专利名称：去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的 方法。
背景技术：
随着电子设备的广泛应用，半导体的制造工艺得到了飞速的发展，半导体的制造 工艺涉及一种大马士革结构的形成方法。图1-图7为大马士革结构形成方法的工艺结构 剖面示意图，大马士革结构形成方法包括如下步骤步骤101，参见图1，采用物理气相沉积工艺(PVD)在晶圆的金属层101上沉积第 一阻挡层102，第一阻挡层102 —般为氮化硅(SiN)。步骤102，参见图2，采用PVD在第一阻挡层102上沉积第一介质层103。步骤103，参见图3，采用PVD在第一介质层103上沉积第二阻挡层104，第二阻挡 层104 —般也为SiN。步骤104，参见图4，采用PVD在第二阻挡层104上沉积第二介质层105。步骤105，参见图5，采用PVD在第二介质层105上沉积第三阻挡层106，第三阻挡 层为氮氧化硅(SiON)。步骤106，参见图6，采用蚀刻工艺在第二介质层105和第三阻挡层106上形成第 一通孔107。步骤107，参见图7，采用蚀刻工艺在第一介质层103和第二阻挡层104上形成第 二通孔108。上述步骤中的PVD均发生在PVD反应腔中，从理论上来讲，PVD反应腔应为密闭的 容器，然而，在实际应用中，如果PVD反应腔使用时间过长，PVD反应腔的密闭性就会下降， 或者由于操作失误，也有可能导致PVD的密闭性下降，基于这些原因，空气中的污染物颗粒 有可能进入PVD反应腔，并随着阻挡层或介质层的沉积而掺杂在阻挡层或介质层中，从而 对阻挡层或介质层造成污染，最终影响半导体器件的性能。如果阻挡层或介质层中掺杂有污染物颗粒，则最终形成的半导体器件被视为不合 格产品，因此，在现有技术中，当形成大马士革结构后，采用明场扫描方法(BFI)对阻挡层 和介质层进行检测，当检测到晶圆的阻挡层或介质层中掺杂有污染物颗粒后，则将该晶圆 报废，可见，一旦晶圆的阻挡层或介质层掺杂有污染物颗粒，则只能将晶圆报废，从而增加 了半导体器件的生产成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方 法，能够降低半导体器件的生产成本。为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方法，采用明场扫描方法BFI检测出第一阻挡层、第一介质层、第二阻挡层、第二介质层或第三阻挡层中掺杂有污染物颗粒的晶圆 后，该方法包括采用化学机械研磨工艺CMP依次去除第三阻挡层、第二介质层、第二阻挡层、第一 介质层和第一阻挡层。当采用CMP去除第一介质层和第一阻挡层时，先去除第一介质层厚度的0%至 65%，然后去除剩余的第一介质层，其次去除400A至550A的第一阻挡层，最后去除剩余的 第一阻挡层。当采用CMP去除第三阻挡层时，采用型号为1501的研磨浆对第三阻挡层进行研 磨，研磨盘与研磨头的相对角速度小于93/87，研磨头底面的第二区域与第三区域对研磨面 施加的压力之比大于1. 42，且研磨头底面的第三区域对研磨面施加的压力为2. 2帕斯卡至 2.6帕斯卡。当采用CMP去除第二介质层时，采用型号为CES333的研磨浆对第二介质层进行研 磨，研磨盘的角速度小于73转/分钟，研磨头的角速度小于67转/分钟，研磨头底面的第 二区域与第三区域对研磨面施加的压力之比为0. 8至1. 2，且研磨头底面的第三区域对研 磨面施加的压力为2. 5帕斯卡至3. 4帕斯卡。当采用CMP去除第一介质层厚度的0%至65%和第二阻挡层时，采用型号为1501 的研磨浆进行研磨，且研磨盘与研磨头的相对角速度小于93/87，研磨头底面的第二区域与 第三区域对研磨面施加的压力之比大于1. 42，且研磨头底面的第三区域对研磨面施加的压 力为2. 2帕斯卡至2. 6帕斯卡。当采用CMP去除剩余的第一介质层和400A至550A的第一阻挡层时，采用型号为 1501的研磨浆进行研磨，且研磨盘的角速度小于73转/分钟，研磨头的角速度小于67转/ 分钟，研磨头底面的第二区域与第三区域对研磨面施加的压力之比大于1.42，且研磨头底 面的第三区域对研磨面施加的压力为0. 5帕斯卡至0. 82帕斯卡。当采用CMP去除剩余的第一阻挡层时，采用型号为T805的研磨浆进行研磨，且研 磨盘的角速度小于73转/分钟，研磨头的角速度小于67转/分钟，研磨头底面的第一区域 与第二区域对研磨面施加的压力之比为1. 8至2. 2，研磨头底面的第二区域与第三区域对 研磨面施加的压力之比为0. 8至1. 2，且研磨头底面的第三区域对研磨面施加的压力为1. 1 帕斯卡至2帕斯卡。可见，在本发明所提供的一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方法中，首先 采用明场扫描方法(BFI)检测出第一阻挡层、第一介质层、第二阻挡层、第二介质层或第三 阻挡层中掺杂有污染物颗粒的晶圆，然后采用化学机械研磨工艺(CMP)依次去除第三阻挡 层、第二介质层、第二阻挡层、第一介质层和第一阻挡层，这样，在不报废晶圆的前提下去除 了阻挡层和介质层中的污染物颗粒，降低了半导体器件的生产成本。
