專利名稱：清洗溶液和使用該溶液清洗半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制作半導(dǎo)體器件的技術(shù)；更確切地，涉及清洗溶液和使用該溶液清洗半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
在制作半導(dǎo)體器件的方法中，污染晶片的污染物有多種不同的種類，例如有機(jī)物質(zhì)、無機(jī)物質(zhì)、金屬離子和天然氧化層。由上面列出的污染物引起的缺陷種類也從致命缺陷到圖案(pattern)缺陷而不同。
因此需要能夠有效去除這些污染物的清洗技術(shù)，以制作具有高可靠性的半導(dǎo)體器件。
用于清洗處理的清洗溶液通常使用酸和堿化學(xué)品。然而很難將這種清洗溶液應(yīng)用于金屬。特別是在應(yīng)用鋁到多層金屬(MLM)工藝中的情況下，很難使用清洗溶劑而不用任何其他工藝，這是因為鋁非常不耐酸和堿。
因此在使用金屬的工藝后進(jìn)行清洗處理期間，使用化學(xué)溶劑，特別是使用基于胺的有機(jī)化學(xué)品。
然而，眾所周知，基于胺的有機(jī)化學(xué)品不能去除顆粒。
因此為去除由應(yīng)用于金屬的工藝所產(chǎn)生的顆粒，不得不使用作為物理方法的擦洗法。然而，當(dāng)物理地進(jìn)行擦洗時，這種擦洗法會導(dǎo)致圖案的損壞。
近來，為改善低電阻和信號處理速度，引入用鎢(W)作為柵電極的工藝，從而W蝕刻方法以及在蝕刻W后進(jìn)行的清洗方法非常重要。在用W的方法中，用于清洗過程的化學(xué)品既可以是H2SO4和H2O2的混合溶液，也可以是NH4OH和H2O2的混合溶液。
圖1是說明使用清洗溶液制作半導(dǎo)體器件柵電極的傳統(tǒng)方法的流程圖。
參考圖1，制作柵電極的方法包括以下步驟形成柵絕緣層11，形成包括W層的柵導(dǎo)電層12，沉積光刻膠層13，形成光刻膠圖案14，蝕刻柵導(dǎo)電層15，去除光刻膠層16，用由H2SO4和H2O2混合形成的清洗溶液進(jìn)行第一清洗過程17，用緩沖氧化蝕刻劑(BOE)溶液進(jìn)行第二清洗過程18，其中BOE是NH4F和HF的混合清洗溶液，用加有H2O2的去離子水基氨溶液的清洗溶液進(jìn)行第三清洗過程19。
如上所述，制作柵電極的傳統(tǒng)方法使用W層，并在蝕刻W層后，將由NH4OH、H2O2和去離子水混合形成的清洗溶液用于最后的清洗過程，從而去除顆粒。
然而，當(dāng)根據(jù)傳統(tǒng)方法使用W層作為柵電極時，存在由用于清洗過程中的清洗溶液引起W層損壞的問題。特別是由于W層會被用于第二清洗過程中的清洗溶液的一種組分H2O2所溶解，因此不可能用W層作為柵電極。
如果W層被溶解，就不可能除去蝕刻W層后留在W層表面上的顆粒。
該問題可能發(fā)生在所有用W層制作半導(dǎo)體器件的過程期間。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種清洗溶液和利用能防止清洗溶液對鎢層的損害并除去顆粒的該溶液來清洗半導(dǎo)體器件的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種清洗溶液，包括去離子水基氨溶液；加入該氨溶液的表面活性劑和加入該氨溶液的螯合劑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供清洗半導(dǎo)體器件的一種方法，包括以下步驟在具有至少包括鎢層的導(dǎo)電層的襯底上部形成光刻膠層；通過在光刻膠層上形成圖案來形成光刻膠圖案；通過利用光刻膠圖案作為蝕刻掩模，蝕刻導(dǎo)電層形成導(dǎo)電圖案；去除光刻膠圖案；對具有導(dǎo)電圖案的襯底用加有表面活性劑和螯合劑的去離子水基氨溶液的清洗溶液進(jìn)行清洗工藝。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供清洗半導(dǎo)體器件的一種方法，包括以下步驟在具有至少包括鎢層的導(dǎo)電層的襯底上部形成光刻膠層；通過在光刻膠層上形成圖案來形成光刻膠圖案；通過利用光刻膠圖案作為蝕刻掩模，蝕刻導(dǎo)電層形成導(dǎo)電圖案；去除光刻膠圖案；對具有導(dǎo)電圖案的襯底用由H2SO4和H2O2混合形成的清洗溶液進(jìn)行第一清洗過程；對完成了第一清洗過程的襯底用緩沖氧化蝕刻劑(BOE)溶液進(jìn)行第二清洗過程；和對完成了第二清洗過程的襯底用加有表面活性劑和螯合劑的去離子水基氨溶液的清洗溶液進(jìn)行第三清洗過程。
