防止金屬腐蝕的半導體工藝的清洗方法
2023-09-10 23:34:45 1
專利名稱：防止金屬腐蝕的半導體工藝的清洗方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體清洗工藝，且特別涉及一種利用陰極保護(cathodic protection)法防止金屬腐蝕的半導體工藝的清洗方法。
在超大規模集成電路(Very Large Scale Integration，VLSI)工藝技術中，最頻繁的步驟就是晶片的洗淨步驟，約佔全部工藝步驟的30％，因此其重要性非常高。矽晶片洗淨的主要目的是為了去除矽晶片表面的金屬雜質與有機化合物的汙染，以及減少微粒的附著。過量的金屬雜質汙染會造成p-n接面漏電、少數載子的生命期縮減、以及與門及氧化層的崩潰電壓降低等問題。另一方面，微粒的附著則會影響微影工藝中圖形轉印的真實度，甚至造成電路結構的短路。
晶片洗淨工藝可概括分成兩階段，一階段為前段工藝(front end ofline，FEOL)清洗，如擴散及磊晶工藝的前清洗、氧化層、氮化矽的去除及復晶矽蝕刻與去除，另一階段為後段工藝(back end of line，BEOL)清洗，如金屬間介電層與金屬層蝕刻後的清洗、光阻去除前後的清洗、CMP的後清洗及晶片的再生處理(reclaim)等等。
在目前的清洗工藝中，有三項重要的目的，即降低晶片金屬雜質量、降低有機化合物汙染以及減少微粒數量。隨著深次微米工藝技術的快速發展，對微粒數量與金屬雜質量的要求相對地更加嚴苛，尤其是對金屬雜質量的要求。
目前晶片表面的清洗方法中最常見的是以RCA洗淨技術進行。RCA清洗技術是使用弱酸或弱鹼水溶液作為清洗液，將晶片浸泡於此具有酸鹼值的清洗液中，並通過適當的應力，將晶片表面的汙染物移除。然而，在半導體後段金屬工藝的清洗過程中，晶片表面暴露出的金屬內連線表面的金屬原子會與清洗液中的酸根離子或鹼根離子產生化學或電化學反應而形成金屬離子，也就是使晶片表面金屬產生腐蝕的現象，導致產品合格率的降低及生產成本的增加。
本發明提出一種半導體後段工藝的清洗方法，利用陰極保護法來防止晶片表面金屬層的腐蝕，並通過一犧牲陽極提供晶片表面金屬層所需的電荷，以使晶片表面的金屬原子不會受到酸根離子或鹼根離子(例如是H+與OH-)的攻擊，而有效地提升產品的合格率及降低生產的成本。
本發明提出一種防止金屬腐蝕的半導體工藝的清洗方法，提供待清洗的晶片，且晶片上已形成有金屬層，再將晶片置入一化學清洗裝置中，以化學清洗液清洗晶片表面，同時以陰極保護法保護金屬層。接著，洗淨晶片上的化學清洗液，再乾燥晶片。
本發明在利用化學清洗液清洗晶片的過程中，可以通過外加的電流提供防止晶片表面金屬層氧化所需的電荷，以避免晶片表面的金屬層受到腐蝕，進而提高產品合格率並降低生產成本。
為使本發明的上述和其它目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合附圖，作詳細說明
圖2是本發明較佳實施例中可防止金屬腐蝕的化學清洗裝置的示意圖。附圖標記說明100化學清洗槽
102隔離槽104化學清洗液106電解質溶液108晶片110犧牲陽極112鹽橋114電源供應器S100～S110步驟上述的SC1清洗液經管線傳輸至SC1化學清洗槽內，以清洗晶片。清洗方式則包括使SC1清洗液噴灑至晶片表面進行衝刷洗淨，或者是使晶片浸於SC1清洗液中，並配合超聲波振蕩器對晶片進行清洗；而清洗溫度為75℃至85℃左右，且清洗時間為5分鐘左右。
接著，請參照
圖1，進行快速清洗步驟S102，將通過步驟S100清洗後的晶片置入第一溢流槽中，再利用快速衝洗的方式，將晶片表面殘留的第一化學清洗液衝離晶片表面，以達到洗淨晶片的效果，其中所用的清洗液可以是去離子水。
