专利名称：护垫蚀刻程序后去除氟化铝缺陷的方法
技术领域：
本发明涉及一种去除护垫蚀刻程序(pad etching process)后氟化铝缺陷(ALF defect)的方法，且特别涉及一种利用清洗化学品(rinse chemicals)以去除护垫蚀刻程序后异常氟化所产生缺陷的方法。
由于半导体元件的芯片(wafer)是存放于晶舟(pod)内，每一晶舟约可储放25片芯片。放在一起的芯片，其自光致抗蚀剂表面扩散出来的氟离子会使整个晶舟内充满高浓度的氟离子。因此，部分氟离子会与裸露的铝层反应，而在铝层的表面形成氟化铝的化合物(aluminum fluoride，AIFx)，造成异常氟化的情形。
以扫描式电子显微镜(scanning electron microscopy，SEM)观察护垫的氟化铝缺陷，其分析结果显示氟化铝化合物(AIFx)为不规则的片状结晶，且部分结晶的边缘略有向上卷曲的情形。这种异常氟化的情形对半导体的后续加工过程有严重的影响，例如金球或铝球无法顺利的键结(bonding)于半导体元件上。如果芯片上有过多的半导体元件无法通过键结测试(bonding test)，传统上的处置方法是直接报废，不再使用。由于芯片十分昂贵，丢弃的芯片其成本转嫁至正常的芯片上，因而使半导体元件的生产成本大大地增加。长久以来，相关厂商无不为此巨额损失所苦。
由上述可知，如何挽救具有异常氟化缺陷的半导体元件，以降低生产成本，实为研发人员努力的重要目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种护垫蚀刻程序后去除元件上氟化铝缺陷的方法，此方法不但可有效地去除铝层上的氟化铝缺陷，且不会对铝层造成腐蚀和损坏，进而使芯片的生产成本降低。
根据本发明的目的，提出一种于护垫蚀刻程序后去除元件上氟化铝缺陷的方法，该方法包括以下步骤(a)应用EKC溶液，主要包括羟胺(hydroxylamine，HDA)，且应用的时间约为30分钟；(b)应用一中间清洗化学品(intermediaterinse chemical)，如异丙醇(isopropyl alcohol，IPA)或N-甲基-四氢咯酮(N-methyl pyrrolidone，NMP)，且应用的时间范围约为0.5-3分钟，及(c)应用水于元件上。
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图作详细说明如下。
由于EKC溶液中的羟胺(HDA)遇水时会被分解，而产生一强氧化剂，此强氧化剂直接和铝反应而严重破坏金属层的铝，造成铝损失(AI loss)。虽然利用羟胺和水作为一般清洗步骤中的清洗溶液，容易损害半导体元件，不过本发明却利用此方法并加以修正改良，以达到去除氟化铝缺陷(ALF defect)的目的。
本发明是修正加工过程(1)，降低异丙醇(或N-甲基-四氢咯酮)的浸泡时间，并应用在护垫蚀刻程序之后。如此，经过异丙醇的短时间清洗，残留在元件上的EKC溶液含量也相对地增加，而与水产生反应，如同蚀刻效果般将氟化铝缺陷刮除。然而，刮除氟化铝缺陷后的半导体元件还须通过元件特性测试，以确定元件可以运作。
此外，较小的尘粒需要更高的能量来将它们从芯片表面除去，其中一种解决方式是采用百万赫兹超音波清洗技术(megasonic)。基于安全考量，异丙醇不能应用于megasonic技术。与异丙醇相比较，N-甲基-四氢咯酮(NMP)有较低的粘度和较高的闪火点(92℃，异丙醇为23℃)。因此，若以百万赫兹超音波清洗技术冲洗芯片，中间清洗化学品必须选用N-甲基-四氧咯酮，而非异丙醇。综上所述，本发明的中间清洗化学品，如异丙醇或N-甲基-四氢咯酮，其应用的浸泡时间范围约为0.5-3.0分钟之间，且较佳的时间范围约为1.0-1.5分钟之间。本发明的冲洗步骤和浸泡时间简述如下EKC溶液(30分钟)→异丙醇或NMP(0.5-3.0分钟)→水 (2)
图1绘示护垫蚀刻加工过程后半导体元件的铝层的剖面图。其中，半导体元件的剖面图并未依实际尺寸绘示，且图中只绘示重要相关要件。图1中，由于氟离子与铝反应，而在金属铝层100的上表面所形成的氟化铝缺陷102，其结晶形状为不规则，且部分结晶的边缘甚至有卷曲现象。利用本发明的清洗方法，可以将部分的上铝层刮除使得氟化铝缺陷102连带随着铝损失(Al loss)而去除。