图1-图7为大马士革结构形成方法的过程剖面结构图。图8为本发明所提供的一种去除阻挡层和金属层中污染物颗粒的方法的实施例 的流程图。图9为本发明所提供的一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方法中步骤201的工艺结构剖面示意图。图10为本发明所提供的一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方法中步骤 202的工艺结构剖面示意图。图IOA为研磨头的底面分区示意图。图11为本发明所提供的一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方法中步骤 203的工艺结构剖面示意图。图12为本发明所提供的一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方法中步骤 204的工艺结构剖面示意图。图13为本发明所提供的一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方法中步骤 205的工艺结构剖面示意图。图14为本发明所提供的一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方法中步骤 206的工艺结构剖面示意图。图15为本发明所提供的一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方法中步骤 207的工艺结构剖面示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对 本发明进一步详细说明。图8为本发明所提供的一种去除阻挡层和金属层中污染物颗粒的方法的实施例 的流程图，如图8所示，该方法包括以下步骤步骤201，图9为本发明所提供的一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方法 中步骤201的工艺结构剖面示意图，如图9所示，采用BFI检测出第一阻挡层102、第一介质 层103、第二阻挡层104、第二介质层105或第三阻挡层106中掺杂有污染物颗粒的晶圆。BFI为现有检测技术，图9、10、11、12、13、14、15中的标示如图1至图7的说明，在 此不予赘述。步骤202，图10为本发明所提供的一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方法 中步骤202的工艺结构剖面示意图，如图10所示，采用化学机械研磨工艺(CMP)去除第三 阻挡层106。在本步骤中，采用型号为1501的研磨浆对第三阻挡层106进行研磨，型号为1501 的研磨浆为美国罗门哈斯生产的一种研磨浆，这种研磨浆的PH值为11至12. 5，主要用于研 磨 SiN 和 SiON。当进行CMP时，为了避免研磨速率过大而导致的过度研磨，提供一组CMP的较佳工 艺参数研磨盘与研磨头的相对角速度小于93/87，即研磨盘的角速度/研磨头的角速度小 于93/87。在实际应用中，当对晶圆进行研磨时，首先将晶圆置于研磨垫和研磨头之间，且 研磨垫位于研磨盘的上方并与研磨盘接触，然后使研磨盘和研磨头按照相反的方向发生旋 转，研磨盘会带动研磨垫发生旋转，且研磨头也会带动晶圆发生旋转，因此，可通过对研磨 盘与研磨头的相对角速度的控制来实现对研磨速率的控制。另外，为了提高经研磨的研磨面的平坦度，针对研磨头底面的各个研磨区对研磨 面施加的压力进行了限定。图IOA为研磨头的底面分区示意图，如图IOA所示，研磨头的底面被分为三个区域第一区域、第二区域和第三区域，在实际应用中，当进行CMP时，可分别 针对三个区域对研磨面所施加的压力进行控制，以提高研磨面的平坦度。在本步骤中，第二 区域与第三区域对研磨面施加的压力之比大于1. 42，第三区域对研磨面施加的压力为2. 2 帕斯卡至2. 6帕斯卡，另外，第一区域对研磨面施加的压力没有确定的数值范围，在实际应 用中，当第二区域与第三区域对研磨面施加的压力确定后，根据研磨头区域设定的标准算 法来设定第一区域对研磨面施加的压力的上限值，研磨头区域设定的标准算法为现有技术 的内容，在此不详述。