[发明专利]清洁CMP后的晶片的热学方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及半导体器件制造领域，尤其涉及晶片的 清洁。

背景技术

半导体器件(包括其中的线路后端(BEoL)互连线结构) 包括由铜形成的导电线路和其它特征。在晶片上制造半导体器件的 过程中，铜通常被沉积在限定于电介质层中的沟槽或通孔中。然后 铜和电介质层被平坦化以提供平滑和平坦的表面，其它的层被沉积 在该表面上。一种常用的平坦化方法是化学机械抛光(CMP)。CMP 工艺通常会在晶片的暴露表面上留下残留物，这些残留物在形成后 续层之前必须被除去。

除去CMP残留物的典型方法涉及清洗晶片。例如，首先 在酸溶液中清洗晶片，然后在碱溶液中清洗；或者先在碱溶液中然 后在酸溶液中。然而，这些方法是不好的，因为它们通常会除去铜， 使得铜特征相对于周围的电介质层出现凹陷。除去CMP残留物的其 它方法将晶片暴露于高能等离子体中以刻蚀掉残留物。

本发明所提供的是一种除去CMP残留物的新方法，这种 方法不会损害暴露的铜或电介质层。

发明内容

一种示例性的CMP后的清洁方法包含在约100℃以上的 温度下，在气态氧化环境中处理晶片，然后在约100℃以上的温度 下，在气态还原环境中处理该晶片。在该氧化环境中处理该晶片包 括在包含O₂或O₃的气氛中处理该晶片，而在该还原环境中处理该晶 片包括在包含H₂的气氛中处理该晶片。该方法进一步包含在在该氧 化环境中处理该晶片之前，用碱溶液处理该晶片。该碱溶液的pH值 在约8到约11的范围内，例如，在一些实施方式中包含氢氧化四甲 基铵。

本发明还提供一种清洁CMP后的晶片的方法，该晶片包 括具有Cu₂O表面层的导电特征。此示例性方法包含在第一气态环境 中氧化该Cu₂O表面层以形成CuO表面层，然后在第二气态环境中将 该CuO表面层还原为元素Cu。氧化该Cu₂O表面层可包含在约100℃ 以上的温度下在包括O₂或O₃的气氛中处理该晶片，而还原该CuO表 面可包含在约100℃以上的温度下在包括H₂的气氛中处理该晶片。 该方法可进一步包含在氧化该Cu₂O表面层之前，用碱溶液大体除去 残留物层。

本发明的另一种方法致力于在晶片的导电层上方选择性 地形成帽层。此示例性方法包含清洁该晶片和通过无电沉积在该导 电特征上方选择性地形成该帽层。在此方法中，清洁该晶片可包括 在第一气态环境中氧化该导电特征的Cu₂O表面层以形成CuO表面 层，然后在第二气态环境中将该CuO表面层还原为Cu。在一些实施 方式中，该帽层包含钴或钴合金。

附图说明

图1是CMP后的晶片的横截面视图，该晶片包括位于电介 质层中的导电特征。

图2是图1的导电特征的顶部部分的横截面视图。

图3是根据本发明的一个实施方式，清洁图1的CMP后的 晶片的方法的流程图。

图4是根据本发明的一个实施方式，图2中所示的导电特 征的顶部部分在氧化环境中处理之后的横截面视图。

图5是根据本发明的一个实施方式，图3中所示的导电特 征的顶部部分在还原环境中处理之后的横截面视图。

图6是根据本发明的一个实施方式的晶片的横截面视图， 该晶片包括选择性地位于导电特征上的帽层。

具体实施方式

本发明提供在化学机械抛光之后清洁半导体晶片的方 法。一种示例性的方法将晶片先后暴露于氧化环境和还原环境中的 热处理。在该氧化环境的热处理除去残留物并氧化暴露的铜表面以 形成氧化铜层。然后在该还原环境中的热处理将氧化铜还原为元素 铜。这使得暴露的铜很清洁并适于进一步处理，比如无电镀覆。