CN101266914B - 湿法清洗工艺及使用此清洗工艺的半导体元件的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种湿法清洗工艺，适用于经过碱液或有机溶液处理的基底，此方法包括至少进行一次第一冲洗步骤，接着，再进行第二冲洗步骤。第一冲洗步骤包括以含有二氧化碳的去离子水冲洗基底，接着，将含有二氧化碳的去离子水排除，使基底暴露于充满二氧化碳的气体环境中。第二冲洗步骤则是以含有二氧化碳的去离子水冲洗基底。

Description

湿法清洗工艺及使用此清洗工艺的半导体元件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种半导体工艺方法，且特别涉及一种湿法清洗工艺及使用此清洗工艺的半导体元件的制造方法。

背景技术

光刻工艺可用来图案化各种的材料层，或是用来在选择的区域进行一些工艺，例如是离子注入，是半导体元件的工艺中举足轻重的步骤。典型的光刻工艺方法是在材料层上涂布一层光刻胶层，然后，经由曝光工艺，选择性地照射光刻胶层上部分的区域，之后，再经由显影液去除部分的光刻胶层，以形成光刻胶图案。当光刻胶层为正光刻胶时，显影液去除的是产生裂解的曝光处；当光刻胶层为负光刻胶时，显影液则是移除未产生交联的未曝光处。当光刻胶图案形成之后，则可以其作为掩模，进行后续的介电层蚀刻、金属层蚀刻或是离子注入工艺等。当后续的蚀刻或是离子注入工艺完成之后，则必须将光刻胶层去除。光刻胶层可以干法或是湿法来去除。通常，干法可以采用氧等离子体；湿法则是以有机溶剂或是各种的酸性溶液来去除。之后，再进行清洗的工艺，以去除基底表面上残留的光刻胶层或者杂质。

以上述传统的光刻、蚀刻技术来进行金属层的图案化时，或是进行其他的绝缘层的蚀刻但在蚀刻的过程中裸露出金属层时，尤其是金属层的材质为铝金属层或是铝铜合金时，会造成金属微腐蚀(metal micro-corrosion)。金属微腐蚀即为所熟知的孔洞(pitting)问题。

美国专利第5,175,124号提出一种半导体元件的制造方法。该专利中揭露在以有机溶液去除光刻胶层之后，以碳酸水(carbonated water)冲洗基底，可以减少金属微腐蚀的现象。

另，在美国专利第5,336371号中提出一种半导晶片的清洗方法。该专利中揭露在清洗槽中通入二氧化碳，并使水溢流，可以减少金属微腐蚀的现象。

上述两个专利所揭露的方法虽可减少部分金属微腐蚀的现象，但是，仍无法将金属微腐蚀的问题降低到可以接受的范围。

发明内容

本发明旨在提供一种湿法清洗工艺，其可以减少金属微腐蚀的现象。

本发明提供一种半导体元件的制造方法，其可以减少金属微腐蚀的现象。

本发明提出一种湿法清洗工艺，此工艺包括至少进行第一冲洗步骤，此步骤包括以含有二氧化碳的去离子水冲洗基底，该基底上包括金属材料，在冲洗该基底之后，再排除含有二氧化碳的去离子水，且同时持续通入二氧化碳，使基底上的金属材料暴露于充满二氧化碳的气体环境中。

