在製造半導體器件過程中清洗半導體晶片的波形花紋結構的方法
2023-06-12 20:39:06
專利名稱：在製造半導體器件過程中清洗半導體晶片的波形花紋結構的方法
背景技術：
拋光後，清洗晶片。圖5舉例說明了清洗金屬波形花紋結構的傳統方法。
圖5的步驟S1中，傳統的清洗方法首先除去晶片表面的顆粒。拋光晶片後，在刷洗單元中除去顆粒。在刷洗單元中，以刷洗器進行表面清洗處理，所用化學溶液為氨水。在同樣的刷洗單元中，用純水進行衝洗處理。
隨後，清洗方法繼續除去晶片表面的金屬雜質。在另一個刷洗單元中，除去金屬雜質。在步驟S2中，在刷洗單元中，用刷洗器進行表面清洗處理，所用化學溶液為酸溶液。在同樣的刷洗單元中，用純水進行衝洗處理。
除去金屬雜質後，在步驟S3中，清洗方法抑制晶片表面腐蝕。在表面腐蝕抑制單元中，晶片表面塗上1，2，3-苯並三唑(BTA)的化學溶液，這種化學溶液能有效地抑制銅(Cu)的腐蝕。隨後用純水進行衝洗處理。
最後，在表面腐蝕抑制處理後，清洗方法繼續乾燥晶片。在步驟S4中，晶片用純水衝洗，然後調整到旋轉衝洗單元中進行旋轉。這種旋轉運動乾燥晶片。
圖6是金屬波形花紋結構的銅插頭3的俯視圖，它是用上述的傳統清洗方法進行清洗的。在圖6中，銅插頭3嵌入由ILD1形成的通孔2中，其已熔化部分4，從插頭3處的表面在各個方面向外延伸。所提供的這種部分4已使插頭3與經ILD1的通孔2處的環形邊緣間的邊界不清。
本發明人認為，上述插頭表面輪廓的異常變形是由於聚集在插頭內的電荷釋放所導致的，這是因為在乾燥單元中用純水衝洗的緣故。
因此，一直需要一種清洗半導體晶片的金屬波形花紋結構而不導致插頭表面輪廓異常的方法。
根據本發明的一個舉例的實施方案，提供一種清洗半導體晶片的波形花紋結構的方法，其包括用純水處理已被拋光的晶片的步驟；和隨後不用純水處理晶片的步驟。
根據本發明的另一個具體的舉例的實施方案，提供一種清洗半導體晶片的波形花紋結構的方法，其按下列順序包括用化學溶液除去已被拋光的晶片表面的顆粒，然後再用純水衝洗此晶片；用化學溶液除去晶片表面的金屬雜質，然後再用純水衝洗此晶片；和乾燥晶片，不用純水進行任何衝洗。發明簡述如附圖所示，從下列更詳細說明本發明的舉例的實施方案中將明了本發明。附圖不是必須的比例尺寸，它只是用來強調說明本發明的原理。
圖1是根據本發明所述的清洗半導體晶片波形花紋結構方法的一個實施方案的工藝流程圖。
圖2(a)、2(b)、2(c)和2(d)是說明在本發明方法中所用化學溶液的結構式。
圖3是金屬波形花紋結構的分立或光亮銅(Cu)插頭的俯視圖，此插頭已依據本發明進行清洗。
圖4是根據本發明所述的清洗半導體晶片用於製造半導體器件的方法的另一個實施方案的工藝流程圖。
圖5是一個以傳統方法清洗半導體晶片的金屬波形花紋結構的工藝流程圖。
圖6示出暗的銅(Cu)表面的視圖，此銅已用圖5的傳統方法進行清洗。
舉例的實施方案說明圖1至圖4說明根據本發明所述的舉例的實施方案。
圖1中的工藝流程圖清晰地圖解了根據本發明清洗半導體晶片的波形花紋結構方法的一個實施方案。
根據以金屬波形花紋處理來製造金屬相聯的方法，在ILD中形成通孔。一層導電材料如銅被沉積，伸展在ILD表面之上。然後用化學機械拋光方法(CMP)，拋光金屬表面至ILD表面的下面，由此製得銅插頭。在此實施方案中，拋光後，半導體晶片包括波形花紋結構已被清洗。
在步驟S101中，清洗方法首先除去晶片表面的顆粒。拋光晶片後，在刷洗單元中除去顆粒。在刷洗單元中，以刷洗器進行表面清洗處理，所用化學溶液為氨水。在同樣的刷洗單元中，用純水進行衝洗。
氨水僅是可用來進行表面清洗處理以除去顆粒的化學溶液的一個例子。另一個例子是氨水電解溶液。還有一個例子是純水。