接著，進行第二化學清洗步驟S104，將通過步驟S102清洗後的晶片置入第二化學清洗槽中，以第二化學清洗液去除附著於其表面且無法被前述第一化學清洗液除去的微量金屬汙染物及氫氧化物，其中以陰極保護法保護金屬層。此第二化學清洗液例如是SC2溶液(HCl/H2O2/H2O＝1∶1∶6，hydrochloric acid/hydrogen peroxidemixture，簡稱HPM)，其具有較低的pH值範圍，再加上溶解在溶液中的氧氣，可使金屬汙染物以離子的型態溶解而清除去。另外第二化學清洗槽的結構例如是與第一化學清洗槽的結構相似。
另外SC2清洗液經管線傳輸至SC2化學清洗槽內，用以對晶片進行清洗。清洗方式則包括使SC2清洗液噴灑至晶片表面進行衝刷洗淨，或者是使晶片浸於SC2清洗液中進行清洗；而清洗溫度為75℃至85℃左右，且清洗時間為5分鐘左右。
接著，請參照圖1所示，進行快速清洗步驟S106，將通過步驟S104清洗後的晶片置入第二溢流槽中，再利用快速衝洗的方式，將晶片表面殘留的化學清洗液衝離晶片表面，以達到洗淨晶片的效果，其中所用的清洗液例如是去離子水。
接著，進行洗滌步驟S108，將晶片置入最後水洗(Final Rinse，FR)槽，並配合超聲波振蕩器對晶片進行清洗，以使晶片進一步清洗乾淨。
接著，進行乾燥步驟S110，使晶片置入於乾燥槽中進行乾燥，此乾燥槽例如是一異丙醇(IPA)乾燥槽，其是通過異丙醇蒸氣將晶片的水份帶走，而達到乾燥的目的。
另一方面，請參照圖2，是本發明較佳實施例中，可防止金屬腐蝕的化學清洗裝置的示意圖。此化學清洗裝置包含裝有化學清洗液104的化學清洗槽100，以及隔離槽102，而化學清洗槽100與隔離槽102之間，設有一鹽橋112連接，其中在隔離槽102中裝有電解質溶液106，且在鹽橋112中也裝有電解質溶液，以作為電性傳導之用。
另外，此化學清洗裝置是利用電源供應裝置114提供陰極保護的電源，此電源供應裝置114的負極，與晶片108電性連接，且正極與位於隔離槽102中的犧牲陽極110電性連接，其中犧牲陽極110的材質例如是鐵、銅、鋁與石墨等等。
在此化學清洗裝置中，為提供足夠電位與電荷給晶片108以達到足夠的陰極保護效果，電源供應裝置114供應的電壓與電流量需視實際的需要進行調整，其作法舉例說明如下。
當晶片表面金屬層為鋁，且犧牲陽極為鐵的情形時，由兩者本身的氧化電位進行比較，可以發現鋁的氧化電位高於鐵的氧化電位，因此，此時電源供應裝置114必須施加一定的電壓來克服鋁與鐵的氧化電位的差異，以使犧牲陽極發生氧化反應，並提供電荷給鋁金屬以防止其產生氧化反應，而達到保護晶片表面的鋁金屬的目的。
再者，本實施例將犧牲陽極110置於隔離槽102中，再通過鹽橋112與晶片108進行電性導通，此作法是為了避免在氧化犧牲陽極110的同時，所產生的金屬離子再度造成晶片108表面的汙染。
本發明的半導體晶片的清洗方法具有以下所述的優點。在利用化學清洗液清洗晶片的過程中，可以通過外加的電流提供，防止晶片表面金屬層氧化所需的電荷，以避免晶片表面的金屬層受到腐蝕，進而提高產品合格率並降低生產成本。
雖然本發明已以一較佳實施例公開如上，但其並非用以限定本發明，任何熟悉該技術的人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，可作各種的更動與潤飾，但本發明的保護範圍應當以權利要求限定的為準。
權利要求
1.一種防止金屬腐蝕的半導體工藝的清洗方法，包括提供待清洗的一晶片，該晶片上已形成有一金屬層；將該晶片置入一第一化學清洗裝置中，以一第一化學清洗液清洗該晶片，並以陰極保護法保護該金屬層；洗淨該晶片上的該第一化學清洗液；乾燥該晶片。
