专利名称：清洗溶液和使用该溶液清洗半导体器件的方法
技术领域：
本发明涉及一种制作半导体器件的技术；更确切地，涉及清洗溶液和使用该溶液清洗半导体器件的方法。
背景技术：
在制作半导体器件的方法中，污染晶片的污染物有多种不同的种类，例如有机物质、无机物质、金属离子和天然氧化层。由上面列出的污染物引起的缺陷种类也从致命缺陷到图案(pattern)缺陷而不同。
因此需要能够有效去除这些污染物的清洗技术，以制作具有高可靠性的半导体器件。
用于清洗处理的清洗溶液通常使用酸和碱化学品。然而很难将这种清洗溶液应用于金属。特别是在应用铝到多层金属(MLM)工艺中的情况下，很难使用清洗溶剂而不用任何其他工艺，这是因为铝非常不耐酸和碱。
因此在使用金属的工艺后进行清洗处理期间，使用化学溶剂，特别是使用基于胺的有机化学品。
然而，众所周知，基于胺的有机化学品不能去除颗粒。
因此为去除由应用于金属的工艺所产生的颗粒，不得不使用作为物理方法的擦洗法。然而，当物理地进行擦洗时，这种擦洗法会导致图案的损坏。
近来，为改善低电阻和信号处理速度，引入用钨(W)作为栅电极的工艺，从而W蚀刻方法以及在蚀刻W后进行的清洗方法非常重要。在用W的方法中，用于清洗过程的化学品既可以是H2SO4和H2O2的混合溶液，也可以是NH4OH和H2O2的混合溶液。
图1是说明使用清洗溶液制作半导体器件栅电极的传统方法的流程图。
参考图1，制作栅电极的方法包括以下步骤形成栅绝缘层11，形成包括W层的栅导电层12，沉积光刻胶层13，形成光刻胶图案14，蚀刻栅导电层15，去除光刻胶层16，用由H2SO4和H2O2混合形成的清洗溶液进行第一清洗过程17，用缓冲氧化蚀刻剂(BOE)溶液进行第二清洗过程18，其中BOE是NH4F和HF的混合清洗溶液，用加有H2O2的去离子水基氨溶液的清洗溶液进行第三清洗过程19。
如上所述，制作栅电极的传统方法使用W层，并在蚀刻W层后，将由NH4OH、H2O2和去离子水混合形成的清洗溶液用于最后的清洗过程，从而去除颗粒。
然而，当根据传统方法使用W层作为栅电极时，存在由用于清洗过程中的清洗溶液引起W层损坏的问题。特别是由于W层会被用于第二清洗过程中的清洗溶液的一种组分H2O2所溶解，因此不可能用W层作为栅电极。
如果W层被溶解，就不可能除去蚀刻W层后留在W层表面上的颗粒。
该问题可能发生在所有用W层制作半导体器件的过程期间。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种清洗溶液和利用能防止清洗溶液对钨层的损害并除去颗粒的该溶液来清洗半导体器件的方法。
根据本发明的一个方面，提供一种清洗溶液，包括去离子水基氨溶液；加入该氨溶液的表面活性剂和加入该氨溶液的螯合剂。
根据本发明的另一个方面，提供清洗半导体器件的一种方法，包括以下步骤在具有至少包括钨层的导电层的衬底上部形成光刻胶层；通过在光刻胶层上形成图案来形成光刻胶图案；通过利用光刻胶图案作为蚀刻掩模，蚀刻导电层形成导电图案；去除光刻胶图案；对具有导电图案的衬底用加有表面活性剂和螯合剂的去离子水基氨溶液的清洗溶液进行清洗工艺。
