專利名稱：拋光方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造領域，特別涉及一種拋光方法。
背景技術：
隨著半導體制造工藝的不斷發展，集成電路中的半導體器件的特征尺寸(CD， Critical Dimension)越來越小，為了解決小尺寸器件帶來的一系列問題，高介電常數 (High-K)材料的柵介質層和金屬柵(Metal Gate)電極相結合的技術被引入至MOS晶體管的制造過程中，目前，高K金屬柵極(HKMG，High-K Metal Gate)技術已經成為32nm以下級別制造工藝的主流。其中，對于金屬柵極的化學機械拋光(CMP，Chemical Mechanical Polishing)是最重要的工藝步驟之一。CMP的機理是表面材料與拋光液發生化學反應生成一層相對容易去除的表面層，所述表面層通過拋光液中拋光劑和拋光壓力與拋光墊的相對運動被機械地磨去。特別地，在對金屬材料進行CMP時，拋光液與金屬表面接觸并產生金屬氧化物，并通過研磨去除所述金屬氧化物以達到拋光的效果。構成金屬柵極的材料最常用的是鋁和銅鋁合金(該合金主要含量為鋁)。鋁在CMP 過程中所產生的副產物(即所述金屬氧化物，主要為氧化鋁和氫氧化鋁)很多殘留在拋光墊的溝槽中，但是，由于鋁是一種硬度很低的金屬材料，而所述副產物的硬度比鋁的硬度大得多，在后續晶圓的鋁的CMP過程中給鋁的表面造成刮傷，嚴重影響了半導體器件的功能以及可靠性。由于所述副產物不能溶于去離子水，因此，依靠常規的方式(噴射去離子水) 很難將其清除干凈。相關技術還可參考申請號為US20010031558A1的美國專利，該專利公開了一種在鋁金屬進行化學機械拋光時消除拋光墊因殘留的拋光副產物而使晶圓刮傷的方法。
發明內容
本發明要解決的問題是對晶圓上硬度很低的金屬材料進行拋光時，拋光墊上殘留的副產物使所述金屬材料的表面產生刮傷。為解決上述問題，本發明提供一種拋光方法，包括對上一片晶圓的金屬材料完成拋光后，修整拋光墊；向所述拋光墊噴射有機酸溶液；向所述拋光墊噴射去離子水；對所述拋光墊進行去水處理；向所述拋光墊噴射拋光液，對下一片晶圓的金屬材料進行拋光。可選的，所述拋光墊的修整為非原位修整。可選的，向所述拋光墊噴射有機酸溶液的流速為100 1000毫升/分鐘。可選的，向所述拋光墊噴射有機酸溶液時，拋光臺的轉速為10 150轉/分鐘 (RPM, Revolutions Per Minute)。可選的，向所述拋光墊噴射去離子水的流速為100 1000毫升/分鐘。
可選的，向所述拋光墊噴射去離子水時，拋光臺的轉速為10 120RPM。可選的，所述向所述拋光墊噴射拋光液包括使所述拋光液布滿整個拋光墊。可選的，向所述拋光墊噴射拋光液的流速為100 1500毫升/分鐘，噴射的時間持續5 100秒。可選的，所述有機酸為草酸、丙二酸、丁二酸、順丁烯二酸、鄰苯二甲酸或氨基酸。可選的，所述有機酸溶液的濃度為0. 01 10wt%。可選的，所述金屬材料為鋁或鋁合金。與現有技術相比，本發明具有以下優點通過對拋光墊的刷洗使上一片晶圓的拋光而殘留的金屬材料的副產物拉出拋光墊的溝槽，同時利用所述有機酸將所述副產物溶解，之后噴射去離子水以去除所述有機酸以及溶解后的所述副產物，從而有效地去除了殘留在所述拋光墊溝槽中的所述副產物，避免下一片晶圓的金屬材料拋光時因所述副產物而使金屬材料的表面刮傷。對所述拋光墊進行去水處理后，向所述拋光墊噴射拋光液，使所述拋光液布滿整個拋光墊，進一步避免金屬材料的表面被刮傷，提高了良率。
圖1是本發明提供的拋光方法的流程示意圖；圖2至圖6是本發明提供的拋光方法的實施例示意圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。在以下描述中闡述了具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣。因此本發明不受下面公開的具體實施方式