步骤203，图11为本发明所提供的一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方法 中步骤203的工艺结构剖面示意图，如图11所示，采用CMP去除第二介质层105。在本步骤中，采用型号为CES333的研磨浆对第二介质层105进行研磨，型号为 CES333的研磨浆为日本的Assahi公司生产的一种研磨浆，这种研磨浆的PH为4. 5-45. 5， 有较高的SiN和氧化物的选择比，而氧化物是介质层的主要成分，也就是说，采用型号为 CES333的研磨浆较易将第二介质层105去除，而不易将第二阻挡层104去除。在本步骤中，研磨盘的角速度一般小于73转/分钟，而研磨头的角速度一般比研 磨盘的角速度小6转/分钟，也就是说，研磨头的角速度一般小于67转/分钟。第二区域与第三区域对研磨面施加的压力之比为0. 8至1. 2，且第三区域对研磨 面施加的压力为2. 5帕斯卡至3. 4帕斯卡。步骤204，图12为本发明所提供的一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方法 中步骤204的工艺结构剖面示意图，如图12所示，采用CMP去除第二阻挡层104和第一介 质层103厚度的0%至65%。在本步骤中，采用型号为1501的研磨浆对第二阻挡层104进行研磨，去除第二阻 挡层，然后采用型号为1501的研磨浆对第一介质层103进行研磨，且去除第一介质层103 厚度的0%至65%。研磨盘与研磨头的相对角速度小于93/87。第二区域与第三区域对研磨面施加的压力之比大于1. 42，第三区域对研磨面施加 的压力为2. 2帕斯卡至2. 6帕斯卡。步骤205，图13为本发明所提供的一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方法 中步骤205的工艺结构剖面示意图，如图13所示，采用CMP去除剩余的第一介质层103和 400A至550A的第一阻挡层102。在本步骤中，采用型号为1501的研磨浆对剩余的第一介质层103进行研磨，并 去除第一介质层103，然后采用型号为1501的研磨浆对第一阻挡层102进行研磨，且去除 400A至550A的第一阻挡层102。研磨盘的角速度一般小于73转/分钟，而研磨头的角速度一般比研磨盘的角速度 小6转/分钟，也就是说，研磨头的角速度一般小于67转/分钟。第二区域与第三区域对研磨面施加的压力之比大于1. 42，第三区域对研磨面施加 的压力为0. 5帕斯卡至0. 82帕斯卡，另外，第一区域对研磨面施加的压力没有确定的数值 范围，在实际应用中，当第二区域与第三区域对研磨面施加的压力确定后，根据研磨头区域 设定的标准算法来设定第一区域对研磨面施加的压力的上限值。步骤206，图14为本发明所提供的一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方法中步骤206的工艺结构剖面示意图，如图14所示，采用CMP去除剩余的第一阻挡层102。在本步骤中，采用型号为T805的研磨浆对剩余的第一阻挡层102进行研磨，去除 第一阻挡层102，型号为T805的研磨浆具有较高的SiN和金属选择比，较易去除由SiN构成 的第一阻挡层102，不易去除金属层101。研磨盘的角速度一般小于73转/分钟，而研磨头的角速度一般比研磨盘的角速度 小6转/分钟，也就是说，研磨头的角速度一般小于67转/分钟。第一区域与第二区域对研磨面施加的压力之比为1. 8至2. 2，第二区域与第三区 域对研磨面施加的压力之比为0. 8至1. 2，且第三区域对研磨面施加的压力为1. 1帕斯卡至 2帕斯卡。在实际应用中，为了提高CMP的效率，在上述步骤202至204中，均采用较大的研 磨强度，例如，研磨头底面的第一区域、第二区域和第三区域对研磨面施加的压力都比较 大，然而在上述步骤205和206中，均采用了相对较小的研磨强度，例如，研磨头底面的第 一区域、第二区域和第三区域对研磨面施加的压力都比较小，这样可避免最终暴露出的金 属层表面出现划痕，特别需要说明的是，在步骤204中，采用较大的研磨强度去除第二阻挡 层和第一介质层厚度的0%至65%，由于剩余的第一介质层的上表面与金属层的距离比较 近，为了避免在金属层表面造成划痕，在步骤205中开始采用较小的研磨强度进行CMP。至此，采用上述步骤将阻挡层和介质层完全去除，下面就可以在金属层101上重 新形成大马氏革结构，但是形成的大马士革结构并不仅限于本说明书的图7中所示的大马 士革结构，也可根据实际产品的要求来形成新的大马士革结构，下面以形成图7所示的大 马士革结构为例进行说明。