護墊蝕刻程序後去除氟化鋁缺陷的方法

2023-05-02 17:46:36

專利名稱：護墊蝕刻程序後去除氟化鋁缺陷的方法
技術領域：
本發明涉及一種去除護墊蝕刻程序(pad etching process)後氟化鋁缺陷(ALF defect)的方法，且特別涉及一種利用清洗化學品(rinse chemicals)以去除護墊蝕刻程序後異常氟化所產生缺陷的方法。
由於半導體元件的晶片(wafer)是存放於晶舟(pod)內，每一晶舟約可儲放25片晶片。放在一起的晶片，其自光致抗蝕劑表面擴散出來的氟離子會使整個晶舟內充滿高濃度的氟離子。因此，部分氟離子會與裸露的鋁層反應，而在鋁層的表面形成氟化鋁的化合物(aluminum fluoride，AIFx)，造成異常氟化的情形。
以掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscopy，SEM)觀察護墊的氟化鋁缺陷，其分析結果顯示氟化鋁化合物(AIFx)為不規則的片狀結晶，且部分結晶的邊緣略有向上捲曲的情形。這種異常氟化的情形對半導體的後續加工過程有嚴重的影響，例如金球或鋁球無法順利的鍵結(bonding)於半導體元件上。如果晶片上有過多的半導體元件無法通過鍵結測試(bonding test)，傳統上的處置方法是直接報廢，不再使用。由於晶片十分昂貴，丟棄的晶片其成本轉嫁至正常的晶片上，因而使半導體元件的生產成本大大地增加。長久以來，相關廠商無不為此巨額損失所苦。
由上述可知，如何挽救具有異常氟化缺陷的半導體元件，以降低生產成本，實為研發人員努力的重要目標。

發明內容
本發明的目的在於提供一種護墊蝕刻程序後去除元件上氟化鋁缺陷的方法，此方法不但可有效地去除鋁層上的氟化鋁缺陷，且不會對鋁層造成腐蝕和損壞，進而使晶片的生產成本降低。
根據本發明的目的，提出一種於護墊蝕刻程序後去除元件上氟化鋁缺陷的方法，該方法包括以下步驟(a)應用EKC溶液，主要包括羥胺(hydroxylamine，HDA)，且應用的時間約為30分鐘；(b)應用一中間清洗化學品(intermediaterinse chemical)，如異丙醇(isopropyl alcohol，IPA)或N-甲基-四氫咯酮(N-methyl pyrrolidone，NMP)，且應用的時間範圍約為0.5-3分鐘，及(c)應用水於元件上。
為讓本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合附圖作詳細說明如下。
由於EKC溶液中的羥胺(HDA)遇水時會被分解，而產生一強氧化劑，此強氧化劑直接和鋁反應而嚴重破壞金屬層的鋁，造成鋁損失(AI loss)。雖然利用羥胺和水作為一般清洗步驟中的清洗溶液，容易損害半導體元件，不過本發明卻利用此方法並加以修正改良，以達到去除氟化鋁缺陷(ALF defect)的目的。
本發明是修正加工過程(1)，降低異丙醇(或N-甲基-四氫咯酮)的浸泡時間，並應用在護墊蝕刻程序之後。如此，經過異丙醇的短時間清洗，殘留在元件上的EKC溶液含量也相對地增加，而與水產生反應，如同蝕刻效果般將氟化鋁缺陷刮除。然而，刮除氟化鋁缺陷後的半導體元件還須通過元件特性測試，以確定元件可以運作。
此外，較小的塵粒需要更高的能量來將它們從晶片表面除去，其中一種解決方式是採用百萬赫茲超音波清洗技術(megasonic)。基於安全考量，異丙醇不能應用於megasonic技術。與異丙醇相比較，N-甲基-四氫咯酮(NMP)有較低的粘度和較高的閃火點(92℃，異丙醇為23℃)。因此，若以百萬赫茲超音波清洗技術衝洗晶片，中間清洗化學品必須選用N-甲基-四氧咯酮，而非異丙醇。綜上所述，本發明的中間清洗化學品，如異丙醇或N-甲基-四氫咯酮，其應用的浸泡時間範圍約為0.5-3.0分鐘之間，且較佳的時間範圍約為1.0-1.5分鐘之間。本發明的衝洗步驟和浸泡時間簡述如下EKC溶液(30分鐘)→異丙醇或NMP(0.5-3.0分鐘)→水 (2)

