[发明专利]用于化学机械抛光和清洗的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于化学机械抛光和清洗的系统和方法。

背景技术

半导体集成电路(IC)工业已经经历了快速发展。IC材料和设计中的技术进步已经产生几代的IC，其中，每一代IC均比前一代IC具有更小和更复杂的电路。然而，这些进步已经增加了处理和制造IC的复杂度，并且为了实现这些进步，需要IC处理和制造中的类似发展。

在IC演变过程中，功能密度(即，在每一芯片面积内互连器件的数量)通常已增大，但几何尺寸(即，通过使用制造工艺可以得到的最小部件或线)却已降低。这种按比例缩小工艺通常通过提高生产效率和降低相关成本而带来益处。这种按比例缩小工艺还产生了相对较高的功耗值，通过使用诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)器件的低功耗器件可以解决相对较高的功耗值的问题。CMOS器件通常已经形成有栅极氧化物和多晶硅栅电极。随着部件尺寸继续减小，希望使用高k栅极电介质和金属栅电极代替栅极氧化物和多晶硅栅电极来提高器件性能。在金属集成的其他方案中，可以涉及一些镶嵌处理的方式，其中，在电介质内蚀刻图案，然后通过毯式沉积(例如，通过化学气相沉积(CVD))到晶圆表面上以金属层填充图案。

化学机械抛光(CMP)已经成为实现亚微米先进半导体IC的局部或全部晶圆平坦化的重要技术驱动因素。CMP工艺用于平坦化和去除电介质上方的多余金属且用于产生平坦的半导体结构，其中，金属线或插塞、阻挡金属、和暴露的电介质表面共平面。高度期望一种用于CMP和后清洗的改进的方法和系统。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：提供包括形成为填充两个相邻的层间电介质(ILD)区之间的沟槽的金属栅极(MG)层的半导体结构，所述MG层形成在所述ILD区上；使用CMP系统实施化学机械抛光(CMP)工艺以平坦化所述MG层和所述ILD区；以及使用包括溶解在去离子水(DIW)中的臭氧气体(O₃)的O₃/DIW溶液清洗平坦化的所述MG层。

在上述方法中，还包括：在清洗平坦化的所述MG层的同时，在所述MG层上形成金属氧化物层。

在上述方法中，使用所述O₃/DIW溶液清洗平坦化的所述MG层包括通过-CH₂+3O₃→CO₂+3O₂+3H₂O的反应从CMP浆中去除有机残留物，所述有机残留物包括官能团-CH₂。

在上述方法中，通过连接至所述CMP系统的抛光单元的O₃/DIW生成器生成所述O₃/DIW溶液，并且其中，清洗平坦化的所述MG层包括使用磨光垫和所述抛光单元中的所述O₃/DIW溶液来磨光所述半导体结构的表面，所述抛光单元包括连接至所述O₃/DIW生成器以向所述磨光垫供给所述O₃/DIW溶液的管道。

在上述方法中，O₃/DIW生成器连接至所述CMP系统的清洗单元以供给所述O₃/DIW溶液。

在上述方法中，所述清洗单元包括连接至所述O₃/DIW生成器的水槽，并且其中，清洗平坦化的所述MG层包括在进一步连接至兆声波生成器的所述水槽中清洗所述半导体结构的表面，所述兆声波生成器配置成向包含在所述水槽中的所述O₃/DIW溶液提供振荡。

在上述方法中，所述清洗单元包括连接至所述O₃/DIW生成器的喷嘴，并且其中，清洗平坦化的所述MG层包括使用进一步连接至兆声波生成器的所述喷嘴清洗所述半导体结构的表面，所述兆声波生成器配置成向所述O₃/DIW溶液提供振荡以形成将从所述喷嘴喷射至所述半导体结构的表面的O₃/DIW雾。

在上述方法中，所述清洗单元包括：刷子，配置成刷洗所述半导体结构的表面；以及喷嘴，连接至所述O₃/DIW生成器，其中，清洗平坦化的所述MG层包括使用所述刷子和从所述喷嘴喷射的所述O₃/DIW溶液刷洗所述半导体结构的表面。