专利名称：晶圆的清洗液成分及其清洗方法
技术领域：
本发明是关于硅晶圆(silicon wafer)的清洗，特别是关于硅晶圆背侧表面(backside surface)与边缘(bevel edges)的清洗方法，以及其清洗液成分(cleaning composition)。
众所周知，铜制程大体上包括将氮化钽(TaN)等阻障材质以物理气相沉积(PVD)技术溅镀到晶圆表面的镶嵌结构中，接着镀上铜晶种层(seed copperlayer)，最后再覆以填入铜金属。其主要缺陷在于采用铜内联机(copper interconnect)架构的集成电路制程却普遍都会遇到晶圆背侧表面以及边缘的铜污染问题，以及金属阻障材质，例如TaN，残留于晶圆边缘。这些残留在晶圆背侧表面以及边缘的铜原子或者阻障材质可能在后续制程中掉落在集成电路中，造成缺陷或电路的短路，并且形成严重的污染颗粒问题，导致交叉污染(cros s-contamination)。
传统的解决方式是采用化学试剂来移除铜金属。例如，以1-10％硫酸(H2SO4)、1-10％过氧化氢(H2O2)加上去离子水所构成的水溶液清洗可能受污染的晶圆表面。然而，上述清洗液成分仅能洗去或溶解晶圆表面上的铜残留，却无法移除穿透晶圆表面而固着于晶圆浅表面内的铜原子。此外，上述清洗液成分亦无法去除残留于晶圆边缘的铜原子以及TaN等阻障金属。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种晶圆的清洗液成分及其清洗方法，清洗液成分包含有第一酸、氧化剂、第二酸及去离子水，第一酸用以移除残留于硅晶圆表面的铜金属；氧化剂用以氧化硅晶圆表面形成一浅氧化层，并氧化残留于硅晶圆边缘的阻障金属；第二酸用以移除该浅氧化层以及残留于硅晶圆边缘的氧化阻障金属；克服现有技术的缺陷，达到洗去或溶解晶圆表面上的铜残留，并移除穿透晶圆表面而固着于晶圆浅表面内的铜原子及有效去除残留于晶圆边缘的铜原子以及TaN等阻障金属的目的。
本发明的目的是这样实现的一种晶圆的清洗液成分，其特征是它包含有第一酸、氧化剂、第二酸及去离子水，该第一酸用以移除残留于硅晶圆表面的铜金属一氧化剂，该氧化剂用以氧化硅晶圆表面形成一浅氧化层，并氧化残留于硅晶圆边缘的阻障金属；该第二酸用以移除该浅氧化层以及残留于硅晶圆边缘的氧化阻障金属。
该第一酸选自下列酸的至少一种硫酸、硝酸、乙酸或磷酸。该氧化剂选自过氧化氢或硝酸。该第二酸为氢氟酸。该清洗液成分的重量百分比组成浓度为第一酸10-15％、氧化剂30-35％、第二酸0.5-1.0％及去离子水为余量。该阻障金属为氮化钛或氮化钽所构成。
本发明还提供一种晶圆的清洗方法，其特征是它包含如下步骤(1)将硅晶圆接触一清洗液成分，并进行一预定时间的清洗，该清洗液成分包含有第一酸、氧化剂、第二酸及去离子水，该第一酸用以移除残留于硅晶圆表面的铜金属一氧化剂，该氧化剂用以氧化硅晶圆表面形成一浅氧化层，并氧化残留于硅晶圆边缘的阻障金属；该第二酸用以移除该浅氧化层以及残留于硅晶圆边缘的氧化阻障金属；(2)旋干该硅晶圆。
该第一酸选自下列酸的至少一种硫酸、硝酸、乙酸或磷酸。该氧化剂选自过氧化氢或硝酸。该第二酸为氢氟酸。该清洗液成分的重量百分比组成浓度为第一酸10-1 5％、氧化剂30-35％、第二酸0.5-1.0％及去离子水为余量。该阻障金属为氮化钛或氮化钽所构成。该清洗的预定时间为30秒。
下面结合较佳实施例和附图
详细说明。
在铜晶种层被溅镀到晶圆上的金属阻障层上后，铜金属以及阻障金属残留可能存在于晶圆背侧表面以及晶圆边缘上。本发明因此利用一特别的清洗液成分以喷洒方式清洗晶圆表面，如步骤12所示，本发明的较佳实施例，清洗时间可维持约30秒左右。
本发明的特别清洗液成分包含有第一酸、氧化剂、第二酸以及去离子水。第一酸用以移除晶圆表面的铜金属；氧化剂(oxidizing agent)，用以氧化晶圆的浅表面，产生一薄氧化膜，同时用以氧化残留于晶圆边缘的金属阻障材质；第二酸，用以移除由于氧化剂形成于晶圆表面的薄氧化膜以及被氧化的金属阻障材质。
其中，第一酸可为下列组合的任一种酸硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、乙酸(CH3COOH)或磷酸(H3PO4)。氧化剂可为下列组合的任一种所构成过氧化氢(H2O2)或硝酸(HNO3)。第二酸是为氢氟酸(HF)。清洗液成分的组成浓度建议如下第一酸的重量百分比浓度10-15％；氧化剂的重量百分比浓度30％-35％；第二酸的重量百分比浓度0.5％-1.0％；余量为去离子水。
