CN114322468A - 一种晶片干燥方法 - Google Patents

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唐斌
陈忠奎
朱红波
乐海威
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Abstract

本发明提供一种晶片干燥方法,该方法在干燥槽内通入弱酸性水溶液,将晶片放入所述干燥槽内并浸泡在所述弱酸性水溶液内,往所述干燥槽内通入氮气及异丙醇蒸汽并排出所述弱酸性水溶液以实现晶片的干燥,其中,所述晶片表面具有刻蚀孔或刻蚀槽,所述刻蚀孔或所述刻蚀槽的底部显露出金属互连线,所述金属互连线的材质包括铝或铝铜合金。本发明的晶片干燥方法中,由于干燥槽内的液体采用弱酸性水溶液,可以阻止纯水水解提供氢氧根离子,从而阻止金属铝的腐蚀,防止金属连接处出现空洞异常而影响品质,最终提高互连金属线连接处的可靠性。本发明的晶片干燥方法并未引入其它的杂质或化学液,干燥成本低廉,可以进行大规模推广。

Description

一种晶片干燥方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域,涉及一种晶片干燥方法。
背景技术
晶片的湿法清洗后的干燥技术是影响晶片成品良率,器件的品质及可靠性最重要的因素之一。在湿法清洗工艺流程中通常包括化学反应、清洗和干燥三个步骤,干燥是最后一步,也是必不可少的一步。随着技术节点的提高,技术要求越来越高,刻蚀孔的深宽比越来越大,由于刻蚀孔深度提高,刻蚀孔底部的好坏难以发现,因为通过目前应用中的方法也只能看到晶圆表面异常,对于深的刻蚀孔或深孔里是否有异常,现有技术没有比较好的方式去监测。即便使用透射电子显微镜(简称TEM),也很难找到深孔中的异常以精确控制,从而无法及时发现异常,从而使大量晶片良率受到影响时才发现异常点,所以对湿法刻蚀的干燥能力也提出了挑战。
现有技术中,槽式清洗的目的是把刻蚀后产生的废物清洗掉,然后通过干燥制程将晶片干燥。而后段制程都有铝或者铝铜合金,虽然有常见的TiN、Ta、W、Ti等以及它们的氮化物TiN、WN、TaN等作为金属间的隔离层,但因为隔离层的电阻较高,其生长厚度有一定的限制,有时不能完全阻止铝或者铝铜合金直接接触清洗液,清洗液主要的试剂含有氨类。干燥制程是将晶片浸泡在纯水中,设定一定的速度排出纯水,并通过喷嘴向晶片喷出一定温度的气体(氮气、异丙醇),通过异丙醇与纯水在晶片表面的张力区别以去除晶片表面的水分而实现晶片的干燥。
随着集成电路发展,晶片上的电路密度越来越大,所含元件数量不断增加,晶片表面的器件越来越小,导致晶片表面无法满足连线,所以通过多层金属互相连线来满足设计要求。这样就需要通过刻蚀介电层形成通孔或者沟槽,并通过在通孔或者沟槽中填充导电材料实现多层金属间的互连,最后通过焊盘把相关信息传出去。
目前常规的金属都是铝,或者铝铜合金。在刻蚀通孔或者沟槽后都有相关的清洗功能,清洗后就一定有干燥。但是随着器件的越来越小,对于金属间连接处的品质要求越来高。目前在干燥的时候都是把晶片浸泡于纯水中,设定一定的速度排出纯水,这样就有一个严重的问题,晶片在纯水中金属铝会水解,导致金属连接处出现空洞异常而影响品质,从而使大量的晶圆报废而造成损失。