依照本发明实施例所述，上述的湿法清洗工艺中，以含有二氧化碳的去离子水冲洗基底的方法包括在清洗槽中持续通入去离子水与二氧化碳，使去离子水溢流。

依照本发明实施例所述，上述的湿法清洗工艺中，使基底暴露于充满二氧化碳的气体环境中的方法包括排出清洗槽中的去离子水，但持续通入二氧化碳。

依照本发明实施例所述，上述的湿法清洗工艺中，清洗槽包括快排冲水清洗槽。

依照本发明实施例所述，上述的湿法清洗工艺，更包括第二冲洗步骤，第二冲洗步骤是以含有二氧化碳的去离子水冲洗基底。

依照本发明实施例所述，上述的湿法清洗工艺中第二冲洗步骤和第一冲洗步骤是在同一个清洗槽中进行，且第二冲洗步骤是以溢流的含有二氧化碳的去离子水冲洗基底。

依照本发明实施例所述，上述的湿法清洗工艺，更包括第三冲洗步骤，第三冲洗步骤是以去离子水冲洗基底。

依照本发明实施例所述，上述的湿法清洗工艺中，第三冲洗步骤是在清洗槽中进行，且是以溢流的去离子水冲洗基底。

依照本发明实施例所述，上述的湿法清洗工艺中，金属材料包括铝或铝铜合金。

依照本发明实施例所述，上述的湿法清洗工艺中，金属材料上包括抗反射层。

本发明提出一种半导体元件的制造方法。首先，提供基底，基底上具有金属层，接着，在金属层上方形成光刻胶层。之后，以光刻胶层为蚀刻掩模，进行蚀刻工艺，以蚀刻金属层。其后，以干法移除光刻胶层，再以有机溶液或是碱性溶液移除蚀刻过程中所形成的聚合物副产物以及杂质。之后，进行至少第一冲洗步骤，其包括：以含有二氧化碳的去离子水冲洗基底；以及在冲洗该基底之后，排除该含有二氧化碳的去离子水，且同时持续通入二氧化碳，使基底上的该金属层暴露于充满二氧化碳的气体环境中。

依照本发明实施例所述，上述的半导体元件的制造方法中，第一冲洗步骤之后更包括第二冲洗步骤，第二冲洗步骤是以含有二氧化碳的去离子水冲洗基底。

依照本发明实施例所述，上述的湿法清洗工艺中第二冲洗步骤和第一冲洗步骤是在同一个清洗槽中进行，且第二冲洗步骤是以溢流的含有二氧化碳的去离子水冲洗基底。

依照本发明实施例所述，上述的半导体元件的制造方法中，第二冲洗步骤之后更包括第三冲洗步骤，第三冲洗步骤是以去离子水冲洗基底。

依照本发明实施例所述，上述的半导体元件的制造方法中，所述的蚀刻工艺是用以蚀刻金属层，以形成金属线。

依照本发明实施例所述，上述的半导体元件的制造方法，更包括在金属层与光刻胶层之间形成绝缘层，且蚀刻工艺更包括蚀刻绝缘层，以形成裸露出金属层的开口。

依照本发明实施例所述，上述的半导体元件的制造方法中，绝缘层为金属层间介电层，开口包括介层窗开口。

依照本发明实施例所述，上述的半导体元件的制造方法中，绝缘层为金属层间介电层，开口包括双重金属镶嵌开口。

依照本发明实施例所述，上述的半导体元件的制造方法中，绝缘层为保护层，开口为焊垫开口。

依照本发明实施例所述，上述的半导体元件的制造方法中，在形成光刻胶层之前，更包括在金属层上形成抗反射层。

本发明确实可以有效减少金属微腐蚀的现象，使金属微腐蚀的现象降低到可以接受的范围。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为依据本发明第一实施例所示的一种绘示湿法清洗工艺的流程图。

