TWI388010B - 處理液與施加鈍化層的方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種舉例而言在處理半導體晶圓之清洗、沖洗及/或乾燥階段(例如化學機械處理階段後)使用的處理液。本發明亦關於一種在半導體晶圓表面上施加鈍化層之方法。
在半導體器件製造領域中，為保護銅表面在化學機械研磨(CMP)階段及後續處理步驟之間不受到腐蝕，在半導體晶圓上製作半導體器件期間提供一鈍化層係合人意者。在此方面，可作為化學機械研磨之最終步驟及/或在使晶圓接受化學機械研磨後清洗步驟之前施加該鈍化層。然而，在該等步驟中通常使用一研磨台板或一所謂「刷站」，該研磨台板及刷站刷子之機械運動會侵蝕新形成之晶圓鈍化層。鈍化層之完整性因此而受到損壞，此可導致晶圓表面上腐蝕防護降低及形成含碳缺陷。
因此，WO2004/102620揭示了一種在清洗階段後使用一所謂「旋轉沖洗乾燥」(SRD)站安置該鈍化層之方法。然而，作為半導體晶圓之一部分而形成之高級電介質及鈍化銅表面有時具有疏水性質，從而導致在清洗步驟後之乾燥過程中在晶圓上形成水印。結果為，在晶圓乾燥期間形成於晶圓上之水印其後會阻礙在晶圓上形成高品質之鈍化層。
根據本發明，如隨附申請專利範圍所陳述，提供一種處理液及一種在半導體晶圓表面上施加鈍化層的方法。
在下文整個說明中，相同之參考數子將用來表示相似之部件。
參照圖1，使用一清洗、沖洗及乾燥裝置100(下文中稱作「清洗裝置」)在一半導體製作製程之化學機械研磨(CMP)階段後清洗半導體晶圓。在此實例中，清洗裝置100為一DesicaT M
清洗裝置，由Applied Materials公司供貨，能夠對晶圓進行所謂Marangoni乾燥；該裝置之結構及操作方法可自例如US 6,328,814中獲知。
然而，為方便闡述本文所陳述之本發明實施例，熟悉此項技術者應瞭解：清洗裝置100主要包括一耦聯到乾燥室104之浴槽102，而乾燥室104具有一可密封口106。一對沖洗噴嘴108陣列佈置於浴槽102上方乾燥室104內部之每一側上，且一對蒸氣分配噴嘴110陣列佈置於該對沖洗噴嘴108之上方，亦位於乾燥室104內部。
浴槽102中填充有清洗流體112，清洗流體112之位準114保持高於乾燥室104之最低部分116。浴槽102包括清洗區域118及沖洗區域120。此外，一所謂「基板傳送梭」(substrate shuttle)122被佈置於清洗區域118內，且能夠延伸到沖洗區域120內。一晶圓提升機械124佈置於浴槽102底部之沖洗區域120中。
在此實例中，清洗流體112為一種酸性或鹼性化學機械研磨後清洗流體,例如可自ATMI購得的ESC784、可自Applied Materials公司購得的Electraclean、或可自Waco購得的C－100。另一選擇為，清洗流體可簡單地僅係去離子水或稀釋乙醇，下文隨後將予以說明。實際上，該清洗流體可係任一其他合適之已知清洗流體。在此方面，該清洗流體可包含一或多種添加劑，例如一pH調節流體來控制清洗流體之pH，例如烷基銨類，諸如四甲基氫氧化銨(TMAH)或者四乙基氫氧化銨(TEAH)。此外或另一選擇為，清洗流體可包含一絡合劑，例如檸檬酸或草酸、或檸檬酸或草酸之銨鹽。清洗流體亦可補充有一或多種腐蝕抑制劑，例如，1,2,4－三唑、苯并三唑或聯吡啶。有機胺及/或酸，例如甲基胺、乙基胺、檸檬酸或草酸可用來充當絡合劑、腐蝕抑制劑及/或pH調節劑。
在此實例中，沖洗流體(未展示)係與清洗流體112相同。然而，該沖洗流體可與清洗流體112不同，例如，僅係去離子水。然而，使用相同流體作為清洗流體112及沖洗流體可避免在浴槽之清洗區域118及沖洗區域120之間提供一隔離壁之需要。
為乾燥晶圓，蒸氣分配噴嘴110通常分配一乾燥蒸氣，例如異丙醇(IPA)蒸氣，其在沖洗流體濃縮或吸收乾燥蒸氣時降低沖洗流體之表面張力。然而，在此實例中，藉由使乾燥蒸氣與處理流體混合來增強乾燥蒸氣。處理液包含一鈍化試劑，例如一腐蝕抑制劑(例如1,2,4－三唑，苯并三唑，或聯吡啶)，及一表面活性劑，例如無離子嵌段聚合物表面活性劑(例如可自BASF公司購得的RPE2520或PE1710)。亦可使用包括陰離子或陽離子表面活性劑在內的其它類型之表面活性劑。