2.根據權利要求1所述的防止金屬腐蝕的半導體工藝的清洗方法，其特徵在於提供陰極保護的該第一化學清洗裝置包括一化學清洗槽，內置該第一化學清洗液，而該晶片置於該第一化學清洗液中；一隔離槽，內置一電解質溶液，且該隔離槽與該化學清洗槽之間以一鹽橋相連；一犧牲陽極，置於該電解質溶液中；一電源供應裝置，與該犧牲陽極與該晶片與電性連接，且該電源供應裝置所提供的電壓足以使該犧牲陽極上產生氧化反應，並提供電子給該晶片以產生陰極保護效果。
3.根據權利要求1所述的防止金屬腐蝕的半導體工藝的清洗法，其中該第一化學清洗液包括組成為NH4OH/H2O2/H2O＝1∶1∶5的SC1清洗液。
4.根據權利要求1所述的防止金屬腐蝕的半導體工藝的清洗方法，其特徵在於在該乾燥該晶片的步驟之前還包括將該晶片置入一第二化學清洗裝置中，使用一第二化學清洗液清洗該晶片以洗去該第一化學清洗液所無法去除的至少一汙染物，其中並以陰極保護法保護該金屬層；洗淨該晶片上的該第二化學清洗液。
5.根據權利要求4所述的防止金屬腐蝕的半導體工藝的清洗方法，其特徵在於提供陰極保護的該第二化學清洗裝置包括一化學清洗槽，內置該第二化學清洗液，而該晶片是置於該第二化學清洗液中；一隔離槽，內置一電解質溶液，且該隔離槽與該化學清洗槽之間以一鹽橋相連；一犧牲陽極，置於該電解質溶液中；一電源供應裝置，與該犧牲陽極與該晶片電性連接，且該電源供應裝置所提供的電壓足以使該犧牲陽極上產生氧化反應，並提供電子給該晶片以產生陰極保護效果。
6.根據權利要求5所述的防止金屬腐蝕的半導體工藝的清洗方法，其特徵在於該第二化學清洗液包括組成為HCl/H2O2/H2O＝1∶1∶6的SC2清洗液。
7.一種防止金屬腐蝕的半導體工藝的清洗方法，其特徵在於包括提供待清洗的一晶片，該晶片上已形成有一金屬層；將該晶片置入一第一化學清洗裝置中，以一第一化學清洗液清洗該晶片，其中並以陰極保護法保護該金屬層；洗淨該晶片上的該第一化學清洗液；將該晶片置入一第二化學清洗裝置中，使用一第二化學清洗液清洗該晶片以除去該第一化學清洗液所無法除去的至少一汙染物，其中並以陰極保護法保護該金屬層；洗淨該晶片上的該第二化學清洗液；乾燥該晶片。
8.根據權利要求7所述的防止金屬腐蝕的半導體工藝的清洗方法，其特徵在於提供陰極保護的該第一化學清洗裝置包括一化學清洗槽，內置該第一化學清洗液，而該晶片是置於該第一化學清洗液中；一隔離槽，內置一電解質溶液，且該隔離槽與該化學清洗槽之間以一鹽橋相連；一犧牲陽極，置於該電解質溶液中；一電源供應裝置，與該犧牲陽極與該晶片電性連接，且該電源供應裝置所提供的電壓足以使該犧牲陽極上產生氧化反應，並提供電子給該晶片以產生陰極保護效果。
9.根據權利要求7所述的防止金屬腐蝕的半導體工藝的清洗方法，其特徵在於該第一化學清洗液包括組成為NH4OH/H2O2/H2O＝1∶1∶5的SC1清洗液。
10.根據權利要求7所述的防止金屬腐蝕的半導體工藝的清洗方法，其特徵在於提供陰極保護的該第二化學清洗裝置包括一化學清洗槽，內置該第二化學清洗液，而該晶片是置於該第二化學清洗液中；一隔離槽，內置一電解質溶液，且該隔離槽與該化學清洗槽之間以一鹽橋相連；一犧牲陽極，置於該電解質溶液中；一電源供應裝置，與該犧牲陽極與該晶片電性連接，且該電源供應裝置所提供的電壓足以使該犧牲陽極上產生氧化反應，並提供電子給該晶片以產生陰極保護效果。
11.根據權利要求7所述的防止金屬腐蝕的半導體工藝的清洗方法，其特徵在於該第二化學清洗液包括組成為HCl/H2O2/H2O＝1∶1∶6的SC2清洗液。
全文摘要
一種防止金屬腐蝕的半導體工藝的清洗方法,其步驟如下:首先提供待清洗的晶片,此晶片上已形成有一金屬層,再將晶片置入化學清洗裝置中,以化學清洗液清洗晶片表面,同時以陰極保護法保護金屬層。接著,洗淨晶片上的化學清洗液,再乾燥晶片即完成。
文檔編號B08B3/04GK1326217SQ01129350
公開日2001年12月12日 申請日期2001年6月13日 優先權日2001年6月13日
發明者陳中泰 申請人:旺宏電子股份有限公司