台 1、 晶圆旋转机构 2、 晶圆夹持机构 3、 清洗 液供应悬梁 4等。 其中， 基台 1固定在 CMP设备清洗模块内部， 用 于支承其上的晶圆旋转机构 2。晶圆旋转机构 2可伸缩地机械耦合至 基台 1， 例如通过轴承。 晶圆旋转机构 2和 /或基台 1中包含驱动电 机（未示出） ， 可使得晶圆旋转机构 2绕基台 1的纵轴旋转。 晶圆 夹持机构 3机械耦合至晶圆旋转机构 2， 例如通过螺栓或卡槽， 因此 当晶圆旋转机构 2在驱动电机带动下旋转时， 晶圆夹持机构 3以及 其上的晶圆 6也将一并同步旋转。 晶圆夹持机构 3用于固定、 夹持 CMP后待清洗的晶圆 6， 夹持方式包括伯努力气垫式和 /或机械夹持 方式， 机械夹持方式例如槽齿卡合、 凸缘夹持等等。 晶圆夹持机构 3 的上方具有清洗液供应悬梁 4，与晶圆夹持机构 3以及晶圆 6间隔一 定距离， 清洗液供应悬梁 4的下表面上包含用于供应清洗液的多个 喷嘴 5， 多个喷嘴 5优选地等距设置以实现均勾清洗。 虽然图 3所示 的清洗液供应悬梁 4仅固定地位于晶圆夹持机构 3的某一侧， 但是 该两者的水平以及垂直距离和设置方式可以根 据清洗工艺需要而合 理调整， 例如清洗液供应悬梁 4与晶圆夹持机构 3长度相等且固定 设置为不可旋转， 或者清洗液供应悬梁 4长度为晶圆夹持机构 3长 度的一半且通过额外的旋转机构 （未显示） 而设置为可绕基台 1的 纵轴旋转， 又例如清洗液供应悬梁 4尽可能贴近晶圆夹持结构 3以 便减少清洗液的浪费。 清洗液供应悬梁 4在外部控制系统（未示出） 的控制下， 依照不同的工艺流程在不同时间段内向晶圆 6表面供应 不同的清洗液， 具体的使用方法以下将详述。

[ 0021 ]依照本发明的清洗晶圆的方法包括以下几个� �骤：

[0022]首先， 步骤 A， 将晶圆放置在晶圆夹持机构上。 其中， 可以通 过机械手将事先已经经过了 CMP工艺处理的晶圆 6表面（也即其上 形成了半导体器件结构的那一面） 朝上放置在晶圆夹持机构 3上， 然后通过晶圆夹持机构 3将晶圆 6的边缘卡合固定住。

[0023]其次， 步骤 B， 驱动晶圆旋转机构， 以带动晶圆夹持机构和晶 圆共同旋转。 驱动方式可以是由基台 1内设的电机驱动， 也可以是 由晶圆旋转机构 2内设的电机驱动， 还可以是两者共同旋转以加速 启动、 减少耗时。

[0024]再次， 步骤 C， 第一次化学清洗， 通过清洗液供应悬梁向晶圆 表面供应化学清洗液。 具体地， 随着晶圆 6的转动， 悬在晶圆上方 表面的清洗液供应梁 4的多个喷嘴 5同时喷出清洗液， 对晶圆 6表 面进行化学液清洗。 所使用的化学清洗液依据 CMP对象的材质不同 而选择， 例如可以是氨水、 有机柠檬酸、 双氧水、 盐酸、 卡若斯酸、 氢氟酸、 硝酸、 胆碱、 三甲基（2-羟基-甲基） 氢氧化铵、 臭氧化水、 硫酸等等以及这些清洗液的组合， 其配比依照待清洗的化学物质以 及清洗速度而选定。 清洗液还可以是超临界流体， 例如丙烯酸与 5 %体积比的二氧化碳的混合物。 为了增强清洗去除小颗粒的效果， 还可以通过额外的储气槽或供气管线向清洗液 供应梁 4供应加压的 空气或氮气。 进一步地， 还可以在清洗液供应系统中加入额外的声 波装置， 借助超声波（ 20 ~ 800kHz )或兆声波（大于 800kHz ) 来进 一步增强去颗粒的清洗效果， 但是对于那些精细结构器件， 例如 MEMS传感器、 纳米级芯片等等， 兆声波清洗可能具有一定的挑战 性。 清洗液喷出的速度依照晶圆大小、 喷嘴与晶圆间距、 流体边界 层厚度、 清洗效果等等来设置， 例如为 lm/s ~ 8m/s， 特别是 4m/s。 化学清洗时， 不仅可以通过清洗液供应悬梁 4的喷嘴 5从晶圆 6的 正面进行清洗， 还可以通过设置在晶圆夹持机构 2内的额外的液体 供应管线 （未示出）对晶圆背面进行清洗， 清洗液可以与正面清洗 液相同为加气压或声波的化学清洗液， 也可以仅是加气压或声波的 去离子水。

[0025]接着， 步骤 D， 第一次去离子水清洗， 通过清洗液供应悬梁向 晶圆表面供应去离子水， 清洗掉化学清洗液和清洗产物。 与上一步 类似的， 为了增强清洗效果， 可以向去离子水中加气压或加声波， 使得去离子水高速喷射到晶圆表面。

[0026]在步骤 D之后，采用步骤 E，对晶圆表面进行第二次化学清洗。 其中， 第二次化学清洗可以是与步骤 C相同的使用图 3所示的设备 进行的 滚刷接触的晶圆清洗工艺， 也即通过清洗液供应悬梁向晶 圆表面供应化学清洗液， 也可以是与传统 CMP清洗相同的 PVC滚 刷刷洗或是 Pencile刷洗方式。

[0027]最后， 步骤 F， 对晶圆进行干燥。 例如可以将空气或氮气流吹 送到晶圆 6表面， 或是以一定低温进行烘干。

[0028]依照本发明的晶圆清洗方法， 由于采用非接触式的悬梁供应清 洗液和去离子水清洗晶圆表面， 减少或消除了接触式刷洗过程可能 带来的晶圆表面划伤问题， 提高晶圆器件的良率。 [0029]尽管已参照一个或多个示例性实施例说明 本发明，本领域技术 人员可以知晓无需脱离本发明范围而对工艺流 程做出各种合适的改 变和等价方式。 此外， 由所公开的教导可做出许多可能适于特定情 形或材料的修改而不脱离本发明范围。 因此， 本发明的目的不在于 限定在作为用于实现本发明的最佳实施方式而 公开的特定实施例， 而所公开的器件结构及其制造方法将包括落入 本发明范围内的所有 实施例。