根据本发明的另一个方面，提供清洗半导体器件的一种方法，包括以下步骤在具有至少包括钨层的导电层的衬底上部形成光刻胶层；通过在光刻胶层上形成图案来形成光刻胶图案；通过利用光刻胶图案作为蚀刻掩模，蚀刻导电层形成导电图案；去除光刻胶图案；对具有导电图案的衬底用由H2SO4和H2O2混合形成的清洗溶液进行第一清洗过程；对完成了第一清洗过程的衬底用缓冲氧化蚀刻剂(BOE)溶液进行第二清洗过程；和对完成了第二清洗过程的衬底用加有表面活性剂和螯合剂的去离子水基氨溶液的清洗溶液进行第三清洗过程。
通过结合附图对下面优选实施方案的说明，将更好地理解本发明的上述和其他目的及特征，其中图1是说明清洗半导体器件的传统方法的流程图；图2是说明根据本发明的第一实施方案清洗半导体器件的方法的流程图；和图3是说明根据本发明的第二实施方案清洗半导体器件的方法的流程图。
具体实施例方式
下文将参考附图详细说明本发明的优选实施方案。
根据本发明的优选实施方案的清洗溶液包括NH4OH、去离子水、表面活性剂和螯合剂。
首先，NH4OH和去离子水使清洗溶液保持碱性，从而在晶片和带负电荷的颗粒间保持ζ-电势。因而，由于基于双电层斥力的颗粒排斥，NH4OH和去离子水使颗粒不会粘附。
表面活性剂的作用是保持所有的晶片和颗粒的表面为负电荷，以改善颗粒排斥，并且螯合剂的作用是改进钝化层以保护作为金属的钨(W)层免受清洗溶液的影响。
在清洗溶液中，通过以约150-200份NH4OH比约1份去离子水的比例混合NH4OH和去离子水而形成氨溶液。这时pH值保持在从约10到约11。表面活性剂的混入量范围为清洗溶液的约0.01体积％-约0.05体积％。螯合剂的混入量范围为清洗溶液的约0.01体积％-约0.05体积％。结果，清洗溶液的混合比例，即NH4OH∶H2O∶表面活性剂∶螯合剂的比例为约150-200∶1∶约0.01-0.05∶约0.01-0.05。该清洗溶液保持在约40℃到约70℃的温度范围内。
同时，在清洗溶液中，表面活性剂使用聚乙二醇，螯合剂使用乙二胺四乙酸(EDTA)。
如上所述，用ζ电势和pH值之间的关系来阐释用本发明的清洗溶液来去除颗粒，pH值表示用于清洗晶片的清洗溶液的氢离子浓度。如果清洗溶液是酸性溶液，包括金属污染物的颗粒主要显示正的ζ电势。当清洗溶剂变得更具有碱性时，清洗溶液就变成具有负的ζ电势。因而，在晶片的表面和颗粒间产生相互排斥，从而将污染减少到最小。因此根据本发明基于去离子水形成的清洗溶液中包括NH4OH。
下文将阐述根据本发明用上述清洗溶剂清洗半导体器件的方法。
图2是根据本发明的第一实施方案清洗半导体器件的方法。
参考图2，清洗半导体的方法包括以下步骤在具有至少包括钨(W)层的导电层的衬底上部沉积光刻胶层21，以形成光刻胶图案22，通过蚀刻该导电层形成导电图案23，去除光刻胶图案24，和用加有表面活性剂和螯合剂的去离子水氨溶液的清洗溶液进行清洗过程25。
首先，沉积光刻胶层的步骤是在形成至少包括W层的导电层，即多晶硅层和W层的堆叠之后，在导电层的上部沉积光刻胶层的步骤。
形成光刻胶图案的步骤22是通过对沉积光刻胶层进行曝光过程和显影过程来形成作为掩模的光刻胶图案的步骤。
形成光刻胶图案的步骤23是用光刻胶图案作为蚀刻掩模来蚀刻导电层的步骤，以及去除光刻胶图案的步骤24是在蚀刻导电层后剥离残留光刻胶图案的步骤。这里，通过使用公知的氧等离子体来剥离光刻胶图案。
通过使用加有表面活性剂和螯合剂的去离子水基氨溶液的清洗溶液进行清洗工艺的步骤25是在除去光刻胶图案后，通过使用加有表面活性剂和螯合剂的去离子水基氨溶液的清洗溶液来清洗具有导电图案的衬底的步骤，其中氨溶液是NH4OH和H2O的混合溶液。