的限制。如背景技術中所述，現有的拋光過程中，鋁在CMP過程中所產生的副產物(即拋光劑將鋁氧化所生成的金屬氧化物，主要為氧化鋁和氫氧化鋁)將殘留在拋光墊的溝槽， 但是，由于鋁是一種硬度很低的金屬材料，而所述副產物的硬度比鋁的硬度大得多，例如， 鋁的硬度為160兆帕(Mpa)，而所述副產物之一的氧化鋁的硬度為20000兆帕(Mpa)，如果不將其清除則在后續晶圓的鋁的CMP過程中將會對鋁的表面造成刮傷，產生大大小小的刮痕。由于殘留在拋光墊的溝槽中的所述副產物依靠肉眼很難發現，而在掃描電子顯微鏡 (SEM，Scanning Electron Microscope)的檢查下，所述副產物布滿于拋光墊的溝槽中，并且經研究發現，金屬材料表面的大大小小的刮痕等主要缺陷正是源于這些殘留的副產物。 如果金屬柵極被刮傷，將影響半導體器件的功能以及可靠性，但是，所述副產物不能溶于去離子水，即使噴射足量足時的去離子水也很難將其清除干凈。為了避免所述金屬材料的表面產生刮傷，本發明提供了一種拋光方法。圖1是本發明提供的拋光方法的流程示意圖。如圖1所示，本發明提供的拋光方法包括步驟S101，對上一片晶圓的金屬材料完成拋光后，修整拋光墊；
步驟S102，向所述拋光墊噴射有機酸溶液；步驟S103，向所述拋光墊噴射去離子水；步驟S104，對所述拋光墊進行去水處理；步驟S105，向所述拋光墊噴射拋光液，對下一片晶圓的金屬材料進行拋光。下面結合圖1以及圖2至圖6，以具體實施例對所述拋光方法作詳細說明。圖2示出了拋光裝置的工作原理。如圖2所示，拋光裝置主要由拋光臺 (platen) 101、拋光頭(研磨頭)103、設置于所述拋光臺101上的拋光墊102、拋光液噴頭 104組成。拋光過程中，將需要進行拋光處理的晶圓100送入所述拋光裝置進行拋光，具體地，本實施例中以對金屬材料鋁(Al)進行拋光處理為例，所述拋光液噴頭104向所述拋光墊102上噴射包含拋光劑的拋光液105，所述拋光頭103真空吸附住所述晶圓100，置于所述拋光墊102上的所述拋光液105中，所述拋光劑將晶圓100的金屬表面氧化形成金屬氧化物(主要為氧化鋁和氫氧化鋁)，由所述拋光頭103施以向下的壓力，并由所述拋光臺 101帶動所述拋光墊102轉動(拋光頭103也可以與所述拋光臺101反方向轉動)，晶圓 100表面的金屬氧化物通過壓力與拋光墊102的相對運動被機械地磨去。另外，在拋光過程中，拋光頭103還可以帶動晶圓100在水平方向來回移動進行研磨。如前所述，所述金屬氧化物即為對鋁的拋光過程產生的副產物，所述副產物大量殘留在所述拋光墊102的溝槽內，如果不將處于所述拋光墊102的溝槽內的所述副產物清除干凈，則會給后續晶圓的鋁的CMP過程中造成鋁的表面的刮傷，從而影響器件性能。結合圖1和圖3，執行步驟S101，對上一片晶圓的金屬材料完成拋光后，修整拋光墊。為了更好地修整所述拋光墊102，本實施例中優選為對所述拋光墊102采取非原位(離位)修整(Pad Ex-situ condition)，即通過在晶圓拋光周期之間修整所述拋光墊102。具體地，上一片晶圓的金屬材料鋁完成拋光后，將該晶圓從拋光墊102上取走(在該晶圓取走之前，拋光臺101已停止轉動)，以去離子水沖洗所述拋光墊102，并由拋光墊清洗刷(Pad conditioner) 106對拋光墊102進行刷洗，從而實現對所述拋光墊102的修整。由于所述副產物大量殘留在所述拋光墊102的溝槽內，僅僅噴射去離子水是很難將其沖洗出來的，需要采用拋光墊清洗刷106將其拉出所述拋光墊102的溝槽，便于后續步驟進一步清洗。在其他實施例中，還可以對所述拋光墊102做原位修整(Pad In-situ condition)，即通過當前在晶圓拋光周期修整拋光墊，具體地，在上一片晶圓進行拋光期間，以所述拋光墊清洗刷 106對所述拋光墊102進行刷洗。結合圖1和圖4，執行步驟S102，向所述拋光墊噴射有機酸溶液。具體地，以100 1000毫升/分鐘的流速向所述拋光墊102噴射有機酸溶液，同時，啟動所述拋光臺101的工作(轉動)，使所述拋光臺101的轉速為10 150RPM。以中至低的轉速使拋光臺101轉動， 并以高流速噴射所述有機酸，可以使步驟SlOl中被所述拋光墊清洗刷106拉出的所述副產物(氧化鋁、氫氧化鋁等)充分溶解于所述有機酸中。所述有機酸可以為草酸、丙二酸、丁二酸、順丁烯二酸、鄰苯二甲酸或氨基酸，所述有機酸溶液的濃度為0. 01 IOwt % (重量/ 質量百分比)。仍然可結合圖1和圖4，執行步驟S103，向所述拋光墊噴射去離子水。具體地，以 100 1000毫升/分鐘的流速向所述拋光墊102噴射去離子水，同時，使所述拋光臺101的轉速為10 120RPM。