專利名稱：防止鎢插塞腐蝕的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種在半導(dǎo)體元件的工藝中防止鎢插塞腐蝕的方法。
通常，與鎢插塞耦接的導(dǎo)線，是在鎢插塞形成的后方才形成。典型的導(dǎo)線材料為鋁銅合金，其鋁的比例約為0.5wt％-1.5wt％。當(dāng)元件的尺寸縮小至0.18微米以下之后，多重金屬內(nèi)連線中的鋁合金導(dǎo)線是由銅導(dǎo)線取而代之。


圖1為公知一種半導(dǎo)體元件其部分工藝的剖面示意圖(未依照比例)。圖式中包括基底10、內(nèi)層介電材料11、黏著層12、鎢插塞13、用來(lái)定義圖案的光阻材料14、金屬導(dǎo)線15以及殘留的聚合物(蝕刻的副產(chǎn)物)17，其中黏著層11的材料包括TiN、TiW或其它的阻障材料。圖式中內(nèi)連線的導(dǎo)線15并未完全覆蓋下層的鎢插塞13。圖案化的導(dǎo)線15可能因?yàn)殄e(cuò)誤對(duì)準(zhǔn)而并未對(duì)準(zhǔn)鎢插塞13或是為了節(jié)省晶片面積而故意僅覆蓋一部份的鎢插塞13。為了清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可了解，剖面圖中省略了一些半導(dǎo)體元件或集成電路的構(gòu)件。
圖2為圖1的部分工藝的半導(dǎo)體元件的剖面圖(未依照比例)。在進(jìn)行干蝕刻步驟后，圖1中部分的高分子材料14(其是由干蝕刻所形成者)仍會(huì)殘留下來(lái)-高分子殘留物17。鎢插塞13所裸露出來(lái)的部分16與此高分子殘留物17相鄰。在進(jìn)行氧等離子體蝕刻工藝以灰化光阻14以及將內(nèi)連線的導(dǎo)線15圖案化時(shí)，殘留的光阻層或是其它的高分子殘留物17必然會(huì)黏附在圖案化的導(dǎo)線以及光阻14的側(cè)壁上。因此，在進(jìn)行后續(xù)工藝之前，必須將此高分子殘留物17去除。典型的方法是采用上述的氧等離子體蝕刻步驟去除光阻材料14，接著再以清除溶液(stripping solution)(例如EKC科技公司的EKC-265TM)，在pH約為10-12下進(jìn)行濕式洗凈工藝，以去除殘留的高分子殘留物17。
若是內(nèi)連線的導(dǎo)線15并未對(duì)準(zhǔn)鎢插塞13，或是內(nèi)連線的導(dǎo)線15故意不完全覆蓋鎢插塞，使得鎢插塞13的一部份16在后的工藝中裸露出來(lái)。
請(qǐng)參照?qǐng)D3，其為部分工藝所形成的半導(dǎo)體元件的剖面圖，以標(biāo)準(zhǔn)的濕式清除程序(wet-stripping process)去除殘存在導(dǎo)線15上的高分子殘留物17時(shí)，所發(fā)生的鎢插塞13腐蝕現(xiàn)象。
以清除溶液(stripping solution)19進(jìn)行濕式洗凈程序，以去除金屬導(dǎo)線側(cè)壁上的高分子殘余物17時(shí)，清除溶液19會(huì)腐蝕鎢插塞13所裸露出來(lái)的部分，而在鎢插塞13之中形成一個(gè)孔洞18。鎢腐蝕，是因?yàn)樵趫D案化以形成導(dǎo)線15的蝕刻過(guò)程中或是以氧等離子體灰化光阻14的過(guò)程中，電荷(“q”)20累積在內(nèi)連線導(dǎo)線15表面所造成。帶著電荷的導(dǎo)線與鎢插塞13之間具有很大的電化學(xué)勢(shì)能(electrochemical potential)(具有不同電化學(xué)勢(shì)能的兩金屬層會(huì)產(chǎn)生電耦合(galvanic couple))，因此，以pH值為10-12的清除溶液19處理之后，所裸露的鎢金屬將氧化成離子態(tài)21(例如是WO4-2)，而此離子態(tài)的屋金屬在后續(xù)的濕式洗濯步驟中將被移除，而導(dǎo)致鎢插塞13中形成孔洞18。