通過結(jié)合附圖對下面優(yōu)選實施方案的說明，將更好地理解本發(fā)明的上述和其他目的及特征，其中圖1是說明清洗半導(dǎo)體器件的傳統(tǒng)方法的流程圖；圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案清洗半導(dǎo)體器件的方法的流程圖；和圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案清洗半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。
具體實施例方式
下文將參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的清洗溶液包括NH4OH、去離子水、表面活性劑和螯合劑。
首先，NH4OH和去離子水使清洗溶液保持堿性，從而在晶片和帶負(fù)電荷的顆粒間保持ζ-電勢。因而，由于基于雙電層斥力的顆粒排斥，NH4OH和去離子水使顆粒不會粘附。
表面活性劑的作用是保持所有的晶片和顆粒的表面為負(fù)電荷，以改善顆粒排斥，并且螯合劑的作用是改進(jìn)鈍化層以保護(hù)作為金屬的鎢(W)層免受清洗溶液的影響。
在清洗溶液中，通過以約150-200份NH4OH比約1份去離子水的比例混合NH4OH和去離子水而形成氨溶液。這時pH值保持在從約10到約11。表面活性劑的混入量范圍為清洗溶液的約0.01體積％-約0.05體積％。螯合劑的混入量范圍為清洗溶液的約0.01體積％-約0.05體積％。結(jié)果，清洗溶液的混合比例，即NH4OH∶H2O∶表面活性劑∶螯合劑的比例為約150-200∶1∶約0.01-0.05∶約0.01-0.05。該清洗溶液保持在約40℃到約70℃的溫度范圍內(nèi)。
同時，在清洗溶液中，表面活性劑使用聚乙二醇，螯合劑使用乙二胺四乙酸(EDTA)。
如上所述，用ζ電勢和pH值之間的關(guān)系來闡釋用本發(fā)明的清洗溶液來去除顆粒，pH值表示用于清洗晶片的清洗溶液的氫離子濃度。如果清洗溶液是酸性溶液，包括金屬污染物的顆粒主要顯示正的ζ電勢。當(dāng)清洗溶劑變得更具有堿性時，清洗溶液就變成具有負(fù)的ζ電勢。因而，在晶片的表面和顆粒間產(chǎn)生相互排斥，從而將污染減少到最小。因此根據(jù)本發(fā)明基于去離子水形成的清洗溶液中包括NH4OH。
下文將闡述根據(jù)本發(fā)明用上述清洗溶劑清洗半導(dǎo)體器件的方法。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案清洗半導(dǎo)體器件的方法。
參考圖2，清洗半導(dǎo)體的方法包括以下步驟在具有至少包括鎢(W)層的導(dǎo)電層的襯底上部沉積光刻膠層21，以形成光刻膠圖案22，通過蝕刻該導(dǎo)電層形成導(dǎo)電圖案23，去除光刻膠圖案24，和用加有表面活性劑和螯合劑的去離子水氨溶液的清洗溶液進(jìn)行清洗過程25。
首先，沉積光刻膠層的步驟是在形成至少包括W層的導(dǎo)電層，即多晶硅層和W層的堆疊之后，在導(dǎo)電層的上部沉積光刻膠層的步驟。
形成光刻膠圖案的步驟22是通過對沉積光刻膠層進(jìn)行曝光過程和顯影過程來形成作為掩模的光刻膠圖案的步驟。
形成光刻膠圖案的步驟23是用光刻膠圖案作為蝕刻掩模來蝕刻導(dǎo)電層的步驟，以及去除光刻膠圖案的步驟24是在蝕刻導(dǎo)電層后剝離殘留光刻膠圖案的步驟。這里，通過使用公知的氧等離子體來剝離光刻膠圖案。
通過使用加有表面活性劑和螯合劑的去離子水基氨溶液的清洗溶液進(jìn)行清洗工藝的步驟25是在除去光刻膠圖案后，通過使用加有表面活性劑和螯合劑的去離子水基氨溶液的清洗溶液來清洗具有導(dǎo)電圖案的襯底的步驟，其中氨溶液是NH4OH和H2O的混合溶液。
