專利名稱:晶圓的清洗液成分及其清洗方法
技術領域:
本發明是關于硅晶圓(silicon wafer)的清洗,特別是關于硅晶圓背側表面(backside surface)與邊緣(bevel edges)的清洗方法,以及其清洗液成分(cleaning composition)。
眾所周知,銅制程大體上包括將氮化鉭(TaN)等阻障材質以物理氣相沉積(PVD)技術濺鍍到晶圓表面的鑲嵌結構中,接著鍍上銅晶種層(seed copperlayer),最后再覆以填入銅金屬。其主要缺陷在于采用銅內聯機(copper interconnect)架構的集成電路制程卻普遍都會遇到晶圓背側表面以及邊緣的銅污染問題,以及金屬阻障材質,例如TaN,殘留于晶圓邊緣。這些殘留在晶圓背側表面以及邊緣的銅原子或者阻障材質可能在后續制程中掉落在集成電路中,造成缺陷或電路的短路,并且形成嚴重的污染顆粒問題,導致交叉污染(cros s-contamination)。
傳統的解決方式是采用化學試劑來移除銅金屬。例如,以1-10%硫酸(H2SO4)、1-10%過氧化氫(H2O2)加上去離子水所構成的水溶液清洗可能受污染的晶圓表面。然而,上述清洗液成分僅能洗去或溶解晶圓表面上的銅殘留,卻無法移除穿透晶圓表面而固著于晶圓淺表面內的銅原子。此外,上述清洗液成分亦無法去除殘留于晶圓邊緣的銅原子以及TaN等阻障金屬。
發明內容
本發明的主要目的是提供一種晶圓的清洗液成分及其清洗方法,清洗液成分包含有第一酸、氧化劑、第二酸及去離子水,第一酸用以移除殘留于硅晶圓表面的銅金屬;氧化劑用以氧化硅晶圓表面形成一淺氧化層,并氧化殘留于硅晶圓邊緣的阻障金屬;第二酸用以移除該淺氧化層以及殘留于硅晶圓邊緣的氧化阻障金屬;克服現有技術的缺陷,達到洗去或溶解晶圓表面上的銅殘留,并移除穿透晶圓表面而固著于晶圓淺表面內的銅原子及有效去除殘留于晶圓邊緣的銅原子以及TaN等阻障金屬的目的。
本發明的目的是這樣實現的一種晶圓的清洗液成分,其特征是它包含有第一酸、氧化劑、第二酸及去離子水,該第一酸用以移除殘留于硅晶圓表面的銅金屬一氧化劑,該氧化劑用以氧化硅晶圓表面形成一淺氧化層,并氧化殘留于硅晶圓邊緣的阻障金屬;該第二酸用以移除該淺氧化層以及殘留于硅晶圓邊緣的氧化阻障金屬。
該第一酸選自下列酸的至少一種硫酸、硝酸、乙酸或磷酸。該氧化劑選自過氧化氫或硝酸。該第二酸為氫氟酸。該清洗液成分的重量百分比組成濃度為第一酸10-15%、氧化劑30-35%、第二酸0.5-1.0%及去離子水為余量。該阻障金屬為氮化鈦或氮化鉭所構成。
本發明還提供一種晶圓的清洗方法,其特征是它包含如下步驟(1)將硅晶圓接觸一清洗液成分,并進行一預定時間的清洗,該清洗液成分包含有第一酸、氧化劑、第二酸及去離子水,該第一酸用以移除殘留于硅晶圓表面的銅金屬一氧化劑,該氧化劑用以氧化硅晶圓表面形成一淺氧化層,并氧化殘留于硅晶圓邊緣的阻障金屬;該第二酸用以移除該淺氧化層以及殘留于硅晶圓邊緣的氧化阻障金屬;(2)旋干該硅晶圓。
該第一酸選自下列酸的至少一種硫酸、硝酸、乙酸或磷酸。該氧化劑選自過氧化氫或硝酸。該第二酸為氫氟酸。該清洗液成分的重量百分比組成濃度為第一酸10-1 5%、氧化劑30-35%、第二酸0.5-1.0%及去離子水為余量。該阻障金屬為氮化鈦或氮化鉭所構成。該清洗的預定時間為30秒。
下面結合較佳實施例和附圖
詳細說明。
在銅晶種層被濺鍍到晶圓上的金屬阻障層上后,銅金屬以及阻障金屬殘留可能存在于晶圓背側表面以及晶圓邊緣上。本發明因此利用一特別的清洗液成分以噴灑方式清洗晶圓表面,如步驟12所示,本發明的較佳實施例,清洗時間可維持約30秒左右。
本發明的特別清洗液成分包含有第一酸、氧化劑、第二酸以及去離子水。第一酸用以移除晶圓表面的銅金屬;氧化劑(oxidizing agent),用以氧化晶圓的淺表面,產生一薄氧化膜,同時用以氧化殘留于晶圓邊緣的金屬阻障材質;第二酸,用以移除由于氧化劑形成于晶圓表面的薄氧化膜以及被氧化的金屬阻障材質。
其中,第一酸可為下列組合的任一種酸硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、乙酸(CH3COOH)或磷酸(H3PO4)。氧化劑可為下列組合的任一種所構成過氧化氫(H2O2)或硝酸(HNO3)。第二酸是為氫氟酸(HF)。清洗液成分的組成濃度建議如下第一酸的重量百分比濃度10-15%;氧化劑的重量百分比濃度30%-35%;第二酸的重量百分比濃度0.5%-1.0%;余量為去離子水。