步骤207，图15为本发明所提供的一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方法 中步骤207的工艺结构剖面示意图，如图15所示，采用PVD在金属层101上依次沉积第一 阻挡层102、第一介质层103、第二阻挡层104、第二介质层105和第三阻挡层106，并采用蚀 刻工艺在第二介质层105和第三阻挡层106上形成第一通孔107，采用蚀刻工艺在第一介质 层103和第二阻挡层104上形成第二通孔108。当步骤206结束后，原先所沉积的阻挡层和介质层中的污染物颗粒已被彻底地去 除，因此，在本步骤中，采用PVD重新在金属层上沉积新的阻挡层和介质层，采用蚀刻工艺 再次形成第一通孔和第二通孔，具体的实现方法与现有技术相同，在此不予赘述。至此，本流程结束，可进入后续的工艺流程。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方法，采用明场扫描方法BFI检测出第一阻挡层、第一介质层、第二阻挡层、第二介质层或第三阻挡层中掺杂有污染物颗粒的晶圆后，其特征在于，该方法包括采用化学机械研磨工艺CMP依次去除第三阻挡层、第二介质层、第二阻挡层、第一介质层和第一阻挡层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当采用CMP去除第一介质层和第一阻挡 层时，先去除第一介质层厚度的0%至65%，然后去除剩余的第一介质层，其次去除400A至 550A的第一阻挡层，最后去除剩余的第一阻挡层。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当采用CMP去除第三阻挡层时，采用型号 为1501的研磨浆对第三阻挡层进行研磨，研磨盘与研磨头的相对角速度小于93/87，研磨 头底面的第二区域与第三区域对研磨面施加的压力之比大于1. 42，且研磨头底面的第三区 域对研磨面施加的压力为2. 2帕斯卡至2. 6帕斯卡。
4.根据要求2所述的方法，其特征在于，当采用CMP去除第二介质层时，采用型号为 CES333的研磨浆对第二介质层进行研磨，研磨盘的角速度小于73转/分钟，研磨头的角速 度小于67转/分钟，研磨头底面的第二区域与第三区域对研磨面施加的压力之比为0. 8至 1. 2，且研磨头底面的第三区域对研磨面施加的压力为2. 5帕斯卡至3. 4帕斯卡。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当采用CMP去除第一介质层厚度的0%至 65%和第二阻挡层时，采用型号为1501的研磨浆进行研磨，且研磨盘与研磨头的相对角速 度小于93/87，研磨头底面的第二区域与第三区域对研磨面施加的压力之比大于1.42，且 研磨头底面的第三区域对研磨面施加的压力为2. 2帕斯卡至2. 6帕斯卡。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当采用CMP去除剩余的第一介质层和 400A至550A的第一阻挡层时，采用型号为1501的研磨浆进行研磨，且研磨盘的角速度小于 73转/分钟，研磨头的角速度小于67转/分钟，研磨头底面的第二区域与第三区域对研磨 面施加的压力之比大于1. 42，且研磨头底面的第三区域对研磨面施加的压力为0. 5帕斯卡 至0. 82帕斯卡。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当采用CMP去除剩余的第一阻挡层时，采 用型号为T805的研磨浆进行研磨，且研磨盘的角速度小于73转/分钟，研磨头的角速度小 于67转/分钟，研磨头底面的第一区域与第二区域对研磨面施加的压力之比为1. 8至2. 2， 研磨头底面的第二区域与第三区域对研磨面施加的压力之比为0. 8至1. 2，且研磨头底面 的第三区域对研磨面施加的压力为1. 1帕斯卡至2帕斯卡。
全文摘要
本发明公开了一种去除阻挡层和介质层中污染物颗粒的方法，采用明场扫描方法BFI检测出第一阻挡层、第一介质层、第二阻挡层、第二介质层或第三阻挡层中掺杂有污染物颗粒的晶圆后，该方法包括采用化学机械研磨工艺CMP依次去除第三阻挡层、第二介质层、第二阻挡层、第一介质层和第一阻挡层。采用该方法能够降低半导体器件的生产成本。
文档编号H01L21/768GK101996879SQ20091005666
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月19日 优先权日2009年8月19日
发明者彭澎, 潘继岗 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司