如步骤14，本发明以上述清洗液成分清洗晶圆表面时，辅以旋转干燥法，进行晶圆表面的干燥。依据本发明的较佳实施例，本发明以上述清洗液成分清洗晶圆表面与进行旋转干燥是在同一清洗设备中进行。具有方便及清洗效果较佳的功效。
如前所述，传统的方法是采用化学试剂以1-10％硫酸(H2SO4)、1-10％过氧化氢(H2O2)加上去离子水所构成的水溶液清洗可能受污染的晶圆表面。然而，传统的清洗液成分仅能洗去或溶解晶圆表面上的铜残留，却无法移除穿透晶圆表面而固着于晶圆浅表面内的铜原子。此外，传统的清洗液成分亦无法去除残留于晶圆边缘的铜原子以及TaN等阻障金属。
相较于传统技术，本发明的清洗液成分具有氢氟酸(HF)成分，因此可以移除由氧化剂[例如过氧化氢(H2O2)]所氧化的晶圆浅表面、固着于晶圆浅表面内的铜金属，以及残留于晶圆边缘的氧化金属阻障材质。
下表列出Total X-Ray Reflectance Fluorescence(TXRF)实验数据，验证本发明的清洗液成分确实具有较佳的清洗功效。
Test Wafer1.5K Cu/Si
从上述实验结果可以清楚看到使用传统方法的清洗液，不能有效地清除铜。
以本发明的清洗液成分处理晶圆达30秒钟时，残留的铜金属已降至可以接受的标准。以上结果显示本发明具有新颖性、创造性及实用性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明所作的均等变化与修饰，皆应属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种晶圆的清洗液成分，其特征是它包含有第一酸、氧化剂、第二酸及去离子水，该第一酸用以移除残留于硅晶圆表面的铜金属一氧化剂，该氧化剂用以氧化硅晶圆表面形成一浅氧化层，并氧化残留于硅晶圆边缘的阻障金属；该第二酸用以移除该浅氧化层以及残留于硅晶圆边缘的氧化阻障金属。
2.根据权利要求1所述的晶圆的清洗液成分，其特征是该第一酸选自下列酸的至少一种硫酸、硝酸、乙酸或磷酸。
3.根据权利要求1所述的晶圆的清洗液成分，其特征是该氧化剂选自过氧化氢或硝酸。
4.根据权利要求1所述的清洗液成分，其特征是该第二酸为氢氟酸。
5.根据权利要求1所述的晶圆的清洗液成分，其特征是该清洗液成分的重量百分比组成浓度为第一酸10-15％、氧化剂30-35％、第二酸0.5-1.0％及去离子水为余量。
6.根据权利要求1所述的晶圆的清洗液成分，其特征是该阻障金属为氮化钛或氮化钽所构成。
7.一种晶圆的清洗方法，其特征是它包含如下步骤(1)将硅晶圆接触一清洗液成分，并进行一预定时间的清洗，该清洗液成分包含有第一酸、氧化剂、第二酸及去离子水，该第一酸用以移除残留于硅晶圆表面的铜金属一氧化剂，该氧化剂用以氧化硅晶圆表面形成一浅氧化层，并氧化残留于硅晶圆边缘的阻障金属；该第二酸用以移除该浅氧化层以及残留于硅晶圆边缘的氧化阻障金属；(2)旋干该硅晶圆。
8.根据权利要求7所述的晶圆的清洗方法，其特征是该第一酸选自下列酸的至少一种硫酸、硝酸、乙酸或磷酸。
9.根据权利要求7所述的晶圆的清洗方法，其特征是该氧化剂选自过氧化氢或硝酸。
10.根据权利要求7所述的晶圆的清洗方法，其特征是该第二酸为氢氟酸。
11.根据权利要求7所述的晶圆的清洗方法，其特征是该清洗液成分的重量百分比组成浓度为第一酸10-15％、氧化剂30-35％、第二酸0.5-1.0％及去离子水为余量。
12.根据权利要求7所述的晶圆的清洗方法，其特征是该阻障金属为氮化钛或氮化钽所构成。
13.根据权利要求7所述的晶圆的清洗方法，其特征是该清洗的预定时间为30秒。
全文摘要
一种晶圆的清洗液成分及其清洗方法，清洗液成分包含有第一酸、氧化剂、第二酸及去离子水，第一酸用以移除残留于硅晶圆表面的铜金属；氧化剂用以氧化硅晶圆表面形成一浅氧化层，并氧化残留于硅晶圆边缘的阻障金属；第二酸用以移除浅氧化层以及残留于硅晶圆边缘的氧化阻障金属。具有洗去或溶解晶圆表面上的铜残留，并移除穿透晶圆表面而固着于晶圆浅表面内的铜原子及有效去除残留于晶圆边缘的铜原子以及TaN等阻障金属的功效。
文档编号H01L21/02GK1426094SQ0214620
公开日2003年6月25日 申请日期2002年10月15日 优先权日2001年12月5日
发明者杨任伟, 罗泽源 申请人:联华电子股份有限公司