以較低的轉速使拋光臺101轉動，并以高流速噴射去離子水，可以使步驟S102中的所述有機酸以及被所述有機酸溶液所溶解的所述副產物在去離子水的沖洗下被去除。結合圖1和圖5，執行步驟S104，對所述拋光墊進行去水處理。具體地，以現有技術中常用的方式，即高速轉動拋光臺101將所述拋光墊102上的去離子水甩掉，從而可以達到去除所述拋光墊102上的去離子水的目的。當然，在旋轉拋光臺101的同時，還可以向所述拋光墊102噴吹干燥劑進行干燥處理，所述干燥處理采用的干燥劑為氮氣。結合圖1和圖6，執行步驟S105，向所述拋光墊噴射拋光液，對下一片晶圓的金屬材料進行拋光。具體地，通過所述拋光液噴頭104向所述拋光墊102噴射拋光液105，使所述拋光液105布滿整個拋光墊102(圖6中示出的拋光液105還未布滿整個拋光墊102)。 在噴射拋光液的過程中，噴射的流速為100 1500毫升/分鐘，噴射的時間持續5 100 秒，直至使所述拋光液105布滿整個拋光墊102。這樣，在對下一片晶圓的金屬材料鋁進行拋光前，由于整個拋光墊102已經布滿了用于拋光鋁的所述拋光液105，可以保證鋁與所述拋光液105的充分接觸，使鋁被拋光液105中的拋光劑所氧化，也就能進一步避免鋁的表面不會被經過步驟SlOl至S104后可能仍未完全清除的所述副產物所刮傷，從而提高產品的良率。在其他實施例中，本步驟也可采取一邊噴射拋光液一邊進行拋光的方式。上述實施例中，所述金屬材料為鋁或鋁合金。在其他實施例中，本發明提供的拋光方法也可以適用于對其他硬度很低的金屬材料的拋光。綜上，本發明提供的拋光方法，至少具有如下有益效果通過對拋光墊的刷洗使上一片晶圓的拋光而殘留的金屬材料的副產物拉出拋光墊的溝槽，再利用所述有機酸將所述副產物溶解，之后噴射去離子水以去除所述有機酸以及溶解后的所述副產物，從而有效地去除了殘留在所述拋光墊溝槽中的所述副產物，避免下一片晶圓的金屬材料拋光時因所述副產物而使金屬材料的表面刮傷。對所述拋光墊進行去水處理后，向所述拋光墊噴射拋光液，使所述拋光液布滿整個拋光墊，進一步避免金屬材料的表面被刮傷，提高了良率。本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.一種拋光方法，其特征在于，包括對上一片晶圓的金屬材料完成拋光后，修整拋光墊；向所述拋光墊噴射有機酸溶液；向所述拋光墊噴射去離子水；對所述拋光墊進行去水處理；向所述拋光墊噴射拋光液，對下一片晶圓的金屬材料進行拋光。
2.根據權利要求1所述的拋光方法，其特征在于，所述拋光墊的修整為非原位修整。
3.根據權利要求1所述的拋光方法，其特征在于，向所述拋光墊噴射有機酸溶液的流速為100 1000毫升/分鐘。
4.根據權利要求3所述的拋光方法，其特征在于，向所述拋光墊噴射有機酸溶液時，拋光臺的轉速為10 150RPM。
5.根據權利要求1所述的拋光方法，其特征在于，向所述拋光墊噴射去離子水的流速為100 1000毫升/分鐘。
6.根據權利要求5所述的拋光方法，其特征在于，向所述拋光墊噴射去離子水時，拋光臺的轉速為10 120RPM。
7.根據權利要求1所述的拋光方法，其特征在于，所述向所述拋光墊噴射拋光液包括 使所述拋光液布滿整個拋光墊。
8.根據權利要求7所述的拋光方法，其特征在于，噴射拋光液的流速為100 1500毫升/分鐘，噴射的時間持續5 100秒。
9.根據權利要求1所述的拋光方法，其特征在于，所述有機酸為草酸、丙二酸、丁二酸、 順丁烯二酸、鄰苯二甲酸或氨基酸。
10.根據權利要求1所述的拋光方法，其特征在于，所述有機酸溶液的濃度為0.01 IOwt %。
11.根據權利要求1所述的拋光方法，其特征在于，所述金屬材料為鋁或鋁合金。
全文摘要
一種拋光方法，包括對上一片晶圓的金屬材料完成拋光后，修整拋光墊；向所述拋光墊噴射有機酸溶液；向所述拋光墊噴射去離子水；對所述拋光墊進行去水處理；向所述拋光墊噴射拋光液，對下一片晶圓的金屬材料進行拋光。本發明能避免晶圓的金屬材料表面的刮傷，提高良率。
文檔編號B24B29/00GK102554748SQ201010603419
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月23日 優先權日2010年12月23日
發明者蔣莉, 黎銘琦 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司