隨後，清洗方法繼續除去晶片表面的金屬雜質，此晶片表面的顆粒已被除去。在另一個刷洗單元中，除去金屬雜質。在步驟S102中，在刷洗單元中，用刷洗器進行表面清洗處理，所用化學溶液為酸溶液。在同樣的刷洗單元中，用純水進行衝洗處理。
酸溶液僅是可用來進行表面清洗處理以除去金屬雜質的化學溶液的一個例子。另一個例子是如圖2(a)所示的草酸溶液。還有一個例子是如圖2(b)所示的檸檬酸溶液。草酸和檸檬酸屬於含COOH的一類化合物。該類其他任何化合物溶液在表面清洗處理中都可用作除去金屬雜質的化學溶液。含氟溶液能有效地除去金屬雜質。如果需要，也可用含氟溶液除去晶片後表面的金屬雜質。
除去金屬雜質後，在步驟S103中，清洗方法繼續抑制晶片表面腐蝕。在表面腐蝕抑制單元中，晶片表面塗上1，2，3-苯並三唑(BTA)的化學溶液，這種化學溶液能有效地抑制銅(Cu)的腐蝕。隨後用純水進行衝洗處理。
圖2(c)是BTA的化學結構式。BTA僅是可用來塗在晶片表面的化學溶液的一個例子。另一個例子是1，2，4-三唑溶液，其化學結構式如圖2(d)所示。BTA和1，2，4-三唑屬於環狀化合物，這類化合物的其他任何一種溶液都能用來塗在晶片表面，以抑制表面腐蝕。
最後，在表面腐蝕抑制處理後，清洗方法繼續乾燥晶片，不用純水進行任何衝洗。在步驟S104中，晶片放在乾燥單元中進行處理。在此實施方案中，乾燥單元是一種旋轉衝洗單元，晶片放到旋轉衝洗單元中進行旋轉。這種旋轉運動能幹燥晶片。
根據本發明的實施方案，在步驟S104中，乾燥晶片不需用純水進行任何衝洗。當晶片放入旋轉衝洗單元時，晶片在表面腐蝕抑制處理中用化學溶液塗上表面之後，已用純水衝洗過。與傳統衝洗方法不同，晶片在旋轉之前，沒有立即用純水衝洗。
因此，在本發明的實施方案中，用純水進行衝洗之後，就不再用純水進行衝洗。在步驟S101、S102和S103的每一處理中，用純水衝洗是不允許的，除了化學溶液用到晶片的表面，而晶片保持在同樣的處理單元中時才允許。
根據本發明的實施方案，不允許用純水接連衝洗。不用純水進行任何衝洗，由於在乾燥單元中旋轉，晶片被乾燥。因為在乾燥單元中沒有用純水去衝洗晶片，聚集在銅插頭內的電荷就不再局部放電。其結果是各個銅插頭保持了原始表面輪廓。
當插頭與線路相聯，此線路不及插頭的直徑寬時，就不可能發生從導電插頭釋放電荷。據認為，當插頭在不及插頭的直徑寬的線路上，並與另一個比插頭的直徑要寬得多的線路相聯時，就發生從導電插頭釋放電荷。當插頭與線路相聯，此線路比插頭的直徑要寬得多時，就發生從導電插頭釋放電荷。
圖3是金屬波形花紋結構的銅插頭10的俯視圖，此銅插頭是根據本發明實施方案的清洗方法進行清洗的。在圖3中，銅插頭10嵌入通孔12裡，而通孔12通過ILD11形成。標號13指絕緣套。圖3清晰地顯示出銅插頭10與ILD11分開得很清楚明了。
比較圖3與圖6，就清晰地顯示出，在圖3中，銅插頭10沒有熔化的部分，所以銅插頭10與周圍ILD11間的邊界保持清晰明了。
在清洗方法中，如果插頭材料10不需要進行表面腐蝕抑制處理，就可以免去此步驟(步驟S103)。
清洗方法可包括另一種兆聲波清洗來除去晶片表面的顆粒。兆聲波清洗法使用的超聲波波長為800kHz～1MHz。在晶片拋光後和在晶片乾燥前，可進行兆聲波清洗。進行以下處理之前，可立即進行兆聲波清洗，這些處理有步驟S101中除去顆粒處理，或步驟S102中除去金屬雜質處理，或步驟S103中表面腐蝕抑制處理，或步驟S104中的乾燥處理。
圖4中的工藝流程解了根據本發明的另一個實施方案。這種實施方案基本上與前述的圖1所圖解的一樣，除了在晶片拋光後，提供兆聲波清洗以除去晶片的顆粒之外。因此，圖1和圖4同樣的步驟使用同樣的標號。
根據此實施方案，在步驟S201中，清洗方法首先進行兆聲波清洗。拋光晶片後，進行兆聲波清洗以除去晶片顆粒。
