專利名稱：在半導(dǎo)體基底的金屬結(jié)構(gòu)表面去除殘余物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在半導(dǎo)體基底的金屬結(jié)構(gòu)表面移除殘余物的方法。
背景技術(shù)：
在例如動態(tài)隨機存取存儲器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)芯片等半導(dǎo)體芯片中，鋁導(dǎo)線等金屬結(jié)構(gòu)體已被廣泛使用于電連位于該半導(dǎo)體芯片中的各式元件。
一般而言，半導(dǎo)體芯片中的金屬結(jié)構(gòu)體的形成包括下列步驟首先進行一化學(xué)氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)或物理氣相沉積(physicalvapor deposition，PVD)工藝來形成一金屬層于一基底上。然后設(shè)置一由聚合材料所構(gòu)成的光致抗蝕劑層于該金屬層上，隨后進行一光刻工藝(lithographicprocess)來圖案化該光致抗蝕劑層。
于圖案化光致抗蝕劑層后移除部分該光致抗蝕劑層，然后利用剩余的光致抗蝕劑層來作為后續(xù)蝕刻金屬層的屏蔽。一般用于蝕刻工藝，例如蝕刻鋁金屬層的等離子體蝕刻(plasma etching)工藝利用含有鹵素(halogen)的蝕刻劑來進行蝕刻，而常用的鹵素蝕刻劑則包括三氯化硼(BCl3)、三氯化硼/氯化物(BCl3/Cl2)、或具有溴(Br)或氟(F)的氣體。
隨后于蝕刻金屬層后，進行一干式剝離(dry stripping)步驟來移除含有氧化鋁的殘余物，然后利用一商業(yè)或?qū)偃軇﹣磉M行一濕式清洗步驟。由于殘余物中可另含有硅或氯等殘留，其中硅由金屬層下的氧化硅層所產(chǎn)生，而高濃度的氯殘留物則可能導(dǎo)致金屬導(dǎo)線腐蝕的情形。因此需再利用其它工藝來處理半導(dǎo)體基底。
上述的方法已由S.A.Campbell于”微電子工藝的科學(xué)與工程”(TheScience and Engineering of Microelectronic Fabrication，Oxford University Press，2001)中所揭露，在此僅作為參考。
然而，此方法的主要缺點在于在剝離步驟中于不傷害金屬導(dǎo)線(特別是鋁制導(dǎo)線)的前提下，移除含有聚合光致抗蝕劑的殘余物為一極為困難的步驟。此外，隨著半導(dǎo)體工藝進入深次微米時代，例如90納米或更先進工藝時，深紫外線(Deep Ultraviolet，DUV)光致抗蝕劑的使用將更為普遍，進而增加殘余物沉積于金屬導(dǎo)線側(cè)壁的厚度以及降低殘余物剝離工藝的效能。
美國專利第5545289號揭露了一種利用含有氧氣與氧活化氣體(oxygenactivating gas)的等離子體來剝離聚合光致抗蝕劑或移除其它殘余物的方法。其中，氧活化氣體可為四氟化碳(CF4)或氮氣(N2)。然而如同先前所述，此方法有時并無顯著效果。另外，一般而言半導(dǎo)體工藝中會利用一鈍化步驟來防止蝕刻工藝后金屬導(dǎo)線上產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象。因此，美國專利第5545289號揭露利用一循環(huán)的方式來進行多次剝離與鈍化步驟，進而達到移除聚合光致抗蝕劑的目的。然而，此方法最終會導(dǎo)致整個工藝更加的復(fù)雜。此外，實驗結(jié)果同時發(fā)現(xiàn)利用此方法對具有高濃度的氧化金屬殘余物，例如氧化鋁，進行處理時將無法達到任何的效果。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的主要目的在于提供一種對包括金屬結(jié)構(gòu)與殘余物的基底表面進行預(yù)先處理(pre-treatment)來移除殘余物的方法。其中，殘余物包括聚合光致抗蝕劑與金屬氧化物。
其中，該預(yù)先處理包括二步驟一加熱(heating)步驟(a)與一穩(wěn)定化(stabilization)步驟(b)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，加熱步驟(a)與穩(wěn)定化步驟(b)于一含有氮氣(nitrogen gas)的環(huán)境下所進行。接著在同一環(huán)境下進行一蝕刻工藝以移除金屬結(jié)構(gòu)上的殘余物，使該半導(dǎo)體基底不至于暴露在一般的大氣環(huán)境中。
隨后進行一鈍化(passivation)步驟(c)，利用一含有水、氮氣及氧氣的等離子體來防止腐蝕現(xiàn)象并移除包括光致抗蝕劑材料的殘余物。
經(jīng)過實驗結(jié)果證明，本發(fā)明在氮氣環(huán)境下同步(in-situ)進行預(yù)先處理，即加熱步驟(a)與穩(wěn)定化步驟(b)后，可于后續(xù)濕式剝離步驟中完全移除殘余物并同時防止腐蝕的情形發(fā)生。一般而言，此現(xiàn)象有可能通過一還原氣體(reducing gas)或通過一表面化學(xué)反應(yīng)或細微擴散現(xiàn)象的緣故，進而抑制氧化(oxidation)現(xiàn)象所導(dǎo)致。換言之，經(jīng)由該預(yù)先處理對殘余物進行改變，本發(fā)明可使現(xiàn)有方法中所進行的濕式剝離步驟進一步成為一更具有成效的工藝步驟。