图2中，进行清洗程序的步骤25在单晶片设备中进行。该单晶片设备不是将晶片浸入槽中的清洗方法，而是在晶片旋转时喷洒清洗溶液的清洗方法。
在清洗溶液中，构成氨溶液的NH4OH和去离子水以约150到约200份的NH4OH和一份去离子水的比例混合。这时，pH值保持在约10到约11。表面活性剂以相对于清洗溶液的约0.01体积％-约0.05体积％的量混入。螯合剂以相对于清洗溶液的约0.01体积％-约0.05体积％的量混入。将这种清洗溶液保持在从约40℃到约70℃的温度范围内。
在该清洗溶液中，表面活性剂使用聚乙二醇，螯合剂使用EDTA。
在单晶片设备，即单晶片旋转装置中进行清洗过程期间，转速范围为从约800rpm到约1000rpm，清洗时间的范围为从约30秒到约120秒。
下文将阐述使用具有上述组成的清洗溶液的清洗过程的机理。
首先，形成导电图案，然后除去光刻胶图案。之后，暴露出导电图案的W层并将在其中产生大量颗粒的衬底放入单晶片旋转装置内。其后，通过喷洒由NH4OH、去离子水、聚乙二醇和EDTA混合形成的清洗溶液来进行该清洗工艺。
这里，通过下面的化学反应NH4OH和H2O被解离成NH4+、OH-、H+和OH-，从而留在清洗溶液中。
如上面所阐明的，如果将完成蚀刻工艺的产物暴露在清洗溶液中，则清洗溶液的螯合剂EDTA与残留在导电图案的W层表面上的颗粒反应，从而形成配位化合物。此时该配位化合物的作用在于防止W层受到清洗溶液的侵蚀。
作为清洗溶液中的表面活性剂的聚乙二醇将隔离留在W层表面上的配位化合物，从而除去颗粒。详细地，该配位化合物、清洗溶液的OH-和聚乙二醇相互反应，从而从W层表面除去该配位化合物，而不在W层上引起任何损坏。
如上所述，本发明在形成导电图案后进行清洗过程期间，不是主要用H2O2作为清洗溶液，从而就防止了由H2O2引起的W层损坏。而且，可以通过加入表面活性剂和螯合剂来去除颗粒。
图3是说明根据本发明的第二实施方案的清洗半导体器件方法的流程图。
参考图3，清洗半导体器件的方法主要包括以下步骤形成栅绝缘层31，形成至少包括W层的栅导电层32，沉积光刻胶层33，形成光刻胶图案34，蚀刻栅导电层35，去除光刻胶图案36，通过使用由H2SO4和H2O2混合形成的清洗溶液进行第一清洗过程37，通过使用BOE溶液进行第二清洗过程38，和通过使用加有表面活性剂和螯合剂的去离子水基氨溶液的清洗溶液进行第三清洗过程39，其中通过混合NH4F和HF形成BOE溶液。
首先，形成栅绝缘层的步骤31是通过对衬底上部进行热氧化工艺形成栅绝缘层的步骤，形成栅导电层的步骤32是在栅绝缘层上堆叠多晶硅层和W层的步骤。这里，作为扩散阻挡金属层的氮化钨层可形成在多晶硅层和W层之间。还可以在W层上堆叠作为栅硬掩模的氮化硅层。
沉积光刻胶层的步骤33和形成光刻胶图案的步骤34是在栅导电层上沉积光刻胶层的步骤，通过曝光工艺和显影工艺在光刻胶层上形成图案，并在形成栅电极期间形成作为蚀刻掩模的光刻胶图案。
蚀刻栅导电层的步骤35是通过使用光刻胶图案作为蚀刻掩模蚀刻栅导电层，然后形成栅电极的步骤。通过该蚀刻工艺，W层被暴露出来并且大量颗粒附着在W层的表面。
去除光刻胶图案的步骤36是在蚀刻栅导电层后，通过使用氧等离子体剥离残留的光刻胶图案的步骤。
进行第一清洗过程的步骤37用来除去污染物，如铜，其通过不同过程附着在衬底上。因此，通过使用由H2SO4和H2O2混合形成的清洗溶液进行第一清洗过程。
