CN102569021A - 一种减少金属流电腐蚀的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减少金属流电腐蚀的方法。此方法包括在使用含氟的清洗剂清洗完刻蚀残余后，在槽式清洗机的去离子水槽中鼓入二氧化碳气体，然后进行清洗剂的漂洗。本发明的方法可有效减少铝金属层刻蚀清洗后流电腐蚀的产生。

Description

一种减少金属流电腐蚀的方法

技术领域

本发明涉及一种减少金属流电腐蚀的方法，更具体地说，本发明涉及一种减少半导体铝金属层刻蚀后清洗过程中流电腐蚀的方法。

背景技术

在通常的半导体制造工艺中，通过在晶圆上的介质层，如二氧化硅、氮化硅及低k材料等或导电层如Al(铝)，Cu(铜)等表面上涂光刻胶，曝光显影后，然后利用等离子体干法刻蚀把电路图案转移到相应的导电层或介质层上。刻蚀及灰化完成后的光刻胶残余和刻蚀时产生的侧壁钝化保护层，利用有机清洗液来除去。目前生产上采用的刻蚀后清洗液主要有两类，一种是以羟胺为主要活性成份的清洗液，如EKC265，EKC270，EKC270T，ACT935，ACT940等，另一类主要是以F离子为活性成分的清洗液如IDEAL Clean960，IDEAL Clean 815，ST-250，EKC520，SST-A2等。

为了减轻铝线的电迁移，半导体晶圆中用的金属铝中一般含有1～3wt％的铜。如果铜在物理气象淀积过程中分布不均匀的话，会形成铜富集的核。这些核很容易在清洗过程中对周围的铝形成流电腐蚀。对于两类清洗液清洗后的铝线都有可能发生流电腐蚀。下面是为了减轻流电腐蚀所采取的方法。

US5545289A在刻蚀完成后的灰化过程引入氧气(O₂)，含胺气体(Rx)₃-N，水蒸气(H₂O)，及含氟气体(CH_XF_Y)在金属线的侧壁形成钝化保护层，来减少氯引起的腐蚀和流电腐蚀。灰化后形成的刻蚀保护层在接下来的湿法去刻蚀残余的环节中还是要去掉的，铝铜的界面还是会暴露在电解质溶液的环境中，所以对与防止流电腐蚀的效果有限。

US5946589首先是利用刻蚀后灰化的过程中，在灰化的腔体中在230～250℃条件下，通入氧气，使铝的表面形成一层400～800A氧化物保护膜，来保护铝，其次把漂洗的水降低到5～10℃，来降低流电腐蚀的速度。氧气来钝化铝的表面的效果应该很差难以估计，因为铝的表面被致密的刻蚀钝化层所包裹。在后续的清洗过程中，如果使用含氟的清洗剂，这层氧化保护膜会被清洗液中的氟离子剥掉，难以起到保护的作用。降低漂洗水的温度，理论上应该有一定效果。

US6274504B2利用65～85℃和20～40℃的纯溶剂(NMP)直接清洗刻蚀后的残余防止腐蚀，因为没有电解质的环境，减轻腐蚀的效果较好，但是纯溶剂中没有活性成分，对于无机含量较高的残余难以去除干净。

US6524965B2利用阴极保护的办法，在清洗槽之外的另一个槽内加入牺牲阳极，降低清洗槽的电势来保护晶圆上的金属层。这种做法从理论上来说可以缓解清洗液对金属的腐蚀，降低清洗液的蚀刻速率，但是流电腐蚀是因为铝与铜不同的电势差产生电化学加速腐蚀，在电解质的环境下，整体的低电势并不会有什么效果。

US2005/02714393A1发明了一种在在旋转单晶圆清洗机上，在刻蚀后清洗完成后，利用在去离子水中加入O₂，O₃，CO₂，N₂，空气，增强去离子水的电离程度，来去除晶圆上因为摩擦产生的电荷，减少对双大马士革工艺中铜导电层腐蚀和绝缘层材料介电常数变化。

US7732345B2为了减少对低介电常数物质的损害和降低双大马士革图形关键尺寸的改变，用温和的含氟的清洗液清洗低介电材料刻蚀后晶圆，对于没有完全去除掉的刻蚀残余，根据晶圆刻蚀后到刻蚀后清洗的时间，来选择相应的电阻值的去离子水漂洗，去离子水的电阻值有充入二氧化碳的浓度来控制。同时也解决了清洗后的图形尺寸变化的问题。

US6156661与US5981454用一种含有羟胺，有机酸，氢氧化氨，pH缓冲溶液的金属保护液来取代刻蚀后清洗时所用的有机溶剂，或者用作CMP清洗后的减少缺陷的清洗剂。这种做法可以有效的减少金属的腐蚀程度，只是在应用需要的大量的金属保护液，因为该保护液的性质会随着晶圆表面带入清洗槽内的清洗液的数量迅速改变。

