CN103021817A - 湿法刻蚀后的清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿法刻蚀后的清洗方法，以保证湿法刻蚀后硅片表面满足质量检验要求。该清洗方法包括完成金属铝湿法刻蚀工艺后，进行第一次湿法去除硅屑残留；通过光刻工艺在经湿法刻蚀后的金属铝上形成光刻胶；进行光刻胶烘干；进行光刻胶干法灰化；以及进行第二次湿法去除硅屑残留。

Description

湿法刻蚀后的清洗方法

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造工艺领域，涉及一种金属铝湿法刻蚀后的清洗方法。

背景技术

随着集成电路集成度的不断增长，集成电路中器件特征尺寸不断缩小，集成电路生产加工的精细程度也在不断加大。而在集成电路生产制造环节中决定器件最终尺寸的刻蚀工艺就凸显的越发重要。在集成电路不断向小尺寸发展的要求下，干法刻蚀工艺因为具有良好的侧壁控制能力、良好的特征尺寸控制能力、最小的光刻胶脱落和粘附问题、良好的均匀性以及良好的工艺稳定和可控性得到了广泛的应用。而湿法刻蚀工艺因为是各向同性的化学腐蚀，刻蚀过程中对横向和纵向都产生腐蚀，特征尺寸控制能力差。在高集成度、小特征尺寸的超大规模集成电路中，几乎不再使用。

但是，金属湿法刻蚀工艺却具有成本低、产能大、无电荷积累、无物理损伤等优点。这使得湿法工艺在一些特殊产品制造领域中得到广泛应用。如功率器件产品、高可靠性产品、航空航天抗辐照产品、MEMS(Micro-electro Mechanical Systems，微电子机械***)等。

目前广泛使用的金属铝湿法刻蚀工艺一般是用铝腐蚀液刻蚀金属，然而，因为湿法刻蚀的各向同性，腐蚀液在刻蚀金属铝的同时，也腐蚀铝下层的薄氧化层。当薄氧化层厚度h小于铝条之间的间距s，则当金属铝被完全刻蚀干净的时候，薄氧化层已经被腐蚀干净，衬底材料硅也被腐蚀，形成硅屑析出，如图1所示。因此，需要对金属铝湿法刻蚀后产生的硅屑进行清洗。通常采用干法或湿法工艺清洗刻蚀后产生的硅屑。请参考图2，其所示为现有技术中金属铝湿法刻蚀及去硅屑工艺步骤，包括金属铝光刻，光刻胶烘干，光刻胶灰化，湿法刻蚀金属铝，去光刻胶以及干法或湿法去硅屑。其中，干法去硅屑采用离子轰击的方法将刻蚀后的残留物去除，工艺成本低、工艺时间短、操作简单、通量大，适合于大批量产品生产。但是使用干法工艺会引入等离子体损伤和电荷积累，降低产品的可靠性和抗辐射水平。湿法去硅屑则采用化学腐蚀的方法去除刻蚀后的残留物，不对衬底产生损伤和电荷积累，避免等离子损伤和电荷积累对产品可靠性和抗辐照水平的影响。但湿法工艺去硅屑的能力相比干法工艺要弱，无法完全去除硅屑，会产生硅屑残留的问题。在后续工艺中，残留的硅屑会飘散到硅片的各个部分，形成肉眼可见的黑点，从而无法满足产品在线检验和出货检验要求。如果硅屑留在金属连线或封装焊盘上，则会引起可靠性问题和封装问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种湿法刻蚀后的清洗方法，以保证湿法刻蚀后硅片表面满足质量检验要求。为达成上述目的，本发明湿法刻蚀后的清洗方法包括以下步骤：

完成金属铝湿法刻蚀工艺后，进行第一次湿法去除硅屑残留；

通过光刻工艺在经湿法刻蚀后的金属铝上形成光刻胶；

进行光刻胶烘干；

进行光刻胶干法灰化；

进行第二次湿法去除硅屑残留。

优选的，所述金属铝湿法刻蚀工艺包括：通过光刻工艺在所述金属铝上形成图形化的光刻胶；进行光刻胶烘干；进行光刻胶干法灰化；以光刻胶为掩膜，湿法刻蚀所述金属铝以形成沟槽，所述沟槽贯穿所述金属铝下方的薄氧化层并延伸至衬底，使所述衬底产生所述硅屑残留；去除所述光刻胶。