根据实验结果显示，若浸泡于异丙醇的时间为1分钟，本发明的铝损失厚度约为250(d＝0.25K)。若是如传统方法浸泡于异丙醇时间为10分钟，则铝损失厚度约只有5。一般而言，具有单一金属层的半导体元件，其铝层厚度约有5K，而具有多重内连线的半导体元件，其铝层厚度约有7-8K。相较于5K或8K的厚度，本发明所造成的铝损失0.25K尚在可容忍的范围内，且又可达到去除氟化铝缺陷的目的。
当半导体元件经过本发明的清洗流程后，必须经过质量检查(Qualitycheck，QC)。以肉眼观察元件，或以扫描式电子显微镜(scanning electronmicroscopy，SEM)仔细观察元件的铝层上是否还有氟化铝缺陷，以及残存的EKC溶液是否造成铝层的严重损坏，其分析结果显示几乎100％的氟化铝缺陷都可去除，且不会对铝层造成严重腐蚀。
通过质量检查之后，半导体元件需再经过电性测试，其测试结果显示一切正常。并且，在合格率测试(yield test)上也无问题。其他元件性能的测试，如键结能力测试(bondability tests)和稳定度测试(reliability tests)，也一并进行。例如，键结能力测试可检查金线可承受的推力(wire pull)和锡球可承受的应力(ball shear)；至于稳定度测试包括了附着性测试(PCT test)和高温测试(bake test)。测试结果显示经过本发明的清洗流程后的半导体元件，均可通过上述的各项测试。
如上所述，本发明的清洗流程(2)可应用在护垫蚀刻程序之后，不但可有效地去除氟化铝缺陷，也不会对铝层造成腐蚀和损坏。如此，原先有缺陷的芯片可被救回，而不需被报废。制造厂商也因此省下大量的金钱，使芯片的生产成本大大降低。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用于限定本发明，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作一些等效变化和变动，因此本发明的保护范围以权利要求为准。
权利要求
1.一种护垫蚀刻程序后去除氟化铝缺陷的方法，其特征在于，包括以下的步骤应用EKC溶液，主要包括羟胺(hydroxylamine，HDA)，且应用时间为30分钟；应用一中间清洗化学品(intermediate rinse chemical)，且应用时间范围为0.5-3分钟；及应用水于该元件上。
2.如权利要求1所述的去除氟化铝缺陷的方法，其特征在于所述的中间清洗化学品为异丙醇(isopropyl alcohol，IPA)。
3.如权利要求1所述的去除氟化铝缺陷的方法，其特征在于所述的中间清洗化学品为N-甲基-四氢咯酮(N-methyl pyrrolidone，NMP)。
4.如权利要求1所述的去除氟化铝缺陷的方法，其特征在于所述的应用该中间清洗化学品的时间范围为1-1.5分钟。
5.如权利要求1所述的去除氟化铝缺陷的方法，其特征在于所述的EKC溶液更包括了胺类(amine base)、有机溶剂、抑制腐蚀剂(corrosion inhibitor)和水。
6.一种护垫蚀刻程序后去除氟化铝缺陷的方法，其特征在于，包括以下的步骤应用EKC溶液，主要包括羟胺(hydroxylamine，HDA)，且应用时间为30分钟；应用一中间清洗化学品(intermediate rinse chemical)，且应用时间约为1分钟；及应用水于该元件上。
7.如权利要求6所述的去除氟化铝缺陷的方法，其特征在于所述的中间清洗化学品为异丙醇(isopropyl alcohol，IPA)。
8.如权利要求6所述的去除氟化铝缺陷的方法，其特征在于所述的中间清洗化学品为N-甲基-四氢咯酮(N-methyl pyrrolidone，NMP)。
全文摘要
本发明涉及一种护垫蚀刻程序后去除元件上氟化铝缺陷的方法，包括以下步骤(a)应用EKC溶液，主要包括羟胺(hydroxylamine，HDA)，且应用的时间约为30分钟；(b)应用一中间清洗化学品(intermediate rinse chemical)，如异丙醇(isopropyl alcohol，IPA)或N－甲基－四氢咯酮(N－methylpyrrolidone，NMP)，且应用的时间范围约为0.5－3分钟，及(c)应用水于元件上。本发明的方法可有效地去除氟化铝缺陷而不会对铝层造成腐蚀和损坏，使原先有缺陷的芯片可被救回，而不需被报废，进而降低芯片的生产成本。
文档编号H01L21/3213GK1477684SQ0213041
公开日2004年2月25日 申请日期2002年8月19日 优先权日2002年8月19日
发明者苏炎辉, 吴敬斌, 李宏文, 连楠梓, 刘信成 申请人:旺宏电子股份有限公司