隨後，清洗方法以與圖1所示的實施方案相關解釋的相同方式，在步驟S101、S102、S103和S104中進行相同的處理。
在此實施方案中，為了不使電荷局部累積在導電插頭中，優選通過在所有方向提供純水或噴灑純水來進行衝洗處理。
在此實施方案中，所用銅插頭是導電插頭的一個例子。另一個例子是鎢的導電插頭。其他的例子是各種銅合金的導電插頭，銅合金包括一種選自鋁、銻、矽、錫、Tn、鋯、銀和鎂的金屬。
由於本發明已被詳細描述，很顯然，本領域的技術人員可根據前述的說明，結合舉例的實施方案，可進行許多替代、修改和改變。因此，可以預期附加的權利要求書將包含任何這樣的替代、修改和改變，如落入本發明的真實範圍和實質中。
本申請要求2002年4月19日提交的日本專利申請號2001-118069的優先權，其內容以其全文在此引作參考。
權利要求
1.一種清洗半導體晶片的波形花紋結構的方法，其包括用純水處理已被拋光的晶片的步驟；和隨後不用純水處理晶片的步驟。
2.如權利要求1所述的方法，其中用純水處理晶片的步驟只在用化學溶液處理晶片的步驟之後進行。
3.如權利要求2所述的方法，其中用化學溶液處理晶片的步驟和用純水處理晶片的步驟在同樣的單元中進行。
4.如權利要求1所述的方法，其中用純水處理晶片的步驟是在用化學溶液處理晶片的步驟進行之後衝洗晶片。
5.一種清洗半導體晶片的波形花紋結構的方法，其按下列順序包括用化學溶液除去已被拋光的晶片表面的顆粒，然後再用純水衝洗此晶片；用化學溶液除去晶片表面的金屬雜質，然後再用純水衝洗此晶片；和乾燥晶片，不用純水進行任何衝洗。
6.如權利要求5所述的方法，其進一步包括兆聲波清洗以除去已被拋光的晶片表面的顆粒。
7.如權利要求5所述的方法，其進一步包括用化學溶液抑制表面腐蝕，然後在乾燥晶片前，用純水衝洗晶片。
8.如權利要求5所述的方法，其中用來除去顆粒的化學溶液是氨水、氨電解液和純水中的一種。
9.如權利要求5所述的方法，其中用來除去金屬雜質的化學溶液是一種選自如下的溶液酸溶液、草酸溶液、檸檬酸溶液和其他任何一種含有COOH化合物的溶液。
10.如權利要求7所述的方法，其中用來抑制表面腐蝕的化學溶液是一種選自如下的溶液1，2，3-苯並三唑(BTA)溶液、1，2，4-三唑溶液和其他任何一種環狀化合物的溶液。
11.如權利要求5所述的方法，其中波形花紋結構的導電插頭是由導電材料製成的，此導電材料選自銅(Cu)、鎢(W)和銅合金中的一種，所述銅合金含有鋁、銻、矽、錫、Tn、鋯、銀和鎂中的一種。
12.如權利要求6所述的方法，其進一步包括用化學溶液抑制表面腐蝕，然後在乾燥晶片前，用純水衝洗晶片。
13.如權利要求6所述的方法，其中在兆聲波清洗中所用的化學溶液為氨水、氨電解液和純水中的一種。
14.如權利要求7所述的方法，其中用來除去顆粒的化學溶液是氨水、氨電解液和純水中的一種。
15.如權利要求6所述的方法，其中用來除去金屬雜質的化學溶液是一種選自如下的溶液酸溶液、草酸溶液、檸檬酸溶液和其他任何一種含有COOH化合物的溶液。
16.如權利要求7所述的方法，其中用來除去金屬雜質的化學溶液是一種選自如下的溶液酸溶液、草酸溶液、檸檬酸溶液和其他任何一種含有COOH化合物的溶液。
17.一種清洗半導體晶片的波形花紋結構的方法，其包括多個步驟，各個步驟是用純水處理晶片；和多個步驟，各個步驟是用化學溶液處理晶片，用化學溶液處理晶片的各個步驟是在相鄰兩個用純水處理晶片的多個步驟之間進行的。
全文摘要
本發明公開一種清洗半導體晶片的波形花紋結構的方法，其包括用純水處理已被拋光的晶片的步驟；和隨後不用純水處理晶片的步驟。
文檔編號H01L21/02GK1452219SQ0312257
公開日2003年10月29日 申請日期2003年4月21日 優先權日2002年4月19日
發明者久保亨 申請人:恩益禧電子股份有限公司