圖1繪示護墊蝕刻加工過程後半導體元件的鋁層的剖面圖。其中，半導體元件的剖面圖並未依實際尺寸繪示，且圖中只繪示重要相關要件。圖1中，由於氟離子與鋁反應，而在金屬鋁層100的上表面所形成的氟化鋁缺陷102，其結晶形狀為不規則，且部分結晶的邊緣甚至有捲曲現象。利用本發明的清洗方法，可以將部分的上鋁層刮除使得氟化鋁缺陷102連帶隨著鋁損失(Al loss)而去除。
根據實驗結果顯示，若浸泡於異丙醇的時間為1分鐘，本發明的鋁損失厚度約為250(d＝0.25K)。若是如傳統方法浸泡於異丙醇時間為10分鐘，則鋁損失厚度約只有5。一般而言，具有單一金屬層的半導體元件，其鋁層厚度約有5K，而具有多重內連線的半導體元件，其鋁層厚度約有7-8K。相較於5K或8K的厚度，本發明所造成的鋁損失0.25K尚在可容忍的範圍內，且又可達到去除氟化鋁缺陷的目的。
當半導體元件經過本發明的清洗流程後，必須經過質量檢查(Qualitycheck，QC)。以肉眼觀察元件，或以掃描式電子顯微鏡(scanning electronmicroscopy，SEM)仔細觀察元件的鋁層上是否還有氟化鋁缺陷，以及殘存的EKC溶液是否造成鋁層的嚴重損壞，其分析結果顯示幾乎100％的氟化鋁缺陷都可去除，且不會對鋁層造成嚴重腐蝕。
通過質量檢查之後，半導體元件需再經過電性測試，其測試結果顯示一切正常。並且，在合格率測試(yield test)上也無問題。其他元件性能的測試，如鍵結能力測試(bondability tests)和穩定度測試(reliability tests)，也一併進行。例如，鍵結能力測試可檢查金線可承受的推力(wire pull)和錫球可承受的應力(ball shear)；至於穩定度測試包括了附著性測試(PCT test)和高溫測試(bake test)。測試結果顯示經過本發明的清洗流程後的半導體元件，均可通過上述的各項測試。
如上所述，本發明的清洗流程(2)可應用在護墊蝕刻程序之後，不但可有效地去除氟化鋁缺陷，也不會對鋁層造成腐蝕和損壞。如此，原先有缺陷的晶片可被救回，而不需被報廢。製造廠商也因此省下大量的金錢，使晶片的生產成本大大降低。
雖然本發明已以較佳實施例公開如上，然其並非用於限定本發明，任何本領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，可作一些等效變化和變動，因此本發明的保護範圍以權利要求為準。
權利要求
1.一種護墊蝕刻程序後去除氟化鋁缺陷的方法，其特徵在於，包括以下的步驟應用EKC溶液，主要包括羥胺(hydroxylamine，HDA)，且應用時間為30分鐘；應用一中間清洗化學品(intermediate rinse chemical)，且應用時間範圍為0.5-3分鐘；及應用水於該元件上。
2.如權利要求1所述的去除氟化鋁缺陷的方法，其特徵在於所述的中間清洗化學品為異丙醇(isopropyl alcohol，IPA)。
3.如權利要求1所述的去除氟化鋁缺陷的方法，其特徵在於所述的中間清洗化學品為N-甲基-四氫咯酮(N-methyl pyrrolidone，NMP)。
4.如權利要求1所述的去除氟化鋁缺陷的方法，其特徵在於所述的應用該中間清洗化學品的時間範圍為1-1.5分鐘。
5.如權利要求1所述的去除氟化鋁缺陷的方法，其特徵在於所述的EKC溶液更包括了胺類(amine base)、有機溶劑、抑制腐蝕劑(corrosion inhibitor)和水。
6.一種護墊蝕刻程序後去除氟化鋁缺陷的方法，其特徵在於，包括以下的步驟應用EKC溶液，主要包括羥胺(hydroxylamine，HDA)，且應用時間為30分鐘；應用一中間清洗化學品(intermediate rinse chemical)，且應用時間約為1分鐘；及應用水於該元件上。
7.如權利要求6所述的去除氟化鋁缺陷的方法，其特徵在於所述的中間清洗化學品為異丙醇(isopropyl alcohol，IPA)。
8.如權利要求6所述的去除氟化鋁缺陷的方法，其特徵在於所述的中間清洗化學品為N-甲基-四氫咯酮(N-methyl pyrrolidone，NMP)。
全文摘要
本發明涉及一種護墊蝕刻程序後去除元件上氟化鋁缺陷的方法，包括以下步驟(a)應用EKC溶液，主要包括羥胺(hydroxylamine，HDA)，且應用的時間約為30分鐘；(b)應用一中間清洗化學品(intermediate rinse chemical)，如異丙醇(isopropyl alcohol，IPA)或N－甲基－四氫咯酮(N－methylpyrrolidone，NMP)，且應用的時間範圍約為0.5－3分鐘，及(c)應用水於元件上。本發明的方法可有效地去除氟化鋁缺陷而不會對鋁層造成腐蝕和損壞，使原先有缺陷的晶片可被救回，而不需被報廢，進而降低晶片的生產成本。
文檔編號H01L21/3213GK1477684SQ0213041
公開日2004年2月25日 申請日期2002年8月19日 優先權日2002年8月19日
發明者蘇炎輝, 吳敬斌, 李宏文, 連楠梓, 劉信成 申請人:旺宏電子股份有限公司