此外，本發(fā)明的預(yù)先處理步驟，其包括先前所述的加熱步驟(a)與穩(wěn)定化步驟(b)，亦可于一純氮氣或同時含有氮氣與氧氣的混合物的環(huán)境下來進行。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的所有工藝步驟的溫度范圍介于20至400℃，且以280℃為最佳。此外，進行加熱步驟的時間大于2秒，且以15秒為最佳時間，而進行穩(wěn)定化步驟的時間則介于1至20秒，且以5秒為最佳時間。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，還包括利用一體積流量大于每分鐘10標準立方厘米(standard cubic centimeter per minute，sccm)的氮氣來進行加熱步驟(a)與穩(wěn)定化步驟(b)，且氮氣的最佳體積流量為每分鐘1000標準立方厘米。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，加熱步驟(a)與穩(wěn)定化步驟(b)的總氣體壓力為1乇(Torr)，且最佳總氣體壓力介于0.2至10乇。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，鈍化步驟(c)與剝離步驟(d)還包括一等離子體蝕刻工藝，例如一變壓耦合等離子體(transformer coupled plasma，TCP)或一感應(yīng)耦合等離子體(induced coupled plasma，ICP)工藝，且該等離子體蝕刻工藝的運作頻率為13.56Mhz。同時，剝離步驟(d)的等離子體蝕刻工藝可利用四氟化碳來作為一反應(yīng)劑。此外，剝離步驟還包括一等離子體微波(microwave)工藝，且該微波工藝的微波輻射頻率具有千兆赫(gigahertz，GHz)等級(order)，例如2.45GHz。


圖1為現(xiàn)有進行剝離步驟后，描繪自一掃描電子顯微鏡(scanning electronmicroscope，SEM)圖像的一含有殘余物的鋁導(dǎo)線的剖面示意圖。
圖2為本發(fā)明優(yōu)選實施例進行剝離步驟后，描繪自一掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)圖像的一鋁導(dǎo)線的剖面示意圖。
簡單符號說明1 鋁導(dǎo)線2 殘余物具體實施方式
請參照圖1，圖1為現(xiàn)有一位于集成電路芯片上的鋁導(dǎo)線1的剖面示意圖。其中，集成電路芯片為一動態(tài)隨機存取存儲器芯片或其它集成電路芯片，在此并不另加贅述。此外，鋁導(dǎo)線1同時電連接其它設(shè)置于該芯片上的元件，且該些元件并未示于圖中。
如圖1所示，鋁導(dǎo)線1的周圍包括一些殘余物2，且殘余物2同時延伸至鋁導(dǎo)線1的上端并形成多個尖端(peaks)。
同時，圖1顯示現(xiàn)有對光致抗蝕劑進行鈍化以及剝離步驟后鋁導(dǎo)線1與殘余物2的情形。其中，該剝離步驟包括先進行一等離子體蝕刻工藝然后再進行一濕蝕刻工藝。如圖中所示，現(xiàn)有技術(shù)無法有效利用濕式清洗步驟來移除含有聚合光致抗蝕劑的殘余物。由于殘余物2含有氧化鋁等金屬氧化物，因此在移除殘余物2時將無法避免同時損害到鋁導(dǎo)線1。
請參照圖2，圖2顯示利用本發(fā)明步驟所達成的結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明先對含有導(dǎo)線(例如鋁導(dǎo)線)的基底進行一預(yù)先處理(pre-treatment)，其包括一加熱步驟與一穩(wěn)定化步驟。值得注意的是，本發(fā)明的加熱步驟與穩(wěn)定化步驟需在含有氮氣的環(huán)境下進行。其中，氮氣可為純氮氣或含有氮氣與氧氣的混和氣體。除此之外，其它工藝如鈍化步驟與剝離步驟等則依照原先工藝條件進行。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，加熱步驟的工藝條件包括下列參數(shù)壓力 1乇氮氣的體積流量1000標準立方厘米每分鐘(sccm)(純氮氣)時間 15秒晶片位置 晶片頂針縮回(pins down)，即晶片已安置在反應(yīng)槽中的座臺上根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，穩(wěn)定化步驟的工藝條件包括下列參數(shù)壓力 1乇氮氣的體積流量1000標準立方厘米每分鐘(sccm)(純氮氣)時間 5秒晶片位置 晶片頂針縮回接著，于一等離子體室中利用水蒸氣來進行鈍化(passivation)步驟，該步驟包括下列參數(shù)壓力 1乇功率 1500瓦(W)
氮氣的體積流量 1000標準立方厘米每分鐘(sccm)水蒸氣的體積流量2800標準立方厘米每分鐘(sccm)時間45秒晶片位置晶片頂針縮回如先前所述，等離子體室已于先前技術(shù)中所揭露。然后利用一等離子體蝕刻工藝來進行一剝離步驟，且等離子體蝕刻工藝包括下列參數(shù)壓力1乇功率2400瓦(W)氧氣的體積流量 4000標準立方厘米每分鐘(sccm)氮氣的體積流量 280標準立方厘米每分鐘(sccm)時間90秒晶片位置晶片頂針縮回晶片溫度于各工藝約280℃步驟接著利用一商業(yè)或?qū)偃芤簛磉M行一濕蝕刻工藝，蝕刻溶液例如為Dupont公司制造的EKC蝕刻液，或者稀釋硫酸雙氧水的溶液(DSP)。
因此如上所述，利用一加熱步驟與一穩(wěn)定化步驟的兩段式預(yù)先處理步驟，本發(fā)明可更有效的來移除導(dǎo)線上的殘余物。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體基底的金屬結(jié)構(gòu)體表面去除由聚合光致抗蝕劑與金屬氧化物所構(gòu)成的殘余物的方法，包括下列步驟(a)于含有氮氣分子的環(huán)境下對具有該金屬結(jié)構(gòu)體的該半導(dǎo)體基底進行加熱；(b)于含有氮氣分子的環(huán)境下對該半導(dǎo)體基底進行一穩(wěn)定化步驟；(c)利用一等離子體對該半導(dǎo)體基底進行一鈍化步驟，該等離子體包括水氣、氮氣或氧氣所組成的群組；以及(d)進行一包含氧氣的剝離步驟來移除該殘余物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中進行該步驟(d)后還包括進行一真空等離子體修正步驟；以及進行一異步清洗步驟來去除剩余的殘余物。