在操作中(圖2及圖3)，將半導體晶圓126裝載(步驟300)至清洗裝置100中並下降(步驟302)至基板傳送梭122中及隨後藉由一機器人(未展示)放入清洗流體112中，藉此將晶圓126暴露在清洗流體112中。晶圓126保持浸沒在浴槽102之清洗區域118中，例如長達自約20秒至2分鐘，在此時間期間清洗流體112藉助一所謂「超音波(megasonic)」清洗裝置(未展示)清洗(步驟304)晶圓126。在此實例中，對晶圓之清洗為無刷清洗。
其後，基板傳送梭122橫向延伸以將晶圓126自浴槽102之清洗區域118移動(步驟306)到沖洗區域120。藉由接觸晶圓126之下邊緣，晶圓提升裝置124抬升(步驟308)晶圓126到乾燥室104內。
當晶圓126通過該對沖洗噴嘴108陣列時，噴洗流體呈琴線狀分別噴射(步驟310)跨越晶圓126之兩側。在施加噴洗流體後，立刻藉由該對蒸氣分配噴嘴110陣列以與噴洗流體相似之線性方式施加經增強之乾燥蒸氣。在此方面，乾燥室104使用Marangoni乾燥原理乾燥晶圓126之表面。由該對蒸氣分配噴嘴110陣列引導到晶圓126表面上之經增強異丙醇(IPA)蒸氣導致形成一鈍化層200，該鈍化層主要形成在安置於晶圓126之一前表面202上的銅上。然而，熟悉此項技術者應瞭解，依據晶圓126之背側表面204之化學性質，鈍化試劑亦可存在於晶圓126之背側表面204上。表面活性劑之存在用於改良晶圓126表面之可濕潤性及鈍化試劑覆蓋晶圓126每個表面之均質性，藉此抵消由鈍化試劑導致的晶圓126一個或兩個表面之可濕潤性降低並由此提高鈍化層之效率。此外且與經增強之異丙醇蒸氣中異丙醇之性質相一致，異丙醇可與噴洗流體混合並溶解於噴洗流體中。溶解於噴洗流體中之異丙醇在沖洗流體表面上之濃度梯度因此會導致不同的表面張力，且因此在自與晶圓126每個表面之界面到與乾燥室104環境之界面的整個沖洗流體表面(亦即垂直於晶圓126的表面)上導致一表面張力差。表面張力差導致晶圓126任一表面上的殘留液體在重力影響下會向下流動離開晶圓126。異丙醇(溶劑)的使用亦會減輕沉澱物的形成並提高鈍化試劑在沖洗流體中的溶解度。
當將晶圓126逐漸從清洗流體中移出時，鈍化層200在晶圓126表面上之覆蓋率逐漸增加直到晶圓126完全從清洗流體112中移出並已通過該對沖洗噴嘴108陣列及該對蒸氣分配噴嘴110陣列。熟悉此項技術者因此應瞭解，晶圓126係依據Marangoni乾燥原理進行乾燥，但有益地還在乾燥過程中施加一鈍化層200以保護晶圓126表面上之金屬，例如銅(例如半導體器件之銅互連)。
其後，藉由另一機器人或上述同一機器人經由可密封口106自乾燥室104中移出(步驟314)晶圓126。然後將晶圓126傳送至其它處理工具以進行上述半導體製作製程中另一步驟。
在另一實施例中，用處理液增強沖洗流體來代替用處理液增強乾燥蒸氣。以關於先前實施例已闡釋之相同方法(即經由該對沖洗噴嘴108陣列)將已增強之沖洗流體施加至晶圓126之表面。然而，替代簡單地自晶圓126之表面上沖洗掉清洗流體，經增強沖洗流體中鈍化試劑之存在用於藉由鈍化試劑被吸附或吸收至每一表面上至金屬成分而在晶圓126之任一面或兩個表面上安置鈍化層200。經增強沖洗流體中之表面活性劑提供與關於先前實施例中所述相同之功能。如同在先前實例中，鈍化層200用來保護晶圓126表面上之金屬，例如銅(例如半導體器件之銅互連)。
在本發明之另一實施例中，代替增強乾燥蒸氣或者沖洗流體，用處理液增強清洗流體112。因此，當晶圓126浸沒入清洗流體112中時，不但晶圓126之表面被清洗，且鈍化層200亦被安置在晶圓126之已清洗表面上。同樣，鈍化試劑藉由被吸收或吸附鈍在每一表面之金屬成分上而在晶圓126之任一或兩個表面上形成鈍化層200。然後藉由來自該對沖洗噴嘴108陣列之沖洗流體沖洗晶圓126之表面，且然後藉由額外提供來自該對蒸氣分配噴嘴110陣列之異丙醇來乾燥晶圓126之表面。如同在先前實例中，鈍化層200用於保護晶圓126表面上之金屬，例如銅(例如半導體器件之銅互連)。
