[发明专利]半导体基底的清洗方法

说明书

技术领域

本发明提供一种清洗方法，尤指一种利用水洗工艺来清洁半导体基底的清洗方法。

背景技术

在半导体集成电路的制造过程中，常使用到黄光以及蚀刻工艺来进行晶片上各层材料的图案形成与图案转移。举例来说，在制作集成电路的接触插塞时，即以图案化光刻胶层作为蚀刻硬掩模，将未被图案化光刻胶层覆盖的介电材料层蚀刻移除后，再将图案化光刻胶层去除，接着再在插塞孔洞中形成所要的金属材料层，以完成接触插塞。

请参阅图1，其绘示的是已知方法形成插塞的流程示意图，已知方法包含有下列步骤：

步骤101：先提供晶片，晶片上包含有介电材料层；

步骤103：在介电材料层上形成光刻胶层，并对光刻胶层进行黄光工艺，以将预定图案投射至光刻胶层上；

步骤105：将未被曝光的光刻胶层去除，而在晶片上留下一个图案化光刻胶层；

步骤107：对晶片进行蚀刻工艺，通常是等离子体干蚀刻工艺或者反应离子蚀刻(reactive ion etching，RIE)技术，将图案化光刻胶层的图案转移至下方的介电材料层中，以在介电材料层中形成所需的插塞孔洞；

步骤109：进行氧气等离子体灰化工艺，以清除图案化光刻胶层；

步骤111：进行溶剂清洗工艺(solvent cleaning process)，利用高温清洗溶剂，例如70℃的羟胺类(hydroxylamine)溶剂，去除位于介电材料层表面、插塞孔洞内壁与插塞孔洞底部的侧壁高分子与残余物；

步骤113：利用25℃的去离子水(deionized water，DI water)进一步去除位于介电材料层上的侧壁高分子与清洗溶剂；

步骤115：在晶片表面形成一层阻挡层，覆盖于介电材料层表面、插塞孔洞内壁与插塞孔洞底部；

步骤117：在晶片表面形成一层金属层，覆盖于阻挡层上，并填充于插塞孔洞中；以及

步骤119：进行研磨工艺，以去除多余的阻挡层与多余的金属层，由此在介电材料层中形成插塞。

前述的等离子体干蚀刻或者反应离子蚀刻技术其等离子体成分会与光刻胶层中的有机物产生各种的难以去除的蚀刻副产物，其组成成分可能来自于所蚀刻的基材、基材上的材料层、光刻胶层以及蚀刻气体。这些蚀刻副产物亦可能随着不同蚀刻机台、工艺条件以及不同被蚀刻材料而有所改变，而业界就将这些难以用氧气等离子体灰化工艺清除掉的蚀刻副产物称为侧壁高分子。

晶片表面的洁净度实际上对于产品成品率的影响甚巨，为了确保后续的产品成品率不被影响，在沉积阻挡层之前，这些蚀刻副产物必须被有效地从晶片表面上去除，但是却又必须同时不影响到已形成好的金属线路或半导体装置。因此，在氧气等离子体灰化工艺之后，晶片会送入半导体湿法化学工作站中接受前述70℃羟胺类溶剂等的清洗液的清洗，接着接受25℃去离子水的清洗，之后再进行后续工艺。

然而，当这些晶片接受最终的产品成品率测试时，测试结果显示出的产品成品率却仍可能不如预期。根据产品成品率测试的结果可知，即使是在相同的工艺参数下操作，由不同的机台所处理的晶片或是相同机台所处理的不同批次的晶片仍然可能具有不同的产品成品率。举例来说，由特定机台所处理的晶片可能会具有较多的结构缺陷。随着半导体技术进入高密度的深亚微米世代，产品成品率发生歧异的状况愈发显著，且这些结构缺陷往往会发生在晶边周围的芯片中。

经过反复的实验后发现，成品率不如预期的主要原因就在于溶剂清洗工艺的清洗溶剂的残留。溶剂清洗工艺本身属于一种开放式的工艺，也就是说，清洗溶剂中的可挥发成分会在清洗的过程中渐渐逸散而出，使得清洗溶剂本身的粘度渐渐提高，清洗溶剂的浓度也慢慢改变，而且悬浮于清洗溶剂中的各种副产物也越来越多。因此，当溶剂清洗工艺的工艺时间越长，清洗溶剂也就更容易附着于插塞孔洞中与晶片表面而难以去除。残留的清洗溶剂往往即时无法透过晶片可接受度测试(wafer acceptance testing，WAT)或是结构的切面观察而被检测出，但清洗溶剂的存在却会破坏金属层与下方的装置之间的电连接，导致所填入的金属层和其下方装置的结电阻值过大或电连接失效，残留的清洗溶剂甚至可能会影响到后续工艺或是后续形成的结构。