图2A至图2C为依据本发明第二实施例所示的金属线的制造方法的流程剖面示意图。

图3A至图3C为依据本发明第三实施例所示的一层窗开口的制造方法的流程剖面示意图。

图4A至图4D为依据本发明第四实施例所示的双重金属镶嵌开口的制造方法的流程剖面示意图。

图5A至图5C为依据本发明第五实施例所示的一种焊垫开口的制造方法的流程剖面示意图。

附图标记说明

10～30：步骤　　　　　　　　　　200、300、400、500：基底

202、302、402、502：金属层      204、304、404、504：抗反射层

205：金属线                     220、320、410、420、520：光刻胶图案

306：介电层                     308、408：介层窗开口

412：沟槽                       414：双重金属镶嵌开口

506：保护层                     506a：氧化硅层

506b：氮化硅层                  508：焊垫开口

具体实施方式

实施例一

图1为依据本发明实施例所示的一种湿法清洗工艺的流程图。

请参照图1，本发明的湿法清洗工艺，适用于基底，此基底上包括金属材料，金属材料为易于腐蚀的材料，例如是铝或铝铜合金。此外，金属材料上还可包括抗反射层，例如是钛、钽、氮化钛、氮化钽、氮氧化硅或其组合物等。金属材料在进行蚀刻的过程中裸露出来，且金属材料上方的光刻胶层已经去除，并且蚀刻过程中所产生的聚合物副产物以及杂质已经以碱性溶液如胺类溶解去除，再以有机溶剂，例如是N-甲基吡咯烷酮(NMP)或异丙醇将基底表面上残留的胺类去除。

此清洗方法包括至少进行第一冲洗步骤10，以去除基底表面上的有机溶剂或胺类。第一冲洗步骤10包括步骤12以及步骤14。步骤12是以含有二氧化碳的去离子水冲洗基底。步骤14是排除步骤12中含有二氧化碳的去离子水，使基底暴露于充满二氧化碳的气体环境中。

第一冲洗步骤10可以在清洗槽中进行。清洗槽例如是快排冲水清洗槽(QDR)。在进行步骤12时，可以在清洗槽中持续通入水例如是去离子水与二氧化碳，并使去离子水溢流。步骤12进行的时间可以是大约5秒至90秒。所通入二氧化碳的流量例如是约为3至20升/分钟。

在进行步骤14时，虽排出步骤12所使用的是清洗槽中的去离子水，但二氧化碳并不停止供应，而还是在清洗槽中持续通入二氧化碳，以使基底暴露于充满二氧化碳的气体环境中。步骤14所通入二氧化碳的流量例如是约为3至20升/分钟通入的时间可以是大约5秒至120秒。

在本发明实施例中，在含有二氧化碳的去离子水中进行冲洗的步骤12，可以去除基底表面上的有机溶剂或胺类，并且可以减少金属微腐蚀的现象。而步骤14，排出清洗槽中的去离子水，但持续通入二氧化碳，则可以确保基底暴露于充满二氧化碳的气体环境中，避免基底与空气接触。经实验证实，在进行第一清洗步骤10中，避免基底暴露于空气中，可以有效减少金属微腐蚀的现象，这可能是因为二氧化碳可以减少基底上的碱或是有机溶剂的作用。

在本发明实施例中，第一冲洗步骤10进行的次数依实际的需要而定。在一个实施例中，第一冲洗步骤10至少进行1次，但不超过7次。当进行的第一冲洗步骤10次数过低，基底无法完全清洗干净。当进行的第一冲洗步骤10次数过多，则反而容易导致金属微腐蚀的现象。

在一个实施例中，上述的湿法清洗工艺还包括第二冲洗步骤20，其可以在清洗槽中持续通入水例如是去离子水与二氧化碳，并使去离子水溢流。第二冲洗步骤20所通入二氧化碳的流量例如是约为3至20升/分钟，进行的时间可以是大约3秒至120秒。第二冲洗步骤20所使用的清洗槽可以采用第一清洗步骤10所使用的清洗槽，例如是快排冲水清洗槽。

在一个实施例中，上述的湿法清洗工艺还包括第三冲洗步骤30，第三冲洗步骤30是以去离子水冲洗基底。第三冲洗步骤30可以在清洗槽中进行，且可以以溢流的去离子水冲洗基底。在进行第三冲洗步骤30时，可以同时进行检测，以判断基底清洗的程度是否符合所需。

