專利名稱：半導(dǎo)體芯片的清潔方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體芯片的清潔方法，特別是涉及一種用于清潔經(jīng)化學(xué)機(jī)械研磨處理的半導(dǎo)體芯片的方法。
背景技術(shù)：
隨著芯片上元件朝小而密集的趨勢(shì)發(fā)展，光刻曝光景深(depth of focus)的要求亦漸趨嚴(yán)苛。因?yàn)樵诔笠?guī)模集成電路(very large scale integration，VLSI)和極超大規(guī)模集成電路(ultra large scale integration，ULSI)工藝中，大量形成于半導(dǎo)體芯片上的各式元件以及多層金屬內(nèi)連線層等對(duì)象，會(huì)于半導(dǎo)體芯片上形成陡峭地勢(shì)(severe topography)，進(jìn)而造成后續(xù)沉積或圖案轉(zhuǎn)移(pattern transfer)工藝的困難。因此在進(jìn)行后續(xù)程序前，必須先于芯片表面進(jìn)行一平坦化(planarization)工藝。
傳統(tǒng)的平坦化技術(shù)以旋涂玻璃(spin on glass，SOG)和阻劑填平后蝕刻(resist etch back，REB)技術(shù)為主，然而SOG與REC無法在250納米(nm)以下的工藝中進(jìn)行全面平坦化(global planarization)。因此目前在VLSI和ULSI工藝中主要采取化學(xué)機(jī)械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)技術(shù)進(jìn)行平坦化。
一般而言，CMP技術(shù)利用適當(dāng)?shù)难心{料以及機(jī)械研磨的方式，來均勻地去除一半導(dǎo)體芯片上具有不規(guī)則表面的目標(biāo)薄膜層(target thin film)，以使半導(dǎo)體芯片在經(jīng)過CMP處理后能夠具有一平坦且規(guī)則(regular and planar)的表面。其中，研磨漿料一般由化學(xué)助劑以及研磨粉體所構(gòu)成，而化學(xué)助劑可能為pH值緩沖劑、氧化劑或界面活性劑等，至于研磨粉體則可能為硅土或鋁土等成分。藉由化學(xué)助劑所提供的化學(xué)反應(yīng)，以及研磨粉體和晶片與研磨墊產(chǎn)生的機(jī)械研磨效應(yīng)，可有效平坦化晶片表面。
此外，由于工藝上的需求，有時(shí)必須提供具有高選擇性(high selectivity)的研磨漿料。例如，在深溝槽隔離(deep trench isolation，DTI)工藝、銅的鑲嵌工藝，尤其是淺溝槽隔離(shallow trench isolation，STI)工藝即須提供對(duì)氧化硅和氮化硅具有高選擇性的研磨漿料。
以STI工藝為例，高選擇性研磨漿料可避免半導(dǎo)體基底因過度研磨而暴露。請(qǐng)參照?qǐng)D1，首先于半導(dǎo)體基底4上覆蓋一層圖案化的氮化硅層2以作為屏蔽，蝕刻未受遮掩部分的半導(dǎo)體基底4，以形成溝槽8。接著進(jìn)行氧化硅的沉積，例如高密度等離子體氣相沉積(high-density plasma chemical vapordeposition，HDPCVD)工藝，以于沉積過程中同時(shí)導(dǎo)入部分蝕刻的效果，避免溝槽8開口受到沉積物阻塞而無法于溝槽8中填滿氧化硅6。然而，該沉積完成的氧化層6依芯片10的表面形狀形成不規(guī)則的輪廓。因此，必須藉由CMP將氮化硅層2上方多余的氧化硅層6移除，以平坦化芯片10表面(如虛線所示)。此時(shí)，半導(dǎo)體基底4上方高硬度氮化硅層2即用來作為機(jī)械研磨的停止層，以避免過度研磨而暴露下方的半導(dǎo)體層4。而對(duì)于氧化硅與氮化硅具有高度選擇性的研磨漿料，則有助于在移除氧化層6的同時(shí)，降低對(duì)氮化層2的破壞，從而進(jìn)一步避免半導(dǎo)體基底4的暴露。
此種利用高選擇性研磨漿料所進(jìn)行的CMP工藝，對(duì)于高集成度的芯片制作尤有貢獻(xiàn)。例如在小線寬的工藝中，氮化硅2的厚度較小，因此若研磨漿料對(duì)其與氧化硅6的選擇度低，則可能于研磨氧化硅6的過程中過度研磨氮化硅2，從而暴露出半導(dǎo)體基底4。是以，目前此種高選擇性研磨漿料(highselectivity slurry，HSS)已被應(yīng)用于130納米的STI CMP工藝中，以制造出具有較高可靠性的元件。
