Способ струйной очистки поверхности полупроводниковых кремниевых пластин с металлизированной разводкой на основе алюминия

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ СТРУЙНОЙ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРЕМНИЕВЫХ ПЛАСТИН С МЕТАЛЛИЗИРОВАННОЙ РАЗВОДКОЙ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ(71) Заявитель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ(72) Авторы Турцевич Аркадий Степанович Кисель Анатолий Михайлович Медведева Анна Борисовна Иванчиков Александр Эдуардович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ(57) Способ струйной очистки поверхности полупроводниковых кремниевых пластин с металлизированной разводкой на основе алюминия во фторсодержащих водно-органических растворах, включающий очистку пластин очищающим раствором, сброс раствора с пластин, промывку пластин деионизированной водой от остатков раствора и сушку пластин инертным газом, отличающийся тем, что перед очисткой очищающим раствором пластины предварительно обрабатывают деионизированной водой в течение 60-180 секунд при скорости вращения пластин 50-150 об./мин. Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем (ИМС). Изобретение может найти применение при создании топологического рисунка межэлементных токопроводящих соединений в процессе изготовления ИМС. В технологии изготовления ИМС операции создания металлизированной межэлементной разводки являются определяющими. Качество металлизированной разводки является одним из основных факторов, влияющих на процент выхода годных интегральных микросхем и надежность выпускаемых изделий. Наиболее массовое применение при изготовлении ИМС нашла технология металлизации с использованием алюминия и его сплавов. Основными причинами низкой надежности алюминиевой металлизированной межэлементной разводки являются наличие на металлизированных дорожках повреждений металла (подтравы), ухудшающих сплошность пассивирующих диэлектрических пленок и внешний вид изделий коррозия металла, приводящая к обрывам токопроводящих дорожек. Одним из основных источников появления повреждений поверхности алюминия и коррозии является очистка поверхности алюминия после операций плазмохимического 16480 1 2012.10.30 травления (ПХТ), используемых при формировании металлизированной разводки. Это связано с тем, что алюминий является химически активным металлом. Удаление загрязнений с поверхности алюминия в очищающих растворах достаточно сложный процесс и часто сопровождается или повреждением слоя алюминия или коррозией. Известен способ очистки, использующий ультразвук 1. Основным недостатком данного способа является то, в процессе очистки под влиянием ультразвука происходит отслаивание узких линий металлизированной разводки. Известен способ очистки при повышенной температуре, включающий душевую и струйную подачу химикатов на пластины 2. Основным недостатком этого способа является высокая скорость стравливания металлизированных слоев на основе алюминия. Для очистки поверхности алюминия после плазмохимических операций используются, как правило, способы струйной очистки во фторсодержащих водно-органических растворах. При этом очистка выполняется в закрытом объеме путем последовательной подачи через форсунки очищающего раствора и воды на вращающиеся пластины. Процесс очистки основан на минимальном подтравливании фторид-ионами поверхности алюминия с осажденными на ней во время ПХТ операций полимерными остатками и последующем растворении остатков в органическом растворителе. При реализации таких способов необходимо правильно выбрать последовательность операций, позволяющую, с одной стороны, исключить значительный подтрав и коррозию алюминия, с другой стороны, очистить поверхность от полимерных остатков, обеспечивая при этом незначительный, равномерный подтрав алюминия без пятен, подтеков и коррозии. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ струйной очистки поверхности кремниевых полупроводниковых пластин с металлизированной разводкой на основе алюминия во фторсодержащих водно-органических растворах 3, включающий очистку пластин очищающим раствором, сброс очищающего раствора с пластин,промывку пластин деионизированной водой и сушку пластин инертным газом. Однако при использовании такой последовательности операций поверхность алюминия очищается от образующихся после ПХТ остатков, и при этом протекает неравномерное травление поверхности алюминия с образованием подтравов, пятен, подтеков. Это ухудшает в дальнейшем сплошность диэлектрических пленок и внешний вид ИМС. Такой способ очистки можно использовать для очистки пластин с металлизированной разводкой на основе алюминия, покрытой сверху нитридом титана, и нельзя использовать для пластин с металлизированной разводкой из чистого алюминия или сплавов из-за образования подтравов и снижениявыхода годных ИМС. Заявляемое изобретение решает задачу уменьшения подтравов и коррозии поверхности алюминия при реализации способа струйной очистки пластин с металлизированной разводкой на основе алюминия во фторсодержащих водно-органических растворах и повышениявыхода годных ИМС. Поставленная задача решается тем, что в способе струйной очистки поверхности полупроводниковых кремниевых пластин с металлизированной разводкой на основе алюминия во фторсодержащих водно-органических растворах, включающем очистку пластин очищающим раствором, сброс раствора с пластин, промывку пластин деионизированной водой от остатков раствора и сушку пластин инертным газом, перед очисткой очищающим раствором пластины предварительно обрабатывают деионизированной водой в течение 60-180 секунд при скорости вращения пластин 50-150 об./мин. Сравнительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что перед очисткой очищающим раствором пластины предварительно обрабатывают деионизированной водой в течение 60-180 с при скорости вращения пластин 50-150 об./мин. Использование идентичной или сходной совокупности отличительных признаков для решения поставленной задачи не обнаружено. При предварительной обработке пластин 2 16480 1 2012.10.30 деионизированной водой в течение менее 60 с при скорости вращения менее 50 об./мин поверхность недостаточно гидрофилизируется, что приводит к подтраву поверхности алюминия и снижениювыхода ИМС. При предварительной обработке пластин деионизированной водой в течение более 180 секунд и скорости более 150 об./мин наблюдается коррозия алюминия и выход годных снижается. Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 представлено значительное и неравномерное травление пленки при очистке во фторсодержащих водно-органических растворах поверхности полупроводниковых кремниевых пластин с металлизированной разводкой на основе сплава алюминия (99,5 ) и меди (0,5 ) по способу прототипа, что приводит к снижениювыхода годных при изготовлении кремниевых интегральных микросхем на фиг. 2 представлено равномерное, незначительное подтравливание пленки алюминия без пятен и подтеков, позволяющие при этом полностью удалить полимер при очистке во фторсодержащих водно-органических растворах поверхности полупроводниковых кремниевых пластин с металлизированной разводкой на основе алюминия, полученное при реализации заявляемого способа очистки. Предварительная обработка пластин деионизированной водой в течение 60-180 с при скорости вращения пластин 50-150 об./мин перед подачей химического раствора гидрофилизирует поверхность, что способствует равномерному распределению очищающего раствора по поверхности пластин и уменьшению подтрава. В качестве примера реализации заявленного способа были изготовлены полупроводниковые кремниевые пластины с металлизированной разводкой на основе алюминия. На полупроводниковые кремниевые пластины 200 мм на установке 5000 осаждалась пленка плазмохимического диоксида кремния (ПХО) толщиной 1,00,05 мкм. Поверх данной пленки на установкенапылялся слой сплава металлов алюминия (99,5 ) и меди (0,5 ) толщиной 80080 нм. Затем с использованием позитивного фоторезиста 700-1.2 методом фотолитографии формировался рисунок межуровневой разводки с шириной дорожки 0,4 мкм и расстоянием между дорожками 0,35 мкм. Через оставшуюся маску фоторезиста стравливался металл методом сухого плазмохимического травления на установке 9600. Остатки фоторезиста удалялись в плазме на установке 3010. После формирования металлизированной разводки методом ПХТ травления на пластинах выполнялись операции очистки в соответствии с заявленным способом и прототипом. Все операции выполнялись на установке струйного типапутем подачи на пластины жидкости или газа при вращении пластин. Режимы задавались по трем параметрам время выполнения операции (в секундах) скорость вращения пластин (в оборотах в минуту) температура (в С). Для выполнения операции химической очистки использовался раствор РУП-12, включающий следующие компоненты вода деионизированная 50 фторид аммония 2 диметилсульфоксид 50 . Для выполнения операции промывки использовалась вода деионизированная ультрачистая. Для выполнения операции сушки использовался инертный газ азот. Операции очистки и промывки выполнялись при комнатной температуре. Операция сушки выполнялась в азоте при температуре 120 С. При выполнении заявляемого способа очистки варьировались режимы операции предварительной промывки деионизированной водой перед операцией химической очистки. Режимы остальных операций оставались неизменными. Таким образом, в соответствии с заявленным способом были подготовлены 6 контрольных образцов. Режимы заявляемого способа очистки представлены в табл. 1. Режимы способа прототипа представлены в табл. 2. 3 16480 1 2012.10.30 После выполнения очистки все пластины контролировались с помощью сканирующего электронного микроскопа на наличие подтравов, остатков полимера, коррозии. Таблица 1 Режимы заявляемого способа очистки полупроводниковых кремниевых пластин с металлизированной разводкой на основе алюминия на установкево фторсодержащем растворе Скорость враще стадии Наименование операции Время, с Температура, С ния, об./мин предварительная обработка 1 таблица 3 таблица 3 деионизированной водой 2 очистка очищающим раствором 300 35 23 3 сброс раствора 60 1500 120 (азот) промывка деионизированной во 4 600 500 23 дой от остатков раствора 5 сушка 600 600 23 Таблица 2 Режимы очистки полупроводниковых кремниевых пластин с металлизированной разводкой на основе алюминия на установкево фторсодержащем растворе по способу прототипа Время, Скорость враще стадии Наименование операции Температура, С с ния, об./мин 1 очистка очищающим раствором 300 35 23 2 сброс раствора 60 1500 120 (азот) промывка деионизированной водой 3 600 500 23 от остатков раствора 4 сушка 600 600 23 Режимы операции предварительной промывки пластин деионизированной водой перед операцией очистки и результаты контроля всех образцов под микроскопом представлены в табл. 3. Таблица 3 Режимы операции предварительной промывки пластин деионизированной водой и результаты контроля образцов под микроскопом Режимы обработки Наличие Наличиег. и /г. протот. в деионизированной водеп./п. подтрава коррозии отн. ед. время, с скорость вращения, об./мин 1 40 40- отсутствие подтрава, коррозииг. и /г. протот. - отношениевыхода годных по внешнему виду пластин в блоке металлизации по заявляемому способу квыхода годных по способу прототипа в относительных единицах. 16480 1 2012.10.30 Как следует из таблицы 3, снижение времени предварительной обработки деионизированной водой ниже 60 с и скорости вращения ниже 50 об./мин приводит к подтраву поверхности алюминия при обработке. Увеличение времени предварительной обработки деионизированной водой выше 180 с приводит к появлению коррозии. Увеличение скорости вращения центрифуги выше 150 об./мин приводит к снижению смачиваемости поверхности пластин и появлению подтравов. Таким образом, заявляемый способ струйной очистки поверхности полупроводниковых кремниевых пластин с металлизированной разводкой на основе алюминия во фторсодержащих водно-органических растворах, позволяет достичь поставленной цели снизить подтравы и коррозию металлизации на основе алюминия и его сплавов, а также в 1,2-1,25 раз повыситьвыхода годных ИМС по внешнему виду. Таким образом, предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом позволяет решить задачу уменьшения подтрава и коррозии металлизации и увеличениявыхода годных по внешнему виду ИМС при проведении химической очистки пластин во фторсодержащих водно-органических растворах. Источники информации 1.5 100476, 1992 2.5 896 875, 1999 3.6 143637, 2000 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5