本发明的清洗方法可以应用于各种的半导体工艺之中，以下特举数个实施例来说明。

实施例二

图2A至图2C为依据本发明第二实施例所示的一种金属线的制造方法的流程剖面示意图。

请参照图2A，在基底200上方形成一层金属层202，金属层202的材料为易于腐蚀的材料，例如是铝或铝铜合金。在一个实施例中，金属层202上还形成一层抗反射层204，其材料例如是钛、钽、氮化钛、氮化钽或其组合物等。之后，进行光刻工艺，在抗反射层204上形成光刻胶图案220。

接着，请参照图2B，以光刻胶图案220为掩模，进行非等向性蚀刻工艺，以图案化抗反射层204与金属层202，形成金属线205。

之后，请参照图2C，移除光刻胶图案220，再进行清洗工艺，以去除残留的碱液或是有机溶液。清洗工艺可以采用上述实施例之一所述的方法，其可以避免金属线205的侧壁遭受腐蚀而形成孔洞。其后，再将基底200干燥。例如可以利用异丙醇来施行。

实施例三

图3A至图3C为依据本发明第三实施例所示的介层窗开口的制造方法的流程剖面示意图。

请参照图3A，提供基底300，其上已形成一层金属层302，金属层302的材料为易于腐蚀的材料，例如是铝或铝铜合金。在一个实施例中，金属层302上还形成一层抗反射层304，其材料例如是钛、钽、氮化钛、氮化钽、氮氧化硅或其组合物等。接着，在抗反射层304上形成一层介电层306。介电层306的材质例如是氧化硅或是介电常数低于4的低介电常数材料。之后，进行光刻工艺，在介电层306上形成光刻胶图案320。

接着，请参照图3B，以光刻胶图案320为掩模，进行非等向性蚀刻工艺，以蚀刻介电层306，并蚀穿抗反射层304，形成裸露出金属层302的介层窗开口308。

之后，请参照图3C，移除光刻胶图案320，再进行清洗工艺，以去除残留的碱液或是有机溶液。清洗工艺可以采用上述实施例之一所述的方法，其可以避免裸露出来的金属层302的表面遭受腐蚀而形成孔洞。其后，再将基底300干燥。例如可以利用异丙醇来施行。

实施例四

图4A至图4D为依据本发明第四实施例所示的双重金属镶嵌开口的制造方法的流程剖面示意图。

请参照图4A，提供基底400，其上已形成一层金属层402，金属层402的材料为易于腐蚀的材料，例如是铝或铝铜合金。在一个实施例中，金属层402上还形成一层抗反射层404，其材料例如是钛、钽、氮化钛、氮化钽或其组合物等。接着，在抗反射层404上形成一层介电层406。介电层406的材质例如是氧化硅或是介电常数低于4的低介电常数材料。之后，进行光刻工艺，在介电层406上形成光刻胶图案420。

接着，请参照图4B，以光刻胶图案420为掩模，进行非等向性蚀刻工艺，以蚀刻介电层406，并蚀穿抗反射层404，形成裸露出金属层402的介层窗开口408。

之后，请参照图4C，移除光刻胶图案420，再进行清洗工艺，以去除残留的碱液或是有机溶液。清洗工艺可以采用上述实施例之一所述的方法，其可以避免裸露出来的金属层402的表面遭受腐蚀而形成孔洞。

然后，请参照图4C，在介电层406上形成另一层光刻胶图案410，并以其为掩模，蚀刻介电层406，以在介电层406中形成与介层窗开口408连通的沟槽412，沟槽412与介层窗开口408构成双重金属镶嵌开口414。

其后，请参照图4D，移除光刻胶图案410，再进行清洗工艺，以去除残留的碱液或是有机溶液。清洗工艺可以采用上述实施例之一所述的方法，其可以避免裸露出来的金属层402的表面遭受腐蚀而形成孔洞。其后，再将基底400干燥。例如可以利用异丙醇来施行。

