清洁半导体装置的方法制造方法及图纸

本揭示内容的数个方面提供一种清洁半导体装置的方法。该方法包括：提供具有一暴露的钴表面的一半导体晶圆，以及用pH大于9且氧化还原电位小于0.0的阴极水清洗该暴露的钴表面。

【技术实现步骤摘要】
清洁半导体装置的方法
本申请案涉及半导体装置的制造。更特别的是，本申请案涉及一种清洁半导体装置的方法，其中暴露的钴表面于制造期间出现。
技术介绍
金属钨(W)一直是用于半导体装置之接触(contacts)的主要导体。随着半导体节点的缩减，晶体管及接触变得越来越小。钨(W)已被发现在小于15奈米(nm)的沟槽尺寸形成高电阻性β相(highlyresistivebetaphase)。钨的此一性质给包括7奈米及10奈米节点的先进节点带来问题。已有人提出钴作为钨的替代物。不过，钴在半导体装置的制造有额外的挑战。
技术实现思路
本揭示内容的第一具体实施例揭示一种清洁半导体装置之方法。该方法包括：提供具有一暴露的钴表面的一半导体晶圆，以及用pH大于9且氧化还原电位小于0.0的阴极水清洗该暴露的钴表面。本揭示内容的第二具体实施例为一种清洁半导体装置之方法。该方法包括：提供一电解槽，其包括具有一阴极的一阴极电池、具有一阳极的一阳极电池、以及分离该阴极电池与该阳极电池的一离子交换膜。该方法包括：供应去离子水至该阴极电池。该方法包括：以百万分之100(ppm)至1000ppm之浓度供应具有NH4OH的去离子水至该阳极电池。在该阳极电池与该阴极电池之间施加一电压，藉此使阳离子穿过该离子交换膜以提高该去离子水在该阴极电池中之该pH至大于9且有小于0.0的氧化还原电位。该水从该阴极电池供应至具有一暴露的钴表面的一半导体晶圆以清洁该半导体晶圆。本揭示内容的第三具体实施例为一种清洁及钝化半导体装置之方法。该方法包括：提供一电解槽，其包括具有一阴极的一阴极电池、具有一阳极的一阳极电池、以及分离该阴极电池与该阳极电池的一离子交换膜。供应去离子水至该阴极电池。以百万分之100(ppm)至1000ppm之浓度供应具有NH4OH的去离子水至该阳极电池。在该阳极电池与该阴极电池之间施加一电压，藉此使阳离子穿过该离子交换膜以提高该去离子水在该阴极电池中之该pH至大于9且提供小于0.0的氧化还原电位。该水从该阴极电池供应至具有一暴露的钴表面的一半导体晶圆，其中，该暴露的钴表面含有氧化钴(CoO)及氟化钴(CoF2)一段足以钝化及清洁该半导体晶圆的时间。附图说明结合描绘本揭示内容之各种具体实施例的附图，从以下本专利技术之不同方面的详细说明可更加明白本揭示内容以上及其他的特征，其中：图1的横截面图图示具有钴接触之半导体装置的一具体实施例。图2的横截面图图示具有钴接触之半导体装置的一具体实施例。图3图标钴水系统的普贝图(Pourbaixdiagram)。图4图标用于产生阴极水的电化学电池。图5的图形比较图标使用各种清洗液的钴损失。应注意，本揭示内容的附图未按比例绘制。附图旨在只描绘本揭示内容的典型方面，因此不应被视为限制本揭示内容的范畴。附图中，类似的组件用相同的组件符号表示。主要组件符号说明10半导体装置11介电层12阻障层13介电层或第二介电层14钴接触或钴插塞16介电帽盖17帽盖层18掩模层19开口40阴极电池入口41(阳)离子交换膜42阴极电池出口43阴极45阳极电池入口46阴极电池48阳极49阳极电池400电解槽M0零金属层级M1第一金属层。具体实施方式此时将参考附图描述本揭示内容。附图图标结构的各种方面且以简化方式示意图示以更清楚地描述及图解本揭示内容。例如，附图非旨在按比例绘制。此外，结构之各种方面的垂直横截面被图示成矩形。然而，熟谙此艺者会明白，在实际的结构下，这些方面很有可能包含更多锥形特征。此外，本揭示内容不受限于任何特定形状的构造。随着IC越变越小，接触在集成电路(IC)中的电阻已经成为一个问题。由于钨在小特征尺寸形成高电阻性β相，先进节点在使用钨接触时可能有不能接受的电阻。钴(Co)在使用于先进节点中的尺寸不形成电阻性相且可使用于接触。不过，钴在半导体装置的制造有数项挑战。例如集成电路(IC)的微电子芯片由相对大的半导体晶圆制成。此制程通常涉及多个连续步骤，包括以下步骤：产生光微影蚀刻掩模；蚀刻由掩模界定的一层材料；通过湿及干化学技术的一些组合来移除光微影掩模；以及沉积数层材料。该光微影掩模由称为光阻剂的聚合材料形成。在移除光阻剂掩模后，进行湿式清洁制程。在湿式清洁制程后，干燥半导体装置，通常用挥发性溶剂清洗，例如异丙醇，接着是离心法脱水(spindrying)。去离子(deionized；DI)水以用于清洗半导体装置著名。已知DI水可防止装置的金属腐蚀及污染。为了使湿式清洁更有效，二氧化碳(CO2)可与DI水混合。用含二氧化碳的去离子(DI-CO2)水清洗为防止半导体装置之静电放电的电惰性制程。DI-CO2水为使用于湿式清洁制程的标准清洗液。DI-CO2防止放电。不过，DI-CO2水已被发现在清洗步骤期间侵蚀暴露的钴表面。图1描绘具有暴露的钴表面的示范半导体装置。本揭示内容提供与湿式清洁半导体装置之暴露的钴表面有关的细节，例如内存装置、电阻器、二极管、电容器及其他半导体装置，例如finFET、肖特基势垒(Schottkybarrier)MOSFETS、双极接面晶体管。图1图示具有介电层11的半导体装置10。钴接触14或插塞(plug)设置在介电层11内。在图示于图1的具体实施例中，钴插塞14被阻障层12包围，例如氮化钛或另一耐火材料或金属合金。介电帽盖16可设置在介电层11的上表面上。在图1中，介电层11、钴接触14及介电帽盖16例如可在被称为层级M0的零金属层级(zerometallevel)。设置在M0层上的是第二介电层13、视需要帽盖层17及掩模层18。帽盖层17可包括本技艺所习知的任何介电材料，例如氮化物。掩模层18可为任何目前已知或以后被开发出来的材料，例如氮化钛。介电层13及帽盖层17被称为第一金属层M1。图1显示在进行数个蚀刻制程以形成开口19且暴露钴插塞14表面之后的装置10。尽管在图1中图示为M0/M1堆栈，然而只要存在暴露的钴表面，就可根据本揭示内容来加工任何金属层。在数个具体实施例中，用来制作开口19的蚀刻制程包括微影图案化及蚀刻。在微影制程(或“微影技术”)中，形成辐射敏感性“阻剂”涂层于将会被处理的一或更多层上面，例如将会以某种方式选择性掺杂及/或转印图案于其中。有时被称为光阻剂的阻剂本身首先以暴露于辐射来图案化，在此辐射(选择性地)穿过含有图案的中介掩模或模版。结果，阻剂涂层的暴露或未暴露区域变得或多或少可溶，这取决于所用光阻剂的类型。然后，显影剂(developer)用来移除阻剂中或多或少可溶的区域留下图案化的阻剂。然后，图案化的阻剂可用作随后可蚀刻之底下诸层的掩模。蚀刻通常指移除基板(或形成于基板上的结构)的材料，且常用在原处的掩模进行藉此可选择性地移除基板中之某些区域的材料，同时留下在基板之其他区域中未受影响的材料。蚀刻一般有两类：(i)湿式蚀刻与(ii)干式蚀刻。湿式蚀刻用溶剂(例如，酸)进行，可选择其性能以选择性溶解给定材料(例如，氧化物)，同时留下相对完整的另一材料(例如，多晶硅)。选择性蚀刻给定材料的能力对于许多半导体制程是基本的。湿式蚀刻一般会各向同性地蚀刻匀质材料(例如，氧化物)，但是湿式蚀刻也可各向异性地蚀刻单晶材料(例如，硅晶圆)。干式蚀刻可用电浆进行。藉由调整电浆的参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种清洁半导体装置的方法，其包含：提供具有一暴露的钴表面的一半导体晶圆；以及用pH大于9且氧化还原电位小于0.0的阴极水清洗该暴露的钴表面。