EKC的研究人员Robert S.研究了含氟清洗液清洗后，去离子水漂洗过程中的铝金属的表面变化，发现随着去离子水清洗时间的加长，铝的表面会变的粗糙，加入CO₂以后，铝金属线条会变窄。

综合而言，现有技术并没有完全解决在半导体制造工艺中铝金属层刻蚀后清洗时容易产生金属流电腐蚀的问题。特别是对于使用含氟清洗液清洗后，铝表面的氧化层被剥掉，铝与铜的界面直接暴露在电解质溶液的环境中，更最容易发生流电腐蚀。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种漂洗方法，可有效减少半导体铝金属层刻蚀后，用含氟清洗液清洗时的流电腐蚀。

本发明的技术方案如下：在刻蚀残余清洗完成后的去离子水漂洗过程中，在槽式化学清洗槽的去离子水中鼓入二氧化碳气体。

本发明中，去离子水的电阻率为0.1～0.6M ohm。

本发明中，去离子水的漂洗时间为2～6min。

本发明中，去离子水的清洗循环次数为1～6次。

本发明中，含氟的清洗剂优选为IDEAL Clean 960。

以前的文献中如US6156661，提到利用溶解CO₂的去离子水来减少腐蚀。但是该专利以及现在通用的作法都是在采用含羟胺的清洗剂时才利用CO₂来调节漂洗的去离子水的pH值，从而减少腐蚀。这因为含羟胺的清洗剂pH值一般在11～12之间，具有强碱性。在用水来清洗晶圆上残余的清洗液时，其中的羟胺会使pH值迅速升高，对金属腐蚀严重。加入CO₂后，会降低金属表面pH值，所以对减少腐蚀有帮助。

但是含氟的清洗液本身的pH值就较低，一般在5～9左右，所以人们通常认为并不需要在去离子水中加入CO₂。例如，EKC的研究人员发现，利用通入CO₂的去离子水清洗后，铝金属线条会变窄一些，没有说明其对铝层的保护作用。

而本发明利用含氟清洗液清洗后，在去离水中通入CO₂，会减轻或防止铝金属线条的流电腐蚀。对于取得这样效果的原因，我们认为可能是溶解的碳酸根离子被吸附在铝金属表面，有保护所用，或者是pH的降低使原电池反应发生的趋势变小的原因。去离子水中加入二氧化碳以后，去离子水中溶解的二氧化碳会电离，水的电阻值会下降，所以也可以用去离子水电阻值来表征通入的二氧化碳的多少。

本发明的积极效果在于：

1)本发明澄清了传统的含氟清洗液清洗以后的去离子水漂洗过程中加入二氧化碳无有益效果的认识；

2)在利用含氟清洗剂清洗刻蚀后的铝金属层残余后，利用溶解CO₂的去离子水来减少金属表面的流电腐蚀。

附图说明

图1为现有技术的晶圆电镜照片；

图2为现有技术下的腐蚀进一步严重的晶圆电镜照片；

图3为本发明一实施例的晶圆电镜照片；

图4为本发明另一实施例的晶圆电镜照片；

图5为本发明另一实施例的晶圆电镜照片；

图6为本发明另一实施例的晶圆电镜照片。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1～4

表1给出了对比例1及本发明的实施例1～4，采用市售的含氟清洗液IDEAL Clean 960清洗铝金属层刻蚀完后的晶圆以后，利用下面表中的实验方案漂洗。

表1

效果实施例

漂洗后，利用相同的旋转甩干程序干燥晶圆，最后用扫描电镜来检查晶圆上铝金属图案的表面流电腐蚀情况。电镜照片的结果如附图所示。对比实施例1的结果如图1所示，晶圆上铝金属层刻蚀后清洗时铜富集区产生流电腐蚀，如果这种流电腐蚀再严重一点，就会形成如图2的腐蚀程度。

而在用去离子水漂洗时通入CO₂以后，即实施例1～4的清洗结果如图3～6对应所示，都没发生有流电腐蚀。

由以上数据和附图表明，本发明的清洗方法具有以下优点：

在利用含氟清洗剂清洗刻蚀后的铝金属层残余后，利用溶解CO₂的去离子水有效的减少了铝金属表面的流电腐蚀。

Claims (5)

1.一种减少金属流电腐蚀的方法，刻蚀后的铝金属层在用含氟的清洗剂进行刻蚀残余清洗后，用去离子水漂洗，其特征在于：所述去离子水中鼓入二氧化碳气体。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述含氟的清洗剂为IDEALClean 960。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述去离子水的电阻率为0.1～0.6M ohm。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述去离子水的漂洗时间为2～6min。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述去离子水的清洗循环次数为1～6次。

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