圖2中，進(jìn)行清洗程序的步驟25在單晶片設(shè)備中進(jìn)行。該單晶片設(shè)備不是將晶片浸入槽中的清洗方法，而是在晶片旋轉(zhuǎn)時噴灑清洗溶液的清洗方法。
在清洗溶液中，構(gòu)成氨溶液的NH4OH和去離子水以約150到約200份的NH4OH和一份去離子水的比例混合。這時，pH值保持在約10到約11。表面活性劑以相對于清洗溶液的約0.01體積％-約0.05體積％的量混入。螯合劑以相對于清洗溶液的約0.01體積％-約0.05體積％的量混入。將這種清洗溶液保持在從約40℃到約70℃的溫度范圍內(nèi)。
在該清洗溶液中，表面活性劑使用聚乙二醇，螯合劑使用EDTA。
在單晶片設(shè)備，即單晶片旋轉(zhuǎn)裝置中進(jìn)行清洗過程期間，轉(zhuǎn)速范圍為從約800rpm到約1000rpm，清洗時間的范圍為從約30秒到約120秒。
下文將闡述使用具有上述組成的清洗溶液的清洗過程的機(jī)理。
首先，形成導(dǎo)電圖案，然后除去光刻膠圖案。之后，暴露出導(dǎo)電圖案的W層并將在其中產(chǎn)生大量顆粒的襯底放入單晶片旋轉(zhuǎn)裝置內(nèi)。其后，通過噴灑由NH4OH、去離子水、聚乙二醇和EDTA混合形成的清洗溶液來進(jìn)行該清洗工藝。
這里，通過下面的化學(xué)反應(yīng)NH4OH和H2O被解離成NH4+、OH-、H+和OH-，從而留在清洗溶液中。
如上面所闡明的，如果將完成蝕刻工藝的產(chǎn)物暴露在清洗溶液中，則清洗溶液的螯合劑EDTA與殘留在導(dǎo)電圖案的W層表面上的顆粒反應(yīng)，從而形成配位化合物。此時該配位化合物的作用在于防止W層受到清洗溶液的侵蝕。
作為清洗溶液中的表面活性劑的聚乙二醇將隔離留在W層表面上的配位化合物，從而除去顆粒。詳細(xì)地，該配位化合物、清洗溶液的OH-和聚乙二醇相互反應(yīng)，從而從W層表面除去該配位化合物，而不在W層上引起任何損壞。
如上所述，本發(fā)明在形成導(dǎo)電圖案后進(jìn)行清洗過程期間，不是主要用H2O2作為清洗溶液，從而就防止了由H2O2引起的W層損壞。而且，可以通過加入表面活性劑和螯合劑來去除顆粒。
圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案的清洗半導(dǎo)體器件方法的流程圖。
參考圖3，清洗半導(dǎo)體器件的方法主要包括以下步驟形成柵絕緣層31，形成至少包括W層的柵導(dǎo)電層32，沉積光刻膠層33，形成光刻膠圖案34，蝕刻柵導(dǎo)電層35，去除光刻膠圖案36，通過使用由H2SO4和H2O2混合形成的清洗溶液進(jìn)行第一清洗過程37，通過使用BOE溶液進(jìn)行第二清洗過程38，和通過使用加有表面活性劑和螯合劑的去離子水基氨溶液的清洗溶液進(jìn)行第三清洗過程39，其中通過混合NH4F和HF形成BOE溶液。
首先，形成柵絕緣層的步驟31是通過對襯底上部進(jìn)行熱氧化工藝形成柵絕緣層的步驟，形成柵導(dǎo)電層的步驟32是在柵絕緣層上堆疊多晶硅層和W層的步驟。這里，作為擴(kuò)散阻擋金屬層的氮化鎢層可形成在多晶硅層和W層之間。還可以在W層上堆疊作為柵硬掩模的氮化硅層。
沉積光刻膠層的步驟33和形成光刻膠圖案的步驟34是在柵導(dǎo)電層上沉積光刻膠層的步驟，通過曝光工藝和顯影工藝在光刻膠層上形成圖案，并在形成柵電極期間形成作為蝕刻掩模的光刻膠圖案。
蝕刻柵導(dǎo)電層的步驟35是通過使用光刻膠圖案作為蝕刻掩模蝕刻柵導(dǎo)電層，然后形成柵電極的步驟。通過該蝕刻工藝，W層被暴露出來并且大量顆粒附著在W層的表面。
去除光刻膠圖案的步驟36是在蝕刻柵導(dǎo)電層后，通過使用氧等離子體剝離殘留的光刻膠圖案的步驟。
進(jìn)行第一清洗過程的步驟37用來除去污染物，如銅，其通過不同過程附著在襯底上。因此，通過使用由H2SO4和H2O2混合形成的清洗溶液進(jìn)行第一清洗過程。
進(jìn)行第二清洗過程的步驟38用來去除天然氧化層并且通過使用BOE溶液進(jìn)行，該溶液是氧化層蝕刻溶液。