然而，盡管高選擇性研磨漿料可增益STI CMP工藝的效果，但是目前使用高選擇性研磨漿料的STI CMP工藝仍有微刮痕(microscratch)以及研磨漿料殘留等問題?，F(xiàn)行微刮痕的問題藉由調(diào)整研磨工藝而改善，而研磨漿料殘留的問題則必須仰賴CMP的后洗凈程序進(jìn)行處理。此外，由于殘留的研磨漿料以及研磨所產(chǎn)生的碎屑將會(huì)造成氧化物易于崩潰，甚至造成漏電等其它缺陷，因此有效的洗凈將是增加芯片成品率及可靠性所不可或缺的。
于典型的氧化物研磨漿料STI CMP工藝，以氨水(NaOH)或者氨水加上稀釋的氟化氫作為后洗凈程序的清洗溶液，且于該洗凈程序中無須以清洗刷進(jìn)行刷洗。然而，于采用HSS的STI CMP工藝中，上述清洗方式并無法徹底清除殘留的研磨漿料。此因HSS包含特殊的界面活性劑，而該些界面活性劑將造成更嚴(yán)重的研磨漿料殘留之故。其中，加入該些界面活性劑的目的在于有效控制移除氮化硅和氧化硅的速率，從而增加移除選擇性。
因此，為了解決HSS造成的研磨漿料殘留問題，需要進(jìn)一步對(duì)于清洗程序進(jìn)行改良。其中一種改良方式于清洗程序中結(jié)合刷洗的方式而應(yīng)用于芯片表面，以增加去除殘留物的效率。此種清潔程序不但可有效移除芯片上殘留的研磨漿料，其所造成的溝槽上氧化物耗損亦有限。然而，該種清洗方式卻會(huì)造成芯片表面氮化硅分布不均勻，從而影響STI階梯高度(step height)的均勻性。而階梯高度均勻性對(duì)于90納米之下的工藝有關(guān)鍵性的影響，亦即對(duì)于進(jìn)一步增加芯片集成度有其重要性。因此，亟需一種得有效清除芯片上研磨漿料殘留物且不影響STI階梯高度均勻性的清洗方式，以解決目前所面臨的兩難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種采用HSS的STI CMP工藝的后洗凈方法，以解決上述現(xiàn)有后洗凈方法的問題。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求，揭露一種半導(dǎo)體芯片的清潔方法。于該清潔方法中，利用稀釋氟化氫(dilute HF，DHF)進(jìn)行一刷洗程序，并該步驟之后，再利用稀釋氟化氫進(jìn)行一清洗程序。
此外，本發(fā)明還提供至少兩階段的清洗程序，其中于芯片表面提供清洗刷的階段可有效改善現(xiàn)有技藝中芯片表面殘留研磨漿料的缺點(diǎn)，從而避免該些殘留物造成芯片表面的缺損。而于另一階段清洗程序中，則使清洗刷離開芯片表面來進(jìn)行清洗，以避免長(zhǎng)時(shí)間刷洗在芯片表面造成氮化硅層嚴(yán)重的缺損。亦即適度減少刷洗的時(shí)間可維持氮化硅層的均勻度，從而維持半導(dǎo)體芯片的可靠性。


圖1為現(xiàn)有STI結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例的流程圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施例的流程圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的又另一具體實(shí)施例的流程圖。
圖5為全程刷洗部分刷洗下，芯片均勻度差異的比較表。
簡(jiǎn)單符號(hào)說明2 氮化硅 305 進(jìn)行一去離子水清洗程序
4 半導(dǎo)體基底 306 提供DHF并進(jìn)行一刷洗程序6 氧化硅 308 提供DHF并進(jìn)行一清洗程序8 溝槽 312 進(jìn)行一去離子水清洗程序10 芯片 402 提供一CMP后的芯片202 提供一CMP后的芯片 406 提供DHF并進(jìn)行一刷洗程序206 提供DHF并進(jìn)行一刷洗408 提供DHF并進(jìn)行一清洗程程序 序208 提供DHF并進(jìn)行一清洗程 409 進(jìn)行一去離子水清洗程序序212 進(jìn)行一去離子水清洗程序 410 提供氨水并進(jìn)行一后刷洗或后清洗程序302 提供一CMP后的芯片 412 進(jìn)行一去離子水清洗程序304 提供氨水并進(jìn)行一預(yù)刷洗或預(yù)清洗程序具體實(shí)施方式