圖4為公知一種部分工藝所形成的半導(dǎo)體元件的剖面圖，其為以標(biāo)準(zhǔn)的濕式清除程序處理圖3的元件后，鎢插塞13之中所形成的孔洞13。由于鎢插塞13遭到腐蝕，鎢插塞13與圖案化的金屬導(dǎo)線15的接觸面積減小，導(dǎo)線的阻值將因而增加，進(jìn)而導(dǎo)致集成電路失效而無(wú)法使用。
公知解決上述問(wèn)題的方法，是將基底浸泡于一中性溶液(例如電解液)或去離子水中數(shù)小時(shí)，再以清除溶液進(jìn)行濕式洗凈程序。將基底浸于中性的離子溶液中可以有效去除導(dǎo)線表面所累積的電荷(q)，但是，此方法雖可保護(hù)鎢插塞13防止其發(fā)生電化學(xué)腐蝕，卻會(huì)使得鎢插塞13表面上的內(nèi)連線的導(dǎo)線15腐蝕(亦即導(dǎo)線15的金屬會(huì)與中性離子溶液中的鹽或電解液反應(yīng))。當(dāng)導(dǎo)線的尺寸縮小時(shí)，防止導(dǎo)線以及鎢插塞13發(fā)生腐蝕的問(wèn)題將日益重要。而且，公知的方法中，將基底進(jìn)行浸泡步驟之后，還必須額外進(jìn)行清洗-干燥步驟以去除殘留在基底上的溶液(即鹽/電解液)。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種在半導(dǎo)體工藝中防止鎢插塞與金屬導(dǎo)線腐蝕的方法。此方法的步驟包括提供已形成有一鎢插塞的基底，鎢插塞系與形成在基底上的導(dǎo)線耦接。首先，將基底浸泡于一非離子良性溶劑(non-ionic benign solvent)中，此溶液例如是純異丙醇(IPA)或純N-甲基比各烷酮(NMP)，接著再進(jìn)行洗濯步驟以清洗導(dǎo)線表面，其后再將基底旋干并進(jìn)行公知的濕式清除程序。
本發(fā)明使用異丙醇或N-甲基比各烷酮溶劑去除累積在導(dǎo)線上的電荷(q)，以防止鎢插塞發(fā)生電化學(xué)腐蝕。一旦累積在導(dǎo)線上的電荷去除之后，在后續(xù)的濕式洗濯步驟中鎢插塞與導(dǎo)線之間的電化學(xué)勢(shì)能將大幅降低，鎢金屬不會(huì)發(fā)生氧化，因此可以保護(hù)鎢插塞，防止腐蝕的現(xiàn)象。而且，異丙醇或N-甲基比各烷酮溶劑液不會(huì)侵蝕鎢插塞上的內(nèi)連線導(dǎo)線圖案，因此，也可以防止導(dǎo)線發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象。
由于異丙醇與N-甲基比各烷酮是一種以氧等離子體蝕刻與濕式洗凈(EKC-265TM)程序之后，進(jìn)行快速?zèng)_洗(quick dump rinse，QDR)之前，普遍使用于溶媒內(nèi)洗濯程序(inter-medium rinse process)之中的溶劑，因此，異丙醇與N-甲基比各烷酮非常容易由既有的工藝設(shè)備中取得。此外，將基底浸泡在純異丙醇或純N-甲基比各烷酮溶劑的時(shí)間僅需幾秒鐘，相較于公知使用中性的離子溶液，本發(fā)明可以大幅縮短浸泡的時(shí)間。因此，本發(fā)明的工藝可以簡(jiǎn)化半導(dǎo)體金屬層的制造程序并且可以節(jié)省制造的成本。而且，可以增進(jìn)效率，并且因?yàn)闊o(wú)須更換工藝設(shè)備，因此可以減少工藝的時(shí)間，并且減少生產(chǎn)線被污染的可能。