最后，進(jìn)行第三清洗過程的步驟39用來去除附著在柵電極，尤其是W層表面上的顆粒，并通過使用加有表面活性劑和螯合劑的去離子水基氨溶液的清洗溶液進(jìn)行，其中氨溶液通過混合NH4OH和H2O形成。
進(jìn)行第一清洗過程的步驟37和進(jìn)行第二清洗過程的步驟38在浸入式濕槽中進(jìn)行，進(jìn)行第三清洗過程的步驟39在單晶片設(shè)備中進(jìn)行。單晶片設(shè)備指不同于用于進(jìn)行第一和第二清洗過程的步驟所用的清洗方法，而是在晶片旋轉(zhuǎn)時噴灑清洗溶液的清洗方法。
進(jìn)行第三清洗過程的步驟39與圖2中所示的進(jìn)行第三清洗過程的步驟相同。在清洗溶液中，組成氨溶液的NH4OH和H2O以約150到約200份NH4OH比1份H2O的比例混合。此時pH值保持在約10到約11。表面活性劑以相對于清洗溶液的約0.01體積％-約0.05體積％的量混入。螯合劑以相對于清洗溶液的約0.01體積％-約0.05體積％的量混入。結(jié)果清洗溶液的混合比例，即NH4OH∶H2O∶表面活性劑∶螯合劑的比例為約150-200∶1∶約0.01-0.05∶約0.01-0.05的比例。將清洗溶液保持在從約40℃到約70℃的溫度范圍內(nèi)。清洗溶液的表面活性劑使用聚乙二醇，清洗溶液的螯合劑使用EDTA。當(dāng)在單晶片設(shè)備，即單晶片旋轉(zhuǎn)裝置中進(jìn)行清洗工藝時，轉(zhuǎn)速范圍從約800rpm到約1000rpm，清洗時間的范圍為從約30秒到約120秒。
使用上述組合物的清洗過程的機(jī)理與圖2所示的清洗過程的機(jī)理相同。
如圖2和3所示，本發(fā)明在蝕刻包括W層的導(dǎo)電層后所進(jìn)行的清洗過程期間，使用加有表面活性劑和螯合劑的氨溶液的清洗溶液，從而順利地除去顆粒而不在包括在導(dǎo)電層內(nèi)的W層上引起任何損壞。
本發(fā)明通過使用由NH4OH、H2O、表面活性劑和螯合劑混合形成的清洗溶液進(jìn)行清洗過程，從而順利地除去顆粒而不在鎢層上引起任何損壞，并提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量。
本申請包含于2004年11月2日遞交到韓國專利局的韓國專利申請No.KR2004-0088452的相關(guān)主題，在此通過引用并入其全部內(nèi)容。
盡管本發(fā)明采用特定的優(yōu)選實施方案來說明，但是對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，不偏離所附權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明精神和范圍而進(jìn)行不同變化和修改是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種清洗溶液，包括基于去離子水的氨溶液；加入氨溶液中的表面活性劑；和加入氨溶液中的螯合劑。
2.權(quán)利要求1的溶液，其中螯合劑使用乙二胺四乙酸(EDTA)。
3.權(quán)利要求1的溶液，其中加入的螯合劑的濃度范圍為清洗溶液的約0.01體積％-約0.05體積％。
4.權(quán)利要求1的溶液，其中表面活性劑使用聚乙二醇。
5.權(quán)利要求1的溶液，其中加入的表面活性劑的濃度范圍為清洗溶液的約0.01體積％-約0.05體積％。
6.權(quán)利要求1的溶液，其中氨溶液通過以約150到約200份NH4OH比1份去離子水的比例混合NH4OH和去離子水而形成。
7.一種清洗半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在具有至少包括鎢層的導(dǎo)電層的襯底上部形成光刻膠層；通過將光刻膠層圖案化來形成光刻膠圖案；通過利用光刻膠圖案作為蝕刻掩模來蝕刻導(dǎo)電層而形成導(dǎo)電圖案；除去光刻膠圖案；和在具有導(dǎo)電圖案的襯底上使用基于去離子水的氨溶液的清洗溶液進(jìn)行清洗處理，其中清洗溶液加有表面活性劑和鰲合劑。
