[发明专利]一种颗粒物清除效率的快速评价方法

说明书

本发明公开了一种颗粒物清除效率的快速评价方法，对半导体制造中化学机械抛光处理后的晶圆表面颗粒物的清除效率进行评价，包括：切割处理晶片得到晶片样品，进行沾染实验，获得待清洗的晶样；进行形貌分析，获得清洗前三维形貌图像；用清洗液进行清洗实验，得到清洗后的晶样；获得清洗后三维形貌图像；将得到的清洗前/后三维形貌图像分别在垂直方向上截取高度H处的横截面，对应得到晶片表面清洗前/后颗粒污染物状况的图像，对图像进行分析处理，得到清洗前/后颗粒污染物数量或面积，计算清洗效率，其中高度H大于晶片样品表面的平均粗糙度且小于颗粒污染物平均粒径的一半。本发明的评价方法能实现快速、低成本的清除效率的评价。

技术领域

本发明涉及半导体生产制造后处理领域。更具体地说，本发明涉及一种颗粒物清除效率的快速评价方法。

背景技术

在半导体生产制造过程中，随着特征尺寸不断减小和晶圆尺寸的增大，化学机械抛光(Chemical Mechanism Polishing，CMP)已经成为实现晶圆表面高度平坦化的主要手段。经过CMP处理后的晶圆，会在晶圆表面残留大量的金属离子、颗粒、有机物等污染物。有机物残留会破坏晶圆表面的黏附性，使器件结构中的膜层易于剥离，影响器件的可靠性。颗粒吸附在晶圆表面，可能会引起铜互连电路的短路或断路，从而破坏器件性能甚至失效。金属离子及其氧化物主要影响铜互连的电阻，从而使铜互连的RC延迟受到影响。故CMP后需要采用清洗液将污染物尽可能地去除。清洗液对于CMP处理后颗粒污染物的清除能力(Particle Removal Efficiency，PRE)是评价其清洗效果的一个重要指标。对于CMP处理后晶圆表面的颗粒污染物，主要是CMP过程使用的研磨液中的研磨粒子，如Al₃O₂、CeO₂，SiO₂等，并以SiO₂最为常用；此外也有少量抛光液中的氧化剂成分与铜反应形成的Cu₂O和CuO等腐蚀产物。

研究清洗液对CMP处理后颗粒物的清除能力，通常采用与芯片生产工艺相当的设备和工艺条件，如附图1所示。晶圆在CMP机台(如Applied Materials公司的Reflexion LK等)抛光后吹干，通过晶圆缺陷检测系统(如KLA Tencor公司的SURFSCAN SP2等)检测晶圆总体缺陷，然后通过SEM设备在放大10000倍以上(如Applied Materials公司的SEM VisionG4 MAX等)随机选取一定数量的缺陷进行拍摄，对相应的缺陷人工进行分类(如SiO₂、有机物、划痕等)，按照比例推算晶圆表面颗粒物的数量，之后在CMP机台采用清洗液进行清洗，吹干后再次进行缺陷检测和分类，最后计算清洗液对颗粒物的清洗能力。

采用上述方法接近清洗液实际使用的工况和条件，但是该方法有以下几个明显的缺点：需要占用大量昂贵的生产设备，可能影响正常的生产活动；检测设备操作较为繁琐，需要有丰富经验的工程师人工对晶圆缺陷进行分类识别并进行统计，耗费周期长；检测耗费成本大，每次测试都需要采用大量的清洗液和晶圆(通常为12英寸或者8英寸)；因为采用SEM在高倍率下进行人工随机统计，采样范围和统计数目很小，同时受到操作人员的影响较大，结果重复性很差。采用该方法受到很多条件的限制，不利于清洗液的快速评价、筛选和分析工作。因此亟需寻找一种能替代现有的评价方法，能准确高效且低成本的评价颗粒物清除效率的方法。

发明内容

本发明的一个目的是解决上述问题，并提供后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种颗粒物清除效率的快速评价方法，通过预处理、沾污、清洗、数据采集以及数据处理等五个步骤，实现快速、低成本的颗粒物清除效率的评价和清洗液的筛选。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种颗粒物清除效率的快速评价方法，包括以下步骤：

1)切割处理晶片得到晶片样品，在晶片样品表面通过已知粒径的颗粒污染物进行沾染实验，获得待清洗的晶样；