請(qǐng)參見圖2，圖2為根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例的流程圖。如圖2所示，首先于化學(xué)機(jī)械研磨后的芯片上提供一稀釋的氟化氫溶液，并利用一清洗刷刷洗芯片表面約四十五秒(步驟206)。接著停止刷洗的動(dòng)作，并繼續(xù)利用稀釋的氟化氫溶液沖洗芯片表面約十五秒(步驟208)。最后，進(jìn)行一去離子水清洗程序，以洗去殘余的清潔液與其它殘留物(步驟212)。
請(qǐng)參見圖3，圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施例的流程圖。如圖3所示，首先于化學(xué)機(jī)械研磨后的芯片上提供一氨水溶液沖洗芯片表面，或者可同時(shí)配合一清洗刷來對(duì)芯片表面進(jìn)行一刷洗程序(步驟304)。隨后再進(jìn)行一去離子水清洗程序，以洗去于芯片上殘留的氨水溶液(步驟305)。接著于芯片上提供一稀釋的氟化氫溶液，并利用一清洗刷來刷洗芯片表面約四十五秒(步驟306)。然后停止刷洗的動(dòng)作，并繼續(xù)利用稀釋的氟化氫溶液沖洗芯片表面約十五秒(步驟308)。最后，進(jìn)行一去離子水清洗程序，以洗去殘余的清潔液與其它殘留物(步驟312)。
請(qǐng)參見圖4，圖4為根據(jù)本發(fā)明的又一具體實(shí)施例的流程圖。如圖4所示，首先于化學(xué)機(jī)械研磨后的芯片上提供一氟化氫溶液，并同時(shí)配合一清洗刷來刷洗芯片表面約四十五秒(步驟406)。接著停止刷洗的動(dòng)作，并繼續(xù)利用稀釋的氟化氫溶液沖洗芯片表面約十五秒(步驟408)。然后再進(jìn)行一去離子水清洗程序，以洗去稀釋的氟化氫溶液(步驟409)。接著可視清潔程度、效果或其它考量因素，再提供一氨水溶液沖洗芯片表面，或者可于氨水溶液沖洗芯片時(shí)，同時(shí)配合一清洗刷來對(duì)芯片表面進(jìn)行一刷洗程序(步驟410)。最后，進(jìn)行一去離子水清洗程序，以洗去殘余的清潔液與其它殘留物(步驟412)。
而于本發(fā)明的上述具體實(shí)施例中，利用稀釋的氟化氫溶液刷洗以及沖洗芯片表面的時(shí)間為一可變參數(shù)，例如可于化學(xué)機(jī)械研磨后的芯片上提供氟化氫溶液并刷洗約三十五秒，接著再于該芯片上提供氟化氫溶液并停止刷洗的動(dòng)作約二十五秒。換句話說，本發(fā)明可依實(shí)際情況的需求來調(diào)整進(jìn)行刷洗與清洗的時(shí)間比例，大體而言，該刷洗的持續(xù)時(shí)間約為上述清洗時(shí)間的一到三倍。而此種于后段清潔工藝中停止刷洗的方法，可在有效清潔研磨漿料殘余物的情況下，避免長(zhǎng)時(shí)間刷洗可能損傷芯片的表面。
請(qǐng)參照?qǐng)D5，圖5顯示現(xiàn)有全程刷洗的清潔工藝，與本發(fā)明于清潔工藝前段刷洗而于后段清洗的程序下，晶片上各區(qū)域的剩余氮化硅厚度的均勻度的差異比較表。于該表中，F(xiàn)PGA代表STI圖案分布較松散的區(qū)域，DMV代表STI圖案分布較致密的區(qū)域，G06代表STI圖案占晶片面積約50％的區(qū)域，而WID范圍則是FPGA和DMV區(qū)域的氮化硅層厚度差異。
從圖5可以看出，在完全去除研磨漿料殘余物的情況下，于現(xiàn)有的全程刷洗的工藝中，芯片中央?yún)^(qū)域與周邊區(qū)域間的氮化硅厚度差較大；而本發(fā)明僅于前段刷洗的工藝中進(jìn)行刷洗的方式，則可有效降低中央?yún)^(qū)域與周邊區(qū)域間氮化硅厚度的差異。
綜上所述，相較于現(xiàn)有技藝，本發(fā)明具有徹底清潔芯片且不影響芯片表面氮化硅均勻度的優(yōu)點(diǎn)。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體芯片的清潔方法，其中該清潔方法包括利用稀釋氟化氫(dilute HF，DHF)進(jìn)行一刷洗程序；以及利用稀釋氟化氫進(jìn)行一清洗程序。
2.如權(quán)利要求1所述的清潔方法，其中該半導(dǎo)體芯片為一經(jīng)歷化學(xué)機(jī)械研磨(post chemical mechanical polishing)工藝的半導(dǎo)體芯片。