再者，以異丙醇與N-甲基比各烷酮溶劑去除累積在導(dǎo)線上的電荷(q)防止鎢插塞發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，由于異丙醇與N-甲基比各烷酮溶劑與濕式洗凈程序所使用的溶液(如EKC-265TM)為化學(xué)兼容，可以直接將異丙醇與N-甲基比各烷酮溶洗濯步驟安排在濕式洗濯步驟之前，因此，可以簡(jiǎn)化工藝并且可以使工藝更為經(jīng)濟(jì)。
本發(fā)明提供一種在半導(dǎo)體工藝中以濕式清除溶液移除高分子殘留物時(shí)，防止鎢插塞與金屬導(dǎo)線腐蝕的方法。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，本發(fā)明的防止鎢插塞與金屬導(dǎo)線腐蝕的方法包括提供已形成有一鎢插塞的基底，其鎢插塞與形成在基底上的導(dǎo)線耦接。首先，將基底浸泡于一非離子良性溶劑中，接著再進(jìn)行洗濯步驟以清洗導(dǎo)線表面，其后再進(jìn)行旋干步驟。上述將基底浸泡于非離子良性溶劑的步驟在標(biāo)準(zhǔn)的濕式清除程序之前進(jìn)行，并且非離子良性溶劑例如是異丙醇與N-甲基比各烷酮溶劑。異丙醇或N-甲基比各烷酮溶劑可以在半導(dǎo)體元件的工藝中實(shí)質(zhì)上去除累積在導(dǎo)線上的電荷(q)。而基底浸泡在非離子良性溶劑的時(shí)間約為1秒鐘至5分鐘。
本發(fā)明的其它特征與優(yōu)點(diǎn)將在后續(xù)的說(shuō)明中提出，其一部份可以由說(shuō)明中得知，或經(jīng)由實(shí)施本發(fā)明而得知。
圖2為圖1部分工藝所形成的半導(dǎo)體元件的剖面圖(未依照比例)。
圖3為部分工藝所形成的半導(dǎo)體元件的剖面圖(未依照比例)，以標(biāo)準(zhǔn)的濕式清除程序去除殘存在導(dǎo)線上的高分子殘留物時(shí)，所發(fā)生的鎢插塞腐蝕現(xiàn)象。
圖4為公知一種部分工藝所形成的半導(dǎo)體元件的剖面圖，其繪示以標(biāo)準(zhǔn)的濕式清除程序處理元件后，鎢插塞之中所形成的孔洞。
圖5為依照本發(fā)明所示的一種防止鎢插塞與金屬導(dǎo)線腐蝕的程序的流程圖。
圖6為本發(fā)明部分工藝所形成的半導(dǎo)體元件進(jìn)行本發(fā)明的基底浸泡程序的剖面示意圖(未依照比例)。
圖7為本發(fā)明的部分工藝所形成的半導(dǎo)體元件進(jìn)行本發(fā)明的浸泡程序后剖面示意圖(未依照比例)，其中高分子殘留物已被移除并且鎢插塞與圖案化的導(dǎo)線并沒(méi)有腐蝕的現(xiàn)象。
10基底11內(nèi)層介電層12黏著層13鎢插塞14光阻15金屬導(dǎo)線16裸露出的部分17殘留的聚合物18孔洞19清除溶液20電荷21離子態(tài)圖1至圖4為描述公知的部分，其顯示了半導(dǎo)體元件在工藝中所產(chǎn)生的鎢塞腐蝕問(wèn)題。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例的一種防止鎢插塞腐蝕的程序的流程圖50。程序50的步驟51，提供一個(gè)形成在基底上的鎢插塞，此鎢插塞與形成在基底上的導(dǎo)線耦接。步驟51中所形成的導(dǎo)線并未完全覆蓋其下層的鎢插塞，其依照目前的0.18微米設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(以及更小的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則)的工藝技術(shù)所形成者。