因此,如何改进干燥工艺以提高互连金属线连接处的可靠性,成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种晶片干燥方法,用于解决现有晶片清洗干燥工艺容易导致金属腐蚀而引起晶圆报废的问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种晶片干燥方法,包括以下步骤:
在干燥槽内通入弱酸性水溶液,所述弱酸性水溶液的PH值范围是5.6-6.9;
将晶片放入所述干燥槽内并浸泡在所述弱酸性水溶液内,所述晶片表面具有刻蚀孔或刻蚀槽,所述刻蚀孔或所述刻蚀槽的底部显露出金属互连线,所述金属互连线的材质包括铝或铝铜合金;
往所述干燥槽内通入氮气及异丙醇蒸汽,并排出所述弱酸性水溶液。
可选地,将纯水进行弱酸化处理以得到所述弱酸性水溶液。
可选地,往纯水内通入二氧化碳以得到所述弱酸性水溶液。
可选地,往纯水内加入弱酸以得到所述弱酸性水溶液。
可选地,所述晶片进入所述干燥槽之前经过了清洗步骤,所述清洗步骤采用的清洗液包括氨基化合物。
可选地,所述干燥槽内的所述弱酸性水溶液的温度范围是20 ℃-80 ℃。
可选地,通入所述干燥槽内的氮气的温度范围是35 ℃-200 ℃,通入所述干燥槽内的异丙醇蒸汽的温度范围是35 ℃-200 ℃。
可选地,通过传感器侦测所述弱酸性水溶液的阻值。
可选地,所述弱酸性水溶液的阻值范围是0.1兆欧姆•厘米-10兆欧姆•厘米。
可选地,当所述干燥槽内的所述弱酸性水溶液全部排出后,停止往所述干燥槽内通入异丙醇蒸汽,并继续往所述干燥槽内通入氮气以吹干所述晶片。
如上所述,本发明的晶片干燥方法在干燥槽内通入弱酸性水溶液,将晶片放入所述干燥槽内并浸泡在所述弱酸性水溶液内,往所述干燥槽内通入氮气及异丙醇蒸汽并排出所述弱酸性水溶液以实现晶片的干燥,其中,所述晶片表面具有刻蚀孔或刻蚀槽,所述刻蚀孔或所述刻蚀槽的底部显露出金属互连线,所述金属互连线的材质包括铝或铝铜合金,由于干燥槽内的液体采用弱酸性水溶液,可以阻止纯水水解提供氢氧根离子,从而阻止金属铝的腐蚀,防止金属连接处出现空洞异常而影响品质,最终提高互连金属线连接处的可靠性。本发明的晶片干燥方法并未引入其它的杂质或化学液,干燥成本低廉,可以进行大规模推广。
附图说明
图1显示为本发明的晶片干燥方法的工艺流程图。
图2显示为所述晶片的剖面结构示意图。
图3显示为在所述晶片干燥后制作导电插塞及上层金属互连线层的示意图。
元件标号说明:S1-S3 步骤,1 基底层,2 下层金属互连线层,3 介质层,4 刻蚀孔,5 导电插塞,6 上层金属互连线层。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图3。需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1,本发明提供一种晶片干燥方法,包括以下步骤:
S1:在干燥槽内通入弱酸性水溶液,所述弱酸性水溶液的PH值范围是5.6-6.9;
S2:将晶片放入所述干燥槽内并浸泡在所述弱酸性水溶液内,所述晶片表面具有刻蚀孔或刻蚀槽,所述刻蚀孔或所述刻蚀槽的底部显露出金属互连线,所述金属互连线的材质包括铝或铝铜合金;
S3:往所述干燥槽内通入氮气及异丙醇蒸汽,并排出所述弱酸性水溶液。
作为示例,将纯水进行弱酸化处理以得到所述弱酸性水溶液。所述弱酸化处理的目的是使水溶液中含有氢离子,阻止纯水水解提供氢氧根离子,从而阻止金属铝的腐蚀。
