专利名称：半导体芯片的清洁方法
技术领域：
本发明提供一种半导体芯片的清洁方法，特别是涉及一种用于清洁经化学机械研磨处理的半导体芯片的方法。
背景技术：
随着芯片上元件朝小而密集的趋势发展，光刻曝光景深(depth of focus)的要求亦渐趋严苛。因为在超大规模集成电路(very large scale integration，VLSI)和极超大规模集成电路(ultra large scale integration，ULSI)工艺中，大量形成于半导体芯片上的各式元件以及多层金属内连线层等对象，会于半导体芯片上形成陡峭地势(severe topography)，进而造成后续沉积或图案转移(pattern transfer)工艺的困难。因此在进行后续程序前，必须先于芯片表面进行一平坦化(planarization)工艺。
传统的平坦化技术以旋涂玻璃(spin on glass，SOG)和阻剂填平后蚀刻(resist etch back，REB)技术为主，然而SOG与REC无法在250纳米(nm)以下的工艺中进行全面平坦化(global planarization)。因此目前在VLSI和ULSI工艺中主要采取化学机械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)技术进行平坦化。
一般而言，CMP技术利用适当的研磨浆料以及机械研磨的方式，来均匀地去除一半导体芯片上具有不规则表面的目标薄膜层(target thin film)，以使半导体芯片在经过CMP处理后能够具有一平坦且规则(regular and planar)的表面。其中，研磨浆料一般由化学助剂以及研磨粉体所构成，而化学助剂可能为pH值缓冲剂、氧化剂或界面活性剂等，至于研磨粉体则可能为硅土或铝土等成分。藉由化学助剂所提供的化学反应，以及研磨粉体和晶片与研磨垫产生的机械研磨效应，可有效平坦化晶片表面。
此外，由于工艺上的需求，有时必须提供具有高选择性(high selectivity)的研磨浆料。例如，在深沟槽隔离(deep trench isolation，DTI)工艺、铜的镶嵌工艺，尤其是浅沟槽隔离(shallow trench isolation，STI)工艺即须提供对氧化硅和氮化硅具有高选择性的研磨浆料。
以STI工艺为例，高选择性研磨浆料可避免半导体基底因过度研磨而暴露。请参照图1，首先于半导体基底4上覆盖一层图案化的氮化硅层2以作为屏蔽，蚀刻未受遮掩部分的半导体基底4，以形成沟槽8。接着进行氧化硅的沉积，例如高密度等离子体气相沉积(high-density plasma chemical vapordeposition，HDPCVD)工艺，以于沉积过程中同时导入部分蚀刻的效果，避免沟槽8开口受到沉积物阻塞而无法于沟槽8中填满氧化硅6。然而，该沉积完成的氧化层6依芯片10的表面形状形成不规则的轮廓。因此，必须藉由CMP将氮化硅层2上方多余的氧化硅层6移除，以平坦化芯片10表面(如虚线所示)。此时，半导体基底4上方高硬度氮化硅层2即用来作为机械研磨的停止层，以避免过度研磨而暴露下方的半导体层4。而对于氧化硅与氮化硅具有高度选择性的研磨浆料，则有助于在移除氧化层6的同时，降低对氮化层2的破坏，从而进一步避免半导体基底4的暴露。
此种利用高选择性研磨浆料所进行的CMP工艺，对于高集成度的芯片制作尤有贡献。例如在小线宽的工艺中，氮化硅2的厚度较小，因此若研磨浆料对其与氧化硅6的选择度低，则可能于研磨氧化硅6的过程中过度研磨氮化硅2，从而暴露出半导体基底4。是以，目前此种高选择性研磨浆料(highselectivity slurry，HSS)已被应用于130纳米的STI CMP工艺中，以制造出具有较高可靠性的元件。
然而，尽管高选择性研磨浆料可增益STI CMP工艺的效果，但是目前使用高选择性研磨浆料的STI CMP工艺仍有微刮痕(microscratch)以及研磨浆料残留等问题。现行微刮痕的问题藉由调整研磨工艺而改善，而研磨浆料残留的问题则必须仰赖CMP的后洗净程序进行处理。此外，由于残留的研磨浆料以及研磨所产生的碎屑将会造成氧化物易于崩溃，甚至造成漏电等其它缺陷，因此有效的洗净将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浆料STI CMP工艺，以氨水(NaOH)或者氨水加上稀释的氟化氢作为后洗净程序的清洗溶液，且于该洗净程序中无须以清洗刷进行刷洗。然而，于采用HSS的STI CMP工艺中，上述清洗方式并无法彻底清除残留的研磨浆料。此因HSS包含特殊的界面活性剂，而该些界面活性剂将造成更严重的研磨浆料残留之故。其中，加入该些界面活性剂的目的在于有效控制移除氮化硅和氧化硅的速率，从而增加移除选择性。