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該步驟(a)于一具有純氮氣的環(huán)境下所達成。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該步驟(a)于一具有氮氣與氧氣等混和氣體的環(huán)境下所達成。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該步驟(b)于一具有純氮氣的環(huán)境下所達成。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該步驟(b)于一具有氮氣與氧氣等混和氣體的環(huán)境下所達成。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中至少一步驟(a)、(b)、(c)或(d)于一攝氏溫度20至400度的環(huán)境下所達成。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中進行該步驟(a)的時間大于2秒。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中進行該步驟(a)的時間大于15秒。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中進行該步驟(b)的時間介于1至20秒。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該步驟(a)中，該氮氣的一體積流量大于每分鐘10標準立方厘米。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中該體積流量大于每分鐘1000標準立方厘米。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該步驟(b)中，該氮氣的體積流量大于每分鐘10標準立方厘米。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該體積流量大于每分鐘1000標準立方厘米。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該步驟(a)與該步驟(b)的總氣體壓力介于0.2至10乇。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該剝離步驟(d)包含等離子體蝕刻工藝。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中該等離子體蝕刻工藝于13.56Mhz下運作，且該等離子體蝕刻工藝為一變壓耦合等離子體工藝或一感應(yīng)耦合等離子體工藝。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該剝離步驟(d)包含一等離子體工藝。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中該剝離步驟(d)利用四氟化碳(CF4)來作為一反應(yīng)劑。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該剝離步驟(d)包括一微波工藝，且該微波工藝的微波輻射具有千兆赫等級的頻率。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該方法用于制作利用光刻工藝的半導(dǎo)體元件之上，該光刻工藝的曝光波長選自含有193納米與248納米的群組，以及制作技術(shù)尺寸170納米或以下的金屬結(jié)構(gòu)上。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中該技術(shù)尺寸低于110納米。
23.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該金屬結(jié)構(gòu)包含鋁或鋁銅合金。
24.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該殘余物包含具有氧化鋁的化合物。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該殘余物至少包含一硅、碳、氯或氟。
26.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該方法還包括于該剝離步驟(d)后利用一濕式溶液來進行一清洗步驟。
全文摘要
一種在半導(dǎo)體基底的金屬結(jié)構(gòu)體表面去除由聚合光致抗蝕劑與金屬氧化物所構(gòu)成的殘余物(residue)的方法，包括下列步驟(a)于含有氮氣分子的環(huán)境下對具有該金屬結(jié)構(gòu)體的該半導(dǎo)體基底進行加熱；(b)于含有氮氣分子的環(huán)境下對該半導(dǎo)體基底進行一穩(wěn)定化(stabilization)步驟；(c)利用一等離子體對該半導(dǎo)體基底進行一鈍化(passivation)步驟，該等離子體包括水、氮氣或氧氣所組成的群組；以及(d)進行一包含氧氣的剝離(stripping)步驟來移除該殘余物。
文檔編號H01L21/311GK1797718SQ200510126830
公開日2006年7月5日 申請日期2005年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月22日
發(fā)明者哥淺·雷納多, 巴赫曼·詹氏, 艾伏倫·狄爾克, 卡雷·屋伏, 林忠信, 林文斌, 多瑙鵠·李 申請人:南亞科技股份有限公司