上述的实施例是以先形成介层窗开口再形成沟槽来说明，然而，也可以先形成沟槽再形成介层窗开口。只要是在去除光刻胶图案时，金属层已被裸露出来，都可以采用本发明实施例之一所述的方法来进行清洗，达到避免裸露出来的金属层的表面遭受腐蚀而形成孔洞的功效。

实施例五

图5A至图5C为依据本发明第五实施例所示的一种焊垫开口的制造方法的流程剖面示意图。

请参照图5A，提供基底500，其上已形成一层金属层502，金属层502的材料为易于腐蚀的材料，例如是铝或铝铜合金。在一个实施例中，金属层502上还形成一层抗反射层504，其材料例如是钛、钽、氮化钛、氮化钽或其组合物等。接着，在抗反射层504上形成一层保护层506。保护层506例如是由氧化硅层506a与氮化硅层506b所组成。之后，以光刻工艺在保护层506上形成光刻胶图案520。

接着，请参照图5B，以光刻胶图案520为掩模，进行非等向性蚀刻工艺，以蚀刻保护层506，并蚀穿抗反射层504，形成裸露出金属层502的焊垫开口508。

之后，请参照图5C，移除光刻胶图案520，再进行清洗工艺，以去除残留的碱液或是有机溶液。清洗工艺可以采用上述实施例之一所述的方法，其可以避免裸露出来的金属层502的表面遭受腐蚀而形成孔洞。其后，再将基底500干燥。例如可以利用异丙醇来施行。

实例

以表1所示的步骤1至8的顺序进行具有铝铜合金金属线的基底清洗工艺。其是先在快排冲水清洗槽中以含有二氧化碳的去离子水冲洗基底，步骤1，再排除快排冲水清洗槽中含有二氧化碳的去离子水，但持续通入二氧化碳，步骤2，使基底暴露于充满二氧化碳的气体环境中。接着，进行步骤3-6，其中步骤3、5与步骤1相同，但，时间略有不同；步骤4、6与步骤2相同，但，时间略有不同。步骤7、8，则还是在同一个快排冲水清洗槽中以含有二氧化碳的去离子水冲洗基底。实验的结果显示基底上金属腐蚀所造成的孔洞缺陷大概是10颗左右，孔洞的直径大小小于0.3微米。

表1

 

步骤	时间(秒)	供应去离子水	排除去离子水	供应二氧化碳
					1	10	O		O
2	9		O	O
					3	70	O		O
4	8		O	O
					5	70	O		O
6	8		O	O
					7	45	O		O
8	60	O		O

比较例

以表2所示的步骤1至8的顺序进行具有铝铜合金金属线的基底的清洗工艺。比较例与实例的方法相似，但在进行步骤2、4、6时，仅是将含有二氧化碳的去离子水排出快排冲水清洗槽，使基底裸露于空气之中，而不持续通入二氧化碳。此外，在进行步骤7、8时，也仅以去离子水冲洗，而不通入二氧化碳。实验的结果显示基底上金属腐蚀所造成的孔洞缺陷大概是50颗左右，孔洞的直径大小约为0.8微米。

表2

 

步骤	时间(秒)	供应去离子水	排除去离子水	供应二氧化碳
					1	10	O		O
2	9		O
					3	70	O		O
4	8		O

 

步骤	时间(秒)	供应去离子水	排除去离子水	供应二氧化碳
					5	70	O		O
6	8		O
					7	45	O
8	60	O

由以上的结果显示，本发明在以含有二氧化碳的去离子水清洗之后，在排出水的过程中持续通入二氧化碳，可以进一步减少孔洞缺陷。

虽然本发明已以数个实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当由权利要求所界定的为准。

Claims (21)