接著，進(jìn)行步驟52。將具有鎢插塞與導(dǎo)線的基底浸泡于一非離子良性溶劑之中。依照本發(fā)明實(shí)施例，此具有鎢插塞與導(dǎo)線的基底可以浸泡于異丙醇或N-甲基比各烷酮之中。本領(lǐng)域技術(shù)人員可輕易了解該非離子良性溶劑是于一般實(shí)驗(yàn)室的室溫(298K)下。進(jìn)行步驟52，可以實(shí)質(zhì)上去除圖案化導(dǎo)線以及以氧等離子體蝕刻去除光阻的過(guò)程中累積在導(dǎo)線表面上的電荷。相比于公知的方法，進(jìn)行步驟52具有額外的優(yōu)點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是減少累積在鎢插塞或?qū)Ь€上的電荷時(shí)，鎢插塞與導(dǎo)線的表面并非會(huì)發(fā)生腐蝕的問(wèn)題。因此，在步驟52中，使用異丙醇或N-甲基比各烷酮不但可以避免鎢插塞的腐蝕，而且亦可以防止下方的圖案化的金屬導(dǎo)線發(fā)生腐蝕的問(wèn)題。
接著，進(jìn)行步驟53。步驟53進(jìn)行洗濯步驟以清洗進(jìn)行浸泡步驟52之后的導(dǎo)線表面。進(jìn)行步驟53之后，再進(jìn)行步驟54。步驟54將具有鎢插塞與圖案化導(dǎo)線的基底進(jìn)行旋干步驟。
最后，進(jìn)行步驟55。步驟55將具有鎢插塞與圖案化導(dǎo)線的基底進(jìn)行濕式清除程序，其可以使得鎢插塞或圖案化導(dǎo)線，在以步驟52去除氧等離子體蝕刻過(guò)程中累積在導(dǎo)線表面上的電荷之后避免遭受到破壞。因此，在進(jìn)行步驟55時(shí)，鎢插塞所裸露出來(lái)的部分將不會(huì)被氧化而被移除，并且金屬導(dǎo)線不會(huì)被腐蝕。
圖6為本發(fā)明部分工藝所形成的半導(dǎo)體元件進(jìn)行本發(fā)明圖5中步驟52的基底浸泡程序的剖面示意圖(未依照比例)?；瘜W(xué)式(異丙醇與N-甲基比各烷酮)表示的非離子良性溶劑21可以中和累積在圖案化導(dǎo)線15表面上所累積的電荷。值得注意的是，在后續(xù)的濕式清除步驟中，將可移除高分殘留物17。
圖7為本發(fā)明圖6的部分工藝所形成的半導(dǎo)體元件進(jìn)行本發(fā)明步驟52(圖5)的浸泡程序后的剖面示意圖(未依照比例)，其中高分子殘留物已被移除并且鎢插塞與圖案化的導(dǎo)線并沒(méi)有腐蝕的現(xiàn)象。因此，本發(fā)明所使用的材料是一種可以購(gòu)買(mǎi)得到，并且已經(jīng)是半導(dǎo)體元件工藝中用于解決多重導(dǎo)線金屬化程序中所衍生的問(wèn)題的一種材料。此材料例如是異丙醇與N-甲基比各烷酮，使用此溶劑可以不需要額外的處理步驟，而且可與洗濯步驟53(圖5)兼容。因此，本發(fā)明可以在不增加所有程序的時(shí)間與成本的前提下避免鎢插塞與圖案化金屬導(dǎo)線的腐蝕。
為讓本發(fā)明清楚明白以上已詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，例如說(shuō)明書(shū)中所述的中和電荷的浸泡步驟，可以在后續(xù)的步驟中進(jìn)行(例如，在不同的金屬層進(jìn)行)，以避免額外的電荷累積在導(dǎo)線表面所造成的腐蝕問(wèn)題。此外，如果工藝設(shè)備已具有去除電荷的功用，則可以省略洗濯步驟53以及旋干步驟54。這是因?yàn)榉请x子良性溶劑，例如是異丙醇、N-甲基比各烷酮，系與濕式清除溶劑如EKC-265TM兼容，因此，并不需要洗濯步驟與旋干步驟。