作为示例,所述弱酸化处理可以是往纯水内通入二氧化碳以得到所述弱酸性水溶液。本实施例中,优选往纯水内通入二氧化碳直至饱和。其中,可以通过传感器侦测纯水的阻值来监控二氧化碳在水溶液中的浓度,及时调整以保证浓度的稳定性。
作为示例,所述弱酸性水溶液的阻值范围是0.1兆欧姆•厘米-10兆欧姆•厘米。
作为示例,所述弱酸化处理也可以是往纯水内加入弱酸以得到所述弱酸性水溶液,弱酸的种类可以根据需要进行选择,但需保证加入后的PH值满足所述弱酸性水溶液不与后段晶片结构中的金属反应。
作为示例,请参阅图2,显示为所述晶片的剖面结构示意图,包括基底层1、下层金属互连线层2、介质层3及刻蚀孔4,其中,所述下层金属互连线层2位于所述基底层1上,所述介质层3位于所述基底层1上并覆盖所述下层金属互连线层2,所述刻蚀孔4贯穿所述介质层3以显露所述下层金属互连线层2。其中,所述基底层1可以是硅片或其它合适的半导体衬底,其中可预先制作有晶体管、存储单元或其它所需的电路元件,所述金属互连层2与所述基底层1中的电路元件电连接,所述介质层3可包括二氧化硅层、氮化硅层或其它合适的绝缘层,所述刻蚀孔4是通过光刻工艺及刻蚀工艺形成于所述介质层3中,所述刻蚀孔4在后续工艺过程中用于制作导电插塞以实现在垂直方向上位于不同层的金属互连线层之间的电连接。在其它实施例中,所述刻蚀孔4也可以是刻蚀沟槽。
作为示例,请参阅图3,显示为在所述晶片干燥后制作导电插塞5及上层金属互连线层6的示意图,所述下层金属互连线层2与所述上层金属互连线层6通过所述导电插塞5实现互连。
需要指出的是,在其它实施例中,所述下层金属互连线层2下方可设有其它金属互连层,所述上层金属互连线层6上方可继续制作更多金属互连层。
作为示例,所述晶片进入所述干燥槽之前经过了清洗步骤以清除刻蚀后产生的废物,所述清洗步骤采用的清洗液包括氨基化合物。
具体的,在清洗步骤之后,氨基化合物可能部分残留于晶片表面,在后续干燥工艺中,若干燥槽内通入的是中性的纯水,残留于晶片表面的氨基化合物会在纯水中水解,产生氢氧根离子,使得纯水的PH值增大,从而增加铝或铝铜合金的腐蚀,方程式如下:RNH2 -+H2O→RNH3+OH-,Al+4OH-→Al(OH)4 -+3e-,其中,R为烃基。
而本发明中,由于干燥槽内通入的是弱酸性溶液,其中含有氢离子,残留在晶片表面的氨基化合物与其反应,可以阻止氨基化合物与纯水水解提供氢氧根离子,从而阻止金属铝的腐蚀,防止所述下层金属互连线层2的表面及内部出现空洞而降低所述下层金属互连线层2与后续形成的导电插塞之间的连接可靠性。
具体的,所述弱酸性溶液阻止氨基化合物与纯水水解提供氢氧根离子的方程式如下:CO2+H2O→H2CO3,H2CO3→HCO3 -+H+,RNH2 -+H+→RNH3。可见,所述弱酸性溶液中的氢离子中和了残留的氨基化合物,可有效防止阻止氨基化合物与纯水水解提供氢氧根离子。
具体的,由于所述弱酸性溶液中碳酸的酸性非常弱,在阻止纯水水解防止金属铝的腐蚀的同时,不会破坏晶片上的结构,安全有效。
作为示例,设定所述干燥槽内的所述弱酸性水溶液的温度范围是20 ℃-80 ℃,通入所述干燥槽内的氮气的温度范围是35 ℃-200 ℃,通入所述干燥槽内的异丙醇蒸汽的温度范围是35 ℃-200 ℃,其中,在不影响晶片上结构的前提下,通入的气体温度越高,干燥速度越快。