进行第二清洗过程的步骤38用来去除天然氧化层并且通过使用BOE溶液进行，该溶液是氧化层蚀刻溶液。
最后，进行第三清洗过程的步骤39用来去除附着在栅电极，尤其是W层表面上的颗粒，并通过使用加有表面活性剂和螯合剂的去离子水基氨溶液的清洗溶液进行，其中氨溶液通过混合NH4OH和H2O形成。
进行第一清洗过程的步骤37和进行第二清洗过程的步骤38在浸入式湿槽中进行，进行第三清洗过程的步骤39在单晶片设备中进行。单晶片设备指不同于用于进行第一和第二清洗过程的步骤所用的清洗方法，而是在晶片旋转时喷洒清洗溶液的清洗方法。
进行第三清洗过程的步骤39与图2中所示的进行第三清洗过程的步骤相同。在清洗溶液中，组成氨溶液的NH4OH和H2O以约150到约200份NH4OH比1份H2O的比例混合。此时pH值保持在约10到约11。表面活性剂以相对于清洗溶液的约0.01体积％-约0.05体积％的量混入。螯合剂以相对于清洗溶液的约0.01体积％-约0.05体积％的量混入。结果清洗溶液的混合比例，即NH4OH∶H2O∶表面活性剂∶螯合剂的比例为约150-200∶1∶约0.01-0.05∶约0.01-0.05的比例。将清洗溶液保持在从约40℃到约70℃的温度范围内。清洗溶液的表面活性剂使用聚乙二醇，清洗溶液的螯合剂使用EDTA。当在单晶片设备，即单晶片旋转装置中进行清洗工艺时，转速范围从约800rpm到约1000rpm，清洗时间的范围为从约30秒到约120秒。
使用上述组合物的清洗过程的机理与图2所示的清洗过程的机理相同。
如图2和3所示，本发明在蚀刻包括W层的导电层后所进行的清洗过程期间，使用加有表面活性剂和螯合剂的氨溶液的清洗溶液，从而顺利地除去颗粒而不在包括在导电层内的W层上引起任何损坏。
本发明通过使用由NH4OH、H2O、表面活性剂和螯合剂混合形成的清洗溶液进行清洗过程，从而顺利地除去颗粒而不在钨层上引起任何损坏，并提高了产品的产量。
本申请包含于2004年11月2日递交到韩国专利局的韩国专利申请No.KR2004-0088452的相关主题，在此通过引用并入其全部内容。
尽管本发明采用特定的优选实施方案来说明，但是对本领域技术人员而言，不偏离所附权利要求中所限定的本发明精神和范围而进行不同变化和修改是显而易见的。
权利要求
1.一种清洗溶液，包括基于去离子水的氨溶液；加入氨溶液中的表面活性剂；和加入氨溶液中的螯合剂。
2.权利要求1的溶液，其中螯合剂使用乙二胺四乙酸(EDTA)。
3.权利要求1的溶液，其中加入的螯合剂的浓度范围为清洗溶液的约0.01体积％-约0.05体积％。
4.权利要求1的溶液，其中表面活性剂使用聚乙二醇。
5.权利要求1的溶液，其中加入的表面活性剂的浓度范围为清洗溶液的约0.01体积％-约0.05体积％。
6.权利要求1的溶液，其中氨溶液通过以约150到约200份NH4OH比1份去离子水的比例混合NH4OH和去离子水而形成。
7.一种清洗半导体器件的方法，包括以下步骤在具有至少包括钨层的导电层的衬底上部形成光刻胶层；通过将光刻胶层图案化来形成光刻胶图案；通过利用光刻胶图案作为蚀刻掩模来蚀刻导电层而形成导电图案；除去光刻胶图案；和在具有导电图案的衬底上使用基于去离子水的氨溶液的清洗溶液进行清洗处理，其中清洗溶液加有表面活性剂和鳌合剂。