雖然在使用具有配對沖洗及蒸氣分配噴嘴108、110陣列之乾燥室104之背景中闡述上述實施例，但應理解，可用異丙醇或另一合適物質及處理液來增強清洗流體。在此一實施例中，將晶圓126緩慢地移出浴槽102，藉助異丙醇之存在使殘留之清洗流體自晶圓126之表面流下。如同先前實施例中之情形，不僅晶圓126之表面被清洗，鈍化層200亦被安置在晶圓126之已清洗表面上。
儘管係關於晶圓(該晶圓包括一個或多個層)之表面闡述上述實施例，但熟悉此項技術者應理解上述技術及方法可應用於其它表面，無論其是半導體晶圓、基板或其它載體或安置在載體上且其上需要安置鈍化層的層。
因此，本發明可提供一種在半導體晶圓表面上施加一鈍化層的方法及一種用於此目的之處理液，該處理液甚至在存在高級電介質堆疊之情況下亦可保護銅互連不被腐蝕及降低銅互連內形成缺陷之可能性。因此，僅對現有蒸氣乾燥設備進行相對小的修正即可提高製造良率。
100．．．清洗裝置
102．．．浴槽
104．．．乾燥室
106．．．可密封口
108．．．沖洗噴嘴
110．．．蒸氣分配噴嘴
112．．．清洗流體
114．．．清洗流體位準
116．．．乾燥室最低部分
118．．．清洗區域
120．．．沖洗區域
124．．．晶圓提升機構
126．．．晶圓
200．．．鈍化層
202．．．前表面(晶圓)
204．．．後表面(晶圓)
上文參照該等附圖僅以舉例說明方式闡釋了本發明之至少一個實施例；圖式中：圖1為一用於與構成本發明一實施例之處理液結合使用的清洗裝置之示意圖；圖2為在圖1所示裝置中處理晶圓之示意圖；及圖3為一種構成本發明另一實施例之處理晶圓表面之方法之流程圖。
100．．．清洗裝置
102．．．浴槽
104．．．乾燥室
106．．．可密封口
108．．．沖洗噴嘴
110．．．蒸氣分配噴嘴
112．．．清洗流體
114．．．清洗流體位準
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118．．．清洗區域
120．．．沖洗區域
124．．．晶圓提升機構
126．．．晶圓
Claims (19)
- 一種作為包括Marangoni乾燥的清洗製程之一部分而在一表面上施加鈍化層的方法，該方法包含以下步驟：混合一處理液與一有機溶劑，以用於乾燥該半導體晶圓之表面，該處理液包含：水；表面鈍化試劑，其用於抑制金屬腐蝕；及表面活性劑，其提供該表面鈍化試劑對該表面之覆蓋均一性；及藉由在該半導體晶圓之表面上施加該處理液與該有機溶劑之混合物來乾燥該半導體晶圓之表面，藉此導致在該半導體晶圓上形成該鈍化層。
- 如請求項1之方法，其中藉由將該有機溶劑與處理液之混合物噴到該半導體晶圓之表面上來使用該有機溶劑與處理液之混合物。
- 如請求項1之方法，其中該鈍化試劑係一腐蝕抑制劑。
- 如請求項3之方法，其中該腐蝕抑制劑係一有機胺及/或酸。
- 如請求項4之方法，其中該有機胺及/或酸係以下物質中之一種或幾種：甲胺、乙胺、檸檬酸及/或草酸。
- 如請求項3項之方法，其中該腐蝕抑制劑係1,2,4-三唑、苯三唑、或聯吡啶中之任一種。
- 如請求項1之方法，其中該處理液進一步包括：一絡合劑。
- 如請求項7之方法，該絡合劑係一有機胺及/或酸。
- 如請求項8之方法，其中該有機胺及/或酸係以下物質中之一種或幾種：甲胺、乙胺、檸檬酸及/或草酸。
- 如請求項7之方法，其中該絡合劑係一檸檬酸及/或草酸的銨鹽。
- 如請求項1之方法，其中該處理液進一步包括：一pH調節劑。
- 如請求項11之方法，其中該pH調節劑係一有機胺及/或酸。
- 如請求項12之方法，其中該有機胺及/或酸係以下物質中之一種或幾種：甲胺、乙胺、檸檬酸及/或草酸。
- 如請求項11之方法，其中該pH調節劑係一烷基銨類。
- 如請求項14之方法，其中該烷基銨類係以下物質中之一種：四甲基氫氧化銨(TMAH)或者四乙基氫氧化銨(TEAH)。
- 如請求項1之方法，其中該處理液進一步包括：一用於乾燥該晶圓表面之有機溶劑。
- 如請求項1之方法，其中該表面活性劑包含一非離子表面活性劑。
- 如請求項1之方法，其中該表面活性劑包含一離子表面活性劑。
- 如請求項18之方法，其中該離子表面活性劑係一陽離子表面活性劑或一陰離子表面活性劑。
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