1.一种湿法清洗工艺，包括：

至少进行第一冲洗步骤，该步骤包括：

以含有二氧化碳的去离子水冲洗基底，该基底上包括金属材料；以及

在冲洗该基底之后，排除该含有二氧化碳的去离子水，且同时持续通入二氧化碳，使该基底上的该金属材料暴露于充满二氧化碳的气体环境中。

2.如权利要求1所述的湿法清洗工艺，其中以该含有二氧化碳的去离子水冲洗该基底的方法包括在清洗槽中持续通入去离子水与二氧化碳，使该去离子水溢流。

3.如权利要求2所述的湿法清洗工艺，其中使该基底暴露于该充满二氧化碳的气体环境中的方法包括排出该清洗槽中的去离子水，但持续通入二氧化碳。

4.如权利要求2所述的湿法清洗工艺，其中该清洗槽包括快排冲水清洗槽。

5.如权利要求1所述的湿法清洗工艺，更包括在该第一冲洗步骤之后进行第二冲洗步骤，该第二冲洗步骤是以含有二氧化碳的去离子水冲洗该基底。

6.如权利要求5所述的湿法清洗工艺，其中该第二冲洗步骤和该第一冲洗步骤是在同一个清洗槽中进行，且该第二冲洗步骤是以溢流的含有二氧化碳的去离子水冲洗该基底。

7.如权利要求6所述的湿法清洗工艺，其中进行该第二冲洗步骤和该第一冲洗步骤的该清洗槽为快排冲水清洗槽。

8.如权利要求7所述的湿法清洗工艺，更包括在该第二冲洗步骤之后进行第三冲洗步骤，该第三冲洗步骤是以去离子水冲洗该基底。

9.如权利要求8所述的湿法清洗工艺，其中该第三冲洗步骤是在清洗槽中进行，且是以溢流的去离子水冲洗该基底。

10.如权利要求1所述的清洗工艺，其中该金属材料包括铝或铝铜合金。

11.如权利要求1所述的湿法清洗工艺，其中该金属材料上包括抗反射层。

12.一种半导体元件的制造方法，包括：

提供基底，该基底上具有金属层；

在该金属层上方形成光刻胶层；

以该光刻胶层为蚀刻掩模，进行蚀刻工艺，以蚀刻该金属层；

以干法移除该光刻胶层；以及

以有机溶液或碱性溶液移除蚀刻工艺形成的聚合物副产物与杂质；

进行至少第一冲洗步骤，包括：

以含有二氧化碳的去离子水冲洗该基底；以及

在冲洗该基底之后，排除该含有二氧化碳的去离子水，且同时持续通入二氧化碳，使该基底上的该金属层暴露于充满二氧化碳的气体环境中。

13.如权利要求12所述的半导体元件的制造方法，更包括在该第一冲洗步骤之后进行第二冲洗步骤，该第二冲洗步骤是以含有二氧化碳的去离子水冲洗该基底。

14.如权利要求13所述的半导体元件的制造方法，其中该第二冲洗步骤和该第一冲洗步骤是在同一个清洗槽中进行，且该第二冲洗步骤是以溢流的含有二氧化碳的去离子水冲洗该基底。

15.如权利要求14所述的半导体元件的制造方法，更包括在该第二冲洗步骤之后进行第三冲洗步骤，该第三冲洗步骤是以去离子水冲洗该基底。

16.如权利要求12所述的半导体元件的制造方法，其中该蚀刻工艺，是用以蚀刻该金属层以形成金属线。

17.如权利要求12所述的半导体元件的制造方法，更包括在该金属层与该光刻胶层之间形成绝缘层，且该蚀刻工艺更包括蚀刻该绝缘层，以形成裸露出该金属层的开口。

18.如权利要求17所述的半导体元件的制造方法，其中该绝缘层为金属层间介电层，该开口包括介层窗开口。

19.如权利要求17所述的半导体元件的制造方法，其中该绝缘层为金属层间介电层，该开口包括双重金属镶嵌开口。

20.如权利要求17所述的半导体元件的制造方法，其中该绝缘层为保护层，该开口为焊垫开口。

21.如权利要求12所述的半导体元件的制造方法，在形成该光刻胶层之前，更包括在该金属层上形成抗反射层。

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