8.权利要求7的方法，其中鳌合剂的加入量范围为清洗溶液的约0.01体积％-约0.05体积％。
9.权利要求8的方法，其中螯合剂使用乙二胺四乙酸(EDTA)。
10.权利要求7的方法，其中表面活性剂的加入量范围为清洗溶液的约0.01体积％-约0.05体积％。
11.权利要求10的方法，其中表面活性剂使用聚乙二醇。
12.权利要求7的方法，其中通过以约150到约200份NH4OH比1份去离子水的比例混合NH4OH和去离子水而形成清洗溶液的氨溶液。
13.权利要求7的方法，其中清洗处理在单晶片旋转装置中进行。
14.权利要求13的方法，其中单晶片旋转装置的转速范围为从约800rpm到约1000rpm。
15.权利要求14的方法，其中清洗处理进行的时间范围为从约30秒到约120秒。
16.权利要求7的方法，其中将清洗溶液保持在从约40℃到约70℃的温度范围内。
17.一种清洗半导体器件的方法，包括步骤在具有至少包括钨层的导电层的衬底上部沉积光刻胶层；通过将光刻胶层图案化来形成光刻胶图案；通过利用光刻胶图案作为蚀刻掩模来蚀刻导电层而形成导电图案；除去光刻胶图案；在具有导电图案的衬底上使用由H2SO4和H2O2混合形成的清洗溶液进行第一清洗处理；在完成了第一清洗处理的衬底上用缓冲氧化蚀刻剂(BOE)溶液进行第二清洗处理；和在完成了第二清洗处理的衬底上使用基于去离子水的氨溶液的清洗溶液进行第三清洗处理，其中清洗溶液加有表面活性剂和鳌合剂。
18.权利要求17的方法，其中在进行第三清洗处理的步骤中，螯合剂的加入量范围为清洗溶液的约0.01体积％-约0.05体积％。
19.权利要求18的方法，其中螯合剂使用乙二胺四乙酸(EDTA)。
20.权利要求17的方法，其中在进行第三清洗处理的步骤中，表面活性剂的加入量范围为清洗溶液的约0.01体积％-约0.05体积％。
21.权利要求17的方法，其中表面活性剂使用聚乙二醇。
22.权利要求17的方法，其中在进行第三清洗处理的步骤中，通过以约150到约200份NH4OH比1份去离子水的比例混合NH4OH和去离子水而形成清洗溶液的氨溶液。
23.权利要求17的方法，其中第一和第二清洗处理在湿槽中进行，第三清洗处理在单晶片旋转装置中进行。
24.权利要求23的方法，其中在进行第三清洗处理的步骤中，单晶片旋转装置的转速范围为从约800rpm到约1000rpm。
25.权利要求24的方法，其中第三清洗处理进行的时间范围为从约30秒到约120秒。
26.权利要求17的方法，其中在进行第三清洗处理的步骤中，将清洗溶液的温度保持在从约40℃到约70℃的温度范围。
全文摘要
本发明提供了清洗溶液和利用该溶液清洗半导体器件的方法，能够防止清洗溶液对钨层的损害并除去颗粒。该清洗溶液包括基于去离子水的氨溶液；加入氨溶液中的表面活性剂；和加入氨溶液中的螯合剂。该方法包括下列步骤在具有至少包括钨层的导电层的衬底上部沉积光刻胶层；通过将光刻胶层图案化来形成光刻胶图案；通过利用光刻胶图案作为蚀刻掩模来蚀刻该导电层形成导电图案；除去光刻胶图案；并且在具有导电图案的衬底上使用基于去离子水的氨溶液的清洗溶液进行清洗处理，其中清洗溶液加有表面活性剂和鳌合剂。
文档编号H01L21/3213GK1770404SQ20051000035
公开日2006年5月10日 申请日期2005年1月10日 优先权日2004年11月2日
发明者吴起俊 申请人:海力士半导体有限公司