如步驟14,本發明以上述清洗液成分清洗晶圓表面時,輔以旋轉干燥法,進行晶圓表面的干燥。依據本發明的較佳實施例,本發明以上述清洗液成分清洗晶圓表面與進行旋轉干燥是在同一清洗設備中進行。具有方便及清洗效果較佳的功效。
如前所述,傳統的方法是采用化學試劑以1-10%硫酸(H2SO4)、1-10%過氧化氫(H2O2)加上去離子水所構成的水溶液清洗可能受污染的晶圓表面。然而,傳統的清洗液成分僅能洗去或溶解晶圓表面上的銅殘留,卻無法移除穿透晶圓表面而固著于晶圓淺表面內的銅原子。此外,傳統的清洗液成分亦無法去除殘留于晶圓邊緣的銅原子以及TaN等阻障金屬。
相較于傳統技術,本發明的清洗液成分具有氫氟酸(HF)成分,因此可以移除由氧化劑[例如過氧化氫(H2O2)]所氧化的晶圓淺表面、固著于晶圓淺表面內的銅金屬,以及殘留于晶圓邊緣的氧化金屬阻障材質。
下表列出Total X-Ray Reflectance Fluorescence(TXRF)實驗數據,驗證本發明的清洗液成分確實具有較佳的清洗功效。
Test Wafer1.5K Cu/Si
從上述實驗結果可以清楚看到使用傳統方法的清洗液,不能有效地清除銅。
以本發明的清洗液成分處理晶圓達30秒鐘時,殘留的銅金屬已降至可以接受的標準。以上結果顯示本發明具有新穎性、創造性及實用性。
以上所述僅為本發明的較佳實施例,凡依本發明所作的均等變化與修飾,皆應屬于本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種晶圓的清洗液成分,其特征是它包含有第一酸、氧化劑、第二酸及去離子水,該第一酸用以移除殘留于硅晶圓表面的銅金屬一氧化劑,該氧化劑用以氧化硅晶圓表面形成一淺氧化層,并氧化殘留于硅晶圓邊緣的阻障金屬;該第二酸用以移除該淺氧化層以及殘留于硅晶圓邊緣的氧化阻障金屬。
2.根據權利要求1所述的晶圓的清洗液成分,其特征是該第一酸選自下列酸的至少一種硫酸、硝酸、乙酸或磷酸。
3.根據權利要求1所述的晶圓的清洗液成分,其特征是該氧化劑選自過氧化氫或硝酸。
4.根據權利要求1所述的清洗液成分,其特征是該第二酸為氫氟酸。
5.根據權利要求1所述的晶圓的清洗液成分,其特征是該清洗液成分的重量百分比組成濃度為第一酸10-15%、氧化劑30-35%、第二酸0.5-1.0%及去離子水為余量。
6.根據權利要求1所述的晶圓的清洗液成分,其特征是該阻障金屬為氮化鈦或氮化鉭所構成。
7.一種晶圓的清洗方法,其特征是它包含如下步驟(1)將硅晶圓接觸一清洗液成分,并進行一預定時間的清洗,該清洗液成分包含有第一酸、氧化劑、第二酸及去離子水,該第一酸用以移除殘留于硅晶圓表面的銅金屬一氧化劑,該氧化劑用以氧化硅晶圓表面形成一淺氧化層,并氧化殘留于硅晶圓邊緣的阻障金屬;該第二酸用以移除該淺氧化層以及殘留于硅晶圓邊緣的氧化阻障金屬;(2)旋干該硅晶圓。
8.根據權利要求7所述的晶圓的清洗方法,其特征是該第一酸選自下列酸的至少一種硫酸、硝酸、乙酸或磷酸。
9.根據權利要求7所述的晶圓的清洗方法,其特征是該氧化劑選自過氧化氫或硝酸。
10.根據權利要求7所述的晶圓的清洗方法,其特征是該第二酸為氫氟酸。
11.根據權利要求7所述的晶圓的清洗方法,其特征是該清洗液成分的重量百分比組成濃度為第一酸10-15%、氧化劑30-35%、第二酸0.5-1.0%及去離子水為余量。
12.根據權利要求7所述的晶圓的清洗方法,其特征是該阻障金屬為氮化鈦或氮化鉭所構成。
13.根據權利要求7所述的晶圓的清洗方法,其特征是該清洗的預定時間為30秒。
全文摘要
一種晶圓的清洗液成分及其清洗方法,清洗液成分包含有第一酸、氧化劑、第二酸及去離子水,第一酸用以移除殘留于硅晶圓表面的銅金屬;氧化劑用以氧化硅晶圓表面形成一淺氧化層,并氧化殘留于硅晶圓邊緣的阻障金屬;第二酸用以移除淺氧化層以及殘留于硅晶圓邊緣的氧化阻障金屬。具有洗去或溶解晶圓表面上的銅殘留,并移除穿透晶圓表面而固著于晶圓淺表面內的銅原子及有效去除殘留于晶圓邊緣的銅原子以及TaN等阻障金屬的功效。
文檔編號H01L21/02GK1426094SQ0214620
公開日2003年6月25日 申請日期2002年10月15日 優先權日2001年12月5日
發明者楊任偉, 羅澤源 申請人:聯華電子股份有限公司