因此，为了解决HSS造成的研磨浆料残留问题，需要进一步对于清洗程序进行改良。其中一种改良方式于清洗程序中结合刷洗的方式而应用于芯片表面，以增加去除残留物的效率。此种清洁程序不但可有效移除芯片上残留的研磨浆料，其所造成的沟槽上氧化物耗损亦有限。然而，该种清洗方式却会造成芯片表面氮化硅分布不均匀，从而影响STI阶梯高度(step height)的均匀性。而阶梯高度均匀性对于90纳米之下的工艺有关键性的影响，亦即对于进一步增加芯片集成度有其重要性。因此，亟需一种得有效清除芯片上研磨浆料残留物且不影响STI阶梯高度均匀性的清洗方式，以解决目前所面临的两难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用HSS的STI CMP工艺的后洗净方法，以解决上述现有后洗净方法的问题。
根据本发明的权利要求，揭露一种半导体芯片的清洁方法。于该清洁方法中，利用稀释氟化氢(dilute HF，DHF)进行一刷洗程序，并该步骤之后，再利用稀释氟化氢进行一清洗程序。
此外，本发明还提供至少两阶段的清洗程序，其中于芯片表面提供清洗刷的阶段可有效改善现有技艺中芯片表面残留研磨浆料的缺点，从而避免该些残留物造成芯片表面的缺损。而于另一阶段清洗程序中，则使清洗刷离开芯片表面来进行清洗，以避免长时间刷洗在芯片表面造成氮化硅层严重的缺损。亦即适度减少刷洗的时间可维持氮化硅层的均匀度，从而维持半导体芯片的可靠性。
图1为现有STI结构的剖面图。
图2为根据本发明的一具体实施例的流程图。
图3为根据本发明的另一具体实施例的流程图。
图4为根据本发明的又另一具体实施例的流程图。
图5为全程刷洗部分刷洗下，芯片均匀度差异的比较表。
简单符号说明2 氮化硅 305 进行一去离子水清洗程序
4 半导体基底 306 提供DHF并进行一刷洗程序6 氧化硅 308 提供DHF并进行一清洗程序8 沟槽 312 进行一去离子水清洗程序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并进行一刷洗程序206 提供DHF并进行一刷洗408 提供DHF并进行一清洗程程序 序208 提供DHF并进行一清洗程 409 进行一去离子水清洗程序序212 进行一去离子水清洗程序 410 提供氨水并进行一后刷洗或后清洗程序302 提供一CMP后的芯片 412 进行一去离子水清洗程序304 提供氨水并进行一预刷洗或预清洗程序具体实施方式
请参见图2，图2为根据本发明的一具体实施例的流程图。如图2所示，首先于化学机械研磨后的芯片上提供一稀释的氟化氢溶液，并利用一清洗刷刷洗芯片表面约四十五秒(步骤206)。接着停止刷洗的动作，并继续利用稀释的氟化氢溶液冲洗芯片表面约十五秒(步骤208)。最后，进行一去离子水清洗程序，以洗去残余的清洁液与其它残留物(步骤212)。
请参见图3，图3为根据本发明的另一具体实施例的流程图。如图3所示，首先于化学机械研磨后的芯片上提供一氨水溶液冲洗芯片表面，或者可同时配合一清洗刷来对芯片表面进行一刷洗程序(步骤304)。随后再进行一去离子水清洗程序，以洗去于芯片上残留的氨水溶液(步骤305)。接着于芯片上提供一稀释的氟化氢溶液，并利用一清洗刷来刷洗芯片表面约四十五秒(步骤306)。然后停止刷洗的动作，并继续利用稀释的氟化氢溶液冲洗芯片表面约十五秒(步骤308)。最后，进行一去离子水清洗程序，以洗去残余的清洁液与其它残留物(步骤312)。
请参见图4，图4为根据本发明的又一具体实施例的流程图。如图4所示，首先于化学机械研磨后的芯片上提供一氟化氢溶液，并同时配合一清洗刷来刷洗芯片表面约四十五秒(步骤406)。接着停止刷洗的动作，并继续利用稀释的氟化氢溶液冲洗芯片表面约十五秒(步骤408)。然后再进行一去离子水清洗程序，以洗去稀释的氟化氢溶液(步骤409)。接着可视清洁程度、效果或其它考量因素，再提供一氨水溶液冲洗芯片表面，或者可于氨水溶液冲洗芯片时，同时配合一清洗刷来对芯片表面进行一刷洗程序(步骤410)。最后，进行一去离子水清洗程序，以洗去残余的清洁液与其它残留物(步骤412)。
而于本发明的上述具体实施例中，利用稀释的氟化氢溶液刷洗以及冲洗芯片表面的时间为一可变参数，例如可于化学机械研磨后的芯片上提供氟化氢溶液并刷洗约三十五秒，接着再于该芯片上提供氟化氢溶液并停止刷洗的动作约二十五秒。换句话说，本发明可依实际情况的需求来调整进行刷洗与清洗的时间比例，大体而言，该刷洗的持续时间约为上述清洗时间的一到三倍。而此种于后段清洁工艺中停止刷洗的方法，可在有效清洁研磨浆料残余物的情况下，避免长时间刷洗可能损伤芯片的表面。
