CN1452219A - 在制造半导体器件过程中清洗半导体晶片的波形花纹结构的方法 - Google Patents

在制造半导体器件过程中清洗半导体晶片的波形花纹结构的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种清洗半导体晶片的波形花纹结构的方法，其包括用纯水处理已被抛光的晶片的步骤；和随后不用纯水处理晶片的步骤。

Description

在制造半导体器件过程中清洗半导体晶片 的波形花纹结构的方法
发明背景
发明领域
本发明涉及一种在制造半导体器件过程中清洗半导体晶片的波形花纹的方法。
相关技术说明
目前，集成电路通常使用几层制造在包含有电器件的基片上面的互联结构。每个互联层制造在一种夹层电介质(ILD)中。根据用金属波形花纹方法进行的金属互联的制造，在每个ILD上通孔被蚀刻以便与导体在底层接触。一层导体材料如铜被沉积，伸展在ILD表面之上。然后采用化学机械抛光方法(CMP)，抛光金属表面至ILD表面的下面，由此制得铜插头。
抛光后，清洗晶片。图5举例说明了清洗金属波形花纹结构的传统方法。
图5的步骤S1中，传统的清洗方法首先除去晶片表面的颗粒。抛光晶片后，在刷洗单元中除去颗粒。在刷洗单元中，以刷洗器进行表面清洗处理，所用化学溶液为氨水。在同样的刷洗单元中，用纯水进行冲洗处理。
随后，清洗方法继续除去晶片表面的金属杂质。在另一个刷洗单元中，除去金属杂质。在步骤S2中，在刷洗单元中，用刷洗器进行表面清洗处理，所用化学溶液为酸溶液。在同样的刷洗单元中，用纯水进行冲洗处理。
除去金属杂质后，在步骤S3中，清洗方法抑制晶片表面腐蚀。在表面腐蚀抑制单元中，晶片表面涂上1，2，3-苯并三唑(BTA)的化学溶液，这种化学溶液能有效地抑制铜(Cu)的腐蚀。随后用纯水进行冲洗处理。
最后，在表面腐蚀抑制处理后，清洗方法继续干燥晶片。在步骤S4中，晶片用纯水冲洗，然后调整到旋转冲洗单元中进行旋转。这种旋转运动干燥晶片。
图6是金属波形花纹结构的铜插头3的俯视图，它是用上述的传统清洗方法进行清洗的。在图6中，铜插头3嵌入由ILD1形成的通孔2中，其已熔化部分4，从插头3处的表面在各个方面向外延伸。所提供的这种部分4已使插头3与经ILD1的通孔2处的环形边缘间的边界不清。
本发明人认为，上述插头表面轮廓的异常变形是由于聚集在插头内的电荷释放所导致的，这是因为在干燥单元中用纯水冲洗的缘故。
因此，一直需要一种清洗半导体晶片的金属波形花纹结构而不导致插头表面轮廓异常的方法。
发明概述
发明的目的是提供一种清洗半导体晶片的金属波形花纹结构而不导致插头表面轮廓异常的方法。
根据本发明的一个举例的实施方案，提供一种清洗半导体晶片的波形花纹结构的方法，其包括：
用纯水处理已被抛光的晶片的步骤；和
随后不用纯水处理晶片的步骤。
根据本发明的另一个具体的举例的实施方案，提供一种清洗半导体晶片的波形花纹结构的方法，其按下列顺序包括：
用化学溶液除去已被抛光的晶片表面的颗粒，然后再用纯水冲洗此晶片；
用化学溶液除去晶片表面的金属杂质，然后再用纯水冲洗此晶片；和
干燥晶片，不用纯水进行任何冲洗。发明简述
如附图所示，从下列更详细说明本发明的举例的实施方案中将明了本发明。附图不是必须的比例尺寸，它只是用来强调说明本发明的原理。
图1是根据本发明所述的清洗半导体晶片波形花纹结构方法的一个实施方案的工艺流程图。
图2(a)、2(b)、2(c)和2(d)是说明在本发明方法中所用化学溶液的结构式。
图3是金属波形花纹结构的分立或光亮铜(Cu)插头的俯视图，此插头已依据本发明进行清洗。
图4是根据本发明所述的清洗半导体晶片用于制造半导体器件的方法的另一个实施方案的工艺流程图。
图5是一个以传统方法清洗半导体晶片的金属波形花纹结构的工艺流程图。
图6示出暗的铜(Cu)表面的视图，此铜已用图5的传统方法进行清洗。
举例的实施方案说明
图1至图4说明根据本发明所述的举例的实施方案。
图1中的工艺流程图清晰地图解了根据本发明清洗半导体晶片的波形花纹结构方法的一个实施方案。
根据以金属波形花纹处理来制造金属相联的方法，在ILD中形成通孔。一层导电材料如铜被沉积，伸展在ILD表面之上。然后用化学机械抛光方法(CMP)，抛光金属表面至ILD表面的下面，由此制得铜插头。在此实施方案中，抛光后，半导体晶片包括波形花纹结构已被清洗。
在步骤S101中，清洗方法首先除去晶片表面的颗粒。抛光晶片后，在刷洗单元中除去颗粒。在刷洗单元中，以刷洗器进行表面清洗处理，所用化学溶液为氨水。在同样的刷洗单元中，用纯水进行冲洗。
氨水仅是可用来进行表面清洗处理以除去颗粒的化学溶液的一个例子。另一个例子是氨水电解溶液。还有一个例子是纯水。