【技术特征摘要】
2017.04.26 US 15/497,6471.一种清洁半导体装置的方法，其包含：提供具有一暴露的钴表面的一半导体晶圆；以及用pH大于9且氧化还原电位小于0.0的阴极水清洗该暴露的钴表面。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，清洗该钴表面约30秒至约600秒。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该阴极水具有大于10的pH。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该阴极水具有大于11的pH。5.如权利要求1所述的方法，进一步包含用以下方式产生该阴极水：提供有百万分之100(ppm)至1000ppm的NH4OH浓度的去离子水至一阳极电池；提供去离子水至一阴极电池，其中，该阳极电池与该阴极电池用一离子交换膜分离；以及在该阳极电池与该阴极电池之间施加一电压，藉此使阳离子穿过该离子交换膜以提高该阴极水的该pH。6.如权利要求1所述的方法，进一步包含干燥该经清洗的钴表面。7.如权利要求6所述的方法，进一步包含金属化该经清洗的钴表面。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提供具有一暴露的钴表面的一半导体晶圆的步骤包含：提供一半导体晶圆，其具有覆盖该半导体晶圆的一部份且不覆盖有该钴表面在其下的数个区域的一掩模；蚀刻该半导体晶圆中不被该掩模覆盖的该数个区域以暴露一钴表面；以及移除该掩模。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该暴露的钴表面的清洗将氧化钴(CoO)及氟化钴(CoF2)转换成氢氧化钴(Co(OH)2)。10.一种清洁半导体装置的方法，其包含：提供一电解槽，其包括具有一阴极的一阴极电池、具有一阳极的一阳极电池、以及分离该阴极电池与该阳极电池的一离子交换膜；供应去离子水至该阴极电池；以百万分之100(ppm)至1000ppm的浓度供应具有NH4OH的去离子水至该阳极电池；在该阳极电池与该阴极电池之间施加一电压，藉此使阳离...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文·J·莱恩，夏瑞克·斯蒂奎，法兰克·W·蒙特，寇尔奈利斯·B·匹撒拉，
申请(专利权)人：格芯公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛,KY