具体的,本发明利用异丙醇蒸汽干燥晶片的原理是:当晶片浸泡在弱酸性溶液中,通入的异丙醇蒸汽凝结在所述弱酸性溶液表面以降低其中水的表面张力,当所述弱酸性溶液逐渐排出时,晶片逐渐露出液面,在液面下降过程中,异丙醇蒸汽不断凝结在所述弱酸性溶液表面,晶片和所述弱酸性溶液的界面处的水因表面张力降低而剥离晶片。随着液面逐渐下降,晶片表面的水也逐渐被剥离晶片表面。
作为示例,所述弱酸性溶液的排出速度可以设定为0.1 mm/s-500 mm/s。
作为示例,当所述干燥槽内的所述弱酸性水溶液全部排出后,停止往所述干燥槽内通入异丙醇蒸汽,并继续往所述干燥槽内通入35 ℃-200 ℃的氮气以吹干所述晶片表面残留的异丙醇及少量的水汽。
综上所述,本发明的晶片干燥方法在干燥槽内通入弱酸性水溶液,将晶片放入所述干燥槽内并浸泡在所述弱酸性水溶液内,往所述干燥槽内通入氮气及异丙醇蒸汽并排出所述弱酸性水溶液以实现晶片的干燥,其中,所述晶片表面具有刻蚀孔或刻蚀槽,所述刻蚀孔或所述刻蚀槽的底部显露出金属互连线,所述金属互连线的材质包括铝或铝铜合金,由于干燥槽内的液体采用弱酸性水溶液,可以阻止纯水水解提供氢氧根离子,从而阻止金属铝的腐蚀,防止金属连接处出现空洞异常而影响品质,最终提高互连金属线连接处的可靠性。本发明的晶片干燥方法并未引入其它的杂质或化学液,干燥成本低廉,可以进行大规模推广。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种晶片干燥方法,其特征在于,包括以下步骤:
在干燥槽内通入弱酸性水溶液,所述弱酸性水溶液的PH值范围是5.6-6.9;
将晶片放入所述干燥槽内并浸泡在所述弱酸性水溶液内,所述晶片表面具有刻蚀孔或刻蚀槽,所述刻蚀孔或所述刻蚀槽的底部显露出金属互连线,所述金属互连线的材质包括铝或铝铜合金;
往所述干燥槽内通入氮气及异丙醇蒸汽,并排出所述弱酸性水溶液。
2.根据权利要求1所述的晶片干燥方法,其特征在于:将纯水进行弱酸化处理以得到所述弱酸性水溶液。
3.根据权利要求2所述的晶片干燥方法,其特征在于:往纯水内通入二氧化碳以得到所述弱酸性水溶液。
4.根据权利要求2所述的晶片干燥方法,其特征在于:往纯水内加入弱酸以得到所述弱酸性水溶液。
5.根据权利要求1所述的晶片干燥方法,其特征在于:所述晶片进入所述干燥槽之前经过了清洗步骤,所述清洗步骤采用的清洗液包括氨基化合物。
6.根据权利要求1所述的晶片干燥方法,其特征在于:所述干燥槽内的所述弱酸性水溶液的温度范围是20 ℃-80 ℃。
7.根据权利要求1所述的晶片干燥方法,其特征在于:通入所述干燥槽内的氮气的温度范围是35 ℃-200 ℃,通入所述干燥槽内的异丙醇蒸汽的温度范围是35 ℃-200 ℃。
8.根据权利要求1所述的晶片干燥方法,其特征在于:通过传感器侦测所述弱酸性水溶液的阻值。
9.根据权利要求1所述的晶片干燥方法,其特征在于:所述弱酸性水溶液的阻值范围是0.1兆欧姆·厘米-10兆欧姆·厘米。
10.根据权利要求1所述的晶片干燥方法,其特征在于:当所述干燥槽内的所述弱酸性水溶液全部排出后,停止往所述干燥槽内通入异丙醇蒸汽,并继续往所述干燥槽内通入氮气以吹干所述晶片。
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