随后，清洗方法继续除去晶片表面的金属杂质，此晶片表面的颗粒已被除去。在另一个刷洗单元中，除去金属杂质。在步骤S102中，在刷洗单元中，用刷洗器进行表面清洗处理，所用化学溶液为酸溶液。在同样的刷洗单元中，用纯水进行冲洗处理。
酸溶液仅是可用来进行表面清洗处理以除去金属杂质的化学溶液的一个例子。另一个例子是如图2(a)所示的草酸溶液。还有一个例子是如图2(b)所示的柠檬酸溶液。草酸和柠檬酸属于含COOH的一类化合物。该类其他任何化合物溶液在表面清洗处理中都可用作除去金属杂质的化学溶液。含氟溶液能有效地除去金属杂质。如果需要，也可用含氟溶液除去晶片后表面的金属杂质。
除去金属杂质后，在步骤S103中，清洗方法继续抑制晶片表面腐蚀。在表面腐蚀抑制单元中，晶片表面涂上1，2，3-苯并三唑(BTA)的化学溶液，这种化学溶液能有效地抑制铜(Cu)的腐蚀。随后用纯水进行冲洗处理。
图2(c)是BTA的化学结构式。BTA仅是可用来涂在晶片表面的化学溶液的一个例子。另一个例子是1，2，4-三唑溶液，其化学结构式如图2(d)所示。BTA和1，2，4-三唑属于环状化合物，这类化合物的其他任何一种溶液都能用来涂在晶片表面，以抑制表面腐蚀。
最后，在表面腐蚀抑制处理后，清洗方法继续干燥晶片，不用纯水进行任何冲洗。在步骤S104中，晶片放在干燥单元中进行处理。在此实施方案中，干燥单元是一种旋转冲洗单元，晶片放到旋转冲洗单元中进行旋转。这种旋转运动能干燥晶片。
根据本发明的实施方案，在步骤S104中，干燥晶片不需用纯水进行任何冲洗。当晶片放入旋转冲洗单元时，晶片在表面腐蚀抑制处理中用化学溶液涂上表面之后，已用纯水冲洗过。与传统冲洗方法不同，晶片在旋转之前，没有立即用纯水冲洗。
因此，在本发明的实施方案中，用纯水进行冲洗之后，就不再用纯水进行冲洗。在步骤S101、S102和S103的每一处理中，用纯水冲洗是不允许的，除了化学溶液用到晶片的表面，而晶片保持在同样的处理单元中时才允许。
根据本发明的实施方案，不允许用纯水接连冲洗。不用纯水进行任何冲洗，由于在干燥单元中旋转，晶片被干燥。因为在干燥单元中没有用纯水去冲洗晶片，聚集在铜插头内的电荷就不再局部放电。其结果是各个铜插头保持了原始表面轮廓。
当插头与线路相联，此线路不及插头的直径宽时，就不可能发生从导电插头释放电荷。据认为，当插头在不及插头的直径宽的线路上，并与另一个比插头的直径要宽得多的线路相联时，就发生从导电插头释放电荷。当插头与线路相联，此线路比插头的直径要宽得多时，就发生从导电插头释放电荷。
图3是金属波形花纹结构的铜插头10的俯视图，此铜插头是根据本发明实施方案的清洗方法进行清洗的。在图3中，铜插头10嵌入通孔12里，而通孔12通过ILD11形成。标号13指绝缘套。图3清晰地显示出铜插头10与ILD11分开得很清楚明了。
比较图3与图6，就清晰地显示出，在图3中，铜插头10没有熔化的部分，所以铜插头10与周围ILD11间的边界保持清晰明了。
在清洗方法中，如果插头材料10不需要进行表面腐蚀抑制处理，就可以免去此步骤(步骤S103)。
清洗方法可包括另一种兆声波清洗来除去晶片表面的颗粒。兆声波清洗法使用的超声波波长为800kHz～1MHz。在晶片抛光后和在晶片干燥前，可进行兆声波清洗。进行以下处理之前，可立即进行兆声波清洗，这些处理有：步骤S101中除去颗粒处理，或步骤S102中除去金属杂质处理，或步骤S103中表面腐蚀抑制处理，或步骤S104中的干燥处理。
图4中的工艺流程图图解了根据本发明的另一个实施方案。这种实施方案基本上与前述的图1所图解的一样，除了在晶片抛光后，提供兆声波清洗以除去晶片的颗粒之外。因此，图1和图4同样的步骤使用同样的标号。
根据此实施方案，在步骤S201中，清洗方法首先进行兆声波清洗。抛光晶片后，进行兆声波清洗以除去晶片颗粒。
随后，清洗方法以与图1所示的实施方案相关解释的相同方式，在步骤S101、S102、S103和S104中进行相同的处理。
在此实施方案中，为了不使电荷局部累积在导电插头中，优选通过在所有方向提供纯水或喷洒纯水来进行冲洗处理。
在此实施方案中，所用铜插头是导电插头的一个例子。另一个例子是钨的导电插头。其他的例子是各种铜合金的导电插头，铜合金包括一种选自铝、锑、硅、锡、Tn、锆、银和镁的金属。
由于本发明已被详细描述，很显然，本领域的技术人员可根据前述的说明，结合举例的实施方案，可进行许多替代、修改和改变。因此，可以预期附加的权利要求书将包含任何这样的替代、修改和改变，如落入本发明的真实范围和实质中。
本申请要求2002年4月19日提交的日本专利申请号2001-118069的优先权，其内容以其全文在此引作参考。