再者，本發(fā)明并不限定于鋁的內(nèi)連導(dǎo)線技術(shù)。除了鋁(0.5wt％-1.5wt％)銅之外，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可了解本發(fā)明可以避免鎢插塞與圖案化的銅導(dǎo)線發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象。隨著銅導(dǎo)線的發(fā)展，鎢插塞仍會(huì)使用于第一層的金屬層以與半導(dǎo)體基底的主動(dòng)區(qū)接觸。依舊使用鎢插塞，是為了避免銅的擴(kuò)散高易擴(kuò)散至材料層之中所造成的“銅毒化(Cu poisoning)”現(xiàn)象。防止鎢插塞腐蝕可以避免第一層金屬層中銅擴(kuò)散至半導(dǎo)體基底的主動(dòng)區(qū)的路徑的形成。再者，由于銅并無(wú)法如同鋁一樣形成保護(hù)的氧化薄膜，因此非常容易被侵蝕。故而，對(duì)于使用銅導(dǎo)線的半導(dǎo)體元件避免腐蝕的發(fā)生也是非常重要的。
權(quán)利要求
1.一種防止鎢插塞腐蝕的方法，其特征是，該方法包括提供一形成于一基底中的鎢插塞，該鎢插塞與該基底上的一導(dǎo)線耦接；將該基底浸泡于一非離子良性溶劑中；進(jìn)行一洗濯步驟，以清洗該導(dǎo)線的表面；以及進(jìn)行一旋干步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的防止鎢插塞腐蝕的方法，其特征是，該非離子良性溶劑是實(shí)質(zhì)上去除累積于該導(dǎo)線表面上的靜電。
3.如權(quán)利要求1所述的防止鎢插塞腐蝕的方法，其特征是，將該基底浸泡于該非離子良性溶劑的步驟為在一濕式清除步驟之前施行。
4.如權(quán)利要求1所述的防止鎢插塞腐蝕的方法，其特征是，該非離子良性溶劑為純異丙醇。
5.如權(quán)利要求1所述的防止鎢插塞腐蝕的方法，其特征是，該非離子良性溶劑為純N-比各烷酮。
6.如權(quán)利要求1所述的防止鎢插塞腐蝕的方法，其特征是，該浸泡步驟進(jìn)行1至300秒左右。
7.如權(quán)利要求1所述的防止鎢插塞腐蝕的方法，其特征是，該洗濯步驟進(jìn)行5至15秒左右。
8.如權(quán)利要求1所述的防止鎢插塞腐蝕的方法，其特征是，該導(dǎo)線為一鋁合金導(dǎo)線。
9.如權(quán)利要求1所述的防止鎢插塞腐蝕的方法，其特征是，該導(dǎo)線為銅導(dǎo)線或銅合金導(dǎo)線。
10.如權(quán)利要求1所述的防止鎢插塞腐蝕的方法，其特征是，該浸泡該基底的步驟在室溫下進(jìn)行。
11.一種半導(dǎo)體元件，其依照權(quán)利要求1所述的方法所形成。
12.如權(quán)利要求11所述的一種半導(dǎo)體元件，其特征是，該半導(dǎo)體元件包含一鎢插塞，且該鎢插塞介于內(nèi)連線層之間。
13.如權(quán)利要求11所述的一種半導(dǎo)體元件，其特征是，該半導(dǎo)體元件的內(nèi)連線層的材質(zhì)為鋁合金、銅或銅合金。
全文摘要
一種在半導(dǎo)體元件的工藝中防止鎢插塞腐蝕的方法，其中在一基底上已形成有一鎢插塞且該鎢插塞與形成在基底上的導(dǎo)線耦接。首先將基底浸泡于一非離子良性溶劑中，以實(shí)質(zhì)上去除累積在導(dǎo)線表面上的電荷，接著再進(jìn)行洗濯程序以清洗導(dǎo)線表面，其后再進(jìn)行旋干步驟。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1453835SQ0214627
公開(kāi)日2003年11月5日 申請(qǐng)日期2002年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月26日
發(fā)明者陳中泰, 董克偉, 鐘嘉麒, 李俊鴻 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司