3.如權(quán)利要求2所述的清潔方法，其中該化學(xué)機(jī)械研磨工藝選用高選擇性研磨漿料(high selectivity slurry，HSS)當(dāng)作研磨劑，以于該半導(dǎo)體芯片中形成至少一淺溝隔離(shallow trench isolation，STI)。
4.如權(quán)利要求1所述的清潔方法，其中該刷洗程序的進(jìn)行時(shí)間為該清洗程序進(jìn)行時(shí)間的一至三倍。
5.如權(quán)利要求1所述的清潔方法，其中在進(jìn)行該稀釋氟化氫的刷洗程序之前，該清潔方法還包括利用氨水(NH4OH)進(jìn)行一預(yù)刷洗程序；以及一去離子水清洗程序。
6.如權(quán)利要求1所述的清潔方法，其中在進(jìn)行該稀釋氟化氫的刷洗程序之前，該清潔方法還包括利用氨水進(jìn)行一預(yù)清洗程序；以及一去離子水清洗程序。
7.如權(quán)利要求1所述的清潔方法，其中在完成該稀釋氟化氫的清洗程序之后，該清潔方法還包括利用氨水進(jìn)行一后刷洗程序；以及一去離子水清洗程序。
8.如權(quán)利要求1所述的清潔方法，其中在進(jìn)行該稀釋氟化氫的清洗程序之后，該清潔方法還包括利用氨水進(jìn)行一后清洗程序；以及一去離子水清洗程序。
9.如權(quán)利要求1所述的清潔方法，其中在進(jìn)行該稀釋氟化氫的清洗程序之后，該清潔方法還包括一去離子水清洗程序。
10.一種經(jīng)歷化學(xué)機(jī)械研磨(post CMP)工藝的半導(dǎo)體芯片的清潔方法，其中該清潔方法包括利用一第一清洗液進(jìn)行一清潔程序；利用一第二清洗液進(jìn)行一刷洗程序；利用一第二清洗液進(jìn)行一清洗程序；以及一去離子水清洗程序。
11.如權(quán)利要求10所述的清潔方法，其中該化學(xué)機(jī)械研磨工藝選用高選擇性研磨漿料(HSS)當(dāng)作研磨劑，以于該半導(dǎo)體芯片中形成至少一淺溝隔離(STI)。
12.如權(quán)利要求10所述的清潔方法，其中該刷洗程序的進(jìn)行時(shí)間為該清洗程序進(jìn)行時(shí)間的一至三倍。
13.如權(quán)利要求10所述的清潔方法，其中該第一清洗液為氨水，而該第二清洗液為稀釋氟化氫(DHF)。
14.如權(quán)利要求13所述的清潔方法，其中該清潔程序?yàn)橐活A(yù)刷洗程序或一預(yù)清洗程序。
15.如權(quán)利要求10所述的清潔方法，其中在完成該清潔程序之后，該清潔方法還包括一去離子水清洗程序。
16.一種經(jīng)歷化學(xué)機(jī)械研磨(post CMP)工藝的半導(dǎo)體芯片的清潔方法，其中該清潔方法包括利用一第一清洗液進(jìn)行一刷洗程序；利用一第一清洗液進(jìn)行一清洗程序；利用一第二清洗液進(jìn)行一清潔程序；以及一去離子水清洗程序。
17.如權(quán)利要求16所述的清潔方法，其中該化學(xué)機(jī)械研磨工藝選用高選擇性研磨漿料(HSS)當(dāng)作研磨劑，以于該半導(dǎo)體芯片中形成至少一淺溝隔離(STI)。
18.如權(quán)利要求16所述的清潔方法，其中該刷洗程序的進(jìn)行時(shí)間為該清洗程序進(jìn)行時(shí)間的一至三倍。
19.如權(quán)利要求16所述的清潔方法，其中該第一清洗液為稀釋氟化氫(DHF)，而該第二清洗液為氨水。
20.如權(quán)利要求16所述的清潔方法，其中該清潔程序?yàn)橐缓笏⑾闯绦蚧蛞缓笄逑闯绦颉?br> 全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體芯片的清潔方法，其中該清潔方法包含至少兩階段的清潔程序。第一階段為一以稀釋氟化氫(dilute HF，DHF)作為清潔溶液的刷洗程序，而第二階段一為以稀釋氟化氫作為清潔溶液的清洗程序。本發(fā)明更進(jìn)一步提供一種半導(dǎo)體芯片的預(yù)清潔程序和后清潔程序，該預(yù)清潔程序于上述刷洗程序之前進(jìn)行，而該后清潔程序則于上述清洗程序完成后進(jìn)行，且上述預(yù)清潔程序及后清潔程序?yàn)橐园彼鳛榍鍧嵢芤旱那逑闯绦蚧蛩⑾闯绦颉?br> 文檔編號(hào)B08B7/04GK1812057SQ20051000611
公開日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月28日
發(fā)明者蔡騰群, 朱辛堃, 黃建中 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司