Claims (17)

1.一种清洗半导体晶片的波形花纹结构的方法，其包括：
用纯水处理已被抛光的晶片的步骤；和
随后不用纯水处理晶片的步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其中用纯水处理晶片的步骤只在用化学溶液处理晶片的步骤之后进行。
3.如权利要求2所述的方法，其中用化学溶液处理晶片的步骤和用纯水处理晶片的步骤在同样的单元中进行。
4.如权利要求1所述的方法，其中用纯水处理晶片的步骤是在用化学溶液处理晶片的步骤进行之后冲洗晶片。
5.一种清洗半导体晶片的波形花纹结构的方法，其按下列顺序包括：
用化学溶液除去已被抛光的晶片表面的颗粒，然后再用纯水冲洗此晶片；
用化学溶液除去晶片表面的金属杂质，然后再用纯水冲洗此晶片；和
干燥晶片，不用纯水进行任何冲洗。
6.如权利要求5所述的方法，其进一步包括：
兆声波清洗以除去已被抛光的晶片表面的颗粒。
7.如权利要求5所述的方法，其进一步包括：
用化学溶液抑制表面腐蚀，然后在干燥晶片前，用纯水冲洗晶片。
8.如权利要求5所述的方法，其中用来除去颗粒的化学溶液是氨水、氨电解液和纯水中的一种。
9.如权利要求5所述的方法，其中用来除去金属杂质的化学溶液是一种选自如下的溶液：酸溶液、草酸溶液、柠檬酸溶液和其他任何一种含有COOH化合物的溶液。
10.如权利要求7所述的方法，其中用来抑制表面腐蚀的化学溶液是一种选自如下的溶液：1，2，3-苯并三唑(BTA)溶液、1，2，4-三唑溶液和其他任何一种环状化合物的溶液。
11.如权利要求5所述的方法，其中波形花纹结构的导电插头是由导电材料制成的，此导电材料选自铜(Cu)、钨(W)和铜合金中的一种，所述铜合金含有铝、锑、硅、锡、Tn、锆、银和镁中的一种。
12.如权利要求6所述的方法，其进一步包括：
用化学溶液抑制表面腐蚀，然后在干燥晶片前，用纯水冲洗晶片。
13.如权利要求6所述的方法，其中在兆声波清洗中所用的化学溶液为氨水、氨电解液和纯水中的一种。
14.如权利要求7所述的方法，其中用来除去颗粒的化学溶液是氨水、氨电解液和纯水中的一种。
15.如权利要求6所述的方法，其中用来除去金属杂质的化学溶液是一种选自如下的溶液：酸溶液、草酸溶液、柠檬酸溶液和其他任何一种含有COOH化合物的溶液。
16.如权利要求7所述的方法，其中用来除去金属杂质的化学溶液是一种选自如下的溶液：酸溶液、草酸溶液、柠檬酸溶液和其他任何一种含有COOH化合物的溶液。
17.一种清洗半导体晶片的波形花纹结构的方法，其包括：
多个步骤，各个步骤是用纯水处理晶片；和
多个步骤，各个步骤是用化学溶液处理晶片，
用化学溶液处理晶片的各个步骤是在相邻两个用纯水处理晶片的多个步骤之间进行的。
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