优选的，所述薄氧化层的厚度小于所述沟槽的宽度。

优选的，所述光刻工艺包括涂覆光刻胶层，曝光及显影，其中所述光刻胶层的厚度为2至2.5微米。

优选的，进行光刻胶烘干的温度为100至120℃，时间为10至30分钟。

优选的，进行光刻胶干法灰化的灰化气体为四氟化碳与氧气，灰化时间为10至30秒。

优选的，通过铝腐蚀液湿法刻蚀所述金属铝，其中所述铝腐蚀液成分包括80%磷酸，5%硝酸，5%乙酸和10%水；工艺温度为35至45℃。

优选的，去除所述光刻胶的工艺气体为氧气，时间为30至90分钟。

优选的，通过去硅屑液湿法去除硅屑残留，其中所述去硅屑液的成分包括60%~70%磷酸，5%~10%硝酸，10%~20%乙酸和10%~20%水；工艺温度为23至25℃，时间为1至10分钟。

本发明的优点在于，通过增加了二次光刻金属铝等步骤，在增加湿法去除硅屑残留工艺时间的同时保护金属铝不受影响，不仅能够有效减少硅屑残留并去除残留的硅渣，也不会产生电荷积累和等离子损伤，能够保证器件和产品的可靠性以及抗辐照性能，满足特殊产品对高可靠性以及高抗辐照性能的要求。

附图说明

图1所示为具有薄氧化层结构的金属铝湿法刻蚀后示意图。

图2是现有技术中金属铝湿法刻蚀及去硅屑工艺的流程图。

图3是本发明一实施例湿法刻蚀后的清洗方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

下面将参照图3描述根据本发明的湿法刻蚀后的清洗方法的一较佳实施例。

请参照图3，本发明的湿法刻蚀后的清洗方法包括以下步骤：

步骤301：在完成金属铝湿法刻蚀工艺后，进行第一次湿法去除硅屑残留。

其中，金属铝湿法刻蚀工艺是对薄氧化层上的金属铝进行湿法刻蚀，需要注意的是薄氧化层很薄，其厚度要小于刻蚀后的金属铝条之间的间距，所以当湿法刻蚀完成的时候，氧化层已经被腐蚀干净，硅衬底也被腐蚀，形成硅屑析出和残留。

湿法刻蚀的步骤具体包括：首先，通过涂覆光刻胶层，曝光，显影等第一次光刻工艺在金属铝上形成图形化的光刻胶，光刻胶层的厚度可为2~2.5微米，其类型和厚度可根据金属铝的厚度及最佳光刻条件确定。

接着，进行光刻胶烘干，烘干温度为100℃~120℃，烘干时间为10~30分钟；之后进行光刻胶干法灰化，灰化气体为四氟化碳与氧气，灰化时间为10~30秒。通过光刻胶烘干和干法灰化，使光刻胶具有更好的粘附性和耐腐蚀性能，并可有效改善光刻胶的表面形状及疏水性状，从而减小刻蚀金属铝所用的湿法刻蚀药液的表面张力；此外还使光刻胶边角变得圆润，有利于刻蚀生成物脱离，从而使湿法刻蚀药液更充分的与金属铝接触，达到均匀刻蚀、减少金属残留的目的。

然后，以光刻胶为掩膜采用铝腐蚀液对金属铝进行湿法刻蚀，铝腐蚀液的成分包括：80%磷酸，5%硝酸，5%乙酸和10%水；工艺温度为35至45℃，刻蚀时间可根据金属铝的厚度和铝腐蚀液的刻蚀速率计算。之后，去除光刻胶，采用的工艺气体为氧气，时间为30~90分钟。

由于湿法刻蚀的各向同性，且本实施例中薄氧化层的要小于湿法刻蚀后金属铝条的间距，也即是湿法刻蚀金属铝时形成的沟槽的宽度，沟槽将贯穿薄氧化层并延伸至衬底，从而使衬底产生硅屑析出和残留。因此，根据本发明的清洗方法，在完成金属铝湿法刻蚀工艺后，先通过去硅屑液进行第一次湿法去除衬底上的硅屑残留。去硅屑液的成分包括60%~70%磷酸，5%~10%硝酸，10%~20%乙酸和10%~20%水；湿法去硅屑工艺的工艺温度为23~25℃，时间为1~10分钟，刻蚀速率可保持为

/分钟。由于金属铝湿法刻蚀后，还会产生一些刻蚀的副产物，第一次湿法去除硅屑残留可一并起到清洗副产物的作用。此外，光刻胶去除后金属铝表面残留的光刻材料也可通过湿法去硅屑完全清除，从而保证在后续光刻时金属铝表面能够具有近似于第一次光刻时的表面性质，金属铝条的线宽也不会产生变化。然而，由于湿法去硅屑工艺的工艺窗口不足，经一次湿法去硅屑后仍然会有硅屑或硅渣残留。