请参照图5，图5显示现有全程刷洗的清洁工艺，与本发明于清洁工艺前段刷洗而于后段清洗的程序下，晶片上各区域的剩余氮化硅厚度的均匀度的差异比较表。于该表中，FPGA代表STI图案分布较松散的区域，DMV代表STI图案分布较致密的区域，G06代表STI图案占晶片面积约50％的区域，而WID范围则是FPGA和DMV区域的氮化硅层厚度差异。
从图5可以看出，在完全去除研磨浆料残余物的情况下，于现有的全程刷洗的工艺中，芯片中央区域与周边区域间的氮化硅厚度差较大；而本发明仅于前段刷洗的工艺中进行刷洗的方式，则可有效降低中央区域与周边区域间氮化硅厚度的差异。
综上所述，相较于现有技艺，本发明具有彻底清洁芯片且不影响芯片表面氮化硅均匀度的优点。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种半导体芯片的清洁方法，其中该清洁方法包括利用稀释氟化氢(dilute HF，DHF)进行一刷洗程序；以及利用稀释氟化氢进行一清洗程序。
2.如权利要求1所述的清洁方法，其中该半导体芯片为一经历化学机械研磨(post chemical mechanical polishing)工艺的半导体芯片。
3.如权利要求2所述的清洁方法，其中该化学机械研磨工艺选用高选择性研磨浆料(high selectivity slurry，HSS)当作研磨剂，以于该半导体芯片中形成至少一浅沟隔离(shallow trench isolation，STI)。
4.如权利要求1所述的清洁方法，其中该刷洗程序的进行时间为该清洗程序进行时间的一至三倍。
5.如权利要求1所述的清洁方法，其中在进行该稀释氟化氢的刷洗程序之前，该清洁方法还包括利用氨水(NH4OH)进行一预刷洗程序；以及一去离子水清洗程序。
6.如权利要求1所述的清洁方法，其中在进行该稀释氟化氢的刷洗程序之前，该清洁方法还包括利用氨水进行一预清洗程序；以及一去离子水清洗程序。
7.如权利要求1所述的清洁方法，其中在完成该稀释氟化氢的清洗程序之后，该清洁方法还包括利用氨水进行一后刷洗程序；以及一去离子水清洗程序。
8.如权利要求1所述的清洁方法，其中在进行该稀释氟化氢的清洗程序之后，该清洁方法还包括利用氨水进行一后清洗程序；以及一去离子水清洗程序。
9.如权利要求1所述的清洁方法，其中在进行该稀释氟化氢的清洗程序之后，该清洁方法还包括一去离子水清洗程序。
10.一种经历化学机械研磨(post CMP)工艺的半导体芯片的清洁方法，其中该清洁方法包括利用一第一清洗液进行一清洁程序；利用一第二清洗液进行一刷洗程序；利用一第二清洗液进行一清洗程序；以及一去离子水清洗程序。
11.如权利要求10所述的清洁方法，其中该化学机械研磨工艺选用高选择性研磨浆料(HSS)当作研磨剂，以于该半导体芯片中形成至少一浅沟隔离(STI)。
12.如权利要求10所述的清洁方法，其中该刷洗程序的进行时间为该清洗程序进行时间的一至三倍。
13.如权利要求10所述的清洁方法，其中该第一清洗液为氨水，而该第二清洗液为稀释氟化氢(DHF)。
14.如权利要求13所述的清洁方法，其中该清洁程序为一预刷洗程序或一预清洗程序。
15.如权利要求10所述的清洁方法，其中在完成该清洁程序之后，该清洁方法还包括一去离子水清洗程序。
16.一种经历化学机械研磨(post CMP)工艺的半导体芯片的清洁方法，其中该清洁方法包括利用一第一清洗液进行一刷洗程序；利用一第一清洗液进行一清洗程序；利用一第二清洗液进行一清洁程序；以及一去离子水清洗程序。
17.如权利要求16所述的清洁方法，其中该化学机械研磨工艺选用高选择性研磨浆料(HSS)当作研磨剂，以于该半导体芯片中形成至少一浅沟隔离(STI)。
18.如权利要求16所述的清洁方法，其中该刷洗程序的进行时间为该清洗程序进行时间的一至三倍。
19.如权利要求16所述的清洁方法，其中该第一清洗液为稀释氟化氢(DHF)，而该第二清洗液为氨水。
20.如权利要求16所述的清洁方法，其中该清洁程序为一后刷洗程序或一后清洗程序。
全文摘要
本发明提供一种半导体芯片的清洁方法，其中该清洁方法包含至少两阶段的清洁程序。第一阶段为一以稀释氟化氢(dilute HF，DHF)作为清洁溶液的刷洗程序，而第二阶段一为以稀释氟化氢作为清洁溶液的清洗程序。本发明更进一步提供一种半导体芯片的预清洁程序和后清洁程序，该预清洁程序于上述刷洗程序之前进行，而该后清洁程序则于上述清洗程序完成后进行，且上述预清洁程序及后清洁程序为以氨水作为清洁溶液的清洗程序或刷洗程序。
文档编号B08B7/04GK1812057SQ20051000611
公开日2006年8月2日 申请日期2005年1月28日 优先权日2005年1月28日
发明者蔡腾群, 朱辛堃, 黄建中 申请人:联华电子股份有限公司