8.權(quán)利要求7的方法，其中鰲合劑的加入量范圍為清洗溶液的約0.01體積％-約0.05體積％。
9.權(quán)利要求8的方法，其中螯合劑使用乙二胺四乙酸(EDTA)。
10.權(quán)利要求7的方法，其中表面活性劑的加入量范圍為清洗溶液的約0.01體積％-約0.05體積％。
11.權(quán)利要求10的方法，其中表面活性劑使用聚乙二醇。
12.權(quán)利要求7的方法，其中通過以約150到約200份NH4OH比1份去離子水的比例混合NH4OH和去離子水而形成清洗溶液的氨溶液。
13.權(quán)利要求7的方法，其中清洗處理在單晶片旋轉(zhuǎn)裝置中進(jìn)行。
14.權(quán)利要求13的方法，其中單晶片旋轉(zhuǎn)裝置的轉(zhuǎn)速范圍為從約800rpm到約1000rpm。
15.權(quán)利要求14的方法，其中清洗處理進(jìn)行的時間范圍為從約30秒到約120秒。
16.權(quán)利要求7的方法，其中將清洗溶液保持在從約40℃到約70℃的溫度范圍內(nèi)。
17.一種清洗半導(dǎo)體器件的方法，包括步驟在具有至少包括鎢層的導(dǎo)電層的襯底上部沉積光刻膠層；通過將光刻膠層圖案化來形成光刻膠圖案；通過利用光刻膠圖案作為蝕刻掩模來蝕刻導(dǎo)電層而形成導(dǎo)電圖案；除去光刻膠圖案；在具有導(dǎo)電圖案的襯底上使用由H2SO4和H2O2混合形成的清洗溶液進(jìn)行第一清洗處理；在完成了第一清洗處理的襯底上用緩沖氧化蝕刻劑(BOE)溶液進(jìn)行第二清洗處理；和在完成了第二清洗處理的襯底上使用基于去離子水的氨溶液的清洗溶液進(jìn)行第三清洗處理，其中清洗溶液加有表面活性劑和鰲合劑。
18.權(quán)利要求17的方法，其中在進(jìn)行第三清洗處理的步驟中，螯合劑的加入量范圍為清洗溶液的約0.01體積％-約0.05體積％。
19.權(quán)利要求18的方法，其中螯合劑使用乙二胺四乙酸(EDTA)。
20.權(quán)利要求17的方法，其中在進(jìn)行第三清洗處理的步驟中，表面活性劑的加入量范圍為清洗溶液的約0.01體積％-約0.05體積％。
21.權(quán)利要求17的方法，其中表面活性劑使用聚乙二醇。
22.權(quán)利要求17的方法，其中在進(jìn)行第三清洗處理的步驟中，通過以約150到約200份NH4OH比1份去離子水的比例混合NH4OH和去離子水而形成清洗溶液的氨溶液。
23.權(quán)利要求17的方法，其中第一和第二清洗處理在濕槽中進(jìn)行，第三清洗處理在單晶片旋轉(zhuǎn)裝置中進(jìn)行。
24.權(quán)利要求23的方法，其中在進(jìn)行第三清洗處理的步驟中，單晶片旋轉(zhuǎn)裝置的轉(zhuǎn)速范圍為從約800rpm到約1000rpm。
25.權(quán)利要求24的方法，其中第三清洗處理進(jìn)行的時間范圍為從約30秒到約120秒。
26.權(quán)利要求17的方法，其中在進(jìn)行第三清洗處理的步驟中，將清洗溶液的溫度保持在從約40℃到約70℃的溫度范圍。
全文摘要
本發(fā)明提供了清洗溶液和利用該溶液清洗半導(dǎo)體器件的方法，能夠防止清洗溶液對鎢層的損害并除去顆粒。該清洗溶液包括基于去離子水的氨溶液；加入氨溶液中的表面活性劑；和加入氨溶液中的螯合劑。該方法包括下列步驟在具有至少包括鎢層的導(dǎo)電層的襯底上部沉積光刻膠層；通過將光刻膠層圖案化來形成光刻膠圖案；通過利用光刻膠圖案作為蝕刻掩模來蝕刻該導(dǎo)電層形成導(dǎo)電圖案；除去光刻膠圖案；并且在具有導(dǎo)電圖案的襯底上使用基于去離子水的氨溶液的清洗溶液進(jìn)行清洗處理，其中清洗溶液加有表面活性劑和鰲合劑。
文檔編號H01L21/3213GK1770404SQ20051000035
公開日2006年5月10日 申請日期2005年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月2日
發(fā)明者吳起俊 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司