步骤302，通过第二次光刻工艺在湿法刻蚀后的金属铝上形成光刻胶。

第二次光刻工艺的条件与第一次相同，其也包括光刻胶涂胶，曝光，显影的工艺步骤，光刻胶的厚度可为2~2.5微米。该层光刻胶作为后续湿法去硅屑工艺时的掩蔽层。

步骤303，进行光刻胶烘干，以使光刻胶具有更好的粘附性和耐腐蚀性能。

烘干条件可与湿法刻蚀金属铝时相同，烘干温度为100℃~120℃，烘干时间为10~30分钟。

步骤304，进行光刻胶干法灰化。

将光刻胶部分刻蚀，以有效改善光刻胶的表面形状及疏水性状，从而减小后续湿法去硅屑工艺中去硅屑液的表面张力。

步骤305，进行第二次湿法去除硅屑残留。

其工艺条件可与第一次湿法去除硅屑残留时相同，具体来说，是通过去硅屑液进行第二次湿法去硅屑，去硅屑液的成分包括60%~70%磷酸，5%~10%硝酸，10%~20%乙酸和10%~20%水；工艺温度为23~25℃；刻蚀速率可保持为

/分钟；时间为1~10分钟，具体根据硅渣残留程度确定。由于光刻胶作为掩蔽层覆盖在金属铝表面，起到保护作用，因此在进行第二次湿法去除硅屑残留时，并不会腐蚀金属铝表面。

为了证明本发明的技术效果，选取了3种技术方案并进行了实验，实验结果如下表1：

表1

实验1的结果表明，增加金属铝湿法刻蚀工艺的时间无法解决硅屑残留的问题，实验2的结果表明增加湿法去硅屑工艺的时间虽然可以扩大工艺窗口，减少硅屑残留的数量，但在无光刻胶掩蔽的情况下，会对金属铝表面造成损害。而根据本发明的清洗方法，进行了两次湿法去硅屑工艺不仅能够扩大湿法去硅屑工艺窗口，有效减少硅屑残留，并且通过光刻工艺将金属铝保护起来，能够保持金属铝表面性质不变。

由上述本发明较佳实施例可知，本发明的去除金属铝湿法刻蚀工艺后硅屑残留的清洗方法与传统的清洗方法相比，增加了光刻金属铝等步骤，以光刻胶作为掩蔽层，在扩大湿法去硅屑工艺窗口的同时保护金属铝不受影响，从而不会产生电荷积累和等离子损伤，能够保证器件和产品的可靠性以及抗辐照性能，以满足特殊产品对高可靠性以及高抗辐照性能的要求。另外，本发明不仅适用于一般产品，尤其适用于薄氧化层结构的产品。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (9)

1.一种湿法刻蚀后的清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：

完成金属铝湿法刻蚀工艺后，进行第一次湿法去除硅屑残留；

通过光刻工艺在经湿法刻蚀后的金属铝上形成图形化的光刻胶；

进行光刻胶烘干；

进行光刻胶干法灰化；

进行第二次湿法去除硅屑残留。

2.根据权利要求1所述的湿法刻蚀后的清洗方法，其特征在于，所述金属铝湿法刻蚀工艺包括以下步骤：

通过光刻工艺在所述金属铝上形成图形化的光刻胶；

进行光刻胶烘干；

进行光刻胶干法灰化；

以光刻胶为掩膜，湿法刻蚀所述金属铝以形成沟槽，所述沟槽贯穿所述金属铝下方的薄氧化层并延伸至衬底，使所述衬底产生所述硅屑残留；

去除所述光刻胶。

3.根据权利要求2所述的湿法刻蚀后的清洗方法，其特征在于，所述薄氧化层的厚度小于所述沟槽的宽度。

4.根据权利要求1或2所述的湿法刻蚀后的清洗方法，其特征在于，所述光刻工艺包括涂覆光刻胶层，曝光及显影，其中所述光刻胶层的厚度为2至2.5微米。

5.根据权利要求1或2所述的湿法刻蚀后的清洗方法，其特征在于，进行光刻胶烘干的温度为100至120℃，时间为10至30分钟。

6.根据权利要求1或2所述的湿法刻蚀后的清洗方法，其特征在于，进行光刻胶干法灰化的灰化气体为四氟化碳与氧气，灰化时间为10至30秒。

7.根据权利要求2所述的湿法刻蚀后的清洗方法，其特征在于，通过铝腐蚀液湿法刻蚀所述金属铝，其中所述铝腐蚀液成分包括80%磷酸，5%硝酸，5%乙酸和10%水；工艺温度为35至45℃。

8.根据权利要求2所述的湿法刻蚀后的清洗方法，其特征在于，去除所述光刻胶的工艺气体为氧气，时间为30至90分钟。

9.根据权利要求1所述的湿法刻蚀后的清洗方法，其特征在于，通过去硅屑液湿法去除硅屑残留，其中所述去硅屑液的成分包括60%~70%磷酸，5%~10%硝酸，10%~20%乙酸和10%~20%水；工艺温度为23至25℃，时间为1至10分钟。

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